武漢市黃孝河合流制溢流污染控制案例
小編說：黃孝河位于湖北省武漢市漢口中心片區(qū)，歷史悠久，承載著武漢市的滄桑巨變，伴隨城市的發(fā)展，水環(huán)境逐步惡化。黃孝河、機場河和巡司河是武漢市最難治的三條河，被形象地比喻為武漢“三大名流”，黃孝河在治理前的情況非常糟糕，目前已然成為影響城市形象的黑臭水體，是建設(shè)部跟環(huán)保部掛牌督辦的重點工程。合流制排水系統(tǒng)污水在雨季發(fā)生的溢流（CSOs）是主要因素，工程通過對黃孝河CSOs污水截流、調(diào)蓄、處理等有效治理措施，將污染物削減后再行排放，年溢流頻次控制在10次以內(nèi)，可有效緩解CSOs污染。
1 項目背景
1.1 黃孝河的歷史溯源
黃孝河至今已有500多年歷史。明崇禎年間，為治理漢口每年累遭漢水和府河泛濫之危害，修建袁公堤，漢水主流改道，堤外形成“十八淌子”，淌子較窄且淺；清咸豐十一年，漢口開辟租界，為便利運輸，將連接“十八淌子”的河港擴寬，成為一條河流，形成了一條橫臥漢口北部長12.4 km、寬10 m的河道，以黃陂、孝感各取一字得名黃孝河。后因漢口數(shù)百個湖泊被填，地區(qū)面積擴大了兩倍，黃孝河的通航功能喪失，逐漸淪為城市的排水通道，且由于其自然坡度小，排水能力不足，每遇大雨，便污水四溢，漬水成災(zāi)。1983年，武漢市政府決心徹底根治黃孝河，將京廣鐵路以南地區(qū)河道改為箱涵，鐵路以北地區(qū)（向北流至府河）仍保留明渠形式，經(jīng)過8年時間，最終形成了5.3 km城市地下箱涵與5.4 km黃孝河明渠，大大緩解了排漬問題，見圖1。
1.2 黃孝河系統(tǒng)的排水現(xiàn)狀
黃孝河為城市內(nèi)河，承擔(dān)著漢口東部48.5 km²城區(qū)的雨污水排放任務(wù)，服務(wù)人口110萬，其中京廣鐵路以南地區(qū)為合流區(qū)，面積約為19 km²，雨水經(jīng)黃孝河箱涵排入黃孝河明渠，合流制排水系統(tǒng)旱流污水通過在箱涵出口處設(shè)置截污閘攔截并通過污水泵站提升至三金潭污水處理廠。京廣鐵路以北地區(qū)為分流區(qū)，黃孝河明渠為其雨水受納水體。
1.3 黃孝河水環(huán)境現(xiàn)狀
黃孝河歷經(jīng)數(shù)次整治，但水環(huán)境仍然較差。按照《城市黑臭水體整治工作指南》給出的黑臭水體污染程度分級標(biāo)準(zhǔn)，黃孝河屬于城市黑臭水體。造成黃孝河黑臭的原因復(fù)雜，包括污水截流不徹底、雨天合流制污水溢流量大、內(nèi)源污染嚴(yán)重及缺乏生態(tài)補水等多個因素。治理也需遵循“適用性、綜合性、經(jīng)濟性、長效性和安全性”原則，采用控源截污、內(nèi)源控制、生態(tài)修復(fù)、活水循環(huán)等技術(shù)措施從根本上解決黃孝河的黑臭。本文主要著重闡述控制雨天合流制溢流（CSOs)污水對黃孝河明渠污染的問題。
2 黃孝河合流制溢流（CSOs）污染控制
2.1 CSOs污染特點
黃孝河排水系統(tǒng)合流片區(qū)位于中心城區(qū)，屬于老城區(qū)，建設(shè)密度較高，合流制管網(wǎng)改為分流制實施難度極大，暫時保留其合流制排水管網(wǎng)相對合理，但與此同時也帶來了合流制溢流污染問題。
在降雨（或融雪）期，由于大量雨水流入排水系統(tǒng)，合流制排水系統(tǒng)內(nèi)的流量超過截污流量時，超過排水系統(tǒng)負(fù)荷的雨污混合污水便會直接排入受納水體，這被稱為合流制管道溢流（Combined Sewer Overflows，簡稱 CSOs）。合流制管道溢流不僅會嚴(yán)重影響水生生物的生長繁殖，造成水體富營養(yǎng)化，污染受納水體，尤其是對自凈能力弱、環(huán)境容量較小的城市內(nèi)河，將對其水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生致命的破壞，直接將其變?yōu)楹诔羲w，對城市居民的健康產(chǎn)生不利影響，制約城市的可持續(xù)發(fā)展。
旱季時，合流制管網(wǎng)中只有城市污水，排水管渠斷面大，而污水量小、流速慢，管道中產(chǎn)生淤積，這些淤泥包含了大量的污染物及致病微生物；雨季時，雨水徑流進入合流制管網(wǎng)，排水量變大，流速較高，將旱天沉積在管網(wǎng)的污染物沖刷下來，使合流污水中污染物的濃度比單純的降雨徑流大很多。因此，合流制管網(wǎng)中污水的水量和水質(zhì)是變化的。雨水管道沉積物是影響CSOs的主要因素之一，有研究表明，合流制排水系統(tǒng)排入河道的污染物約有60%來自于管道沉積物。這主要是由于旱季沉積在管網(wǎng)內(nèi)的污染物被雨天大量雨污水沖刷而混入合流污水中，導(dǎo)致污染物濃度的升高。
2.2 黃孝河CSOs污染治理思路
黃孝河污水系統(tǒng)內(nèi)現(xiàn)有1座處理規(guī)模50萬m³/d的三金潭污水處理廠，配套建設(shè)的污水泵站有鐵路橋泵站、建設(shè)渠泵站、塔子湖泵站和石橋泵站等，其中鐵路橋泵站位于合流制管道系統(tǒng)末端（暗涵末端，明渠起端），合流制污水若不能被該泵站抽排則會翻越明渠點水閘，溢流進入黃孝河明渠起端，污水處理廠和泵站的位置分布如圖2所示。
2016年武漢市對漢口地區(qū)第三、四季度污水系統(tǒng)關(guān)鍵點進行水質(zhì)、水量排查，黃孝河污水系統(tǒng)實測污水量詳見表1。
從實測數(shù)據(jù)可以得出三金潭污水處理廠處于滿負(fù)荷運行狀態(tài)，在雨季，黃孝河明渠溢流更加嚴(yán)重，特別是鐵路橋泵站，設(shè)計截流倍數(shù)較小，因城市發(fā)展居住人口增加帶來的污水量增加，使得泵站常年滿負(fù)荷運行，已沒有余量對CSOs污水進行提升處理。
充分考慮現(xiàn)狀、用地及可實施性，為最大程度的治理CSOs對黃孝河明渠段的污染，將污水處理廠消納不了的CSOs污水接入CSOs在線處理設(shè)施，通過調(diào)蓄池來調(diào)節(jié)污水量與處理設(shè)施規(guī)模的不匹配，具體做法如圖3所示。
3 黃孝河CSOs控制設(shè)施的具體設(shè)計
3.1 CSOs進口節(jié)制閘
進口節(jié)制閘既能保證合流制污水優(yōu)先進入污水處理廠，又可將污水處理廠消納不了CSOs污水接進截污箱涵（將明渠起端的水位控制在泵站正常吸水最低水位與明渠起端水閘不發(fā)生溢流水位之間，最大程度的減少溢流的發(fā)生）。
根據(jù)運行工況及現(xiàn)場安裝條件，選用占地較小布置更靈活的液動下開式堰門，閘門尺寸B×H=4 000 mm×3 000 mm，安裝在截污箱涵的進口處。由于合流制污水進入CSOs截污箱涵之前已經(jīng)過一道粗格柵，因此本工程CSOs截污箱涵起端不再另設(shè)格柵。
3.2 CSOs截污箱涵
根據(jù)實際情況，參考?xì)W美國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，合理確定污染控制目標(biāo)，如溢流總量控制率、溢流次數(shù)、溢流污染總量等。根據(jù)降雨資料篩選出滿足控制目標(biāo)要求的臨界降雨，根據(jù)降雨量及暴雨強度，初估調(diào)蓄池容積和截污箱涵過流能力，通過水力模型模擬試算修正，最后采用多年實際降雨資料進行模型驗證。設(shè)計斷面尺寸B×H=4 000 mm×3 000 mm；設(shè)計水力坡度為0.7‰；設(shè)計過流能力22 m³/s；全長5 km。
3.3 調(diào)蓄池
設(shè)調(diào)蓄池1座，設(shè)計有效容積V=25萬m³，平面占地面積3.4萬m²，有效水深7.3 m，分為5個蓄水室。將調(diào)蓄池分格的目的旨在適應(yīng)多種雨情，提高調(diào)蓄池及其設(shè)備的有效利用率、降低能耗、方便調(diào)蓄池運維及管理。分格后，前2個蓄水室利用率較高且存儲CSOs污水也較臟、污染物相對集中。
CSOs調(diào)蓄池內(nèi)的設(shè)備相對較少。其中關(guān)鍵設(shè)備為沖洗系統(tǒng)設(shè)備，若不能進行有效的沖洗，池底出現(xiàn)淤積，清洗難度大，且淤積的污泥厭氧發(fā)酵也會釋放有毒有害氣體，其中厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷為易燃易爆氣體，為運營帶來巨大風(fēng)險。為了保證其正常工作，每次蓄水結(jié)束后對池體污染物的清洗至關(guān)重要；需要配備沖洗效果好、自動化程度高的沖洗工藝。
配合調(diào)蓄池的分格，在利用率較高，且儲存水污染物含量較高，產(chǎn)生沉積比較多的蓄水室中，使用沖洗效果最有保證的智能噴射器作為沖洗設(shè)備；在后續(xù)利用率較低，且儲存水污染物含量較低，產(chǎn)生沉積比較少的蓄水室中，使用較為安全可靠且應(yīng)用最為普遍的門式?jīng)_洗。
3.4 強化處理設(shè)施
一般情況下調(diào)蓄池的排空時間為12～48 h，根據(jù)模型演算結(jié)果，本工程調(diào)蓄池排空時間12 h可滿足系統(tǒng)污染控制要求。設(shè)強化處理設(shè)施1座，處理規(guī)模為6 m³/s。進水水質(zhì)根據(jù)實測不同降雨時段的CSOs水質(zhì)綜合確定，由于調(diào)蓄池具有一定的水質(zhì)調(diào)節(jié)功能，可不考慮極端峰值，但是在降雨量較少時，污水平均濃度卻較高，因此本工程確定的進水水質(zhì)指標(biāo)為：SS=70～500 mg/L，TP=2～4 mg/L，排放標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)排放府河污染物總量要求確定，為：SS=10 mg/L，TP=1 mg/L，由于COD、BOD等指標(biāo)與上述兩項指標(biāo)具有一定相關(guān)性，因此其他指標(biāo)不作要求。
強化一級處理可以在較少提高基建和運行成本的條件下，顯著地提高污染物的去除。對于低濃度的污水，經(jīng)過強化一級處理工藝可以實現(xiàn)直接達(dá)標(biāo)排放。強化一級處理在基建投資、運行維護費用、占地面積、電耗及人力等方面均遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的二級生化處理工藝，而且運行管理簡單方便、處理穩(wěn)定、見效快、環(huán)境效益好，它不僅能在短時間內(nèi)，以較少投資和較低運行費用使污水得到有效治理，對于緩解當(dāng)前我國亟待解決的水環(huán)境污染問題，實現(xiàn)經(jīng)濟和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略也有重要的現(xiàn)實意義。
本工程采用化學(xué)、結(jié)團聯(lián)合絮凝強化作為CSOs污水處理主體處理工藝，見圖4。
CSOs污水經(jīng)過細(xì)格柵及曝氣沉砂池后，進入集成的加介質(zhì)高速混合絮凝沉淀池，通過向混合池中投加混凝劑，使污水中的懸浮和膠體態(tài)物質(zhì)與混凝劑作用發(fā)生脫穩(wěn)、聚集，同時污水中的磷與混凝劑反應(yīng)通過化學(xué)沉淀、混凝沉淀和選擇性吸附等過程將污水中的磷去除；在絮凝池投加有機高分子絮凝劑，通過吸附架橋和卷掃作用提高混凝去除效率；同時在絮凝池投加介質(zhì)載體，進行結(jié)團增強絮凝，進一步提高去除效率。通過化學(xué)絮凝與結(jié)團絮凝的聯(lián)合強化作用，形成的高密度的顆粒具有較好的沉降性能，通過斜管沉淀區(qū)后即可高效完成分離過程，沉淀池液面負(fù)荷為30 m/h。
4 結(jié)語
合流制污水在雨季溢流至黃孝河，是導(dǎo)致其成為黑臭水體的主要原因之一，本工程通過對CSOs污水進行調(diào)蓄處理，將其凈化達(dá)標(biāo)后再行排入水體，解決了合流制溢流造成的污染；而面源污染也是黃孝河黑臭的成因之一，欲從根本上解決黃孝河的黑臭還需對沿河雨水排口進行初雨棄流，實施海綿措施，解決面源污染。
此外，黃孝河黑臭水體的治理需要將CSO調(diào)蓄與處理系統(tǒng)與排水管網(wǎng)、城污水提升泵站、市污水處理廠、末端抽排泵站聯(lián)合優(yōu)化調(diào)度，綜合把控，發(fā)揮每項設(shè)施的最大能量，來確保黃孝河水質(zhì)長治久清，還自然之汩汩綠水。
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