浅议合流制管道溢流污染的控制对策

　　【摘要】合流制管道溢流污染是城市水体环境质量下降的原因之一.通过分析合流制管道溢流的影响因素，探讨了控制合流制管道溢流污染的治理对策，即从源头控制和末端治理两个方面分析了具体的对策,为进一步研究控制合流制管道溢流污染的措施提供参考。
　　【关键词】合流制管道溢流，污染治理措施，源头控制，末端治理
　　暴雨条件下，合流制排水系统内的流量超过截污流量时，超过部分的雨污混合污水将直接排入受纳水体，被称为合流制管道溢流。当今，有相当一部分城市的排水体制仍以合流制为主，下雨时经常会发生管道溢流，这不仅严重污染了受纳水体，影响了水生生物的生长繁殖，造成了水体富营养化，还对人们的生活产生了不利影响，制约了城市的可持续发展。随着人们对水污染和水环境认识的不断深入，合流制管道溢流污染控制引起了越来越多人的重视。
　　1影响合流制管道溢流的因素
　　1.1降雨条件
　　降雨特征对地表径流的浓度有很大影响。降雨特征主要包括降雨强度、降雨量、降雨历时、降雨间隔时间等。降雨强度决定了雨水淋洗地表污染物的能量的大小，降雨强度越大，污染物被冲刷的动能越大，合流制管道溢流污染物浓度也越大。降雨量决定了稀释污染物的水量，降雨历时决定着污染物被冲刷的时间。降雨间隔时间决定了地面污染物的累积量,间隔时间越长,地面累积的污染物越多，一旦下雨合流制管道溢流污染物浓度则相应增大。
　　1.2下垫面情况
　　城市土地利用类型决定着污染物的性质、积累速率和径流系数。土地利用类型包括：商业区、工业区、交通区、居住区、绿化区以及建筑施工区。其中，商业区和交通区的污染程度一般高于较低密度的居民区，尤其是诸如Pb之类的重金属污染物[1]。工业区的地表径流由其产业性质决定。绿化区的地表径流则来自于施用的化肥和农药。除此之外，街道清扫状况也在一定程度上影响了合流制管道溢流污染物浓度。地面清扫频率对地面污染物尤其是SS的去除影响很大。
　　1.3截流倍数n0
　　截流倍数是指在排水系统中,被截流的雨水量与晴天污水量的比值，一定程度上反映了合流制排水系统的综合截流污水的能力。截流倍数越大，合流制排水系统管径越大，收集的污水量就越大；反之，截流倍数越小，则排水系统管径越小，污水收集量就越小。雨天时，超出合流制排水系统排水能力的合流污水在截流倍数较小的情况下就会发生合流制管道溢流，合流污水将直排河道，污染受纳水体。
　　1.4管道沉积物污染
　　有研究表明，合流制排水系统排入河道的污染物负荷约有60%来自于管道沉积物。这是因为在旱流时期，管道中只有旱流污水，此时管道充满度为0.1-0.2，流速较低，所以管道底部很容易沉积固体杂质等污染物。降雨时期，管道内雨污混合污水流速随流量的增大而增大，旱季时沉积的污染物被水流冲起，特别是降雨初期，合流污水中污染物负荷量明显增加。
　　2合流制管道溢流污染的治理对策
　　综合国内外对合流制管道溢流的处理进展来看，目前对其污染的治理对策主要有源头治理和末端治理两项措施[2]。源头治理是指从引起合流制管道溢流的原因出发，通过减少雨水径流污染，从而在水量和水质两个方面减少进入合流制管道系统的径流量和污染负荷，从根本上消除和减少合流制管道溢流的措施。它是控制合流制管道溢流的最经济、最有效的措施[3]。末端治理是指通过一定的控制措施来对溢流污水进行处理，常见的技术包括：建立调蓄池、采用旋流分离、沉砂、沉淀等物理和化学处理甚至生物降解处理方法[4]。
　　2.1增设雨水渗透和滞留设施
　　随着城市化进程的加快，不透水面积的大幅度增加，导致径流系数变大，使得在相同的降雨条件下，雨水径流量大大增加，洪峰出现时间提前，对城市排水系统造成了很大压力。通过增设渗透设施和滞留设施可有效减少合流制管道溢流的发生，使合流制管道溢流污染控制与暴雨径流控制有效地结合。降雨时，雨水落到城市地面上需要经过植物截留、土壤下渗、地表洼蓄和蒸发后才会形成雨水径流，流入城市雨水管道或合流制管道。在城市进行透水路面铺装等渗透设施可增加下渗雨水量，削减流入雨水管道的雨水量，从而减少合流制管道溢流的水量。建设下凹式绿地等滞留设施可蓄渗雨水径流，达到暂存、缓存雨水的作用，同时有机污染物在雨水内也可得到净化。可实现这一目的的其他工程措施还包括：雨水湿地、屋顶花园和植被过滤设施等。
　　2.2增大截流倍数n0
　　n0的确定直接影响工程规模和环境效益。一般而言，n0大，则工程投资要增加，环境效益好；n0小，则工程投资少，但对环境的负面影响大。我国现行的《室外排水设计规范》中规定n0应根据旱流污水的水质和水量及其总变化系数、水体卫生要求、水文和气象等因素确定，一般采用1~5，实际工程中为节省投资一般采用0.5~1。增大n0，管道截流的污水量增加，合流制管道溢流量减小。当n0增加到一定程度时，就不会发生管道溢流，这样也就把合流制管道溢流对受纳水体的污染降到最小。截流倍数的选择只有综合考虑水文、环境和经济因素，才能找到最适合当地条件的最优截流倍数，如图一所示。
　　
　　图1截流倍数的优选
　　2.3雨污分流
　　将合流制排水系统改造成分流制排水系统，实行雨污分流，这是防治合流制管道溢流污染的最根本的一个办法。这样，污水经过污水管网直接引至污水厂进行处理后达标排放，避免了污水直排对受纳水体的污染。除此之外，实行雨污分流使进入污水厂的污水水质和水量都比较稳定，有利于实现污水处理后的达标排放。但是实行雨污分流，它不仅要求无论是住宅区还是工业场区都要有独立的污水和雨水排水系统，还要求道路横截面有空间增设新的管道，这对于地下管道基本成型一般城市来说难度很大[5]。
　　2.4调蓄池
　　当截流管无法接纳超出截流能力的混合污水，且合流制管道溢流的污染物浓度又较大时，此时建调蓄池是十分必要的。调蓄池的主要作用是截流初期雨污混合污水，提高合流制系统截流倍数，减少暴雨期间合流制管道的溢流量，从而减少对水体的污染。降雨初期，将部分能被污水处理厂接纳的雨污混合污水直接送至污水处理厂；超出排水系统排水能力的那部分雨污混合污水部分溢流进入调蓄池，剩余部分直接溢流至水体。调蓄池内的溢流污水在晴天被输送至污水厂进行处理，这样可减少污水厂的在线流量，避免了含有大量污染物的溢流污水直接排入水体，给水体造成污染。调蓄设施一般与截流设施或处理设施组合配置，可地上或地下布置，设施形式有池状和管涵状[6]。调蓄池除了能贮留混合污水，还能起到净化污水的作用。建立调蓄池是控制合流制管道溢流污染的一项有力措施，但是所需空间和较高的投资费用限制了它的使用。
　　
　　图2合流制排水系统流量调蓄池流量图解
　　2.5旋流分离
　　旋流分离器是种分离非均相混合物的设备，当雨污混合污水以一定的压力从旋流器上部周边切向进入分离器后，产生强烈的旋转运动，由于固液两相之间的密度差，较重的固体颗粒经旋流分离器底流口排出，而大部分清液则经过溢流口排出，从而实现分离部分污染物的目的，它具有分离效率高、装置紧凑、操作简单、维修方便、占地面积少等优点[7]。旋流分离器的性能受进料压力、流量、底流口大小和悬浮液自身性质等多种因素影响。
　　2.6沉淀池
　　沉淀池的作用是在重力作用下去除污水中悬浮固体的可去除部分，它是污水处理中常采用的一种设施，在德国运用较为广泛。目前国外用于合流制排水系统污水溢流处理的装置主要有ACTIFLO、Infilco、DENSADEG等。其沉淀单元均采用上流式斜管或斜板(起泥水分离和整流作用)以提高沉淀效率,改善出水水质。合流制溢流污水高效处理装置是控制溢流污水污染的有效方法,而改善沉淀单元的水力情况和流态分布能有效提高装置的处理效果。
　　2.7消毒
　　合流制管道溢流污水中含有多种病原体和细菌，为了避免合流制管道溢流污水污染受纳水体，进而影响城市居民健康，应及时对合流制管道溢流进行消毒处理。合流制管道溢流消毒方式有氯消毒、二氧化氯消毒、次氯酸盐消毒、臭氧及紫外线消毒、电子束辐射消毒等[8]。随着科技的发展，诞生了一些新的消毒技术，例如生物消毒、光催化消毒、电场消毒、超声波消毒等[9]。目前，应用最为广泛的是氯化消毒，但在消毒过程中会产生有害副产物，污染水源。臭氧杀菌效果好，但生产成本高、产率低，且难以保证持续的杀菌效果。具体采用哪种消毒方法要根据待消毒的污水水质和消毒目的，在当地经济和环境效益综合比较下决定。
　　3结语
　　合流制管道溢流是城市周边水体环境质量下降的原因之一，它的有效控制对保护城市周围地表水体、改善城市生态环境、提高居民居住质量、促进减排等方面具有重要意义。本文分析了合流制管道溢流的影响因素，结合国内外研究经验，进一步探讨了控制合流制管道溢流的措施。除了源头控制和末端治理这些工程技术方法，制定相应的法规和技术规范，采用工程方法与非工程方法相结合，才能从根本上解决合流制管道溢流污染问题。
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