老城區(qū)雨污合流制改造中截污設(shè)施設(shè)計(jì)的探討

老城區(qū)雨污合流制改造中截污設(shè)施設(shè)計(jì)的探討

由于歷史原因，許多城市的舊城市采用雨水和污水排放系統(tǒng)，將廢水轉(zhuǎn)移到水系，導(dǎo)致水系嚴(yán)重污染。由于雨污合流制改造成雨污分流體制難度大、成本高等因素,在選擇對這些老城區(qū)排水體制進(jìn)行改造的方式上,絕大部分地方采用截污式合流制,即在原合流管出水口前設(shè)溢流井,不下雨時(shí),污水進(jìn)入截污管排往污水處理廠,下暴雨時(shí),截污倍數(shù)范圍內(nèi)的合流水被截污管截走排往污水處理廠,超過截污倍數(shù)的合流水則溢流入水系。在截污倍數(shù)一定的情況下,截污效果優(yōu)劣與否主要取決于溢流井及其附屬管道、設(shè)備組成的截污設(shè)施的設(shè)計(jì)是否合理。一般而言,截污設(shè)施設(shè)計(jì)需要綜合考慮現(xiàn)狀合流管渠標(biāo)高、截污干管標(biāo)高、水系最高水位、服務(wù)地塊最低標(biāo)高、施工空間、合流水水質(zhì)以及水系的環(huán)境容量等因素。截污設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)該達(dá)到以下3個(gè)主要目標(biāo)。1)在匹配截污干管系統(tǒng)排水能力和下游污水處理系統(tǒng)處理能力的情況下實(shí)現(xiàn)最大截污效果,有效保護(hù)水體水質(zhì)。2)不影響服務(wù)地塊的排澇能力。3)截污系統(tǒng)運(yùn)行良好,且便于管理。1污水收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化措施1.1截污液污染物排放系統(tǒng)的優(yōu)化溢流井設(shè)在截污主干管上,合流水進(jìn)入截污主干管處沒有設(shè)置流量控制措施,導(dǎo)致暴雨時(shí),上游較清澈的合流水占據(jù)了截污干管的大部分甚至全部容量,而下游污染較大合流水只能溢流入水系中,造成過多的污染物進(jìn)入水系。優(yōu)化措施。溢流井設(shè)置在截污干管外,通過截污支管排入截污主干管系統(tǒng)中,并在截污支管的進(jìn)水口處設(shè)控制閘門,以對截污水進(jìn)水量進(jìn)行控制,使其與設(shè)計(jì)流量相近,確保截污干管系統(tǒng)具備接納每處溢流井處設(shè)計(jì)截污量的能力。1.2截污及分滲設(shè)施設(shè)計(jì)采用槽式溢流井,水系最高水位高于合流管出水口標(biāo)高時(shí),或采用堰式溢流井,水系最高水位高于溢流堰頂標(biāo)高時(shí),未在截污設(shè)施中設(shè)置防止水倒灌的措施,造成2種后果。1)在不下雨時(shí),由于清水的倒灌徒增了截污系統(tǒng)中提升泵站的提升能耗以及污水處理廠的負(fù)荷。2)截污干管容量被清水?dāng)D占,使有效截污能力下降,合流管中的污水與清水混合,流入水系中,造成水系的污染。對于采用槽式溢流井的截污設(shè)施,應(yīng)該在溢流井與合流管出水口之間設(shè)防倒灌措施。對于采用堰式溢流井的截污設(shè)施,應(yīng)該根據(jù)水系最高水位初步確定溢流堰頂標(biāo)高(堰頂標(biāo)高不低于水系最高水位,條件允許的情況下最好能夠滿足高于最高水位0.3~0.5m,即預(yù)留浪高),再根據(jù)此溢流堰頂標(biāo)高核算溢流能力所需的堰寬,以及對服務(wù)區(qū)域排澇能力的影響。當(dāng)無法滿足溢流堰頂標(biāo)高高于水系最高水位時(shí),可從兩方面進(jìn)行優(yōu)化。1)用堰式閘門等活動堰替代固定堰,在暴雨時(shí)節(jié)將堰頂適當(dāng)調(diào)低,以避免造成服務(wù)內(nèi)澇,在晴天時(shí)將堰頂抬高,避免水系水倒灌。2)在溢流井與合流管出水口之間設(shè)拍門等防倒灌設(shè)施。1.3洪水下的下雨期最大應(yīng)壓降至活動堰頂優(yōu)化溢流堰頂太高或溢流堰寬度不夠,導(dǎo)致溢流井溢流能力無法滿足排澇要求,使服務(wù)地塊排澇能力下降,甚至發(fā)生內(nèi)澇事件。可以采用2種優(yōu)化方式。1)采用活動堰替代固定堰,固定堰堰頂高度根據(jù)水系水位和溢流井內(nèi)水位之間關(guān)系對活動堰頂高度進(jìn)行調(diào)節(jié),確保在暴雨時(shí),堰頂降低,滿足排澇要求,不下雨時(shí),堰頂升高,防止水系洪水倒灌。2)有條件的情況下可以采用槽式溢流井+拍門的形式替代堰式溢流井。1.4沉泥設(shè)施影響截污能力對于在明溝、明渠等露天水系或與露天水系直接連通的管涵上設(shè)置的截污設(shè)施中,未設(shè)置攔渣和沉泥設(shè)施,導(dǎo)致截污干管淤積堵塞嚴(yán)重,影響截污能力。優(yōu)化措施?？稍诿鳒稀⒚髑嚷短焖瞪匣蚬芎显O(shè)沉泥池或沉泥井,在沉泥池或沉泥井上接出截污支管,截污支管管內(nèi)底標(biāo)高宜高于池底或井底標(biāo)高0.5~1.0m,截污支管進(jìn)水前設(shè)人工格柵或穿孔花墻等攔渣措施。1.5污設(shè)施相關(guān)功能喪失優(yōu)化措施對于設(shè)置拍門或者閘門等易被盜設(shè)備,在設(shè)備被盜后,截污設(shè)施相關(guān)功能喪失。優(yōu)化措施如下。1)針對拍門。宜將拍門設(shè)在溢流井和合流管之間。設(shè)專門的拍門井或與溢流井合建,隱蔽拍門。2)針對閘門。以設(shè)閘門井對閘門體進(jìn)行封閉。1.6截流及截流井的選擇和工藝流程當(dāng)水體自凈能力很弱,環(huán)境容量很小時(shí),未綜合考慮初期雨水沖刷合流管渠沉泥溢流入水體,致使水系水體污染加劇。優(yōu)化措施。在下游污水處理廠處理能力足夠,以及投資允許的情況下,增大截流倍數(shù)甚至采用完全截流的方式對合流管的排水進(jìn)行截污或截流。在條件不允許的情況下,可采用溢流井+調(diào)蓄池的方式替代單一的溢流井。暴雨時(shí),初期雨水和沖刷沉泥的高濃度污染水優(yōu)先排入調(diào)蓄池進(jìn)行貯存,不下雨時(shí),調(diào)蓄池內(nèi)貯存的污染水有序地排入截污管道系統(tǒng)中,最后進(jìn)入污水處理廠進(jìn)行處理。既減少排入水體中的污染物量,又可對污水處理廠污水處理負(fù)荷進(jìn)行有效緩沖。2工程實(shí)例分析2.1截污干管的排水青嵐水系截污工程典型截污設(shè)施工藝示意圖見圖1。南昌市青嵐水系截污工程設(shè)計(jì)主要考慮以下幾方面。1)南昌市青嵐水系是景觀渠,雨季發(fā)揮上游梅嶺山區(qū)的泄洪功能。因此其最高水位與景觀水位相差比較大,最高水位基本上貼近渠頂,考慮防倒灌的措施,采用槽式+拍門的形式。2)施工空間較大,在截污干管外設(shè)溢流井,截污水通過截污支管排入截污干管系統(tǒng)中,以避免暴雨時(shí)超過設(shè)計(jì)流量的合流水進(jìn)入截污干管中。3)排水合流管均是管道系統(tǒng),未接納露天水系的來水。大尺寸懸浮物較少,但暴雨時(shí)泥沙較多,在溢流井中設(shè)置了沉泥區(qū),未考慮攔渣設(shè)施。2.2截污設(shè)施設(shè)計(jì)幸福水系的基本特征為雨季時(shí)水位較高,基本接近渠頂,可能對截污系統(tǒng)產(chǎn)生倒灌。水體流動較慢,渠道流線很長,渠道不寬,水體自凈能力很弱,環(huán)境容量很小?；谝陨弦蛩?幸福水系綜合整治工程的截污系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)考慮以下幾方面。1)采用槽式+拍門的形式防倒灌。2)設(shè)調(diào)蓄池對初期雨水和早期濃度較大的合流水進(jìn)行調(diào)蓄,避免其進(jìn)入水系中。3)為確保每套截污設(shè)施進(jìn)入截污干管系統(tǒng)的合流水流量可控,避免擠占下游空間。截污設(shè)施工藝示意圖見圖2。不下雨時(shí),現(xiàn)狀合流管來水進(jìn)井后先通過閘1通道經(jīng)截污支管排入截污干管系統(tǒng)。下雨時(shí),隨著水量增大,井內(nèi)水位增高,閘1通道滿負(fù)荷后,井內(nèi)水經(jīng)閘3排入調(diào)蓄池,調(diào)蓄池達(dá)設(shè)計(jì)水位后,閘3關(guān)閉。井內(nèi)水位繼續(xù)上升后,合流水通過閘2通道經(jīng)截流支管排入截污干管系統(tǒng)。當(dāng)閘2通道滿負(fù)荷后,合流水溢流入幸福水系。2.3大數(shù)據(jù)及急急的原因分宜縣老城區(qū)的排水系統(tǒng)大部分是明渠+管涵,大量懸浮物和泥沙充斥于合流水中,而且排水管涵要發(fā)揮暴雨上游山區(qū)的泄洪功能,暴雨時(shí)水量很大且急。針對這種情況,分宜縣截污設(shè)施設(shè)計(jì)時(shí),需要兼顧截污、除渣、沉泥和泄洪的功能,為減少占地和便于管理,上述功能組合在同一構(gòu)筑物中(見圖3)。在旁壁上設(shè)截污進(jìn)水(指進(jìn)入截污干管系統(tǒng))閘門,截污進(jìn)水閘門通道的內(nèi)頂標(biāo)高略低于溢流堰頂標(biāo)高,對截污流量進(jìn)行控制。設(shè)置沉泥區(qū)、人工格柵和除渣區(qū),以發(fā)揮沉渣作用。溢流堰頂標(biāo)高與現(xiàn)狀合流箱涵涵底標(biāo)高基本一致,不影響原排水箱涵的泄洪能力。3系統(tǒng)現(xiàn)狀