智能截污处理系统在阻断外源污染入湖中的应用

赵若奇 ZHAO Ruo-qi

（武汉圣禹排水系统有限公司，武汉 430000）

0 引言

为解决水环境治理问题，近年来国家出台了一系列针对水环境治理的政策，如《水污染防治行动计划》、《城镇污水处理提质增效三年行动计划》等，由此可见，水环境治理已经成为污染防治的重中之重。但很多地方投入大量资金及人力、物力，却收效甚微。其原因有以下几点：

一是传统的雨污分流排水体制无法满足中国水环境污染的治理需求，大量污水进入自然水体。即使做了雨污分流，仍然有大量错接混接现象，如外来水混接入污水系统、污水混接入雨水系统及面源污染存在。

二是合流制区域存在雨天大量雨污混合水溢流入湖，造成水体污染，但想实现完全雨污分流又受到地上及地下设施密度大、施工困难、施工周期长、投资大、对居民生活影响大等因素制约。由于合改分困难，导致溢流污染进入自然水体。

三是基础设施无法满足改造后对污水输送、处理的需求。近几年，我国的污水排放总量持续增长。中国城市污水排放量由2014年的445.34亿平方米，至2018年增至521.12亿平方米。虽然随着污水处理厂数量的增加，我国污水年处理量大幅提升。2014年污水年处理量401.62亿立方米，2018年逼近500亿立方米[1]。但随着污水收集率的提高，导致污水干管输水能力不足，大量污水处理厂满负荷运行，无法进入污水处理厂的高浓度污水溢流进入自然水体。

基于以上几点，对于外源污染的防治需要结合排水体制及现状管网、污水处理厂实际情况来提出针对性的治理方式。

1 现存分流制区域存在的问题

对于分流制区域，主要解决的错混接及面源污染问题。

1.1 外来水错接混接入污水系统

外来水包括雨水、河湖水、山泉水、地下水。由于大量外来水进入污水系统，不仅会造成污水外溢，给居民带来生活困扰及安全隐患，还会增加污水处理厂处理负荷，使污水处理厂进水浓度偏低。

1.2 污水错接混接入雨水系统

由于城市开发的历史遗留问题，很多错接、混接都是管道直接管道，具有隐蔽性，物探往往难以发现，因此错接、混接点改造不彻底。人口集中的生活区，居民往往会将生活产生的，如餐饮、洗车、阳台等废水就近直接排至雨水管道，从而产生人为的错接混接。

1.3 面源污染问题

初期雨水的径流污染，会将城市空气、地面的污染物直接冲刷至雨水管道，从而污染河道。根据尹澄清教授对墨水湖流域点源与面源污染所做的研究，其中初期5mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为48%；初期10mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为67%；初期15mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为78%[2]。由此可以看出城市降雨径流污染在城市水环境质量恶化过程中占有很重要的地位。

2 现存合流制区域存在的问题

2.1 溢流污染问题

合流管上的传统截流井把旱季的污水截流至污水处理厂，雨季时，截流井截流了大量的雨水，然而污水处理厂处理能力有限，从而产生了大量的溢流问题。同时大量干净的中后期雨水直接灌入污水管道，降低了污水处理厂的进水浓度。

2.2 河水倒灌问题

河道水位上升到截流井溢流水位时还会造成河水倒灌现象，大量清水流入截污管网，导致污水厂进水浓度偏低等问题。

3 国外治理方式介绍

针对错混接及面源污染及溢流污染问题，德国采用的是截流调蓄技术。在现状管网新建截流井，截流至污水处理厂或调蓄池。截流井通常采用侧溢流型，相比于中国传统截流井具有水位控制好、死水区少、水力条件好等优点。其调蓄技术采用的是雨水存储池、雨水溢流池、澄清池等[3]。

4 国内治理方式介绍

为解决错混接问题，国内通常采用管网摸排，找到错混接点，再进行切改的方式；为解决面源污染问题，在源头进行海绵城市改造，实现源头减排；为解决溢流污染，对合流制区域进行全面雨污分流改造。但进行管网摸排并修复改造投资巨大，耗时耗力。深圳在2016年、2017年和2018年间投资200亿，分别新建污水管网1033公里、2009公里、2855公里，截至2021年污水管网建设工程已全部完成，但实施效果能否达到预期还不明朗[4]。另外，对于目前的一些城中村、老旧小区等合流制小区，由于老城区建设年代久远、建筑密度大、道路宽度有限，缺少管理和管网错接混接严重等原因，如果要实施雨污分流改造，施工难度还是很大的。

因此，针对不同排水体制下的外源污染治理问题，应有针对性的采用相应措施。分流制系统选择简单高效的方式解决错混接及面源污染，合流制系统也不应完全采取一刀切的方式，全部进行雨污分流改造。

5 智能截污处理技术

为解决以上问题，可采取截污+调蓄+处理的方式。

图1 改造系统示意图

5.1 截污技术

5.1.1 传统截污技术

传统的污水截流主要应用槽式、堰式及槽堰式截流井。

堰式、槽式、槽堰式构截流井造简单，建造成本低，但是三种型式截流井存在几个问题：①截污管容易淤积；②合流污水直接溢流至自然水体中，污染河道；③存在污水及自然水体倒灌的情形；④固定堰影响行洪；⑤截流管流量无法控制；⑥三种截流井主要设计依据采用的是1997年《合流制系统污水截流井设计规范》，规范年限较长。

5.1.2 浮筒截流技术

存在的问题：①当降雨较急时，大量雨水进入分流井，井内水位迅速上升，浮筒截流装置部分关闭，初期雨水不能全截流，部分流入自然水体。②降雨中后期，由于浮筒截流装置密封不严，中后期较干净的雨水就会在整个降雨期间源源不断的进入截污干管送入污水厂，降低了污水处理厂的进水浓度，同时也增加了污水处理厂的处理负荷。③浮筒截流装置无法实止回功能，当污水系统的水位高于分流井水位时，污水就会回流至分流井内，进入自然水体。

5.1.3 智能分流技术

智能分流技术，可以根据管网水质、水量、汇水面积等因素进行设置，实现污水全收集，降雨少溢流。

智能分流井优点：

①智能分流井截污管前装有流量控制闸门，对通往污水处理厂的最大量能够进行控制，同时可以防止污水回流，普通的截流井截污管流量没有控制，且无法防止污水回流。

②智能分流井出水口前装有液动下开式堰门，截流高度可以智能调节，同时可以防止自然水体的倒灌。但普通的截流井只是固定堰，无法调节截流高度和防止河水倒灌。

③智能分流井可以通过液位、水质、水量、降雨量等几个方面进行控制，普通的截流井只是水位控制。

④智能分流井采用SCADA系统进行智能控制，普通的截流井仅仅只是对单个的设备进行控制。

根据《室外排水设计标准》（GB 50014—2021）规定，分流制排水系统禁止污水接入雨水管网，并应采取截流、调蓄和处理等措施控制径流污染；污水系统设计应有防止外来水进入的措施[5]。因此截流井应具有污水全截流、避免中后期雨水进入污水管网、防止污水回流及防止自然水体倒灌的功能。综合比较，用在小区雨水管接入市政雨水管之前且符合《室外排水设计标准》的截流井为智能分流井。

5.2 调蓄技术

调蓄池主要收集径流中污染严重的水体，在降雨停止或污水处理厂有富余处理能力后，将调蓄池排空，缓慢输送至下游管网、泵站或污水处理设施。因此初雨调蓄池的主要作用就是截流并储存降雨之初径流污染严重的部分雨水，减少下游水体污染。

目前大部分调蓄池建设因为地下空间不足，土地资源紧缺，往往采用集中调蓄，建立大型或者超大型调蓄池，但是结果却是污染收集率非常低。调蓄池建大了后，只收了近处的脏水和干净水，远处的污染物进不了调蓄池，仍然只能在每一个排口处溢流到河道中，造成大量溢流污染问题。这就导致了：①调蓄池空间利用率低；②污水处理厂进水浓度降低；③溢流污染严重，造成水体污染。

在调蓄池前端配合截流井技术，可以有效的解决传统调蓄池设计所带来的缺陷。城市中截污系统、污水处理厂和调蓄池收集处理城市最脏的水，提高了调蓄池的利用率。

5.3 雨水净化技术

常规雨水净化技术有MBR池、曝气生物滤池、活性砂过滤、投药混和、絮凝沉淀（澄清、气浮）、普通砂过滤、接触氧化、活性炭吸附过滤、臭氧氧化、反渗透以及膜过滤等，根据原水水质及处理目标不同，可以有多种组合方式。

近年来，膜技术在水处理领域中广泛应用，特别是与生物反应器相组合的膜生物反应器作为一种新型高效污水处理技术在国际上受到了广泛关注。使用膜生物反应器进行污水处理不仅可以大大节约水资源，还可以大大节约能源，节省设备和运行费用，减少设备占地，避免二次污染，有着很大的环境效益，社会效益和经济效益。

6 工程案例应用

柴泊湖位于新洲区西南部阳逻街，北抵汉施公路，西抵阳逻电厂，南抵阳逻街道办事处。柴泊湖汇流范围内经济主要为工业、农业、商业、涉及新洲区阳逻街阳逻老城区以东部分区域。随着城市建设的快速发展，柴泊湖汇水范围内已实施雨污分流，但是存在雨污错混接现象，导致部分雨水口变成混排口，水体污染严重。

为了解决外源污染问题，对沿湖排口进行了详细调查，调查发现环湖共有35个排口，根据排口的污染和对周围环境影响的恶劣程度污，将排口按年污染物贡献率从高到低进行了等级，依次划分为I等级（3个）、Ⅱ等级（14个）、Ⅲ等级（18个）。

图2 柴泊湖排口分布图

最终确定14个排污量大、污染严重的排口进行治理。设计在每个排口末端建设智能分流井一座，将旱流污水截流至污水处理厂进行处理，并配套调蓄池及雨水净化单元（膜技术），将截流的初期雨水进行收集处理，达标后排放。

工程通过在I、II等级排口末端设置智能截流井，将混排口的污水截流至环湖的现状污水管网，保证晴天无污水入湖，从而达到控制点源的目的。

通过新建初雨调蓄池等一系列措施对I、II等级排口进行初雨截流，并新建初雨净化厂实现对初雨的净化，从而实现削减面源污染的目的。

图3 外源污染治理系统示意图

图4 工艺平面布置示意图

7 结语

外源污染治理作为水体污染防治的重中之重，治理方式有很多中，但最重要的是结合实际情况，采取合理的解决方案。本研究通过对截流+调蓄+雨水净化的方式，有效阻断污染物进入自然水体，从而提升排口出水水质，有效改善水环境质量。为水环境的综合治理提供一定的借鉴意义。