近年來,生活污水收集處理設施建設不斷提速,尤其是“十三五”階段補齊城鎮(zhèn)生活污水收集管網的短板,地級及以上城市水體環(huán)境質量明顯得以改善。然而,除國內一線城市推行了源頭立管及排水單元雨污分流改造等措施外,大部分城鎮(zhèn)仍以截流式合流制收集生活污水。部分區(qū)域即使已完成雨污分流改造,初期雨水對城市水環(huán)境的污染仍占有很重要的地位!-1。在城鎮(zhèn)流域治理時,對沿河排污口進行控源截污,可有效遏制水體進一步黑臭,而要實現(xiàn)水質提升、長制久清的治理目標,存在一定難度。往往運維管理中稍有疏忽,晴天污水跑冒滴漏、雨天污水溢流導致的返果返臭現(xiàn)象就將出現(xiàn)。因此,為解決雨水管(渠)混接污水及初雨污染的問題,除了對其進行清污分流改造及精細化運維管理等措施外,在排污口截污整治時截流井的選擇也至關重要。

截流井型式

1.1   常規(guī)截流井、

在截流式合流制排水系統(tǒng)中,截流井是核心附屬構筑物,常規(guī)的截流井有槽式、堰式及槽堰結合式3種型式。晴天時,合流污水通過截流井輸送至污水廠處理,雨天時,截流倍數(shù)范圍的合流污水及部分初期雨水被截留進污水收集系統(tǒng),超量的合流污水則進入初雨調蓄設施、溢流控制處理設施或直接排入水體!-]。

常規(guī)截流井應用場景廣,建造成本低,構造簡單但存在以下缺點:①截污管容易淤堵;②合流污水直接溢流至自然水體,造成溢流污染;存在河水倒灌進污水管的風險;④堰式截流影響行洪排澇,易導致內澇:⑤截流管流量不易控制,無法實現(xiàn)精細化控制和管理在運行效果和數(shù)字化管控方面存在明顯不足51.2 智能分流井

根據《多功能清污分流井技術規(guī)程:T/CECS1135-2022》,智能分流井主要有下開式堰門分流井、柔性閥分流井和一體化分流井(或液動限流閥分流井、自動浮控閥分流井)等[5-6。其限流裝置主要由液動限流閥(或柔性閥)、流量計、超聲波液位計、自控系統(tǒng)等組成,運行方式為基于測量的流量、液位及設定的限制流量和液位“,通過自動調節(jié)限流裝置,精準控制截流管的過流量,確保不超過水位閾值。智能分流井的選型可根據現(xiàn)狀排水管管徑進行確定,當排水管管徑DN≤800時，可選擇一體化分流井;當排水管管徑1000≤DN≤1 500時,可選擇下開式堰門分流井或柔性閥分流井;當排水管管徑DN>1500時,可選擇下開式堰門分流井。

與傳統(tǒng)截流井相比較,智能分流井建造成本相對較高,但智能化程度高,能夠通過傳感器、監(jiān)控探頭等設備實時監(jiān)測水流狀態(tài),并根據實際情況智能調控分流井閥門,實現(xiàn)精準的水流控制，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面:①截流管前裝有限流裝置,能夠控制截流量;②堰板高度可以根據需求進行設定,防止河涌水倒灌進污水管:③可根據實際應用場景,采用液位法、水質法、流量法、時間法和雨是法等綜合考慮進行調控閥門啟閉:④可根據晴天、雨天、潮汐影響等不同工況進行智能控制!-+1

2工程案例

2.1 項目概況

本項目建設地點位于湛江市綠塘河下游段,起點為人民大道,終點為排海口,河段全長2.2 km,河道平均水力坡降為i=0.33%,平均河寬4.0~9.2m。下游段有2處暗渠匯入及10處沿河排污口,其分布位置如圖1所示,沿線排污口具體參數(shù)如表1所示。

綠塘河下游段南側已建污水主管,上游接駁人民大道污水主管,沿綠塘河南側敷設,污水管管徑為1000~01 200,管道長約3.5 km,下游接駁海景路污水主干管,綠塘河南側沿線污水排口均已進行截流改造,未出現(xiàn)晴天污水溢流的現(xiàn)象。北側沿綠華路已建成污水支管,起點為樂怡路,沿線接駁樂金路、明理路明哲路等污水支管,終點于海濱大道處接入南側污水主管。因北側已建污水管網存在大量錯、混、漏接,導致現(xiàn)狀雨水管(渠)均變成合流管(渠)即使在晴天，仍有大量合流污水溢流至綠塘河,導致水體黑臭。

通過分析周邊排水管網資料及現(xiàn)場調查可知，除LT9為污水直排口外,其余排污口均為合流排口。如LT7、LT8等建設時為雨水箱涌,因上游存在錯、混接現(xiàn)象,導致晴天出現(xiàn)污水直排。

據潮汐數(shù)據,湛江港潮汐為不規(guī)則半日潮,每天有兩次高潮和兩次低潮,潮差為1~2m,平均高潮位為3.51 m(國家85高程系,下同),歷年最高潮位為 8.0 m。由于綠塘河終點與海灣直接連通,且排海口未設置防倒灌閘門及排澇設施,綠塘河的水位受潮汐影響較大,尤其是LT6~LT10排污口,幾乎每天在高潮位時存在河水倒灌的情況。

2.2 設計內容

本項目治理目標為工程實施后實現(xiàn)晴天污水不入河,雨天污水少溢流,基本消除水體黑臭的考核要求。結合項目考核目標,以問題和目標為導向,通過梳理綠塘河主要污染來源,分析黑臭水體的成因,從流域綜合治理視角出發(fā),遵循“源、廠、網、河”系統(tǒng)性思維,提出控源截污、暗渠清污分流9、河道清淤、活水保質、生態(tài)修復等綜合治理措施。綜合考慮現(xiàn)狀污水收集設施、項目投資、工程可實施性等因素,在控源截污措施方面設計擬沿綠塘河北側新建污水主管,分別接入海濱大道、海景路污水主干管,沿線污水直排口接駁進污水主管,合流排污口通過設置截流井的方式收集合流污水及初期雨水,如圖2所示，

2.3 排污口截流形式設計分析

沿河排污口截流井的選擇是控源截污重要措施之一,對流域治理效果的影響至關重要。根據綠塘河下游段排污口的服務范圍、斷面尺寸、管(渠)內底標高、河涌水位、潮位影響等因素,設計截流井選擇需綜合考慮多項因素,選取合理可行的截流井形式。LT1~LT3排污口,內底標高均在歷年高潮位8.0m以上,即使在降雨且受潮位頂托時,河水倒灌的幾率極低,可選擇槽式截流井。LT4~LT5 排污口,內底標高在平均高潮位3.51m之上,在歷年高潮位8.0m以下,日常受潮位影響較小,但在降雨且受潮位頂托或天文大潮時,存在河水倒灌風險,可選擇帶拍門的槽式截流井或智能分流井LT6~LT8排污口,內底標高在平均高潮位3.51m之下,選擇槽式截流井時河水倒灌的幾率極高,尤其是 LT7、LT8排污口斷面尺寸較大,河水倒灌時,對污水主管水質水量的影響較大,容易導致上下游污水主管冒溢的現(xiàn)象可選擇智能分流井或堰式截流井,但是選擇堰式截流井在雨天時易導致上游內澇。LT9為污水直排口,應予以封堵,將污水就近接人市政污水管網。LT10內底標高在平均高潮位3.51m之下,應選擇智能分流井或堰式截流井,然而受周邊建設用地限制,只能選擇堰式截流的方式將污水收集至污水管網。因此,各排污口的截流井設計選型如表2所示。

現(xiàn)以排污口LT8截流改造為例,說明智能分流井在排口改造中的應用。如圖3、圖4所示,現(xiàn)狀排水口尺寸為 BxH=4 500 mmx2 500 mm,原建設為雨水箱涵然而現(xiàn)狀卻是晴天仍可見污水排出。通過地下管線探測及排水溯源摸查,發(fā)現(xiàn)上游存在多處錯、混接的情況。受項目建設范圍、內容、資金及工期等綜合因素的限制,方案論證時建議近期完成排污口的合流制截流式改造,遠期逐步完善雨污分流改造。排污口改造措施為箱涵末端處設置下開式堰門的智能分流井JWA8,近期將箱渠內的污水截流至污水主管,待遠期完成上游雨污水錯混接改造,并結合綠塘河綜合治理措施實施后,實現(xiàn)雨天時將初期雨水截流至污水主管。JWA8下開式堰門分流井進出水管渠尺寸為4500mmX2 500 mm,井底標高維持原標高1.83m。根據其匯水面積范圍預測的污水量及截流倍數(shù)計算確定截流管管徑,管徑不宜取值過大,避免截流量遠超設計值,影響污水主管上下游污水收集,計算復核設計截流管管徑為DN600。下開式堰門的頂部標高(4.53 m)應大于河道的防洪標準的高水位標高(3.69m),減少極端天氣導致的河水倒灌現(xiàn)象。

下開式堰門智能分流井在實際運行管理時,需根據設計參數(shù)進行運行調試,即:通過下開式堰門前后的液位、下游污水井的液位、進水水質濃度、雨天溢流量及濃度等數(shù)據,調整下開式堰門及電動限流閥的啟閉,初雨時減少對水體的溢流污染,雨中可降低匯水范圍內水浸的風險,雨后防止水體倒灌進污水管的沖擊,同時通過數(shù)據動態(tài)采集、遠程操控及在線視頻監(jiān)控,提高運維管理水平,實現(xiàn)數(shù)字化管控,從而精準控制截流量及減少污水溢流量,實現(xiàn)流域水環(huán)境持續(xù)改善的治理效果，

2.4 實施效果

工程實施后,綠塘河下游段沿河的污水直排口實現(xiàn)晴天污水不人河,雨天污水少溢流,水體黑臭現(xiàn)象基本消除的治理目標,順利通過廣東省及生態(tài)環(huán)境部的考核評估。通過表3項目實施前后的監(jiān)測數(shù)可知,水質得到極大的改善,由重度黑臭提升至V類水標準。

3 反思

綠塘河綜合治理于2020年5月開始設計、施工建設2021年初主要建設內容完成,進入試運行階段。在工程完成的近兩年內,綠塘河水質明顯改善。然而從2022年底開始,通過環(huán)保部門對綠塘河水質定期監(jiān)測數(shù)據顯示,部分河段出現(xiàn)返黑返臭現(xiàn)象。結合智能分流井在流域水環(huán)境治理中的應用,從項目設計角度分析,筆者認為可從以下幾點進行反思:

(1)流域水環(huán)境治理是個綜合性、系統(tǒng)系的工程要徹底改善河涌水質,必須從控源截污、內源治理、活水保質、生態(tài)修復等多方面綜合施策。從控源截污角度,應盡量消除排入河涌的污水,就排污口截流改造而言,仍需在以下幾方面的進一步完善:①項目建設范圍僅對河道排污口進行沿河截流改造,仍需對上游市政道路的雨污水管道的錯、混、漏接及社區(qū)、城中村等排水單元雨污分流進行改造;②未對下游污水主干管進行檢測分析,評估其污水輸送能力及缺陷;③綠塘河排海口未設置排澇閘門及泵站,河水受潮汐影響較大,導致雨天溢流進河道的污水、污泥難以轉移輸出,沉積于河底導致黑臭。

(2)在流域治理中,對上游尚未完成雨污分流改造的大型排污口設置截流井改造時,應考慮同步實施合流制溢流(CSOs)污染控制措施,如設置溢流調蓄池、以過濾技術為主的 CSOs處理裝置或初雨處理設施等,減少 CSOs污染負荷對河道水質的影響。如2022年7月某場雨導致溢流污染,雨后河道內滯留大量黑泥,如黑芝麻糊狀,導致河涌水質近一個月都處于劣V類標準。(3)對沿河的排污口進行截流改造僅能實現(xiàn)階段性目標,為實現(xiàn)流域治理長制久清,應根據城市總規(guī)、排水專規(guī)等要求,結合城市發(fā)展實施系統(tǒng)性污水管網完善工程:①要完善市政雨污水管網的錯、混、漏接的改造;②要開展流域范圍內排水單元(社區(qū)、城中村、企事業(yè)單位等)的源頭精準截污,有條件時實施完全雨污分流改造;③要治理流域范圍的面源污染,如城市“小散亂”污水排人雨水系統(tǒng)、初雨污染、城市垃圾等。

4 結語

相較于常規(guī)截流井,智能分流井具有智能化程度高,可隨運行工況進行靈活切換不同模式,遠程操控及數(shù)字化運維的優(yōu)勢,且可與其他治理設施實現(xiàn)聯(lián)動,保障設備的穩(wěn)定性和可靠性,減少維護和故障,在流域水環(huán)境治理中對主要排污點源及初雨面源的污染控制可發(fā)揮重大作用!。本文通過介紹下開式堰門截流井在沿河主要排污口中的應用,證實智能分流井在防止河水倒灌及溢流污染控制方面的巨大優(yōu)勢,能夠有效減少河水倒灌和溢流污染,改善水質,提高水環(huán)境的治理效果,為其他水環(huán)境治理項目提供借鑒。同時,提出沿河排污口截流改造僅是水環(huán)境治理的措施之一,從控源截污角度出發(fā),要實現(xiàn)水環(huán)境的長制久清,應考慮同步實施合流制溢流CS0s控制措施,完善市政道路下的雨污分流錯混漏接改造、排水單元的源頭精準截污或雨污分流改造等。