智能分流井在武汉汤湖污染水体治理中的应用

许亚强 张志彪 田 鹏 柳俊峰

（1.中信清水入江（武汉）投资建设有限公司，湖北武汉 430000；2.武汉圣禹排水系统有限公司，湖北武汉 430000）

随着城市发展和人们生活水平提高，水体环境污染治理越来越受到重视[1-2]。现有的排水系统较为老旧，存在的问题较多，雨污分流改造不能够有效解决雨污水混流问题，需要对初期雨水和混入污水的雨水采取截流措施，避免水体污染[3]。

基于全生命周期理论，Kacprzak等[4]从多学科领域综述污水、污泥治理的研究成果，强调污水治理在城市区域可持续发展中的关键作用。Welch等[5]跟踪并研究污水稀释与分流措施对Moses湖水质的改善效果，研究表明污水稀释与分流措施使湖泊水质提高50%，透明度提高近100%。

Song等[6]讨论不同污水分流率下秦淮河水体污染治理效果，研究表明污水分流率越高，水体治理效果越明显；秦淮河的污水分流率低于35%时，其他任何治理手段几乎均无法达到治理效果。研究广州石井河流域雨污分流治理效果时，朱理铭[7]发现常采用的截污阀等措施，无法有效地分流雨水中的污水是石井河流域水体污染的主要原因之一。张宇等[8]介绍智能分流井在城市污染水体治理中的应用原理，在武汉市南太子湖的工程实例中发现，智能分流井可以有效地分离流入雨水中的污水。文章以武汉汤湖污染水体治理为例，分析智能分流井在城市污染水体治理中的应用。

1 智能分流井的组成与主要原理

1.1 智能分流井的组成

在雨水管上设置一进三出智能分流井，主要由进水管、截污管、初雨管、出水管组成。井内设备主要包括超声波液位计、液动限流闸门、浮动挡板、雨量计、投入式液位计、液动下开式堰门、高清摄像头、SCADA控制系统。

液动限流闸门和SCADA控制系统是核心部件。液动限流闸门是截留限流的主要工具；SCADA控制系统采用互联网技术实现对管网、智能分流井、调蓄池、污水处理厂等排水构筑物的远程整体运行调度、在线监测、控制、数据存储与分析、设备点检与故障诊断，可以实现移动终端监控。

1.2 智能分流井的主要原理

雨水中污水的混流情况主要包括4类，分别为晴天时，雨水管中过水全部为污水，不可能存在雨水；暴雨时，雨水管中含有大量的雨水和污水；初雨时，雨水管中含有少量的雨水，雨污水混流严重；降雨中后期，雨水管中含有一定量雨水，几乎不存在雨污水混流现象[9]。

（1）晴天。

晴天时，液动限流闸门处于开启状态，液动下开式堰门处于关闭状态，雨水管内水（由雨污水管错接导致的生活污水进入雨水管中的水）完全截流至截污管并输送到污水处理厂，极大地减少直接进入自然水体的污水。

晴天时智能分流井的运行状态如图1所示。

图1 晴天时智能分流井运行状态

（2）暴雨。

暴雨时，市政雨污水管道涌入大量积水，智能分流井和调蓄池内水位迅速攀升并超过城市洪涝警戒水位。为了确保城市区域防汛工作顺利进行，智能分流井将较脏的雨水一部分进入截污干管，其余积水全部溢流至自然水体。

暴雨时智能分流井的运行状态如图2所示。

图2 暴雨时智能分流井运行状态

（3）初雨。

初雨时，液动限流闸门处于开启状态，液动下开式堰门处于关闭状态，雨水管内水完全截流至截污管并输送到污水处理厂。未发生暴雨灾害时，智能分流井和调蓄池内水位难以超过城市洪涝警戒水位，智能分流井正常工作。曾彦君[3]对上海市两座雨污水分流的泵站的放江水质进行采样分析，结果表明，初雨时雨污水分流效果不明显，初雨时较多的污水会进入雨水管。

初雨时智能分流井运行状态如图3所示。

图3 初雨时智能分流井运行状态

（4）降雨中后期。

降雨中后期，雨水管中含有一定量的雨水，但几乎不存在雨污水混流现象[9]。此时，限流闸门关闭，较干净的雨水全部排放至自然水体。

降雨中后期智能分流井运行状态如图4所示。

图4 降雨中后期智能分流井运行状态

1.3 智能分流井的主要优势

（1）采用气动控制，井内设备结构简单，成本较低。

（2）与带下开式堰门的分流井相比，土建简单、施工难度小、土建成本低[10]。

（3）雨天事故断电时，出水口的柔性截流装置可以自动打开，保证安全行洪。

（4）采用先进的SCADA系统进行智能控制，对雨量计、液位计和水质传感器等数据进行采集并计算，实现智慧运行和精确截污。

（5）设备内的柔性套筒可以从底部向上开启，实现截流一定高度水位，水可以从上部的空间进行溢流。

2 智能分流井在武汉汤湖污染水体治理中的应用

汤湖位于武汉经济技术开发区，紧临车城大道，被列入湖北省、武汉市湖泊保护名录，是重点保护景观型（Ⅰ类）湖泊。汤湖沿线水域面积1.05 km2、容积156.2万m3，岸线长度约6 570 m、平均水深1.8 m。

汤湖区域内的排水体制为雨污分流制，沿岸一共有14个排口，1#、8#、9#、10#、11#、12#、13#排口为分流制混接排口。周边市政工程建设中存在雨水管网错接、混接问题，导致大量生活污水混入雨水系统，未经过有效处理直接排入汤湖，造成汤湖水体黑臭。治理前，汤湖治理前水质为劣五类（水质已严重恶化，基本丧失水的使用功能），湖体富营养化较严重。

汤湖污染水体治理采用“智能分流井+调蓄池组（初雨调蓄池+在线雨水处理调蓄池）”方案，沿湖设置7个智能分流井和3个调蓄池组（规模为7 000、8 000、15 000 m3）。项目实施过程中，对混流的雨污水进行智能分流。

汤湖治理前后典型污染物检测结果如表1所示。

表1 汤湖治理前后污染物检测结果 单位：mg/L

由表1可知，经过3个月的污水分流治理，汤湖水质有了明显改善，主要污染物浓度明显降低，达到Ⅳ类水品质。

3 结语

应针对不同的雨污水混流情况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过雨水管道进入城市水体，高效地改善城市水环境。