近年來,生活污水收集處理設(shè)施建設(shè)不斷提速,尤其是“十三五”階段補(bǔ)齊城鎮(zhèn)生活污水收集管網(wǎng)的短板,地級(jí)及以上城市水體環(huán)境質(zhì)量明顯得以改善。然而,除國內(nèi)一線城市推行了源頭立管及排水單元雨污分流改造等措施外,大部分城鎮(zhèn)仍以截流式合流制收集生活污水。部分區(qū)域即使已完成雨污分流改造,初期雨水對(duì)城市水環(huán)境的污染仍占有很重要的地位!-1。在城鎮(zhèn)流域治理時(shí),對(duì)沿河排污口進(jìn)行控源截污,可有效遏制水體進(jìn)一步黑臭,而要實(shí)現(xiàn)水質(zhì)提升、長制久清的治理目標(biāo),存在一定難度。往往運(yùn)維管理中稍有疏忽,晴天污水跑冒滴漏、雨天污水溢流導(dǎo)致的返果返臭現(xiàn)象就將出現(xiàn)。因此,為解決雨水管(渠)混接污水及初雨污染的問題,除了對(duì)其進(jìn)行清污分流改造及精細(xì)化運(yùn)維管理等措施外,在排污口截污整治時(shí)截流井的選擇也至關(guān)重要。

截流井型式

1.1   常規(guī)截流井、

在截流式合流制排水系統(tǒng)中,截流井是核心附屬構(gòu)筑物,常規(guī)的截流井有槽式、堰式及槽堰結(jié)合式3種型式。晴天時(shí),合流污水通過截流井輸送至污水廠處理,雨天時(shí),截流倍數(shù)范圍的合流污水及部分初期雨水被截留進(jìn)污水收集系統(tǒng),超量的合流污水則進(jìn)入初雨調(diào)蓄設(shè)施、溢流控制處理設(shè)施或直接排入水體!-]。

常規(guī)截流井應(yīng)用場(chǎng)景廣,建造成本低,構(gòu)造簡(jiǎn)單但存在以下缺點(diǎn):①截污管容易淤堵;②合流污水直接溢流至自然水體,造成溢流污染;存在河水倒灌進(jìn)污水管的風(fēng)險(xiǎn);④堰式截流影響行洪排澇,易導(dǎo)致內(nèi)澇:⑤截流管流量不易控制,無法實(shí)現(xiàn)精細(xì)化控制和管理在運(yùn)行效果和數(shù)字化管控方面存在明顯不足51.2 智能分流井

根據(jù)《多功能清污分流井技術(shù)規(guī)程:T/CECS1135-2022》,智能分流井主要有下開式堰門分流井、柔性閥分流井和一體化分流井(或液動(dòng)限流閥分流井、自動(dòng)浮控閥分流井)等[5-6。其限流裝置主要由液動(dòng)限流閥(或柔性閥)、流量計(jì)、超聲波液位計(jì)、自控系統(tǒng)等組成,運(yùn)行方式為基于測(cè)量的流量、液位及設(shè)定的限制流量和液位“,通過自動(dòng)調(diào)節(jié)限流裝置,精準(zhǔn)控制截流管的過流量,確保不超過水位閾值。智能分流井的選型可根據(jù)現(xiàn)狀排水管管徑進(jìn)行確定,當(dāng)排水管管徑DN≤800時(shí)，可選擇一體化分流井;當(dāng)排水管管徑1000≤DN≤1 500時(shí),可選擇下開式堰門分流井或柔性閥分流井;當(dāng)排水管管徑DN>1500時(shí),可選擇下開式堰門分流井。

與傳統(tǒng)截流井相比較,智能分流井建造成本相對(duì)較高,但智能化程度高,能夠通過傳感器、監(jiān)控探頭等設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流狀態(tài),并根據(jù)實(shí)際情況智能調(diào)控分流井閥門,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的水流控制，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾方面:①截流管前裝有限流裝置,能夠控制截流量;②堰板高度可以根據(jù)需求進(jìn)行設(shè)定,防止河涌水倒灌進(jìn)污水管:③可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景,采用液位法、水質(zhì)法、流量法、時(shí)間法和雨是法等綜合考慮進(jìn)行調(diào)控閥門啟閉:④可根據(jù)晴天、雨天、潮汐影響等不同工況進(jìn)行智能控制!-+1

2工程案例

2.1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目建設(shè)地點(diǎn)位于湛江市綠塘河下游段,起點(diǎn)為人民大道,終點(diǎn)為排海口,河段全長2.2 km,河道平均水力坡降為i=0.33%,平均河寬4.0~9.2m。下游段有2處暗渠匯入及10處沿河排污口,其分布位置如圖1所示,沿線排污口具體參數(shù)如表1所示。

綠塘河下游段南側(cè)已建污水主管,上游接駁人民大道污水主管,沿綠塘河南側(cè)敷設(shè),污水管管徑為1000~01 200,管道長約3.5 km,下游接駁海景路污水主干管,綠塘河南側(cè)沿線污水排口均已進(jìn)行截流改造,未出現(xiàn)晴天污水溢流的現(xiàn)象。北側(cè)沿綠華路已建成污水支管,起點(diǎn)為樂怡路,沿線接駁樂金路、明理路明哲路等污水支管,終點(diǎn)于海濱大道處接入南側(cè)污水主管。因北側(cè)已建污水管網(wǎng)存在大量錯(cuò)、混、漏接,導(dǎo)致現(xiàn)狀雨水管(渠)均變成合流管(渠)即使在晴天，仍有大量合流污水溢流至綠塘河,導(dǎo)致水體黑臭。

通過分析周邊排水管網(wǎng)資料及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查可知，除LT9為污水直排口外,其余排污口均為合流排口。如LT7、LT8等建設(shè)時(shí)為雨水箱涌,因上游存在錯(cuò)、混接現(xiàn)象,導(dǎo)致晴天出現(xiàn)污水直排。

據(jù)潮汐數(shù)據(jù),湛江港潮汐為不規(guī)則半日潮,每天有兩次高潮和兩次低潮,潮差為1~2m,平均高潮位為3.51 m(國家85高程系,下同),歷年最高潮位為 8.0 m。由于綠塘河終點(diǎn)與海灣直接連通,且排海口未設(shè)置防倒灌閘門及排澇設(shè)施,綠塘河的水位受潮汐影響較大,尤其是LT6~LT10排污口,幾乎每天在高潮位時(shí)存在河水倒灌的情況。

2.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容

本項(xiàng)目治理目標(biāo)為工程實(shí)施后實(shí)現(xiàn)晴天污水不入河,雨天污水少溢流,基本消除水體黑臭的考核要求。結(jié)合項(xiàng)目考核目標(biāo),以問題和目標(biāo)為導(dǎo)向,通過梳理綠塘河主要污染來源,分析黑臭水體的成因,從流域綜合治理視角出發(fā),遵循“源、廠、網(wǎng)、河”系統(tǒng)性思維,提出控源截污、暗渠清污分流9、河道清淤、活水保質(zhì)、生態(tài)修復(fù)等綜合治理措施。綜合考慮現(xiàn)狀污水收集設(shè)施、項(xiàng)目投資、工程可實(shí)施性等因素,在控源截污措施方面設(shè)計(jì)擬沿綠塘河北側(cè)新建污水主管,分別接入海濱大道、海景路污水主干管,沿線污水直排口接駁進(jìn)污水主管,合流排污口通過設(shè)置截流井的方式收集合流污水及初期雨水,如圖2所示，

2.3 排污口截流形式設(shè)計(jì)分析

沿河排污口截流井的選擇是控源截污重要措施之一,對(duì)流域治理效果的影響至關(guān)重要。根據(jù)綠塘河下游段排污口的服務(wù)范圍、斷面尺寸、管(渠)內(nèi)底標(biāo)高、河涌水位、潮位影響等因素,設(shè)計(jì)截流井選擇需綜合考慮多項(xiàng)因素,選取合理可行的截流井形式。LT1~LT3排污口,內(nèi)底標(biāo)高均在歷年高潮位8.0m以上,即使在降雨且受潮位頂托時(shí),河水倒灌的幾率極低,可選擇槽式截流井。LT4~LT5 排污口,內(nèi)底標(biāo)高在平均高潮位3.51m之上,在歷年高潮位8.0m以下,日常受潮位影響較小,但在降雨且受潮位頂托或天文大潮時(shí),存在河水倒灌風(fēng)險(xiǎn),可選擇帶拍門的槽式截流井或智能分流井LT6~LT8排污口,內(nèi)底標(biāo)高在平均高潮位3.51m之下,選擇槽式截流井時(shí)河水倒灌的幾率極高,尤其是 LT7、LT8排污口斷面尺寸較大,河水倒灌時(shí),對(duì)污水主管水質(zhì)水量的影響較大,容易導(dǎo)致上下游污水主管冒溢的現(xiàn)象可選擇智能分流井或堰式截流井,但是選擇堰式截流井在雨天時(shí)易導(dǎo)致上游內(nèi)澇。LT9為污水直排口,應(yīng)予以封堵,將污水就近接人市政污水管網(wǎng)。LT10內(nèi)底標(biāo)高在平均高潮位3.51m之下,應(yīng)選擇智能分流井或堰式截流井,然而受周邊建設(shè)用地限制,只能選擇堰式截流的方式將污水收集至污水管網(wǎng)。因此,各排污口的截流井設(shè)計(jì)選型如表2所示。

現(xiàn)以排污口LT8截流改造為例,說明智能分流井在排口改造中的應(yīng)用。如圖3、圖4所示,現(xiàn)狀排水口尺寸為 BxH=4 500 mmx2 500 mm,原建設(shè)為雨水箱涵然而現(xiàn)狀卻是晴天仍可見污水排出。通過地下管線探測(cè)及排水溯源摸查,發(fā)現(xiàn)上游存在多處錯(cuò)、混接的情況。受項(xiàng)目建設(shè)范圍、內(nèi)容、資金及工期等綜合因素的限制,方案論證時(shí)建議近期完成排污口的合流制截流式改造,遠(yuǎn)期逐步完善雨污分流改造。排污口改造措施為箱涵末端處設(shè)置下開式堰門的智能分流井JWA8,近期將箱渠內(nèi)的污水截流至污水主管,待遠(yuǎn)期完成上游雨污水錯(cuò)混接改造,并結(jié)合綠塘河綜合治理措施實(shí)施后,實(shí)現(xiàn)雨天時(shí)將初期雨水截流至污水主管。JWA8下開式堰門分流井進(jìn)出水管渠尺寸為4500mmX2 500 mm,井底標(biāo)高維持原標(biāo)高1.83m。根據(jù)其匯水面積范圍預(yù)測(cè)的污水量及截流倍數(shù)計(jì)算確定截流管管徑,管徑不宜取值過大,避免截流量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)值,影響污水主管上下游污水收集,計(jì)算復(fù)核設(shè)計(jì)截流管管徑為DN600。下開式堰門的頂部標(biāo)高(4.53 m)應(yīng)大于河道的防洪標(biāo)準(zhǔn)的高水位標(biāo)高(3.69m),減少極端天氣導(dǎo)致的河水倒灌現(xiàn)象。

下開式堰門智能分流井在實(shí)際運(yùn)行管理時(shí),需根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行運(yùn)行調(diào)試,即:通過下開式堰門前后的液位、下游污水井的液位、進(jìn)水水質(zhì)濃度、雨天溢流量及濃度等數(shù)據(jù),調(diào)整下開式堰門及電動(dòng)限流閥的啟閉,初雨時(shí)減少對(duì)水體的溢流污染,雨中可降低匯水范圍內(nèi)水浸的風(fēng)險(xiǎn),雨后防止水體倒灌進(jìn)污水管的沖擊,同時(shí)通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集、遠(yuǎn)程操控及在線視頻監(jiān)控,提高運(yùn)維管理水平,實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管控,從而精準(zhǔn)控制截流量及減少污水溢流量,實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境持續(xù)改善的治理效果，

2.4 實(shí)施效果

工程實(shí)施后,綠塘河下游段沿河的污水直排口實(shí)現(xiàn)晴天污水不人河,雨天污水少溢流,水體黑臭現(xiàn)象基本消除的治理目標(biāo),順利通過廣東省及生態(tài)環(huán)境部的考核評(píng)估。通過表3項(xiàng)目實(shí)施前后的監(jiān)測(cè)數(shù)可知,水質(zhì)得到極大的改善,由重度黑臭提升至V類水標(biāo)準(zhǔn)。

3 反思

綠塘河綜合治理于2020年5月開始設(shè)計(jì)、施工建設(shè)2021年初主要建設(shè)內(nèi)容完成,進(jìn)入試運(yùn)行階段。在工程完成的近兩年內(nèi),綠塘河水質(zhì)明顯改善。然而從2022年底開始,通過環(huán)保部門對(duì)綠塘河水質(zhì)定期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,部分河段出現(xiàn)返黑返臭現(xiàn)象。結(jié)合智能分流井在流域水環(huán)境治理中的應(yīng)用,從項(xiàng)目設(shè)計(jì)角度分析,筆者認(rèn)為可從以下幾點(diǎn)進(jìn)行反思:

(1)流域水環(huán)境治理是個(gè)綜合性、系統(tǒng)系的工程要徹底改善河涌水質(zhì),必須從控源截污、內(nèi)源治理、活水保質(zhì)、生態(tài)修復(fù)等多方面綜合施策。從控源截污角度,應(yīng)盡量消除排入河涌的污水,就排污口截流改造而言,仍需在以下幾方面的進(jìn)一步完善:①項(xiàng)目建設(shè)范圍僅對(duì)河道排污口進(jìn)行沿河截流改造,仍需對(duì)上游市政道路的雨污水管道的錯(cuò)、混、漏接及社區(qū)、城中村等排水單元雨污分流進(jìn)行改造;②未對(duì)下游污水主干管進(jìn)行檢測(cè)分析,評(píng)估其污水輸送能力及缺陷;③綠塘河排海口未設(shè)置排澇閘門及泵站,河水受潮汐影響較大,導(dǎo)致雨天溢流進(jìn)河道的污水、污泥難以轉(zhuǎn)移輸出,沉積于河底導(dǎo)致黑臭。

(2)在流域治理中,對(duì)上游尚未完成雨污分流改造的大型排污口設(shè)置截流井改造時(shí),應(yīng)考慮同步實(shí)施合流制溢流(CSOs)污染控制措施,如設(shè)置溢流調(diào)蓄池、以過濾技術(shù)為主的 CSOs處理裝置或初雨處理設(shè)施等,減少 CSOs污染負(fù)荷對(duì)河道水質(zhì)的影響。如2022年7月某場(chǎng)雨導(dǎo)致溢流污染,雨后河道內(nèi)滯留大量黑泥,如黑芝麻糊狀,導(dǎo)致河涌水質(zhì)近一個(gè)月都處于劣V類標(biāo)準(zhǔn)。(3)對(duì)沿河的排污口進(jìn)行截流改造僅能實(shí)現(xiàn)階段性目標(biāo),為實(shí)現(xiàn)流域治理長制久清,應(yīng)根據(jù)城市總規(guī)、排水專規(guī)等要求,結(jié)合城市發(fā)展實(shí)施系統(tǒng)性污水管網(wǎng)完善工程:①要完善市政雨污水管網(wǎng)的錯(cuò)、混、漏接的改造;②要開展流域范圍內(nèi)排水單元(社區(qū)、城中村、企事業(yè)單位等)的源頭精準(zhǔn)截污,有條件時(shí)實(shí)施完全雨污分流改造;③要治理流域范圍的面源污染,如城市“小散亂”污水排人雨水系統(tǒng)、初雨污染、城市垃圾等。

4 結(jié)語

相較于常規(guī)截流井,智能分流井具有智能化程度高,可隨運(yùn)行工況進(jìn)行靈活切換不同模式,遠(yuǎn)程操控及數(shù)字化運(yùn)維的優(yōu)勢(shì),且可與其他治理設(shè)施實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng),保障設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性,減少維護(hù)和故障,在流域水環(huán)境治理中對(duì)主要排污點(diǎn)源及初雨面源的污染控制可發(fā)揮重大作用!。本文通過介紹下開式堰門截流井在沿河主要排污口中的應(yīng)用,證實(shí)智能分流井在防止河水倒灌及溢流污染控制方面的巨大優(yōu)勢(shì),能夠有效減少河水倒灌和溢流污染,改善水質(zhì),提高水環(huán)境的治理效果,為其他水環(huán)境治理項(xiàng)目提供借鑒。同時(shí),提出沿河排污口截流改造僅是水環(huán)境治理的措施之一,從控源截污角度出發(fā),要實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的長制久清,應(yīng)考慮同步實(shí)施合流制溢流CS0s控制措施,完善市政道路下的雨污分流錯(cuò)混漏接改造、排水單元的源頭精準(zhǔn)截污或雨污分流改造等。