智能截污處理系統在阻斷外源污染入湖中的應用

趙若奇 ZHAO Ruo-qi

（武漢圣禹排水系統有限公司，武漢 430000）

0 引言

為解決水環境治理問題，近年來國家出臺了一系列針對水環境治理的政策，如《水污染防治行動計劃》、《城鎮污水處理提質增效三年行動計劃》等，由此可見，水環境治理已經成為污染防治的重中之重。但很多地方投入大量資金及人力、物力，卻收效甚微。其原因有以下幾點：

一是傳統的雨污分流排水體制無法滿足中國水環境污染的治理需求，大量污水進入自然水體。即使做了雨污分流，仍然有大量錯接混接現象，如外來水混接入污水系統、污水混接入雨水系統及面源污染存在。

二是合流制區域存在雨天大量雨污混合水溢流入湖，造成水體污染，但想實現完全雨污分流又受到地上及地下設施密度大、施工困難、施工周期長、投資大、對居民生活影響大等因素制約。由于合改分困難，導致溢流污染進入自然水體。

三是基礎設施無法滿足改造后對污水輸送、處理的需求。近幾年，我國的污水排放總量持續增長。中國城市污水排放量由2014年的445.34億平方米，至2018年增至521.12億平方米。雖然隨著污水處理廠數量的增加，我國污水年處理量大幅提升。2014年污水年處理量401.62億立方米，2018年逼近500億立方米[1]。但隨著污水收集率的提高，導致污水干管輸水能力不足，大量污水處理廠滿負荷運行，無法進入污水處理廠的高濃度污水溢流進入自然水體。

基于以上幾點，對于外源污染的防治需要結合排水體制及現狀管網、污水處理廠實際情況來提出針對性的治理方式。

1 現存分流制區域存在的問題

對于分流制區域，主要解決的錯混接及面源污染問題。

1.1 外來水錯接混接入污水系統

外來水包括雨水、河湖水、山泉水、地下水。由于大量外來水進入污水系統，不僅會造成污水外溢，給居民帶來生活困擾及安全隱患，還會增加污水處理廠處理負荷，使污水處理廠進水濃度偏低。

1.2 污水錯接混接入雨水系統

由于城市開發的歷史遺留問題，很多錯接、混接都是管道直接管道，具有隱蔽性，物探往往難以發現，因此錯接、混接點改造不徹底。人口集中的生活區，居民往往會將生活產生的，如餐飲、洗車、陽臺等廢水就近直接排至雨水管道，從而產生人為的錯接混接。

1.3 面源污染問題

初期雨水的徑流污染，會將城市空氣、地面的污染物直接沖刷至雨水管道，從而污染河道。根據尹澄清教授對墨水湖流域點源與面源污染所做的研究，其中初期5mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為48%；初期10mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為67%；初期15mm徑流中污染負荷占總負荷的平均值為78%[2]。由此可以看出城市降雨徑流污染在城市水環境質量惡化過程中占有很重要的地位。

2 現存合流制區域存在的問題

2.1 溢流污染問題

合流管上的傳統截流井把旱季的污水截流至污水處理廠，雨季時，截流井截流了大量的雨水，然而污水處理廠處理能力有限，從而產生了大量的溢流問題。同時大量干凈的中后期雨水直接灌入污水管道，降低了污水處理廠的進水濃度。

2.2 河水倒灌問題

河道水位上升到截流井溢流水位時還會造成河水倒灌現象，大量清水流入截污管網，導致污水廠進水濃度偏低等問題。

3 國外治理方式介紹

針對錯混接及面源污染及溢流污染問題，德國采用的是截流調蓄技術。在現狀管網新建截流井，截流至污水處理廠或調蓄池。截流井通常采用側溢流型，相比于中國傳統截流井具有水位控制好、死水區少、水力條件好等優點。其調蓄技術采用的是雨水存儲池、雨水溢流池、澄清池等[3]。

4 國內治理方式介紹

為解決錯混接問題，國內通常采用管網摸排，找到錯混接點，再進行切改的方式；為解決面源污染問題，在源頭進行海綿城市改造，實現源頭減排；為解決溢流污染，對合流制區域進行全面雨污分流改造。但進行管網摸排并修復改造投資巨大，耗時耗力。深圳在2016年、2017年和2018年間投資200億，分別新建污水管網1033公里、2009公里、2855公里，截至2021年污水管網建設工程已全部完成，但實施效果能否達到預期還不明朗[4]。另外，對于目前的一些城中村、老舊小區等合流制小區，由于老城區建設年代久遠、建筑密度大、道路寬度有限，缺少管理和管網錯接混接嚴重等原因，如果要實施雨污分流改造，施工難度還是很大的。

因此，針對不同排水體制下的外源污染治理問題，應有針對性的采用相應措施。分流制系統選擇簡單高效的方式解決錯混接及面源污染，合流制系統也不應完全采取一刀切的方式，全部進行雨污分流改造。

5 智能截污處理技術

為解決以上問題，可采取截污+調蓄+處理的方式。

圖1 改造系統示意圖

5.1 截污技術

5.1.1 傳統截污技術

傳統的污水截流主要應用槽式、堰式及槽堰式截流井。

堰式、槽式、槽堰式構截流井造簡單，建造成本低，但是三種型式截流井存在幾個問題：①截污管容易淤積；②合流污水直接溢流至自然水體中，污染河道；③存在污水及自然水體倒灌的情形；④固定堰影響行洪；⑤截流管流量無法控制；⑥三種截流井主要設計依據采用的是1997年《合流制系統污水截流井設計規范》，規范年限較長。

5.1.2 浮筒截流技術

存在的問題：①當降雨較急時，大量雨水進入分流井，井內水位迅速上升，浮筒截流裝置部分關閉，初期雨水不能全截流，部分流入自然水體。②降雨中后期，由于浮筒截流裝置密封不嚴，中后期較干凈的雨水就會在整個降雨期間源源不斷的進入截污干管送入污水廠，降低了污水處理廠的進水濃度，同時也增加了污水處理廠的處理負荷。③浮筒截流裝置無法實止回功能，當污水系統的水位高于分流井水位時，污水就會回流至分流井內，進入自然水體。

5.1.3 智能分流技術

智能分流技術，可以根據管網水質、水量、匯水面積等因素進行設置，實現污水全收集，降雨少溢流。

智能分流井優點：

①智能分流井截污管前裝有流量控制閘門，對通往污水處理廠的最大量能夠進行控制，同時可以防止污水回流，普通的截流井截污管流量沒有控制，且無法防止污水回流。

②智能分流井出水口前裝有液動下開式堰門，截流高度可以智能調節，同時可以防止自然水體的倒灌。但普通的截流井只是固定堰，無法調節截流高度和防止河水倒灌。

③智能分流井可以通過液位、水質、水量、降雨量等幾個方面進行控制，普通的截流井只是水位控制。

④智能分流井采用SCADA系統進行智能控制，普通的截流井僅僅只是對單個的設備進行控制。

根據《室外排水設計標準》（GB 50014—2021）規定，分流制排水系統禁止污水接入雨水管網，并應采取截流、調蓄和處理等措施控制徑流污染；污水系統設計應有防止外來水進入的措施[5]。因此截流井應具有污水全截流、避免中后期雨水進入污水管網、防止污水回流及防止自然水體倒灌的功能。綜合比較，用在小區雨水管接入市政雨水管之前且符合《室外排水設計標準》的截流井為智能分流井。

5.2 調蓄技術

調蓄池主要收集徑流中污染嚴重的水體，在降雨停止或污水處理廠有富余處理能力后，將調蓄池排空，緩慢輸送至下游管網、泵站或污水處理設施。因此初雨調蓄池的主要作用就是截流并儲存降雨之初徑流污染嚴重的部分雨水，減少下游水體污染。

目前大部分調蓄池建設因為地下空間不足，土地資源緊缺，往往采用集中調蓄，建立大型或者超大型調蓄池，但是結果卻是污染收集率非常低。調蓄池建大了后，只收了近處的臟水和干凈水，遠處的污染物進不了調蓄池，仍然只能在每一個排口處溢流到河道中，造成大量溢流污染問題。這就導致了：①調蓄池空間利用率低；②污水處理廠進水濃度降低；③溢流污染嚴重，造成水體污染。

在調蓄池前端配合截流井技術，可以有效的解決傳統調蓄池設計所帶來的缺陷。城市中截污系統、污水處理廠和調蓄池收集處理城市最臟的水，提高了調蓄池的利用率。

5.3 雨水凈化技術

常規雨水凈化技術有MBR池、曝氣生物濾池、活性砂過濾、投藥混和、絮凝沉淀（澄清、氣浮）、普通砂過濾、接觸氧化、活性炭吸附過濾、臭氧氧化、反滲透以及膜過濾等，根據原水水質及處理目標不同，可以有多種組合方式。

近年來，膜技術在水處理領域中廣泛應用，特別是與生物反應器相組合的膜生物反應器作為一種新型高效污水處理技術在國際上受到了廣泛關注。使用膜生物反應器進行污水處理不僅可以大大節約水資源，還可以大大節約能源，節省設備和運行費用，減少設備占地，避免二次污染，有著很大的環境效益，社會效益和經濟效益。

6 工程案例應用

柴泊湖位于新洲區西南部陽邏街，北抵漢施公路，西抵陽邏電廠，南抵陽邏街道辦事處。柴泊湖匯流范圍內經濟主要為工業、農業、商業、涉及新洲區陽邏街陽邏老城區以東部分區域。隨著城市建設的快速發展，柴泊湖匯水范圍內已實施雨污分流，但是存在雨污錯混接現象，導致部分雨水口變成混排口，水體污染嚴重。

為了解決外源污染問題，對沿湖排口進行了詳細調查，調查發現環湖共有35個排口，根據排口的污染和對周圍環境影響的惡劣程度污，將排口按年污染物貢獻率從高到低進行了等級，依次劃分為I等級（3個）、Ⅱ等級（14個）、Ⅲ等級（18個）。

圖2 柴泊湖排口分布圖

最終確定14個排污量大、污染嚴重的排口進行治理。設計在每個排口末端建設智能分流井一座，將旱流污水截流至污水處理廠進行處理，并配套調蓄池及雨水凈化單元（膜技術），將截流的初期雨水進行收集處理，達標后排放。

工程通過在I、II等級排口末端設置智能截流井，將混排口的污水截流至環湖的現狀污水管網，保證晴天無污水入湖，從而達到控制點源的目的。

通過新建初雨調蓄池等一系列措施對I、II等級排口進行初雨截流，并新建初雨凈化廠實現對初雨的凈化，從而實現削減面源污染的目的。

圖3 外源污染治理系統示意圖

圖4 工藝平面布置示意圖

7 結語

外源污染治理作為水體污染防治的重中之重，治理方式有很多中，但最重要的是結合實際情況，采取合理的解決方案。本研究通過對截流+調蓄+雨水凈化的方式，有效阻斷污染物進入自然水體，從而提升排口出水水質，有效改善水環境質量。為水環境的綜合治理提供一定的借鑒意義。