以上海市F排水系統調蓄池為研究對象，考察調蓄池對泵站溢流污染的實(shí)際控制效果。分兩階段實(shí)施夏季試驗與訊后試驗，分別研究調蓄池水質(zhì)、水量的變化情況，并分析導致其運行效率不高的根本原因。在試驗分析的基礎上，對溢流污染控制、黑臭水體治理及調蓄池優(yōu)化運行提出思考和對策。

建設初期雨水調蓄池是解決泵站溢流污染的重要手段之一，為改善水環(huán)境，上海市區相繼建成投用10余座初期雨水調蓄池，在新修編的上海市排水專(zhuān)業(yè)規劃中，也正式提出了市中心城區分流制排水系統5 mm、合流制排水系統11 mm的初期雨水截流參數。但在實(shí)際運行中，卻常常聽(tīng)到調蓄池容積偏小、作用有限等抱怨。為此，本文選擇分流制排水系統(F系統)的初期雨水調蓄池，在2017年夏季和汛期后實(shí)施了兩次試驗，研究現有初期雨水調蓄池在運行中存在的實(shí)際問(wèn)題，在此基礎上進(jìn)一步發(fā)揮調蓄措施功能，并對城市排水管網(wǎng)(泵站)雨季溢流污染提出改進(jìn)對策。

1 F排水系統及其調蓄池

F系統服務(wù)面積約6.82 km2，屬分流制排水系統，系統內的污水一部分納入相鄰污水處理廠(chǎng)，另一部分經(jīng)泵站內的污水截流泵轉輸至合流污水一期輸送管道泵送至其他污水處理廠(chǎng)。2004年 F泵站遷建工程立項，嗣后建設了規模為12 500 m3的初期雨水調蓄池1座。建成后的F泵站設有雨水泵機6臺，單臺能力3.84 m3/s，污水截流泵機2臺，單臺能力0.33 m3/s，調蓄池內另有放空泵機2臺，單臺能力0.42 m3/s。在日常運行中，泵站常開(kāi)污水截流泵1~2臺，污水輸送量約3萬(wàn)m3/d。降雨時(shí)，在污水泵機運行的同時(shí)，開(kāi)啟調蓄池，當調蓄池蓄滿(mǎn)且集水井水位到達核定水位后，啟動(dòng)雨水泵機實(shí)施降雨放江。待降雨事件結束、合流一期總管有冗余時(shí)，開(kāi)啟調蓄池放空泵機，實(shí)施放空作業(yè)，期間可維持1臺污水截流泵運行。

由于當年我國還沒(méi)有調蓄池設計規范，因此采用了德國廢水協(xié)會(huì )“ATV Arbeitsblatt A 128 1992”標準來(lái)確定，計算F調蓄池容積。按截流雨水量復核，相當于截流初期雨水3 mm，這和現在的“分流制系統按照5 mm”的技術(shù)參數較為接近，這也是選取F調蓄池進(jìn)行試驗的原因之一。

2 試驗研究方法

2.1試驗時(shí)間和周期

第一階段是夏季試驗，選擇了天氣預報連續高溫的日子，實(shí)際未發(fā)生降雨，F泵站未實(shí)施放江作業(yè)。由于是第一次，夏季試驗多少帶有探索性質(zhì)，正式實(shí)施周期為3天。

第二階段是汛后試驗，選擇在天氣較為良好的10月份，試驗周期為1個(gè)月。試驗前9天雖時(shí)斷時(shí)續地發(fā)生過(guò)降雨，但雨強雨量都不大，F泵站僅在試驗的第一天執行過(guò)很短時(shí)間的放江作業(yè)，總體上降雨沒(méi)有對試驗帶來(lái)實(shí)質(zhì)性影響。

2.2試驗步驟

試驗開(kāi)始前，對F調蓄池實(shí)施徹底清淤。每次試驗時(shí)，一般每隔24 h開(kāi)啟調蓄池，調蓄池蓄滿(mǎn)時(shí)間均在15 min左右。設計試驗時(shí)，在F泵站進(jìn)水總管、F系統邊界處，設置8個(gè)窨井水位觀(guān)測點(diǎn)，分別為：位于總管上的A、B、C 3個(gè)點(diǎn);和B點(diǎn)直接相通的D2點(diǎn)、和B點(diǎn)直接相通且位于系統邊界處的E1點(diǎn);相對位于遠端的、類(lèi)似于進(jìn)水管“肩膀”處的D、E、D1等3個(gè)點(diǎn)，詳見(jiàn)圖1。

夏季試驗時(shí)，在啟動(dòng)調蓄池前，各觀(guān)測點(diǎn)先行測量窨井內水位，同時(shí)取水樣。在調蓄池進(jìn)水過(guò)程中，每隔5 min各點(diǎn)測水位、取樣。調蓄池蓄滿(mǎn)后，待各自窨井內水位恢復穩定后再次測水位、取樣;調蓄池在取樣后，實(shí)施放空作業(yè)。每日重復，直至試驗結束。

汛后試驗時(shí)，由于各點(diǎn)測水位和取樣的工作量太大，且受制于現場(chǎng)交通條件，因此在觀(guān)測點(diǎn)加裝了水位探頭，實(shí)時(shí)讀取數據。取樣則調整到調蓄池，在調蓄池蓄滿(mǎn)后，取池內水樣送檢，然后實(shí)施放空作業(yè)，每日重復，直至試驗結束。

兩次試驗結束后，均實(shí)施調蓄池清淤，對所清淤泥取樣送檢。

3 試驗結果分析

3.1水位情況分析

3.1.1夏季試驗

試驗發(fā)現，A、B、C、D2、E1等5個(gè)點(diǎn)的水位，會(huì )隨F調蓄池進(jìn)水至蓄滿(mǎn)而呈U型狀變化，以A、B、C為例(見(jiàn)圖2)，基本都在10~15 min時(shí)水位變化最為明顯。但位于遠端的D、E、D1等3個(gè)點(diǎn)幾乎未發(fā)生變化。由此可以初步判斷，F調蓄池對進(jìn)水總管的拉動(dòng)，至C點(diǎn)結束，總長(cháng)約1 200 m;調蓄池的運行，僅對鄰近的管網(wǎng)起到了收水效果。

3.1.2汛后試驗

在夏季試驗的基礎上，汛后試驗對水位發(fā)生明顯變化的5個(gè)點(diǎn)加裝了水位探頭，以A點(diǎn)為例可見(jiàn)(見(jiàn)圖3)：①和夏季試驗一樣，A點(diǎn)水位會(huì )隨調蓄池進(jìn)水至蓄滿(mǎn)的過(guò)程而同步發(fā)生變化，并在滿(mǎn)水后的短時(shí)間內迅速恢復，這種變化引起的水位落差約1 m;②受前期降雨影響，管道內的水位出現過(guò)長(cháng)高，試驗的第16天，泵站關(guān)閉了出水閘門(mén)，管道水位也有所長(cháng)高，但整體上仍保持在一個(gè)“常水位”，并未隨調蓄池的連續運行而發(fā)生明顯的下降;③在試驗后期連續近20天晴天的情況下，C點(diǎn)和A點(diǎn)水位平均在井蓋以下1.9~1.8 m，經(jīng)核算總管內始終為滿(mǎn)管流，且每天都呈現出一個(gè)小波峰。

這些情況說(shuō)明，F系統內來(lái)水豐沛，調蓄池連續一個(gè)月的運行沒(méi)有對管網(wǎng)水位產(chǎn)生影響。從每天的波動(dòng)規律上看，生活污水的影響很明顯，管網(wǎng)混接現象比較嚴重。

3.2 水質(zhì)情況分析

3.2.1夏季試驗

夏季試驗時(shí)，在水位幾乎未變化的D、E、D1這3個(gè)點(diǎn)，水質(zhì)總體上比較穩定，其中，E點(diǎn)的水質(zhì)濃度非常低，D、D1點(diǎn)和污水處理廠(chǎng)同期進(jìn)水水質(zhì)較為接近。

其他各點(diǎn)中，位于系統邊界處的E1點(diǎn)情況比較特殊，在水位恢復穩定后，該點(diǎn)往往出現COD、SS、TP的急劇增長(cháng)。據現場(chǎng)觀(guān)測人員反映，此處管道內水質(zhì)渾濁且發(fā)臭，甚至在水位劇烈下降時(shí)，都能看到糞便狀物體從相鄰管道沖入，據分析應該是相鄰合流制系統的污水。

更值得注意的是A、B、C、D2、E1這5個(gè)點(diǎn)的水質(zhì)變化，以A、C兩點(diǎn)為例(見(jiàn)圖4)，在15 min的進(jìn)水過(guò)程中，隨著(zhù)水位突降，COD和SS呈現出一個(gè)突增趨勢，氨氮卻相對平穩。同時(shí)，調蓄池內的水質(zhì)也大致如此，COD和SS在最后一天時(shí)達到最大值，而氨氮卻總體穩定。

從監測結果來(lái)看，顯然指向了沉積物的影響，調蓄池清淤檢測結果也支持這個(gè)觀(guān)點(diǎn)，淤積物灰分為84.9%，揮發(fā)分為15.1%，以無(wú)機物為主。表明在調蓄池蓄水的過(guò)程中，調蓄池收納到的是混有管道內大量沉積物的污水。

3.2.2汛后試驗

汛后試驗的水質(zhì)監測對象是調蓄池進(jìn)水，將其與同期污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)比較，結果見(jiàn)圖5。

在1個(gè)月的連續運行中，調蓄池COD和SS濃度波動(dòng)較大，從試驗開(kāi)始到第4天，COD和SS出現了第一個(gè)高峰，之后逐漸下降，到試驗的第19~22天，COD和SS都再次出現一個(gè)或多個(gè)高峰，之后又再次下滑。

與COD、SS表現不同的是，調蓄池氨氮總體上較為穩定，且始終低于污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)。根據檢測人員的觀(guān)察，調蓄池進(jìn)水的外觀(guān)偏黑黃色，污水處理廠(chǎng)則是黃色。對調蓄池淤泥的檢測，結果與夏季試驗類(lèi)似，淤泥中灰分為86.5%，揮發(fā)分為13.5%，也以砂石居多。

據分析，由于試驗前期發(fā)生降雨，COD和SS的第一個(gè)高峰可以認為是生活污水、雨水和沉積物共同影響所致，而之后出現的高峰，則是每天不斷輸送的“靜水深流”，將管道內的沉積物帶入了調蓄池所致。期間，盡管COD、SS濃度降低，但它們和污水處理廠(chǎng)進(jìn)水并不十分匹配，說(shuō)明這時(shí)調蓄池的進(jìn)水，未必完全是片區內的生活污水，還受到管道內沉積物的影響。

一般來(lái)說(shuō)，調蓄池啟用初期，水質(zhì)容易受到沉積物影響，試驗表明，即使已連續運行1個(gè)月，這種影響仍難以消除。

3.3試驗結論

綜合兩次試驗情況，初步得出以下試驗結論：

(1)試驗結果表明，調蓄池運行一次，僅對一個(gè)不大的范圍有作用，即使連續運行一個(gè)月，都無(wú)法使泵站進(jìn)水總管水位降低，換句話(huà)說(shuō)，哪怕將調蓄池放大30倍，也不敢保證就一定能實(shí)現“收集全系統內初期雨水”的功能，所以要求調蓄池收集全部的初期雨水是不現實(shí)的。

(2)管道沉積物的影響很大，調蓄池一旦啟用，就成了裹挾著(zhù)大量沉積物污水的“蓄水池”、“垃圾桶”。這樣的客觀(guān)存在，使得調蓄池即便是在一個(gè)不大的收水范圍內也難以收到真正的初期雨水，可以想像，當泵機放江作業(yè)時(shí)，在強力抽送之下會(huì )是怎樣的雨污水排入河道。

(3)F系統內存在著(zhù)豐沛的來(lái)水，從水量變化規律看，與生活污水很接近，但從水質(zhì)上看，又不是簡(jiǎn)單的匹配，加上F系統與周邊合流制系統以及污水處理廠(chǎng)管道間存在著(zhù)連通情況，這就進(jìn)一步制約了調蓄池功能的發(fā)揮。

(4)兩次試驗也存在不足之處，比如對管道水位的監測，特別是汛后試驗，可以再往系統的“腹地”和邊界處適當延伸，以更加全面觀(guān)察來(lái)水情況;在周邊廠(chǎng)站運行上，僅僅“維持”或過(guò)于教條，若能使之聯(lián)動(dòng)，試驗效果或許對今后的完善運行更有幫助。

4 思考與對策

4.1溢流污染控制中不能缺少管道的清淤和維護

“初期雨水污染”并不等同于排水管道和泵站的“雨天溢流污染”，所以不能簡(jiǎn)單地將其認定為河道污染的主要原因，混接污水、初期雨水以及混雜其中的沉積物，通過(guò)雨水泵站放江是影響中心城區河道污染的重要因素。

目前對于黑臭水體的治理，都知道“問(wèn)題在水里，根源在岸上”，所以大規模地實(shí)施了沿岸排放口整治，對污水直排出口予以封堵，實(shí)施污水截流工程，對雨污混接管道開(kāi)展調查等等。這些工作都是必要的，但是，在政府部門(mén)發(fā)布的河道綜合治理方案中，無(wú)論是對河道黑臭成因的分析、治理思路還是主要工作安排中，在排水管道方面，強調的是雨污混接改造、截污治污等工程性措施，對管道維護疏浚清淤卻并未提及。而本次試驗卻表明管道內普遍而不均勻地存在大量沉積物，影響很大且無(wú)規律可循，這也從一個(gè)側面回答了為什么泵站放江始終放出去的是“黑水”。要治理排水管網(wǎng)和泵站的雨天溢流污染，僅僅盯著(zhù)初期雨水、單純依靠建設調蓄池，一定是事倍功半。筆者建議，要高度關(guān)注并不斷加強管道的清淤工作，這是成本相對低、效果明顯的河道綜合治理措施之一。

4.2溢流污染控制建設分散調蓄池比集中建設更有效益

“調蓄池太小了”，究竟是表面現象還是本質(zhì)問(wèn)題?一方面，排水管道的現狀嚴重影響調蓄池效果;另一方面，調蓄池設計建設時(shí)，設定的條件或也過(guò)于理想。

以F調蓄池為例，其標高位于排水泵站集水井之下，進(jìn)水方式依靠進(jìn)水閥調節。這樣的進(jìn)水方式，要實(shí)現初雨調蓄的前提條件，應當是管道內尤其進(jìn)水總管基本處于低水位甚至接近于空管，才可能使得管道所收集到的雨水依坡降流進(jìn)調蓄池。但實(shí)際情況下，卻需要依靠泄水的勢能轉換為動(dòng)能從而拉動(dòng)管網(wǎng)內的水，而這種系統末端的所謂動(dòng)能又極其有限。

筆者認為，在有條件的地區，特別是比較大的排水系統，應當論證劃分小區域設立多個(gè)調蓄池的可行性，以滿(mǎn)足整個(gè)系統內初期雨水的收集要求。即使需要和泵站連體建設，也可以考慮強制進(jìn)水方式，讓管道遠端的水盡快“動(dòng)”起來(lái)。同時(shí)也要注意，上海地下水位比較高，旱季管道內有存水在所難免，一方面，要努力在旱季保持管道低水位，另一方面，在調蓄池設計時(shí)，也不能簡(jiǎn)單地將計算得出的初期雨水量等同于調蓄池建設規模，事實(shí)上，F泵站常水位約在1.3~1.6 m，每次調蓄池進(jìn)水時(shí)，泵站集水井都會(huì )發(fā)生短時(shí)水位下降，經(jīng)折算，有約2 000 m3的水進(jìn)入調蓄池中，一定程度上“擠占”了調蓄池的容量。即使在晴天，上海雨水泵站集水井水位也普遍在進(jìn)水管頂之上，設計建設調蓄池時(shí)，對此應有所考慮。

4.3溢流污染控制除了建設調蓄池，還需要多維度的思考

對于一個(gè)晴天來(lái)水都如此豐沛的排水系統，從某種意義來(lái)說(shuō)，建多大的調蓄池都不可能解決溢流污染，原設計也強調了對地區管道要實(shí)施徹底的分流制改造，在系統邊界處要實(shí)施合流管和本系統雨水管的封堵。筆者認為，原設計的要求當然是對的，不過(guò)，泵站截流泵機和相鄰污水處理廠(chǎng)一起天天正常運轉，還是不能保持雨水總管低水位，這種情況是不是說(shuō)明當初對污水量的核算存在遺漏?或者地區污水量增長(cháng)超出了原來(lái)的預測?建議今后在調蓄池設計前期要做全面的校核，安排好污水出路。另外筆者還有一個(gè)不成熟的想法，或許對某個(gè)單一的系統來(lái)說(shuō)，和周邊系統切開(kāi)，能夠為本系統內的調蓄池“減負”，不過(guò)，簡(jiǎn)單地切斷系統間的聯(lián)絡(luò )，會(huì )否帶來(lái)新的問(wèn)題，又該怎么解決，也應有所考慮。無(wú)論是設計還是實(shí)際運行中，只做分流、切斷、截污、調蓄恐怕還不夠，還要查明管道是否存在滲漏，并開(kāi)展修漏堵漏措施，減少滲漏，讓分流制系統能夠實(shí)現旱天的低水位，使調蓄池真正發(fā)揮作用。

4.4調蓄池功能提升同樣需要運行方案進(jìn)一步的研究和優(yōu)化

據檢測，F泵站日常運行時(shí)的COD和SS濃度明顯低于啟用調蓄池時(shí)的進(jìn)水濃度，盡管調蓄池放空時(shí)需要讓出1臺截流泵機的能力，在水量上沒(méi)有大的區別，但由于污染物濃度較高，實(shí)際進(jìn)入合流總管并最終進(jìn)入污水處理廠(chǎng)的污染物總量更高。據測算，在汛后試驗的1個(gè)月中，較日常多轉輸了COD約80 t，SS約46 t，相當于相鄰污水處理廠(chǎng)16%的月度削減量，這對減輕入河污染很有幫助。這就提示我們，對現狀調蓄池，能不能改變其運行方式?筆者認為后續應對現有調蓄池做個(gè)全面的回顧分析，通過(guò)綜合評估，優(yōu)化調蓄池運行，提出適當的改進(jìn)措施。

5 結語(yǔ)

現實(shí)中的“鳩占雀巢”，是當前影響初雨調蓄池功能發(fā)揮的最大的問(wèn)題，迫切需要解決，市政泵站只是放江的一個(gè)點(diǎn)，僅僅對著(zhù)這個(gè)“點(diǎn)”做文章是不夠的，一定要堅持對管道的日常檢查和維護，堅持源頭治理。上海要建成全球卓越大都市，初期雨水治理必須提上議事日程，要從源頭入手，結合海綿城市建設，在現實(shí)生產(chǎn)中，做進(jìn)一步的優(yōu)化和完善。只有建立在客觀(guān)、科學(xué)基礎上的多措并舉，才能實(shí)現治理雨季溢流污染的實(shí)效。