許亞強(qiáng) 張志彪 田 鵬 柳俊峰
(1.中信清水入江(武漢)投資建設(shè)有限公司,湖北武漢 430000;2.武漢圣禹排水系統(tǒng)有限公司,湖北武漢 430000)
隨著城市發(fā)展和人們生活水平提高,水體環(huán)境污染治理越來(lái)越受到重視[1-2]?,F(xiàn)有的排水系統(tǒng)較為老舊,存在的問題較多,雨污分流改造不能夠有效解決雨污水混流問題,需要對(duì)初期雨水和混入污水的雨水采取截流措施,避免水體污染[3]。
基于全生命周期理論,Kacprzak等[4]從多學(xué)科領(lǐng)域綜述污水、污泥治理的研究成果,強(qiáng)調(diào)污水治理在城市區(qū)域可持續(xù)發(fā)展中的關(guān)鍵作用。Welch等[5]跟蹤并研究污水稀釋與分流措施對(duì)Moses湖水質(zhì)的改善效果,研究表明污水稀釋與分流措施使湖泊水質(zhì)提高50%,透明度提高近100%。
Song等[6]討論不同污水分流率下秦淮河水體污染治理效果,研究表明污水分流率越高,水體治理效果越明顯;秦淮河的污水分流率低于35%時(shí),其他任何治理手段幾乎均無(wú)法達(dá)到治理效果。研究廣州石井河流域雨污分流治理效果時(shí),朱理銘[7]發(fā)現(xiàn)常采用的截污閥等措施,無(wú)法有效地分流雨水中的污水是石井河流域水體污染的主要原因之一。張宇等[8]介紹智能分流井在城市污染水體治理中的應(yīng)用原理,在武漢市南太子湖的工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn),智能分流井可以有效地分離流入雨水中的污水。文章以武漢湯湖污染水體治理為例,分析智能分流井在城市污染水體治理中的應(yīng)用。
在雨水管上設(shè)置一進(jìn)三出智能分流井,主要由進(jìn)水管、截污管、初雨管、出水管組成。井內(nèi)設(shè)備主要包括超聲波液位計(jì)、液動(dòng)限流閘門、浮動(dòng)擋板、雨量計(jì)、投入式液位計(jì)、液動(dòng)下開式堰門、高清攝像頭、SCADA控制系統(tǒng)。
液動(dòng)限流閘門和SCADA控制系統(tǒng)是核心部件。液動(dòng)限流閘門是截留限流的主要工具;SCADA控制系統(tǒng)采用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)、智能分流井、調(diào)蓄池、污水處理廠等排水構(gòu)筑物的遠(yuǎn)程整體運(yùn)行調(diào)度、在線監(jiān)測(cè)、控制、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析、設(shè)備點(diǎn)檢與故障診斷,可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端監(jiān)控。
雨水中污水的混流情況主要包括4類,分別為晴天時(shí),雨水管中過(guò)水全部為污水,不可能存在雨水;暴雨時(shí),雨水管中含有大量的雨水和污水;初雨時(shí),雨水管中含有少量的雨水,雨污水混流嚴(yán)重;降雨中后期,雨水管中含有一定量雨水,幾乎不存在雨污水混流現(xiàn)象[9]。
(1)晴天。
晴天時(shí),液動(dòng)限流閘門處于開啟狀態(tài),液動(dòng)下開式堰門處于關(guān)閉狀態(tài),雨水管內(nèi)水(由雨污水管錯(cuò)接導(dǎo)致的生活污水進(jìn)入雨水管中的水)完全截流至截污管并輸送到污水處理廠,極大地減少直接進(jìn)入自然水體的污水。
晴天時(shí)智能分流井的運(yùn)行狀態(tài)如圖1所示。
圖1 晴天時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)
(2)暴雨。
暴雨時(shí),市政雨污水管道涌入大量積水,智能分流井和調(diào)蓄池內(nèi)水位迅速攀升并超過(guò)城市洪澇警戒水位。為了確保城市區(qū)域防汛工作順利進(jìn)行,智能分流井將較臟的雨水一部分進(jìn)入截污干管,其余積水全部溢流至自然水體。
暴雨時(shí)智能分流井的運(yùn)行狀態(tài)如圖2所示。
圖2 暴雨時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)
(3)初雨。
初雨時(shí),液動(dòng)限流閘門處于開啟狀態(tài),液動(dòng)下開式堰門處于關(guān)閉狀態(tài),雨水管內(nèi)水完全截流至截污管并輸送到污水處理廠。未發(fā)生暴雨災(zāi)害時(shí),智能分流井和調(diào)蓄池內(nèi)水位難以超過(guò)城市洪澇警戒水位,智能分流井正常工作。曾彥君[3]對(duì)上海市兩座雨污水分流的泵站的放江水質(zhì)進(jìn)行采樣分析,結(jié)果表明,初雨時(shí)雨污水分流效果不明顯,初雨時(shí)較多的污水會(huì)進(jìn)入雨水管。
初雨時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)如圖3所示。
圖3 初雨時(shí)智能分流井運(yùn)行狀態(tài)
(4)降雨中后期。
降雨中后期,雨水管中含有一定量的雨水,但幾乎不存在雨污水混流現(xiàn)象[9]。此時(shí),限流閘門關(guān)閉,較干凈的雨水全部排放至自然水體。
降雨中后期智能分流井運(yùn)行狀態(tài)如圖4所示。
圖4 降雨中后期智能分流井運(yùn)行狀態(tài)
(1)采用氣動(dòng)控制,井內(nèi)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本較低。
(2)與帶下開式堰門的分流井相比,土建簡(jiǎn)單、施工難度小、土建成本低[10]。
(3)雨天事故斷電時(shí),出水口的柔性截流裝置可以自動(dòng)打開,保證安全行洪。
(4)采用先進(jìn)的SCADA系統(tǒng)進(jìn)行智能控制,對(duì)雨量計(jì)、液位計(jì)和水質(zhì)傳感器等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并計(jì)算,實(shí)現(xiàn)智慧運(yùn)行和精確截污。
(5)設(shè)備內(nèi)的柔性套筒可以從底部向上開啟,實(shí)現(xiàn)截流一定高度水位,水可以從上部的空間進(jìn)行溢流。
湯湖位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū),緊臨車城大道,被列入湖北省、武漢市湖泊保護(hù)名錄,是重點(diǎn)保護(hù)景觀型(Ⅰ類)湖泊。湯湖沿線水域面積1.05 km2、容積156.2萬(wàn)m3,岸線長(zhǎng)度約6 570 m、平均水深1.8 m。
湯湖區(qū)域內(nèi)的排水體制為雨污分流制,沿岸一共有14個(gè)排口,1#、8#、9#、10#、11#、12#、13#排口為分流制混接排口。周邊市政工程建設(shè)中存在雨水管網(wǎng)錯(cuò)接、混接問題,導(dǎo)致大量生活污水混入雨水系統(tǒng),未經(jīng)過(guò)有效處理直接排入湯湖,造成湯湖水體黑臭。治理前,湯湖治理前水質(zhì)為劣五類(水質(zhì)已嚴(yán)重惡化,基本喪失水的使用功能),湖體富營(yíng)養(yǎng)化較嚴(yán)重。
湯湖污染水體治理采用“智能分流井+調(diào)蓄池組(初雨調(diào)蓄池+在線雨水處理調(diào)蓄池)”方案,沿湖設(shè)置7個(gè)智能分流井和3個(gè)調(diào)蓄池組(規(guī)模為7 000、8 000、15 000 m3)。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,對(duì)混流的雨污水進(jìn)行智能分流。
湯湖治理前后典型污染物檢測(cè)結(jié)果如表1所示。
表1 湯湖治理前后污染物檢測(cè)結(jié)果 單位:mg/L
由表1可知,經(jīng)過(guò)3個(gè)月的污水分流治理,湯湖水質(zhì)有了明顯改善,主要污染物濃度明顯降低,達(dá)到Ⅳ類水品質(zhì)。
應(yīng)針對(duì)不同的雨污水混流情況采取不同的截流策略,使用智能分流井可以有效避免污水通過(guò)雨水管道進(jìn)入城市水體,高效地改善城市水環(huán)境。