（环境工程专业论文）分流制雨水系统旱流污水截流效果及改善对策研究.pdf

摘要 分流制雨水系统旱流放江严重污染了上海市河道水质。为解决由于雨污混 接所导致的分流制雨水系统旱流污水放江污染问题，上海市兴建了大量早流污 水截流设旋，这些截流设蓝在有效削减了部分旱流污水放江污染的同时，增加 了单次排江事件的污染物浓度，其为河道水体带来的冲击负荷不容忽视。 本文选取浦东新区两座代表性分流常4 泵站，对其旱流污水水质及雨天放江 水质进行采样分析并结合本课题组前期调查研究数据，对比雨水系统旱流截 流前后捧江水质污染特性的变化，考察截流对管道沉积物的影响，分析形成冲 击负荷的原因。并分别研究了在截流及防汛两种不同运行模式之下分流制雨水 系统出流的初期效应及沉降性能。在此基础上，采用概率分析方法对修建通过 式调蓄沉淀池对污染物去除效果的长期平均运行效率进行计算，提出优化分流 制雨水系统管理及运行的建议与设想。 本文对截流前后分流制系统出流污染物浓度特性的分析结果表明；截流 设旖运行后，受管道沉积物的影响，旱流及雨天出流中的c o d 、s s 、t p 浓度 明显高于防汛运行模式，且与混接程度呈正相关；n h 3 - n 浓度变化情况受系统 内混接原污水 i n 含量的影响。受泵站开泵情况的影响，截流对管道沉积物 及出流水质的影响在大到暴雨情况下尤为突出，造成一定的冲击负荷 对分流制系统出流初期效应的分析结果表明：浦东新区代表性分流制泵 站出流中各污染物指标基本不存在初期效应或仅存在微弱的初期效应。截流 后s s 的b 值均大于截流前，且都大于1 ，说明截流后受管道沉积物的影响，s s 呈现更为显著的负初期效应。 对分流制系统出流沉降性能的研究表明：旱流污水中t p ， i n 的沉降性 能较差，而c o d 和s s 的沉降性能相对较好雨天出流，无论在截流还是防 汛运行模式下，两座代表性泵站出流的沉降性能都相当好，并且截流模式下泵 站出流中s s 、c o d 、t p 的沉降性能明显优于防汛模式，以s s 最为明显。混 接较为严重的泾东泵站在截流和防汛模式下s s 沉降速度平均值分别为： 1 2 2 伽d m i n 、8 s 7 a a m i n , 混接较少的金桥硝的相关数据分别为：1 0 4 7 c m m i n 和9 1 2 c m m i n ，均接近国夕卜合流制溢流的沉速，为通过式调蓄瓶淀池的应用创 造了条件 摘要 对浦东新区分流制雨水系统早流截流运行效果的研究表明：早流污水截 流设施有效地削减了早流排江水量及污染负荷。存储沉淀池是可行的选择， 能有效控制早流及雨天排江负荷。加强管道沉积物的清理，尤其是对特殊缺 陷管段的沉积物清理是改善截流运行模式下冲击负荷的有效手段。雨污系统 统一管理、完善截流配套设施、适当扩大截流量等都是今后值得研究和探讨的 问题。 关键词：早流截流分流制雨水系统雨污混接冲击负荷初期效应沉降性能 系统优化措施 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed i s c h a r g e sf r o ms e p a r a t es t o r m w 竹s y s t e m si nt h e 出yw e , a t h 盯d og r e a t h a r mt or e c e i v i n gw a t e ri ns l a , 缸t g h a i t os o l v ct h i sp r o b l e m , s h a g h a ih a sb u i l ti tl o t o f d r y - w e a t h e rs e w a g ei n t c r e c p t i o i n f r a s m l e m 删i nt h es t o r m 辩w 口s y s t e m s 1 1 1 c 辩 i n t e r c c p d 曲i n 丘私血u 咖sh a v er c d u e c dal a r g em o u n to fc l r y - w e a t l a e rs e w a g e , w h i l e 缸t h es a m et i m e , t h e yh a v eb r o u g h tl a c a v y s l a o e kl o a dw h i e l am a k e ss o m t ：o f t h cr 雠i v i n gw a t c rb o , t yd e t e r i o r a t i o nb a d l y a l lt h e s eh a v eb r o u g h tb a di m p a c t st o t t a ec n v i r o l m a e n ta n d s o c i e t y i nt h i sp a p e 岛c h a r a c t e r i s t i c so ft l a cd r ya n dw e tw e a t h e rp o l l u t i o nl o a d s 眦 m o n i t o r e df r o mt w ot y p i c a ls e p a r a t es t o r m 骶懈s y s t e m si np u d o n gd i s l r i e t c o m b i n e dw i t ht h er e s e a r e l ar e s u l t sf o u n db y0 1 1 d ( c a mb e f o r e ，t h ed i 助t c n c c $ o f t h e d i s c h a r g e sf i o mt h es e p a r a t es t o r m 绷s y s 锄sb e f o r ea n d 栅姆哗 i n t e r c e p t i o nw e r ec o m p a r e d , a n dt h ci n f l u e n c e so f i n t e r c e p t i o nt ot h es 1 3 w c rd i s p o s a l s a n dt h el c 1 3 s o no ft h es h o c kl o a dw c l t t 孤皿i y z 缸t h ef i r s tf l u s hp h e n o m e n o na n d s c n l i n gc h a r a c t e r i s t i c 8o ft h ed i h a r g e sw 雠a l s os t u d i e df o rb o t hs y s t e m si nt w o d i f f e r e n to p c r a l i n gm o d e s ：t h e 抽t c ：印妇m o d e 锄dt h ef l o o dc o n t r o lm o d e o nt h i s b 商两t h el o n g - t e r ma v e r a g eo l 埒r a l i n gc 伍e i e n c yo ff l o w - n l i - o u g hs e d i m e n t a t i o n s t o r l l l g l ：t a n kw 笛e a l e u l a t 。du s i 丑gt h ep r o b a b i l i s t i ca m l y s i sm e t h o d o l o g y f i n a l l y ，a s e r i e so f s u g g e s t i o mw 佻p u tf o r w a r df o ro p t i m i z i n gt h eq ，e r 蚯a n dm a n a g e m e n t o f s e p a r a t es t o r ms e 哪s y s t e m 1 1 1 es n i d yo ft h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ed i h a r g 韶b e f o r ea n da t l c r 姆- w c a t l a c r w a g ei n t 勰- - p t i o ns h o w e d ：( d b c e a u s co f t l a ci n f l u e l l c l ：o f t h e 辩啊s c d i l n c , n t s , t h e c o d 、s s 、t pe o n c “t r a t i o n w a sm u c hh i g h c ri nt l a c 缸c m e 阳m o d eb o t hi nd r y a n d w e tw c l l l h e ro u t f l o w s a n dt h ei m p a c to f d r ys c w t l g l i ! i t c r c 叫o w 醛p o s i t i v e l y l e l l l t l ：dt ot h ed e g r e eo fi l l i c i tc o n n e c t i o n st ot h es t o r ms c v c c l t s y s t e m ；t h ee l u m g e so f n i - 1 3 - ne o 删o nw 嗽l n o l el e l t l t e dt ot h e i nl o a di nt h el a w 鲥喇鹆et h a t 删 i l l i c i t l y m 坞c t 。正i nl a r g es t o r m s , t l a ci n f l u e n c eo f i l l t c r e 删o t ot h ed i s c h a r g e s w 蠲m o s to b v i o u sb a m cm mp i 叩w 嗽仞i 血c do l o a n dt h c 髑咖o ft h ep i p e s w a si n o 他v i o l e n t a b s t r a c t t h er e s u l t so ft h ef i r s tf l u s he f f e c t sf o r t h es t o r ms e w e rs y s t e m sw e tw e a t h e r f l o ws h o w e d 也a t ：t h e 劬啦斌s t o r ms e w e rs y s t e m si np u d o n ga r e as h o w e dn o f i r s tf l u s he f f e c t so rj u s ts l i g h tf i r s tf l u s he f f e c t s t h ebp a r a m e t e r so f s sa f t e r m 把c 。e p 幢o nw c l c a l li n c r e a s e da n dl a r g e rt h a n1 ，w h i c hi n d i c a t e dt h a ta f t e r i n t e r c e p t i o n , s ss h o w e dm 吡o b v i o u sn e g a t i v ef i r s tf l u s hb c c a u s co ft h es 倒v e r d c p o s i m r e s e a r c h e so nt h es e t t l i n gc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed i s c h a r g e sf r o mt h es t o r m 踟s y s t e m sh a dt h ef o l l o w i n gr e s u l t s ：f o rd r y - w 洳d i s c h a r g e s ，t h es e t t l i n g c h a r a c t e r i s t i c so f t p ，t nw a sp o o r ，w h i l eo f c o da n ds sw c r ec o m p a r a t i v e l yg o o d 蓬) f o rw e t - w e a t h e rd i s c h a r g e s ，t h e 醒她c h a r a c t e r i s t i c so f b o t hs y s t e m sw 砒q u i t e g o o du n d e rb o t ho p e r a t i o nm o d e w h i l ei t 5b e t t e r t r a d e ri n 把e p 6 0 no p e r a t i o nm o d e t h a nf l o o dc o n t r o lo p e r a t i o nm o d e ，e s p e c i a l l yf o rs s t h ea v e r a g es e d i m e n t a t i o n r a t eo ff m g d o n gp u m ps t a d o ni ni n t e r c e p t i o na n df l o o dc o n t r o lm o c k ：w c r c ：1 2 2 c m m i n , 8 8 7 c m m i nr e s p e c t i v e l y 。t h er e l a t e dr e s u l t sf o rj i n q i a 0 2 # w 1 0 4 7 c m m i n a n d9 1 2 c m m i n t h e yw c r cc l o s et ot h es e d i m e n t a t i o nr a t eo f t h cc o m b i n e ds y s t e m s o v e r f l o wr e p o r t e da b o a r da n dp r o v i c l i n gp o s s i b i l i t yo fu s i n gt h ef l o w - t h r o u g h s e d i m e n t a t i o nt a n k a n a l y s i so ft h ed r y - w c a 血c rs 倒v a g ei n t e r c e p t i o ne f f e c t 锄dt h es t u d i e so f i m p r o v i n go p e r a t i o no f s e p a r a t es t o r m 踟s y s t e m s i np l l 如n gd i s t r i c ts h o w e d ： t h ed r y - w e a t h e rs e w a g ei n - - o ni i 迁b 噶咖c 嘛sh a v er e d u c e db o t ht h ef l o wa n d p o u u t a n tl o a df r o mt h es t o r ms e w e rs y s t e mi nd r yw e a t h e r t h ef l o w - t h r o u g h s e d i m e n t a t i o nt a n km a yb eag o o dc h o i c et oc o n t r o lt h ep o u l m o no fs t o r ms e w 苜 s y s t e m s c l e a n i n go ft h es f 榭s e d i m e n t s , e s p e c i a l l yf o r9 。m ed e f e c t e dp i p e s m a yb ea l le f f e c tw a yt or e d u c et h ep o l l u t a n tl o a d u n d e ri n t e r c e p t i o no p e r a t i o n m o d e h t c 掣a t e dm a n a g e m e n to f ws y s t e m s , i m p r o v e m e n to fi n t e r c e p f i o n i n 丘锄拥l c t i l 坞sa n ds e l e c t i o no f ar a t i o n a li l l t f r c 叫o l lc a p i 每w e 北i m p o r t a n ti s s u e s w h i c hn e e df l e o l a s t u d ya n dd i s c u s s i o n k e yw o r d s ：d r y - w e a t h e rs e w a g ei n t e r c e p t i o n , s e p a r a t es t o r ms c w l - rs y s t e m , i l l i c i t c o n n e c t i o n s ，s h o c kb a d , f i r s tf l u s h , s e t t l i n gc h a r a c t e r i s t i c s ，s y s t e mo p t i m i z a t i o n i v 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提 供本学位论文全文或者部分的阅览服务：学校有权按有关规定向国 家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目 的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活 动。 学位论文作者签名： 矶瑶年3 月 嘧雳黟 i 7 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位 论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开 发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的 法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 嘧秀多 2 0 0 8 年3 月j 9 日 第一章概述 第一章概述 在加世纪初，中欧地区约有7 0 的排水系统采用合流制n 但是到了加 世纪后半页，越来越多的国家和地区提倡改用分流制。原因主要包括两个方面： 一是可以解决合流制溢流( c 8 。) 问题一虽然仍存在雨水直排河道的污染问 题；二是有助于优化污水处理厂的运行( 不存在雨天的负荷冲击) 。但是近些 年来，越来越多的研究表明，就受纳水体的水质而言，分流制系统不一定总是 最佳的选择闺【习问。 本章通过一些城市的案例，介绍国内外排水体制现状，分析比较合流制及 分流制系统的污染物负荷与生态学指标，并从经济学角度比较两种排水系统， 在此基础上，提出捧水体制建设和选择的关键影响因素，探讨改善分流制雨水 系统建设与管理的方法。 1 1 国内外排水系统现状 1 1 1 国外排水系统现状 1 ) 德国排水系统现状h 闷嗍 ( 1 ) 分流制、合流制系统现状 ，德国的第一个管网建于1 9 世纪后期。在法兰克福和汉堡，两位著名的英国 工程师w i i t i m ll i n d l e j 和w i i l i a nr l i l l i l o sd u n b a 设计了第一个合流制排水系 统当第一个机械化污水处理系统出现后，分流制排水系统也建成了德国的 北部和东部地区主要采用分流制系统，而南部地区则主要采用合流制系统。 但是，在过去的几年中出现了一些较为显著的变化。一方面，受当前政策 导向的影响，兴建了雨水溢流，放江处理设旄的合流制和分流制系统逐渐盛行。 合流制系统服务的德国人口由1 9 8 3 年的7 1 2 减少到2 0 0 4 年的5 8 3 0 。另一 方面，在合流制所占份额高的南部地区这种变化趋势并不明显。在过去的1 2 年 中，。合流制系统的赤道线”( 合流制系统管网占总排水管网以上的地区 划分线) 逐渐南移。 ( 2 ) 单位人口排水设施 至2 0 0 4 年底，德国大约9 5 5 的排水系统接入公共的排水管网然而，即 第一章概述 使在德国统一1 4 年后，一些东部城市的管网覆盖率仍然比较低，同时这些地区 也是改善管网设施投入最大的地区，比如，在勃兰登堡的管网铺设率由1 螂年 的稻。8 提高到2 0 0 4 年的娩8 。而另一些州区如b a d e n - w u r t t a n b e g 。不来梅， 黑森和翻鲥a n d 则高达以上 ( 3 ) 公共排水管网长度 反映城市择水状况的另一个指标是排水管网的长度。至2 0 0 4 年底，德国公 共污水系统、雨水排水管网、合流制管网等的总长度达到5 1 4 8 8 4 k m 。自1 9 年起，管网的长度以每年15 5 的速率增长，这是在环境方面的巨大投资。即 使是在财政紧缺的情况下，政府也没有放松这方面的投资。在德国。人均排水 管网长度达到了6 2 4 m 。 “ ( 4 ) 合流制系统雨水处理设施的发展 德国排水系统的雨水处理起步较早，始于上个世纪7 0 年代初德国合流制 排水系统中典型的c s 0 控制技术的特征是拥有一个中心c s o 池或是多个分散 c s o 池，容积为2 5 - 3 0 m 3 h a ( 不透水面积) 需要控制每个水池的容积以限制 进入污水处理厂( w w r p ) 的流量，通常控制为干季流量峰值的纠倍。诸如 a t v - d v w k a1 ( 1 9 ) 和a 1 v d w v k m1 7 i 6 ( 2 0 0 1 ) 等设计手册中都提 供了很好的设计实例。 。 1 9 7 5 年起德国雨水处理设施发展的统计数据如图1 1 所示： a 污永处理厂：w v 盯风在1 嘲年达到最多，失3 1 2 座，至2 0 0 4 年止 减少到了9 9 9 4 座。平均每座污水处理厂为眩弱名居民服务。污水处理厂以中 小型规模为主。在过去的几年中，老旧过时的小型设施逐渐被淘汰。相应的污 水管连接到新的( 或升级) 的w w t p s -一 b 合流制系统调蓄池( c s d 池) ：至加0 4 年底，o 池的总容积达到了 1 4 9 3 8 x 1 0 7m 3 ，人均c s o 池容积达到1 8 1 l 。平均每个c 8 0 池的容积为6 4 1 一 1 9 8 7 - 1 9 年间，c 8 0 池发展最快，之后趋势变缓。 c 分流制系统雨水存储池：这种存储池发展速度相当快，其总容积远远 高于c 8 0 池的总容积。达到了2 9 2 2 3 x10 ；7 一。平均每个雨水储存池的容积为 l g o o n f d 分流制系统澄清池：采用离心沉淀法处理公路和其他污染严重的地表 径流。这种池子在过去的年中也有明显的发展平均每个水池的体积为 9 0 9 m 3 。这种水池的发展说明了现代观念的转变，分流制系统出流同样需要雨水 2 第一章概述 处理设施。 图1 3 德国雨水处理设施的发展过程阿 e 其他c s o 控制措施( c s o s ) ：在合流制系统中，一些传统的c s o 控 制设施也在运行，它们没有固定的容积。加上很多新建的c s o 池代替了以前的 c s o s ，因此并不能准确地统计详细数据。 从上面的分析可以看出，在过去的3 0 年中德国排水系统建设迅速发展，排 水系统污染物的控制措施也是日益完善。总雨水存储容积达到了4 6 8 x 1 0 7 m 3 ， 即居民人均5 6 7 , 的容量合流制系统中构筑物的数量渐趋饱和，许多第一代的 构筑物都在进行升级改造；而分流制系统中构筑物的数量仍在增加，因为新的 技术准则要求分流制系统出流同样需要进行处理，以降低对河道水质的影响 2 ) 其他发达国家捧水系统现状 随着人们对面源污染控制及水环境保护的重视，分流制系统一度盛行，并 成为许多工业化国家所推崇的排水系统。如美国在1 9 7 2 年颁布的清洁水法中， 就推荐采用分流制系统川。但是，美国等国家在很大程度上并没有完全依靠新 建分流制管网取代合流制管网来实现城市面源污染的控制而是积极地研究一 系列最优化管理方法( b s ) 来控制排水系统的溢流污染，同时，对污染严重 的合流剖系统增设截流设施，控制进入受纳水体的污染物浓度及总量 荚国和法国的大部分城市仍保留了合流制体系，其主要河流莱茵河和泰吾 3 第一章概述 士河的水体都得到了很好的保护，主要举措是控制面源污染并保证排入河流的 污水的处理率嗍。 瑞典在2 0 世纪s o 年代初就放弃了市政管道雨污分流的思想四，他们认识 到实行分流制改造耗资巨大，将合流制改造为分流制影响范围大，耗时长，经 济上不合理，技术上也不足以有效地防止城市雨水径流对水体的继续污染。 日本在2 0 世纪8 0 年代也开展了城市雨水利用与管理的研究，提出了。雨 水抑制型下水道”的概念，并纳入国家下水道推进计划，制定了相应的政策， 已有大量的工程实施在日本的一些大中城市，合流制则占有更大的比例。如 东京的合流制超过9 0 1 1 0 1 日本对已有的合流制系统采取的主要对策是对雨季 的溢流污水进行处理，而不是进行实施困难、耗资过大的分流制改造，这些与 德国及其他一些欧美国家的策略不谋而合 1 i 2 国内排水系统现状 1 ) 上海市排水系统现状【1 1 1 2 】 根据2 0 0 5 年统计数据，包括闵行、宝山在内的上海市中心城区城市化地区 已建的合流制捧水系统有6 3 个，捧水泵站“座。泵站截流污水的去向主要是 4 大污水处理厂，即：竹园第一污水厂、竹园第二污水厂、白龙港第一污水厂 和在建的白龙港第二污水厂接纳合流制排水系统溢流的主要河道为苏卅河( 3 2 座) 、黄浦江( 1 2 座) 及其支流。根据2 0 0 4 年的上海市水环境功能区划， 上述合流制系统受纳水体的规划水质除龙华港属m 类水质区，其余均为v 类 水质控制区河道 目前，上海市中心城区及宝山、闵行城市化地区共有分流制排水系统2 5 7 个，其中，己建的系统为1 1 6 个，其余为在建或待建。分流制摔水系统主要分 布于清东新区及内环线以外地区。据统计，接纳分流制排水系统雨天出流的河 道较为分散，约有4 6 条，其中除龙华港、张家塘港属类水质规划区，其余 均为i v - - v 类水质控制区河道。 目前，上海市合流制系统不仅存在雨天溢流污染问题，旱流放江现象也没 有完全消除。为了解决苏州河沿岸合流制系统雨天溢流导致河道黑臭问题，上 海市采取了一系列工程性、非工程型措施【1 3 】首先，改变泵站传统的以防汛为 中心的运行理念，降低泵站运行水位，提高排江泵开停车水位，延长截流泵开 4 第一苹概述 车时间：第二，建立了泵站运行状况s c a d a 系统，对苏州河沿岸数十座泵站 进行统一调度和管理，为今后实现排水系统实时控制打下基础；第三。投入大 量资金建造了5 座地下调蓄渣以控制合流制系统雨天溢流，总调蓄体积达到了 7 5 2 0 0m 3 。 与发达国家的情况相比，上海市分流制排水系统存在较为严重的雨污混接 现象，与之对应的分流制系统旱流放江现象也相当突出根据2 0 0 4 年的统计资 料，中心城区已建的8 8 座分流制雨水泵站中，存在旱流放江的浦西有1 6 座， 清东有1 7 座。分流制雨水系统的混接污水直排河道，约占全市直捧河道污水总 量的1 5 。 为了解决分流制雨水泵站旱流放江问题，上海市兴建了大量早流污水截流 设施，以期控制分流制系统旱流污水放江对河道的污染目前，这些雨水系统 的截流设施在削减污染物总体负荷方面已经起到了一定的作用，但是也存在一 些问题，有着相当多的制约因素，本文将在下面的章节中具体探讨。从已有的 研究结果来看，分流制排水系统的出流水质不一定比合流制系统的捧江水质好， 且初期效应不明显。上海市分流制排水系统雨天排江对受纳水体造成的污染不 容忽视 2 ) 其它城市捧水系统现状 我国室外捧水设计规范中规定，对城市旧有街区的合流制管网。应逐 步改造为截流式合流制，对于新建城区宣采用分流制【堋。以深圳市为例，深圳 市排水工程的规划和建设完全采用分流制i s ；而武汉市主城区( 含77 个中心城区 和2 个开发区) 规划捧水体制为：老城区保留合流制约占规划总面积的2 0 0 4 ， 其余地区为分流制，约占规划总面积的8 0 w 嘲 在我国大多数己建城区，合流制占据着较大的比例。随着人们对城市面源 污染控制的日益重视，对旧的合流制排水管渠系统进行了相应改造。目前。对 传统合流制系统的改造多采用修建合流管渠截流干管，即改造成截流式合流制 排水系统的方式。截流式合流制排水系统与城市的逐步发展密切相关，因而是 国内现有排水体制中使用最为广泛的形式【1 6 】为控制合流制系统雨天溢流污染， 许多系统同时设置合流制污水调蓄构筑物，对溢流污染进行处理目前，由于 动静大、代价高、时间长，国内很少有合流制改造为分流制系统的成功案例 对于分流制系统，和上海一样，我国其他城市的分流制系统也普遍存在严 重的雨污混接现象。例如1 9 9 0 年深圳市捧水管理部门在对特区内开发建设最早 5 第一苹概述 的罗湖、上步两区约2 5 的雨水管道进行的抽查中发现2 6 0 余处较集中的污水 排入点，两区的雨、污水实际上已经全部混流【s 】。武汉市情况也与之类似，混 接现象导致了规划和实践情况脱节。造成了排水体制混乱的局面【嘲。 现在，国内各大城市已经认识到分流制系统的捧江污染问题，并开始对分 流制系统的雨水管道进行截流改造，加强对早流污水及初期雨水污染的控制和 管理。 1 2 分流制、合流制系统的比较 合流制与分流制哪一种更合适，人们争议了很多年事实上，这两种排水 系统都有其各自的优缺点，因此，排水体制的选择是一个综合比较，择优选择 的过程 12 1 污染负荷平衡测算 h 。b r o m b a c h 等根据a t v - d v w kd a t e n p e o l2 0 0 1 数据库的研究结果，对分 流制与合流制系统的污染负荷进行了平衡计算，从污染负荷的角度比较了合流 制系统与分流制系统【1 在上述污染负荷平衡计算中，两种排水体制的总污染 负荷都是由流量与污染物平均浓度相乘获得 。a t v - d v w k d a t e n l x m l2 0 0 1 ”是一个由德国水、废水、废弃物协会发起 的、包含了世界范围内收集的城市径流污染数据、分流制和合流制系统出流的 污染物浓度数据的综合数据库娜1 r j r 瑚这个数据库对合流制系统负荷的统计包 括早流流量、雨天流量( 合流污水) 以及合流制溢流( c s o ) 等对于分流制 系统。调查了雨水系统的出流浓度。这个数据库中的数据包括了1 9 8 3 年u s e p a 的n u r p 研究的结果，也包括了近期欧洲相关研究的结果。数据库所包含的数 据涵盖范围较广，在数据分析方面有较好的借鉴意义。数据库的具体统计事件 次数见表1 1 6 第一章概述 表1 i5 个相似研究中的评估记录数据的对照【】 研究 n 1 7 r pb r u m b a c h l a n g e d u n c a n b r o m b a c h 美国环保署 m o o g f u c h s ( 1 9 9 3 ) ( 2 0 0 3 ) 时期1 9 8 3 年以前1 9 9 3 年以前1 9 9 5 年以前1 9 9 9 年以前1 9 6 8 2 0 0 1 分流制系统 8 12 11 24 7 3抛 合流制系统 02 9002 1 6 总计8 l5 01 24 7 3 4 2 5 由这个数据库资料统计了分流制系统、合流制系统以及污水处理厂出流浓 度的污染物指标，其中值浓度如表1 2 所示： 表1 2 不同类型雨天出流的污染物中值浓度闭 r s sb o dc t o c! r p n h 4 + - nn o j - n i中繁黪l m g l i 搬g m蓦m g 舡 m g l 一啦o 避，k 、jm g t 分流制雨水管捧水 ( 世界) 1 4 i m1 3 os 1 o1 9 0o 4 2o 3 0o 釉 合流制溢流( 世界)1 7 4 5 6 0 0 1 4 1 03 0 61 2 5 1 9 4 1 1 3 污水处理厂出水( 平均值) ( 德国) 7 55 o3 2 09 2o 82 07 s t v 二d t v r * n r wn r w 数据来源v w kd v w kd v w kd v w x ( 2 0 0 3 )( 2 a e 3 ) ( 2 0 0 0 ) ( 2 0 0 0 ) ( 2 0 0 3 )c 2 0 0 3 ) 童鼍， ： 审信豢簿誊i 、；戮 c d ；曩= ；e 蟛j赫；： 蓦= 薄磐r ： 誊誊 z n 藩i 奠嘎嚣嚣藏 m 彰掣? 商鹾蓦m 掣髫e 季谴毽嚣孽。秘蒈髯、谶鹰i 糍j 缱瓦 分流制雨水管捧水 ( 世界) 2 42 31 6 o61 1 82 7 5 合流制溢流( 世界)6 l - 4 2 1 o1 2 o2 8 0 污水处理厂出水( 平均值) ( 德田) 9 o o _ 23 07 82 64 u b au b au b au b au b au b a 数据来源 2 )( 2 2 )2 ) 2 12 、 对两种传统排水系统的污染负荷平衡计算结果如图所示。为了便于比 较，污染负荷采用相对值表示，定义分流制系统中总的污染负荷( 雨水系统出 流负荷和污水处理厂出水负荷) 为。图中白色的柱形表示污水处理厂出水 中所包含的污染负荷。 7 第一章概述 对图1 2 中的统计结果分析如下： a 污水厂处理流量。从最左边的一列可以看到两种系统排入受纳水体的总 流量相同，均为1 0 0 ，但是在合流制系统中约8 0 的的径流经过污水处理厂 后再排放，而在分流制系统中只有不到5 0 的径流流经污水处理厂。因此，在 w w t p 出水浓度相同的前提下，合流制系统中w r p 的出水负荷要大于分流 制系统中污水厂的负荷。 b 固体污染物。相对于分流制系统，合流制系统产生的总悬浮固体物 ( t s s ) 和悬浮固体( s s ) 量明显少很多。对于这两个指标，w w i p 处理率非 常高，w w r p 的出水t s s 和s s 的浓度几乎为零。 图1 2 传统的合流制和分流制系统的污染负荷均衡图【4 】 c 污染物需要消耗氧的数量，以不同指标衡量。图1 2 表明，合流制系统 的c o d 和t o c 负荷略低于分流制系统中的c o d 和t o c 负荷。而b o d 负荷 则远远高于分流制系统的。w w t p 对于两个系统中的b o d 均有很好的去除效 果。但是c s o 处理设施去除b o d 的作用有限，而分流制系统中的出流雨水的 b o d 浓度较低，b o d 负荷也相对较低。 d 营养元素，合流制系统排放的负荷总体上大于分流制系统。值得注意的 是，无论是对于合流制系统还是分流制系统而言，总体排放的营养元素污染负 荷( t n 、t p 、n h 4 - n 、n 0 3 - n 等) 中，w w r p 排放的污水携带了大部分此类 8 第一章概述 污染负荷。主要原因是，国外大多数污水厂采用的是二级处理工艺，能达到部 分硝化效果，但是基本没有脱氮除磷的效果。由图中可以看出，合流制系统的 c s o 和分流制系统出流雨水中的p 负荷大致相当，但合流制系统的总p 负荷要 显著高于分流制系统，原因主要是合流制系统中进入w w t p 处理的污水量要明 显高于分流制系统。 e 一般来说，合流制系统排放的重金属( 如c d 、c r 、n i 、p b 、c u 、知) 要远小于分流制系统，例如p b 和c d 的排放负荷要小3 0 e 。重金属的主要来源 是公路地表径流携带的轮胎、澍车盘等的磨损物，而生活污水中重金属含量很 少在正常p h 条件下，重金属是不可溶的，粘附在可沉降固体物上从而通过 澄清池去除因此合流制系统通过污水厂对雨水的处理可有效减少重金属。相 对而言，分流制系统的一个明显缺点就是出水中重金属负荷高。 1 z 2 经济、生态指标评价 s d e1 i o a b l 等根据集水区面积、径流污染物浓度和气候条件的不同，就受 纳水体的5 个水质指标：侵蚀频率( 判断形态影响) ，非离子态氨浓度( 判断 急性毒性作用) ，铜负荷( 判断富集作用) ，耗氧化合物( 判断对溶解氧的影 响) 、n 负荷( 判断富营养化程度) ，对几个集水区进行模拟实验，分别对分 流制系统和合流制系统进行了比较分析【嘲 研究发现，分流制系统( s s s ) 的侵蚀频率总是高于合流制系统而且集 水面积越大，分流制系统的侵蚀频率高于合流制系统的程度越大这个结论与 l e k 和r a u c h 的报道一致网。原因可能是合流制系统降雨期间捧放的雨污水经 过截流与污水厂的缓冲，对河道的冲刷相对较小，而分流制系统雨水直接入河， 对河道冲刷较大 模拟研究还发现，低污染浓度和中污染浓度负荷时两种捧水系统上述五项 指标对受纳水体的长期影响几乎一致。只有当污染浓度负荷高时才显示出差别。 在高污染物浓度条件下，就排放负荷和侵蚀频率两项指标而言，合流制系统的 运行效果优于分流制系统；而对于急性毒性作用和水体溶解氧来看，则分流制 系统的运行效果相对较好。中度污染浓度下，排水系统的运行效果和高污染浓 度下具有相似的规律；合流制系统的排放负荷较小却导致较高的非离子态氨浓 度索缺氧临界值。在低污染浓度下，合流制系统排放的c u 负荷较低而n 负荷 较高，相应受纳水体中的非离子态氨和缺氧临界值很高。 9 第一章概述 根据r a u c h ，w 等对排水系统出流对受纳水体生态影响的模拟分析，对分 流制及合流制系统生态指标的比较结果如表1 3 所示由表1 3 可以看出，两种 排东系统各有其可选之处，需要综合评价分析。 从经济角度来看，传统合流制系统只需敷设一根管道系统，因此，单从管 道造价来看，合流制系统比分流制节省2 0 y r 4 0 口”，但是合流制系统的泵站、 污水处理厂建设费用要高于分流制系统。并且，合流制系统溢流调蓄设旌、截 流设施等合流制系统溢流污染控制设施的建设也是代价不菲，其费用将随调蓄 容量、截流比的增大而增加因此，如果分流制系统不考虑雨水处理设施，其 总体成本将低于合流制系统，所以欧洲普遍采用分流制系统。 表1 3 分流制系统与合流制系统的生态指标比较嘲 综合评价 对受纳水体的影响评价指标 合流制 分流制 水力学影响侵蚀频率 氧消耗临界缺氧点 富营养化 n 负荷 急性毒性影响 1 小时n i - 1 3 浓度 污染物累积 c u 表示为了减少对受纳水体该项指标的影响t 对应系统是更适宜选择的 但是随着人们对分流制系统出流水质的研究以及面源污染控制的日益重 视，越来越多人认识到分流劁系统雨水处理的重要性。在一些国家。已经通过 设计条例、规则等要求对分流制系统雨水出流进行处理田】刚，这样，分流制系 统同样需要建设截流设施、初期污染调蓄设施等，其成本随着处理工艺的不同 而不同，这种情况下，分流制系统的成本将高于合流制系鲥嘲 1 3 排水体制的选择 1 3 1 两种传统捧水体制的选择 由上面的分析来看，合流制系统和分流制系统各有其优缺点，没有绝对的 优势选择城市捧水体制的选择，不仅关系到城市管网工程的规划与建设及城 市水体保护。也影响着城市污水处理厂运行的稳定性。城市管网投资在整个捧 水系统中占有重要比例，有时甚至高达”孵厕。因此。在城镇建设过程中。选 择合适的排水体制应该综合考虑各方面因素，做出合理的决策。 1 0 第一章概述 1 ) 受纳水体的敏感程度。 根据欧洲水指标体系( 2 0 0 0 6 0 e c ) 中的规定，管道系统的绩效应以其对 受纳水体的影响来评价，因此受纳水体的敏感程度是捧水体制选择时必须要考 虑的问题闭如合流制系统溢流水中非离子氨浓度要高于分流制系统，从而导 致受纳水体中的非离子氨的浓度也相应较高。如果非离子态氨浓度是水体的敏 感限制因素，那么显然分流制系统比较有优势，而如果重金属以及c o d 、t o e 等是水体敏感限制因素，那么选择合流制较为恰当。其中，受纳水体水动力、 流速状况等对污染物污染的敏感程度有明显的影响。 2 ) 污染负荷量及浓度 国外研究表明，分流制系统捧放的污染物不一定就少。两种排水体制的有 机污染负荷大致相当1 2 7 。对于某些指标，如s s 、较难降解的物质如c o d 、t o e 及重金属等，合流制系统捧入受纳水体的负荷比分流制小很多。但是分流制系 统对于包括p 在内的营养元素和b o d 的减少有明显优势。同时，排水系统溢 流，出流对受纳水体造成的影响大小在很大程度上取决于降雨特性参数，特定雨 型的降雨往往会增大这种影响。 如果污染物的浓度低，那么合流制和分流制捧水系统的运行性能相似。但 是随着污染物浓度的增加，分流制系统对环境造成的影响要远远大于合流制系 统。因此，在污染浓度较高的情况下，选择合流制系统是较为合适的【1 9 1 。在我 国，由于种种原因，两种排永系统旱流厢天出流的污染物浓度都较高，此时， 分流制系统对