以上海市F排水系統(tǒng)調(diào)蓄池為研究對象，考察調(diào)蓄池對泵站溢流污染的實際控制效果。分兩階段實施夏季試驗與訊后試驗，分別研究調(diào)蓄池水質(zhì)、水量的變化情況，并分析導致其運行效率不高的根本原因。在試驗分析的基礎上，對溢流污染控制、黑臭水體治理及調(diào)蓄池優(yōu)化運行提出思考和對策。
建設初期雨水調(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)。但在實際運行中，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年夏季和汛期后實施了兩次試驗，研究現(xiàn)有初期雨水調(diào)蓄池在運行中存在的實際問題，在此基礎上進一步發(fā)揮調(diào)蓄措施功能，并對城市排水管網(wǎng)（泵站）雨季溢流污染提出改進對策。
1、F排水系統(tǒng)及其調(diào)蓄池
F系統(tǒng)服務面積約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，嗣后建設了規(guī)模為12500m3的初期雨水調(diào)蓄池1座。建成后的F泵站設有雨水泵機6臺，單臺能力3.84m3/s，污水截流泵機2臺，單臺能力0.33m3/s，調(diào)蓄池內(nèi)另有放空泵機2臺，單臺能力0.42m3/s。在日常運行中，泵站常開污水截流泵1~2臺，污水輸送量約3萬m3/d。降雨時，在污水泵機運行的同時，開啟調(diào)蓄池，當調(diào)蓄池蓄滿且集水井水位到達核定水位后，啟動雨水泵機實施降雨放江。待降雨事件結束、合流一期總管有冗余時，開啟調(diào)蓄池放空泵機，實施放空作業(yè)，期間可維持1臺污水截流泵運行。
由于當年我國還沒有調(diào)蓄池設計規(guī)范，因此采用了德國廢水協(xié)會“ATVArbeitsblattA1281992”標準來確定，計算F調(diào)蓄池容積。按截流雨水量復核，相當于截流初期雨水3mm，這和現(xiàn)在的“分流制系統(tǒng)按照5mm”的技術參數(shù)較為接近，這也是選取F調(diào)蓄池進行試驗的原因之一。
2、試驗研究方法
2.1試驗時間和周期
第一階段是夏季試驗，選擇了天氣預報連續(xù)高溫的日子，實際未發(fā)生降雨，F(xiàn)泵站未實施放江作業(yè)。由于是第一次，夏季試驗多少帶有探索性質(zhì)，正式實施周期為3天。
第二階段是汛后試驗，選擇在天氣較為良好的10月份，試驗周期為1個月。試驗前9天雖時斷時續(xù)地發(fā)生過降雨，但雨強雨量都不大，F(xiàn)泵站僅在試驗的第一天執(zhí)行過很短時間的放江作業(yè)，總體上降雨沒有對試驗帶來實質(zhì)性影響。
2.2試驗步驟
試驗開始前，對F調(diào)蓄池實施徹底清淤。每次試驗時，一般每隔24h開啟調(diào)蓄池，調(diào)蓄池蓄滿時間均在15min左右。設計試驗時，在F泵站進水總管、F系統(tǒng)邊界處，設置8個窨井水位觀測點，分別為：位于總管上的A、B、C3個點；和B點直接相通的D2點、和B點直接相通且位于系統(tǒng)邊界處的E1點；相對位于遠端的、類似于進水管“肩膀”處的D、E、D1等3個點，詳見圖1。
夏季試驗時，在啟動調(diào)蓄池前，各觀測點先行測量窨井內(nèi)水位，同時取水樣。在調(diào)蓄池進水過程中，每隔5min各點測水位、取樣。調(diào)蓄池蓄滿后，待各自窨井內(nèi)水位恢復穩(wěn)定后再次測水位、取樣；調(diào)蓄池在取樣后，實施放空作業(yè)。每日重復，直至試驗結束。
汛后試驗時，由于各點測水位和取樣的工作量太大，且受制于現(xiàn)場交通條件，因此在觀測點加裝了水位探頭，實時讀取數(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，然后實施放空作業(yè)，每日重復，直至試驗結束。
兩次試驗結束后，均實施調(diào)蓄池清淤，對所清淤泥取樣送檢。
3、試驗結果分析
3.1水位情況分析
3.1.1夏季試驗
試驗發(fā)現(xiàn)，A、B、C、D2、E1等5個點的水位，會隨F調(diào)蓄池進水至蓄滿而呈U型狀變化，以A、B、C為例（見圖2），基本都在10~15min時水位變化最為明顯。但位于遠端的D、E、D1等3個點幾乎未發(fā)生變化。由此可以初步判斷，F(xiàn)調(diào)蓄池對進水總管的拉動，至C點結束，總長約1200m；調(diào)蓄池的運行，僅對鄰近的管網(wǎng)起到了收水效果。
3.1.2汛后試驗
在夏季試驗的基礎上，汛后試驗對水位發(fā)生明顯變化的5個點加裝了水位探頭，以A點為例可見（見圖3）：①和夏季試驗一樣，A點水位會隨調(diào)蓄池進水至蓄滿的過程而同步發(fā)生變化，并在滿水后的短時間內(nèi)迅速恢復，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)過長高，試驗的第16天，泵站關閉了出水閘門，管道水位也有所長高，但整體上仍保持在一個“常水位”，并未隨調(diào)蓄池的連續(xù)運行而發(fā)生明顯的下降；③在試驗后期連續(xù)近20天晴天的情況下，C點和A點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)一個月的運行沒有對管網(wǎng)水位產(chǎn)生影響。從每天的波動規(guī)律上看，生活污水的影響很明顯，管網(wǎng)混接現(xiàn)象比較嚴重。
3.2水質(zhì)情況分析
3.2.1夏季試驗
夏季試驗時，在水位幾乎未變化的D、E、D1這3個點，水質(zhì)總體上比較穩(wěn)定，其中，E點的水質(zhì)濃度非常低，D、D1點和污水處理廠同期進水水質(zhì)較為接近。
其他各點中，位于系統(tǒng)邊界處的E1點情況比較特殊，在水位恢復穩(wěn)定后，該點往往出現(xiàn)COD、SS、TP的急劇增長。據(jù)現(xiàn)場觀測人員反映，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，都能看到糞便狀物體從相鄰管道沖入，據(jù)分析應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個點的水質(zhì)變化，以A、C兩點為例（見圖4），在15min的進水過程中，隨著水位突降，COD和SS呈現(xiàn)出一個突增趨勢，氨氮卻相對平穩(wěn)。同時，調(diào)蓄池內(nèi)的水質(zhì)也大致如此，COD和SS在最后一天時達到最大值，而氨氮卻總體穩(wěn)定。
從監(jiān)測結果來看，顯然指向了沉積物的影響，調(diào)蓄池清淤檢測結果也支持這個觀點，淤積物灰分為84.9%，揮發(fā)分為15.1%，以無機物為主。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
汛后試驗的水質(zhì)監(jiān)測對象是調(diào)蓄池進水，將其與同期污水處理廠進水水質(zhì)比較，結果見圖5。
在1個月的連續(xù)運行中，調(diào)蓄池COD和SS濃度波動較大，從試驗開始到第4天，COD和SS出現(xiàn)了第一個高峰，之后逐漸下降，到試驗的第19~22天，COD和SS都再次出現(xiàn)一個或多個高峰，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水水質(zhì)。根據(jù)檢測人員的觀察，調(diào)蓄池進水的外觀偏黑黃色，污水處理廠則是黃色。對調(diào)蓄池淤泥的檢測，結果與夏季試驗類似，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，由于試驗前期發(fā)生降雨，COD和SS的第一個高峰可以認為是生活污水、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水并不十分匹配，說明這時調(diào)蓄池的進水，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，試驗表明，即使已連續(xù)運行1個月，這種影響仍難以消除。
3.3試驗結論
綜合兩次試驗情況，初步得出以下試驗結論：
（1）試驗結果表明，調(diào)蓄池運行一次，僅對一個不大的范圍有作用，即使連續(xù)運行一個月，都無法使泵站進水總管水位降低，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，當泵機放江作業(yè)時，在強力抽送之下會是怎樣的雨污水排入河道。
（3）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，這就進一步制約了調(diào)蓄池功能的發(fā)揮。
?。?）兩次試驗也存在不足之處，比如對管道水位的監(jiān)測，特別是汛后試驗，可以再往系統(tǒng)的“腹地”和邊界處適當延伸，以更加全面觀察來水情況；在周邊廠站運行上，僅僅“維持”或過于教條，若能使之聯(lián)動，試驗效果或許對今后的完善運行更有幫助。
4、思考與對策
4.1溢流污染控制中不能缺少管道的清淤和維護
“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”，所以不能簡單地將其認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)模地實施了沿岸排放口整治，對污水直排出口予以封堵，實施污水截流工程，對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，強調(diào)的是雨污混接改造、截污治污等工程性措施，對管道維護疏浚清淤卻并未提及。而本次試驗卻表明管道內(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，這也從一個側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、單純依靠建設調(diào)蓄池，一定是事倍功半。筆者建議，要高度關注并不斷加強管道的清淤工作，這是成本相對低、效果明顯的河道綜合治理措施之一。
4.2溢流污染控制建設分散調(diào)蓄池比集中建設更有效益
“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)狀嚴重影響調(diào)蓄池效果；另一方面，調(diào)蓄池設計建設時，設定的條件或也過于理想。
以F調(diào)蓄池為例，其標高位于排水泵站集水井之下，進水方式依靠進水閥調(diào)節(jié)。這樣的進水方式，要實現(xiàn)初雨調(diào)蓄的前提條件，應當是管道內(nèi)尤其進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調(diào)蓄池。但實際情況下，卻需要依靠泄水的勢能轉換為動能從而拉動管網(wǎng)內(nèi)的水，而這種系統(tǒng)末端的所謂動能又極其有限。
筆者認為，在有條件的地區(qū)，特別是比較大的排水系統(tǒng)，應當論證劃分小區(qū)域設立多個調(diào)蓄池的可行性，以滿足整個系統(tǒng)內(nèi)初期雨水的收集要求。即使需要和泵站連體建設，也可以考慮強制進水方式，讓管道遠端的水盡快“動”起來。同時也要注意，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)蓄池設計時，也不能簡單地將計算得出的初期雨水量等同于調(diào)蓄池建設規(guī)模，事實上，F(xiàn)泵站常水位約在1.3~1.6m，每次調(diào)蓄池進水時，泵站集水井都會發(fā)生短時水位下降，經(jīng)折算，有約2000m3的水進入調(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水管頂之上，設計建設調(diào)蓄池時，對此應有所考慮。
4.3溢流污染控制除了建設調(diào)蓄池，還需要多維度的思考
對于一個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，原設計也強調(diào)了對地區(qū)管道要實施徹底的分流制改造，在系統(tǒng)邊界處要實施合流管和本系統(tǒng)雨水管的封堵。筆者認為，原設計的要求當然是對的，不過，泵站截流泵機和相鄰污水處理廠一起天天正常運轉，還是不能保持雨水總管低水位，這種情況是不是說明當初對污水量的核算存在遺漏？或者地區(qū)污水量增長超出了原來的預測？建議今后在調(diào)蓄池設計前期要做全面的校核，安排好污水出路。另外筆者還有一個不成熟的想法，或許對某個單一的系統(tǒng)來說，和周邊系統(tǒng)切開，能夠為本系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)蓄池“減負”，不過，簡單地切斷系統(tǒng)間的聯(lián)絡，會否帶來新的問題，又該怎么解決，也應有所考慮。無論是設計還是實際運行中，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行方案進一步的研究和優(yōu)化
據(jù)檢測，F(xiàn)泵站日常運行時的COD和SS濃度明顯低于啟用調(diào)蓄池時的進水濃度，盡管調(diào)蓄池放空時需要讓出1臺截流泵機的能力，在水量上沒有大的區(qū)別，但由于污染物濃度較高，實際進入合流總管并最終進入污水處理廠的污染物總量更高。據(jù)測算，在汛后試驗的1個月中，較日常多轉輸了COD約80t，SS約46t，相當于相鄰污水處理廠16%的月度削減量，這對減輕入河污染很有幫助。這就提示我們，對現(xiàn)狀調(diào)蓄池，能不能改變其運行方式？筆者認為后續(xù)應對現(xiàn)有調(diào)蓄池做個全面的回顧分析，通過綜合評估，優(yōu)化調(diào)蓄池運行，提出適當?shù)母倪M措施。
5、結語
現(xiàn)實中的“鳩占雀巢”，是當前影響初雨調(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點，僅僅對著這個“點”做文章是不夠的，一定要堅持對管道的日常檢查和維護，堅持源頭治理。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，結合海綿城市建設，在現(xiàn)實生產(chǎn)中，做進一步的優(yōu)化和完善。只有建立在客觀、科學基礎上的多措并舉，才能實現(xiàn)治理雨季溢流污染的實效。
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