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智慧排水在城市内涝污染减排中的应用

来源: 日期:2018-08-27 浏览:78次

智慧排水在城市内涝污染减排中的应用


排水系统在城市雨水、污水输送,控制水体污染和内涝溢流方面发挥着重要作用。传统的排水系统往往不能和污水处理设施实现一体化联动控制,即厂网一体化,并主要以基于流量的控制方法为主,缺少对水质的建模和优化,导致城市内涝在许多发展中国家成为雨季的常态事件,同时也导致水体污染得不到有效控制。本文通过对智慧排水系统关键技术的阐述和案例分析或许能为业界以及主管部门提供一些有益借鉴。


一、概述

近年来,中国城市内涝事件频发,暴雨来临时,很多城市开启“看海模式”,成为普遍性的城市灾难事件。据央视报道,2015年上半年全国有98个城市因暴雨内涝受淹,而雨季溢流是城市、河道水体的主要污染源。国家为此推动海绵城市建设,其中包含排水管渠设施和排涝除险设施。排水系统的智能化、智慧化是解决问题的关键。

我国目前污水的排水方式一般分为合流制和分流制两种类型。分流制排水系统把雨水和污水在两套各自独立的管渠中排除,一方面减少雨水对污水处理系统的冲击,另一方面避免污水通过雨水系统污染河道。

雨污合流制城市中的排水管网系统,可同时收集生活污水、工业废水以及雨水(简称雨污水)。雨污水由管网系统输送到污水处理厂,经处理后重新排放到接收水体或大自然中。

在暴雨过程中,因短时间内产生大量雨污水,城市排水系统以及污水处理厂很容易产生容量超载,导致未经处理的污水外流,造成城市内涝或雨污水溢流,污染环境 (图1)。

【技术聚焦】智慧排水在城市内涝污染减排中的应用

图1:排水管网与暴雨溢流产生示意图

针对排水溢流污染问题,国家出台了一系列关于水污染、黑臭水体政治的工作指南,这些指南都将城市黑臭水体治理、合流制溢流污染问题作为重点问题进行研究,沿河截排系统雨季溢流污染问题已经成为当前需要着力解决的重难点问题。

—《城市黑臭水体整治工作指南》中提出2017年底前直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体,2020 年底前地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内的目标。

—《水污染防治行动计划》(国发〔2015〕17号):直辖市、省会城市、计划单列市建成区要于2017年底前基本消除黑臭水体,到2030年,城市建成区黑臭水体总体得到消除。

—《城市黑臭水体整治工作指南》由住房城乡建设部、环境保护部、水利部、农业部2015年8月印发,该指南提出了“控源截污、内源治理、生态修复”的技术路线,其中“控源截污“是根本措施。

二、研究现状

合流制排水系统暴雨季所存在的隐患,总结而言主要有水量、水质两方面问题:(一) 水量-内涝问题;(二)水质-溢流问题。为解决由此引发的城市内涝,水体污染,国内根据相关政策,主要从排水系统溢流口采取措施减轻溢流对水体造成的污染伤害,国外则主要在管网系统优化应用中寻找解决方案:

2.1国内通过排口控制溢流的对策

关于截排系统雨季溢流污染的控制措施,国内主要以控制排放口溢流为主,排水口治理必须有效解决雨污混接、修复排水管道及检查井各类缺陷、堵地下水,以及设施维护管理统筹进行。可结合“海绵城市”建设和其它措施,有效削减初期雨水污染负荷。对于不同的排水系统,其排放口的控制措施有所不同,目前国内常见的几类排放口控制措施有:

1)分流制污水直排排水口:封堵、截污、送入污水处理厂。

2)分流制雨水直排排水口:当地面清扫、浇洒、绿化、餐饮、洗车等通过雨水口的非直接接入污水和初期雨水是引起水体黒臭的主要原因时,可在排水口前或在系统内设置截污调蓄设施。

3)分流制雨污混接雨水直排排水口:不能够简单地封堵,可增设混接污水截流管道或设置截污调蓄池。混接污水截流是分流制排水系统,雨污分流治理措施的补充和完善。

4)分流制雨污混接截流溢流排水口:应在重点实施排水管道雨污混接改造的同时,按照能够有效截流的要求,对已有混接污水截流设施进行改造或增设截污调蓄设施。排水口改造时,应采取防水体水倒灌措施。在沿河道无管位的情况下,混接污水截流河底截污管管道可敷设在河床下;敷设在河床下的混接污水截流管需要采取严格的防水体水入渗措施。

5)合流制直排排水口:按照要求增设截流设施,截流污水接入污水处理系统。排水口改造时,要采取防水体水倒灌措施。

6)合流制截流溢流排水口:应有效提高合流制截流系统的截流倍数,保证旱天不向水体溢流。

7)泵站排水口:在排水管道系统完善和治理的同时,根据现有泵站排水运行情况,优化运行管理,特别是要降低运行水位,减少污染物排放量。

8)沿河居民排水口:对近期保留的居民住房,可采用沿河堤挂管、沿河底敷设管道的方法收集污水,但沿河挂管方式存在坡度不足的问题。

9)设施应急排水口:增加备用电源和加强设备维护,特别是加强事先保养工作,降低停电、设备事故发生引起的污水直排。

2.2国外通过智慧排水系统控制溢流的对策

国外则主要通过智慧化排水系统,优化应用基础设施而减少溢流,在暴雨季节,采用具有储水功能的沉淀池定向存储污水,并通过控制闸门,水泵等控制部件逐渐向污水处理厂输送并净化污水。城市排水基础设施的运营控制基于遥测遥控系统,而实时控制(Real Time Control-RTC)因及时高效而成为当前有效的管理策略。

迄今为止,实时控制的策略多以流量管理为主,并没有考虑在整个降雨过程和储存期间变化很大的污水中的污染负荷。除此以外,对于排水系统与污水处理厂的管理,大多数城市处于分离阶段,从而很难在整体上提高排水系统的应用。




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