以上海市F排水系統(tǒng)調(diào)蓄池為研究對(duì)象，考察調(diào)蓄池對(duì)泵站溢流污染的實(shí)際控制效果。分兩階段實(shí)施夏季試驗(yàn)與訊后試驗(yàn)，分別研究調(diào)蓄池水質(zhì)、水量的變化情況，并分析導(dǎo)致其運(yùn)行效率不高的根本原因。在試驗(yàn)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)溢流污染控制、黑臭水體治理及調(diào)蓄池優(yōu)化運(yùn)行提出思考和對(duì)策。
建設(shè)初期雨水調(diào)蓄池是解決泵站溢流污染的重要手段之一，為改善水環(huán)境，上海市區(qū)相繼建成投用10余座初期雨水調(diào)蓄池，在新修編的上海市排水專業(yè)規(guī)劃中，也正式提出了市中心城區(qū)分流制排水系統(tǒng)5mm、合流制排水系統(tǒng)11mm的初期雨水截流參數(shù)。但在實(shí)際運(yùn)行中，卻常常聽到調(diào)蓄池容積偏小、作用有限等抱怨。為此，本文選擇分流制排水系統(tǒng)（F系統(tǒng)）的初期雨水調(diào)蓄池，在2017年夏季和汛期后實(shí)施了兩次試驗(yàn)，研究現(xiàn)有初期雨水調(diào)蓄池在運(yùn)行中存在的實(shí)際問題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)揮調(diào)蓄措施功能，并對(duì)城市排水管網(wǎng)（泵站）雨季溢流污染提出改進(jìn)對(duì)策。
1、F排水系統(tǒng)及其調(diào)蓄池
F系統(tǒng)服務(wù)面積約6.82km2，屬分流制排水系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)的污水一部分納入相鄰污水處理廠，另一部分經(jīng)泵站內(nèi)的污水截流泵轉(zhuǎn)輸至合流污水一期輸送管道泵送至其他污水處理廠。2004年F泵站遷建工程立項(xiàng)，嗣后建設(shè)了規(guī)模為12500m3的初期雨水調(diào)蓄池1座。建成后的F泵站設(shè)有雨水泵機(jī)6臺(tái)，單臺(tái)能力3.84m3/s，污水截流泵機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)能力0.33m3/s，調(diào)蓄池內(nèi)另有放空泵機(jī)2臺(tái)，單臺(tái)能力0.42m3/s。在日常運(yùn)行中，泵站常開污水截流泵1~2臺(tái)，污水輸送量約3萬m3/d。降雨時(shí)，在污水泵機(jī)運(yùn)行的同時(shí)，開啟調(diào)蓄池，當(dāng)調(diào)蓄池蓄滿且集水井水位到達(dá)核定水位后，啟動(dòng)雨水泵機(jī)實(shí)施降雨放江。待降雨事件結(jié)束、合流一期總管有冗余時(shí)，開啟調(diào)蓄池放空泵機(jī)，實(shí)施放空作業(yè)，期間可維持1臺(tái)污水截流泵運(yùn)行。
由于當(dāng)年我國(guó)還沒有調(diào)蓄池設(shè)計(jì)規(guī)范，因此采用了德國(guó)廢水協(xié)會(huì)“ATVArbeitsblattA1281992”標(biāo)準(zhǔn)來確定，計(jì)算F調(diào)蓄池容積。按截流雨水量復(fù)核，相當(dāng)于截流初期雨水3mm，這和現(xiàn)在的“分流制系統(tǒng)按照5mm”的技術(shù)參數(shù)較為接近，這也是選取F調(diào)蓄池進(jìn)行試驗(yàn)的原因之一。
2、試驗(yàn)研究方法
2.1試驗(yàn)時(shí)間和周期
第一階段是夏季試驗(yàn)，選擇了天氣預(yù)報(bào)連續(xù)高溫的日子，實(shí)際未發(fā)生降雨，F(xiàn)泵站未實(shí)施放江作業(yè)。由于是第一次，夏季試驗(yàn)多少帶有探索性質(zhì)，正式實(shí)施周期為3天。
第二階段是汛后試驗(yàn)，選擇在天氣較為良好的10月份，試驗(yàn)周期為1個(gè)月。試驗(yàn)前9天雖時(shí)斷時(shí)續(xù)地發(fā)生過降雨，但雨強(qiáng)雨量都不大，F(xiàn)泵站僅在試驗(yàn)的第一天執(zhí)行過很短時(shí)間的放江作業(yè)，總體上降雨沒有對(duì)試驗(yàn)帶來實(shí)質(zhì)性影響。
2.2試驗(yàn)步驟
試驗(yàn)開始前，對(duì)F調(diào)蓄池實(shí)施徹底清淤。每次試驗(yàn)時(shí)，一般每隔24h開啟調(diào)蓄池，調(diào)蓄池蓄滿時(shí)間均在15min左右。設(shè)計(jì)試驗(yàn)時(shí)，在F泵站進(jìn)水總管、F系統(tǒng)邊界處，設(shè)置8個(gè)窨井水位觀測(cè)點(diǎn)，分別為：位于總管上的A、B、C3個(gè)點(diǎn)；和B點(diǎn)直接相通的D2點(diǎn)、和B點(diǎn)直接相通且位于系統(tǒng)邊界處的E1點(diǎn)；相對(duì)位于遠(yuǎn)端的、類似于進(jìn)水管“肩膀”處的D、E、D1等3個(gè)點(diǎn)，詳見圖1。
夏季試驗(yàn)時(shí)，在啟動(dòng)調(diào)蓄池前，各觀測(cè)點(diǎn)先行測(cè)量窨井內(nèi)水位，同時(shí)取水樣。在調(diào)蓄池進(jìn)水過程中，每隔5min各點(diǎn)測(cè)水位、取樣。調(diào)蓄池蓄滿后，待各自窨井內(nèi)水位恢復(fù)穩(wěn)定后再次測(cè)水位、取樣；調(diào)蓄池在取樣后，實(shí)施放空作業(yè)。每日重復(fù)，直至試驗(yàn)結(jié)束。
汛后試驗(yàn)時(shí)，由于各點(diǎn)測(cè)水位和取樣的工作量太大，且受制于現(xiàn)場(chǎng)交通條件，因此在觀測(cè)點(diǎn)加裝了水位探頭，實(shí)時(shí)讀取數(shù)據(jù)。取樣則調(diào)整到調(diào)蓄池，在調(diào)蓄池蓄滿后，取池內(nèi)水樣送檢，然后實(shí)施放空作業(yè)，每日重復(fù)，直至試驗(yàn)結(jié)束。
兩次試驗(yàn)結(jié)束后，均實(shí)施調(diào)蓄池清淤，對(duì)所清淤泥取樣送檢。
3、試驗(yàn)結(jié)果分析
3.1水位情況分析
3.1.1夏季試驗(yàn)
試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，A、B、C、D2、E1等5個(gè)點(diǎn)的水位，會(huì)隨F調(diào)蓄池進(jìn)水至蓄滿而呈U型狀變化，以A、B、C為例（見圖2），基本都在10~15min時(shí)水位變化最為明顯。但位于遠(yuǎn)端的D、E、D1等3個(gè)點(diǎn)幾乎未發(fā)生變化。由此可以初步判斷，F(xiàn)調(diào)蓄池對(duì)進(jìn)水總管的拉動(dòng)，至C點(diǎn)結(jié)束，總長(zhǎng)約1200m；調(diào)蓄池的運(yùn)行，僅對(duì)鄰近的管網(wǎng)起到了收水效果。
3.1.2汛后試驗(yàn)
在夏季試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，汛后試驗(yàn)對(duì)水位發(fā)生明顯變化的5個(gè)點(diǎn)加裝了水位探頭，以A點(diǎn)為例可見（見圖3）：①和夏季試驗(yàn)一樣，A點(diǎn)水位會(huì)隨調(diào)蓄池進(jìn)水至蓄滿的過程而同步發(fā)生變化，并在滿水后的短時(shí)間內(nèi)迅速恢復(fù)，這種變化引起的水位落差約1m；②受前期降雨影響，管道內(nèi)的水位出現(xiàn)過長(zhǎng)高，試驗(yàn)的第16天，泵站關(guān)閉了出水閘門，管道水位也有所長(zhǎng)高，但整體上仍保持在一個(gè)“常水位”，并未隨調(diào)蓄池的連續(xù)運(yùn)行而發(fā)生明顯的下降；③在試驗(yàn)后期連續(xù)近20天晴天的情況下，C點(diǎn)和A點(diǎn)水位平均在井蓋以下1.9~1.8m，經(jīng)核算總管內(nèi)始終為滿管流，且每天都呈現(xiàn)出一個(gè)小波峰。
這些情況說明，F(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)來水豐沛，調(diào)蓄池連續(xù)一個(gè)月的運(yùn)行沒有對(duì)管網(wǎng)水位產(chǎn)生影響。從每天的波動(dòng)規(guī)律上看，生活污水的影響很明顯，管網(wǎng)混接現(xiàn)象比較嚴(yán)重。
3.2水質(zhì)情況分析
3.2.1夏季試驗(yàn)
夏季試驗(yàn)時(shí)，在水位幾乎未變化的D、E、D1這3個(gè)點(diǎn)，水質(zhì)總體上比較穩(wěn)定，其中，E點(diǎn)的水質(zhì)濃度非常低，D、D1點(diǎn)和污水處理廠同期進(jìn)水水質(zhì)較為接近。
其他各點(diǎn)中，位于系統(tǒng)邊界處的E1點(diǎn)情況比較特殊，在水位恢復(fù)穩(wěn)定后，該點(diǎn)往往出現(xiàn)COD、SS、TP的急劇增長(zhǎng)。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)人員反映，此處管道內(nèi)水質(zhì)渾濁且發(fā)臭，甚至在水位劇烈下降時(shí)，都能看到糞便狀物體從相鄰管道沖入，據(jù)分析應(yīng)該是相鄰合流制系統(tǒng)的污水。
更值得注意的是A、B、C、D2、E1這5個(gè)點(diǎn)的水質(zhì)變化，以A、C兩點(diǎn)為例（見圖4），在15min的進(jìn)水過程中，隨著水位突降，COD和SS呈現(xiàn)出一個(gè)突增趨勢(shì)，氨氮卻相對(duì)平穩(wěn)。同時(shí)，調(diào)蓄池內(nèi)的水質(zhì)也大致如此，COD和SS在最后一天時(shí)達(dá)到最大值，而氨氮卻總體穩(wěn)定。
從監(jiān)測(cè)結(jié)果來看，顯然指向了沉積物的影響，調(diào)蓄池清淤檢測(cè)結(jié)果也支持這個(gè)觀點(diǎn)，淤積物灰分為84.9%，揮發(fā)分為15.1%，以無機(jī)物為主。表明在調(diào)蓄池蓄水的過程中，調(diào)蓄池收納到的是混有管道內(nèi)大量沉積物的污水。
3.2.2汛后試驗(yàn)
汛后試驗(yàn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)象是調(diào)蓄池進(jìn)水，將其與同期污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)比較，結(jié)果見圖5。
在1個(gè)月的連續(xù)運(yùn)行中，調(diào)蓄池COD和SS濃度波動(dòng)較大，從試驗(yàn)開始到第4天，COD和SS出現(xiàn)了第一個(gè)高峰，之后逐漸下降，到試驗(yàn)的第19~22天，COD和SS都再次出現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)高峰，之后又再次下滑。
與COD、SS表現(xiàn)不同的是，調(diào)蓄池氨氮總體上較為穩(wěn)定，且始終低于污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)。根據(jù)檢測(cè)人員的觀察，調(diào)蓄池進(jìn)水的外觀偏黑黃色，污水處理廠則是黃色。對(duì)調(diào)蓄池淤泥的檢測(cè)，結(jié)果與夏季試驗(yàn)類似，淤泥中灰分為86.5%，揮發(fā)分為13.5%，也以砂石居多。
據(jù)分析，由于試驗(yàn)前期發(fā)生降雨，COD和SS的第一個(gè)高峰可以認(rèn)為是生活污水、雨水和沉積物共同影響所致，而之后出現(xiàn)的高峰，則是每天不斷輸送的“靜水深流”，將管道內(nèi)的沉積物帶入了調(diào)蓄池所致。期間，盡管COD、SS濃度降低，但它們和污水處理廠進(jìn)水并不十分匹配，說明這時(shí)調(diào)蓄池的進(jìn)水，未必完全是片區(qū)內(nèi)的生活污水，還受到管道內(nèi)沉積物的影響。
一般來說，調(diào)蓄池啟用初期，水質(zhì)容易受到沉積物影響，試驗(yàn)表明，即使已連續(xù)運(yùn)行1個(gè)月，這種影響仍難以消除。
3.3試驗(yàn)結(jié)論
綜合兩次試驗(yàn)情況，初步得出以下試驗(yàn)結(jié)論：
?。?）試驗(yàn)結(jié)果表明，調(diào)蓄池運(yùn)行一次，僅對(duì)一個(gè)不大的范圍有作用，即使連續(xù)運(yùn)行一個(gè)月，都無法使泵站進(jìn)水總管水位降低，換句話說，哪怕將調(diào)蓄池放大30倍，也不敢保證就一定能實(shí)現(xiàn)“收集全系統(tǒng)內(nèi)初期雨水”的功能，所以要求調(diào)蓄池收集全部的初期雨水是不現(xiàn)實(shí)的。
?。?）管道沉積物的影響很大，調(diào)蓄池一旦啟用，就成了裹挾著大量沉積物污水的“蓄水池”、“垃圾桶”。這樣的客觀存在，使得調(diào)蓄池即便是在一個(gè)不大的收水范圍內(nèi)也難以收到真正的初期雨水，可以想像，當(dāng)泵機(jī)放江作業(yè)時(shí)，在強(qiáng)力抽送之下會(huì)是怎樣的雨污水排入河道。
?。?）F系統(tǒng)內(nèi)存在著豐沛的來水，從水量變化規(guī)律看，與生活污水很接近，但從水質(zhì)上看，又不是簡(jiǎn)單的匹配，加上F系統(tǒng)與周邊合流制系統(tǒng)以及污水處理廠管道間存在著連通情況，這就進(jìn)一步制約了調(diào)蓄池功能的發(fā)揮。
?。?）兩次試驗(yàn)也存在不足之處，比如對(duì)管道水位的監(jiān)測(cè)，特別是汛后試驗(yàn)，可以再往系統(tǒng)的“腹地”和邊界處適當(dāng)延伸，以更加全面觀察來水情況；在周邊廠站運(yùn)行上，僅僅“維持”或過于教條，若能使之聯(lián)動(dòng)，試驗(yàn)效果或許對(duì)今后的完善運(yùn)行更有幫助。
4、思考與對(duì)策
4.1溢流污染控制中不能缺少管道的清淤和維護(hù)
“初期雨水污染”并不等同于排水管道和泵站的“雨天溢流污染”，所以不能簡(jiǎn)單地將其認(rèn)定為河道污染的主要原因，混接污水、初期雨水以及混雜其中的沉積物，通過雨水泵站放江是影響中心城區(qū)河道污染的重要因素。
目前對(duì)于黑臭水體的治理，都知道“問題在水里，根源在岸上”，所以大規(guī)模地實(shí)施了沿岸排放口整治，對(duì)污水直排出口予以封堵，實(shí)施污水截流工程，對(duì)雨污混接管道開展調(diào)查等等。這些工作都是必要的，但是，在政府部門發(fā)布的河道綜合治理方案中，無論是對(duì)河道黑臭成因的分析、治理思路還是主要工作安排中，在排水管道方面，強(qiáng)調(diào)的是雨污混接改造、截污治污等工程性措施，對(duì)管道維護(hù)疏浚清淤卻并未提及。而本次試驗(yàn)卻表明管道內(nèi)普遍而不均勻地存在大量沉積物，影響很大且無規(guī)律可循，這也從一個(gè)側(cè)面回答了為什么泵站放江始終放出去的是“黑水”。要治理排水管網(wǎng)和泵站的雨天溢流污染，僅僅盯著初期雨水、單純依靠建設(shè)調(diào)蓄池，一定是事倍功半。筆者建議，要高度關(guān)注并不斷加強(qiáng)管道的清淤工作，這是成本相對(duì)低、效果明顯的河道綜合治理措施之一。
4.2溢流污染控制建設(shè)分散調(diào)蓄池比集中建設(shè)更有效益
“調(diào)蓄池太小了”，究竟是表面現(xiàn)象還是本質(zhì)問題？一方面，排水管道的現(xiàn)狀嚴(yán)重影響調(diào)蓄池效果；另一方面，調(diào)蓄池設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)，設(shè)定的條件或也過于理想。
以F調(diào)蓄池為例，其標(biāo)高位于排水泵站集水井之下，進(jìn)水方式依靠進(jìn)水閥調(diào)節(jié)。這樣的進(jìn)水方式，要實(shí)現(xiàn)初雨調(diào)蓄的前提條件，應(yīng)當(dāng)是管道內(nèi)尤其進(jìn)水總管基本處于低水位甚至接近于空管，才可能使得管道所收集到的雨水依坡降流進(jìn)調(diào)蓄池。但實(shí)際情況下，卻需要依靠泄水的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能從而拉動(dòng)管網(wǎng)內(nèi)的水，而這種系統(tǒng)末端的所謂動(dòng)能又極其有限。
筆者認(rèn)為，在有條件的地區(qū)，特別是比較大的排水系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)論證劃分小區(qū)域設(shè)立多個(gè)調(diào)蓄池的可行性，以滿足整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)初期雨水的收集要求。即使需要和泵站連體建設(shè)，也可以考慮強(qiáng)制進(jìn)水方式，讓管道遠(yuǎn)端的水盡快“動(dòng)”起來。同時(shí)也要注意，上海地下水位比較高，旱季管道內(nèi)有存水在所難免，一方面，要努力在旱季保持管道低水位，另一方面，在調(diào)蓄池設(shè)計(jì)時(shí)，也不能簡(jiǎn)單地將計(jì)算得出的初期雨水量等同于調(diào)蓄池建設(shè)規(guī)模，事實(shí)上，F(xiàn)泵站常水位約在1.3~1.6m，每次調(diào)蓄池進(jìn)水時(shí)，泵站集水井都會(huì)發(fā)生短時(shí)水位下降，經(jīng)折算，有約2000m3的水進(jìn)入調(diào)蓄池中，一定程度上“擠占”了調(diào)蓄池的容量。即使在晴天，上海雨水泵站集水井水位也普遍在進(jìn)水管頂之上，設(shè)計(jì)建設(shè)調(diào)蓄池時(shí)，對(duì)此應(yīng)有所考慮。
4.3溢流污染控制除了建設(shè)調(diào)蓄池，還需要多維度的思考
對(duì)于一個(gè)晴天來水都如此豐沛的排水系統(tǒng)，從某種意義來說，建多大的調(diào)蓄池都不可能解決溢流污染，原設(shè)計(jì)也強(qiáng)調(diào)了對(duì)地區(qū)管道要實(shí)施徹底的分流制改造，在系統(tǒng)邊界處要實(shí)施合流管和本系統(tǒng)雨水管的封堵。筆者認(rèn)為，原設(shè)計(jì)的要求當(dāng)然是對(duì)的，不過，泵站截流泵機(jī)和相鄰污水處理廠一起天天正常運(yùn)轉(zhuǎn)，還是不能保持雨水總管低水位，這種情況是不是說明當(dāng)初對(duì)污水量的核算存在遺漏？或者地區(qū)污水量增長(zhǎng)超出了原來的預(yù)測(cè)？建議今后在調(diào)蓄池設(shè)計(jì)前期要做全面的校核，安排好污水出路。另外筆者還有一個(gè)不成熟的想法，或許對(duì)某個(gè)單一的系統(tǒng)來說，和周邊系統(tǒng)切開，能夠?yàn)楸鞠到y(tǒng)內(nèi)的調(diào)蓄池“減負(fù)”，不過，簡(jiǎn)單地切斷系統(tǒng)間的聯(lián)絡(luò)，會(huì)否帶來新的問題，又該怎么解決，也應(yīng)有所考慮。無論是設(shè)計(jì)還是實(shí)際運(yùn)行中，只做分流、切斷、截污、調(diào)蓄恐怕還不夠，還要查明管道是否存在滲漏，并開展修漏堵漏措施，減少滲漏，讓分流制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)旱天的低水位，使調(diào)蓄池真正發(fā)揮作用。
4.4調(diào)蓄池功能提升同樣需要運(yùn)行方案進(jìn)一步的研究和優(yōu)化
據(jù)檢測(cè)，F(xiàn)泵站日常運(yùn)行時(shí)的COD和SS濃度明顯低于啟用調(diào)蓄池時(shí)的進(jìn)水濃度，盡管調(diào)蓄池放空時(shí)需要讓出1臺(tái)截流泵機(jī)的能力，在水量上沒有大的區(qū)別，但由于污染物濃度較高，實(shí)際進(jìn)入合流總管并最終進(jìn)入污水處理廠的污染物總量更高。據(jù)測(cè)算，在汛后試驗(yàn)的1個(gè)月中，較日常多轉(zhuǎn)輸了COD約80t，SS約46t，相當(dāng)于相鄰污水處理廠16%的月度削減量，這對(duì)減輕入河污染很有幫助。這就提示我們，對(duì)現(xiàn)狀調(diào)蓄池，能不能改變其運(yùn)行方式？筆者認(rèn)為后續(xù)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有調(diào)蓄池做個(gè)全面的回顧分析，通過綜合評(píng)估，優(yōu)化調(diào)蓄池運(yùn)行，提出適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)措施。
5、結(jié)語
現(xiàn)實(shí)中的“鳩占雀巢”，是當(dāng)前影響初雨調(diào)蓄池功能發(fā)揮的最大的問題，迫切需要解決，市政泵站只是放江的一個(gè)點(diǎn)，僅僅對(duì)著這個(gè)“點(diǎn)”做文章是不夠的，一定要堅(jiān)持對(duì)管道的日常檢查和維護(hù)，堅(jiān)持源頭治理。上海要建成全球卓越大都市，初期雨水治理必須提上議事日程，要從源頭入手，結(jié)合海綿城市建設(shè)，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，做進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。只有建立在客觀、科學(xué)基礎(chǔ)上的多措并舉，才能實(shí)現(xiàn)治理雨季溢流污染的實(shí)效。
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