降雨期截流式合流製汙水汙染特征及截流調控策略研究

近年來，隨著城市化進程不斷加快，城市人口不斷增加，生活汙水排放量不斷增大;與(yu) 此同時城市麵源汙染尤其是初期雨水徑流汙染也日益嚴(yan) 重叫。現階段，城市排水係統中合流製管道仍占有較大比例，在雨天，由於(yu) 受到截流管道輸送能力以及汙水廠處理能力的限製，大量的混合雨汙水被溢流到受納水體(ti) ，嚴(yan) 重影響城市河流水質。如何有效削減和控製城市合流製溢流(CS0)汙染，已經成為(wei) 業(ye) 內(nei) 關(guan) 注的焦點。

本文針對南方某城市內(nei) 河重汙染段CS0 汙染現狀，通過對已建截流式合流製管網和調蓄工程重點汙染物水質監測，分析降雨期截流式合流製汙水的汙染時空變化特征，在此基礎上，提出合流製汙水截流調控優(you) 化策略，模擬論證優(you) 化調控後汙染削減效果，以期為(wei) 城市 CS0 汙染控製提供借鑒1 研究區域

研究區域範圍位於(yu) 合肥市十五裏河流域中上遊(圖1實線範圍)，區域匯水麵積1360hm?。該區域以截流式合流製管網為(wei) 主，受下遊汙水廠處理能力影響，降雨期有大量雨汙合流汙水溢流至十五裏河。針對 CS0 問題，在該區域新建調蓄處理設施1座及5km 截流幹管，並在5處主要箱涵新建截流井，將汙水截流至調蓄池處理，調蓄處理規模為(wei) 3.7 萬(wan) t/d.

監測方案

重點監測降雨期雨汙合流汙水水質變化，分別在5處主要箱涵新建截流井處設置取樣點位，從(cong) 降雨起始階段開始取樣直至降雨結束，取樣間隔時間為(wei) 15 min，通過雨量計記錄降雨強度，如圖2所示分別在工業(ye) 園區、硬化路麵、草地、商業(ye) 街選擇代表性地塊，在降雨期進行地表徑流取樣，取樣間隔時間為(wei) 15 min[s-6]

受納水體(ti) 十五裏河水質重點汙染因子為(wei) 氨氮因此重點監測氨氮濃度，3 汙染特征及調控策略3.1截流式合流製汙水特征通過降雨期不同截流井截流汙水中氨氮隨降雨曆時的變化規律發現(圖3)，

不同截流並截流汙水中氨氮濃度差別大，其中截流井1、2截流汙水濃度較高，且隨著降雨曆時，總體(ti) 呈現先降低後升高的趨勢。截流井3、4截流汙水氨氮濃度相對較低，且隨著降雨曆時，變化較小。截流井5未產(chan) 生溢流。

通過降雨期不同土地類型地表徑流的氨氮濃度監測結果發現(圖4)，該研究區域地表徑流產(chan) 生的氨氮質量濃度一般小於(yu) 2.5 mg/。由此可見，該區域合流製管網中地表徑流汙染對於(yu) 氨氮的貢獻值較小，不同截流井間濃度差別較大的原因主要是由管網係統原早季汙水水質水量的差別

3.2 優(you) 化調控對策

現有截流式合流製係統存在2個(ge) 問題:①5座截流井處超越管管底高程相差較大，其中截流井3處超越管管底高程最低為(wei) 12.58 m，這將導致降雨期在調蓄池滿液位時，其他截流井截流汙水將通過截汙管流入截流井3處超越，造成主截流管道中較高濃度汙水發生溢流，增加了降雨期的入河溢流汙染負荷。各截流井在降雨期截流汙水濃度的時空差異大，調蓄池處理能力有限，導致整個(ge) 截流係統不能充分截流高濃度時段和管網段汙水，降低了截流調蓄係統的汙染物削減效果。

針對現狀典型問題，在各截流井截流管段增設鴨嘴閥，避免截流幹管高濃度汙水從(cong) 截流支管倒流入截流井並超越溢流。在截流並節點增設在線儀(yi) 表，在主截流管段設置電動閘門，充分考慮降雨對合流製汙水稀釋作用，利用在降雨初期和末期雨水匯流量小導致截流式合流製汙水濃度高，中間時段匯流量大汙水濃度偏低的汙染特征，同時結合在線水質反饋及時起閉電動閘門，在調蓄池調蓄空間有限的情境下，避免截流氨氮質量濃度2mg及以下合流製汙水(調蓄工程處理後出水氨氮標準為(wei) 2mg 以下)，實施截流的 RTC智能控製，充分截流高濃度時段合流製汙水，提高係統的汙染削減能力，具體(ti) 示意見圖 5。

4 模擬論證

4.1 應用模型

基於(yu) InfoWorks ICM 5.5 軟件構建研究區域排水管網模型[7-01，在模型校核基礎上，模擬分析截流式合流製管網優(you) 化調控對策的實施效果4.2 模擬結果分析

(1)原截流係統截流汙水氨氮濃度模擬。針對全年降雨情境，模擬截流調蓄係統全年降雨期截流調蓄特征。截流係統截流與(yu) 溢流氨氮濃度模擬結果見圖6。由圖6可知，2場典型降雨場次模擬中, 降雨起始時，較高濃度的合流汙水被截流至調蓄池中，隨著降雨持續，入調蓄池截流汙水濃度逐漸降低，並發生截流井溢流，在降雨後期，溢流濃度呈現增長趨勢，受調蓄池調蓄能力影響，溢流濃度要高於(yu) 調蓄池濃度

因此，截流調蓄係統截流時應充分結合合流汙水在降雨期水質變化特征，預留調蓄池的調蓄量，保證對高負荷時段合流汙水的截流效果。

(2)各截流井處增設鴨嘴閥前後截流效果對比。對比各截流井處增設鴨嘴閥後對整個(ge) 截流調蓄係統降雨期截流效果的影響。單次降雨情境下增設鴨嘴閥後各截流井溢流氨氮負荷量如圖7所示，增設鴨嘴閥後前後單次降雨情境下截流係統溢流氨氮總量對比如圖8所示；

由圖7、圖8可知，增設鴨嘴閥後，當調蓄池無調蓄空間時，各截流井分別溢流，單次降雨情境下溢流氨氮總量為(wei) 35.681kg。而未增設鴨嘴閥時單次降雨情境下，主要從(cong) 截流井3處發生溢流，造成主截流管道的混合汙水溢流，總溢流氨氮量為(wei) 43.092kg。通過截流係統的優(you) 化，能夠使單次降雨情境下，溢流汙水氨氮總量削減 17.2%。(3)基於(yu) 在線水質反饋的 RTC 智能截流效果模擬結果。結合降雨期溢流汙水氨氮變化特征呈現先降後升的特點，且各截流井溢流汙水濃度存在差異，通過調蓄池前段設置電動閘門，並在截汙井1處設置在線氨氮儀(yi) 表，模擬合流製汙水 RTC智能截流的效果，截流效果對比如圖9所示由圖9可知，采用RTC控製時，能夠提升降雨期合流汙水氨氮的截流總量，運行後效果較原工況提高氨氮削減量 7.5%。

通過對截流式合流製管網優(you) 化調控對策實施效果模擬論證，在各截流井截流管段增設鴨嘴閥，同時設置在線水質儀(yi) 表，並對截流係統采用RTC智能截流，能夠顯著提高整個(ge) 截流調蓄係統的截流效率，降低降雨期汙染物的溢流入河量。

5 實施成效

在模擬論證基礎上，截流井截流管段增設了鴨嘴閥，並在截流井1、2設置在線儀(yi) 表，對現有係統實施了智能截流調控措施。通過對實施前後調蓄工程中調蓄池水質監測結果對比(見圖10)，截流係統優(you) 化後，截流至調蓄池的氨氮濃度有所提高氨氮日均質量濃度由 16.4 mg/L 提升至 19.7 mgL,有效提升了降雨期截流調蓄工程對於(yu) 合流製汙水的汙染物削減量，進一步改善了受納水體(ti) 水質，

6 結語

(1)降雨期截流式合流製管網水質監測分析結果表明，不同截流井合流製汙水中氨氮濃度差別大，且隨著降雨曆時，總體(ti) 呈現先降低後升高的趨勢。降雨期合流製汙水中氨氮主要來自於(yu) 截流生活汙水，地表徑流產(chan) 生的貢獻量較小，

(2)截流式合流製管網優(you) 化調控模擬結果表明，在各截流井截流管段增設鴨嘴閥，同時設置在線水質儀(yi) 表，對截流係統采用RTC智能截流，能夠顯著提高整個(ge) 截流調蓄係統的截流效率。(3)截流調蓄係統優(you) 化後，截流至調蓄池的合流製汙水氨氮日均質量濃度由 16.4 mg/L 提升至19.7 mg/，提升 20.1%，有效削減了降雨期合流製汙水入河汙染負荷。