污水廠功能調(diào)整用于初期雨水調(diào)蓄的工程應(yīng)用

朱牧

（上海城投水務(wù)工程項(xiàng)目管理有限公司，上海市 201103）

0 引 言

近年來，隨著水環(huán)境治理力度不斷加強(qiáng)，城市水環(huán)境面貌不斷改善。但受雨污混接和初期雨水影響，在雨天情況下雨水泵站放江對(duì)河道水質(zhì)有一定的影響[1]，與國(guó)家要求和市民期望存在差距。同時(shí)，部分中心城區(qū)污水處理廠由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和地區(qū)開發(fā)，周邊已被密集居住區(qū)包圍，環(huán)境投訴較多，群眾反響強(qiáng)烈。因此，為貫徹落實(shí)《上海市水污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》精神，打好全市城鄉(xiāng)中小河道綜合整治攻堅(jiān)戰(zhàn)，盡快實(shí)現(xiàn)“保障水環(huán)境安全、清潔、健康，全面改善水環(huán)境質(zhì)量”的目標(biāo)，以污水處理廠功能調(diào)整為契機(jī)，擬取消廠區(qū)污水處理功能，改造為初期雨水調(diào)蓄池，減少雨水泵站放江污染對(duì)河道水質(zhì)的影響，同時(shí)極大緩解污水廠的廠群矛盾問題。

1 工程概況

上海市某污水處理廠始建于20世紀(jì)80年代中期，服務(wù)面積約12 km2，建設(shè)規(guī)模為10.5萬m3/d，占地約5.57 hm2。污水處理采用AO工藝，出水標(biāo)準(zhǔn)為GB 18918—2002一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。廠內(nèi)現(xiàn)有構(gòu)筑物包括粗格柵及進(jìn)水泵房、細(xì)格柵及曝氣沉砂池、初沉池、生物反應(yīng)池、二沉池、污泥濃縮池、污泥脫水機(jī)房等。

根據(jù)規(guī)劃要求，污水廠擬進(jìn)行功能調(diào)整，并已實(shí)施污水廠外排管道工程，僅保留現(xiàn)狀粗格柵及進(jìn)水泵房、高位井等繼續(xù)運(yùn)行，區(qū)域污水通過外排管道進(jìn)入下游污水收集干管排至末端污水處理廠進(jìn)行處理。

結(jié)合區(qū)域雨污水系統(tǒng)布局，擬利用現(xiàn)狀污水處理廠用地，改造為初期雨水調(diào)蓄設(shè)施，服務(wù)范圍包括五個(gè)分流制排水系統(tǒng)，總服務(wù)面積約13.7 km2。按照《上海市污水處理系統(tǒng)及污泥處理處置規(guī)劃（2017—2035）》，分流制系統(tǒng)初期雨水截流標(biāo)準(zhǔn)為5 mm。

功能改造方案總體思路為將服務(wù)范圍內(nèi)收集的初期雨水通過提升泵房排入調(diào)蓄設(shè)施，隨后根據(jù)外排污水輸送總管的富余能力，將調(diào)蓄的初期雨水盡快輸送至末端污水廠進(jìn)行處理。

2 方案論證

2.1 初期雨水調(diào)蓄規(guī)模

根據(jù)《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》GB 51174的要求，本工程所需初期雨水調(diào)蓄池的有效容積，按式（1）計(jì)算:

式中:V為調(diào)蓄設(shè)施有效容積，m3；D為單位面積調(diào)蓄深度，mm，按規(guī)劃要求取5 mm；F為匯水面積，hm2；Ψ為徑流系數(shù)；Β為安全系數(shù)，本工程取1.1。

按照初期雨水截流標(biāo)準(zhǔn)及調(diào)蓄池計(jì)算公式，本工程初期雨水調(diào)蓄規(guī)模約4.5萬m3。

2.2 調(diào)蓄方案比選

通過對(duì)污水廠現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘和分析，初期雨水調(diào)蓄主要有以下兩種建設(shè)方案：

（1）方案一（利舊方案）：利用部分現(xiàn)狀污水處理構(gòu)筑物，經(jīng)簡(jiǎn)單改造后作為初期雨水調(diào)蓄池，廠內(nèi)新增初期雨水提升泵房、放空泵房等構(gòu)筑物，保留廠內(nèi)大部分構(gòu)筑物。

（2）方案二（重建方案）：廢除廠內(nèi)大部分構(gòu)筑物，僅保留進(jìn)水泵房等，新建初期雨水調(diào)蓄池和初期雨水提升泵房。

針對(duì)以上兩種方案，從新建或改造及拆除工程量、廢棄工程量、施工周期、工程費(fèi)用等方面進(jìn)行全面比選。

方案一：根據(jù)廠內(nèi)現(xiàn)狀構(gòu)筑物實(shí)際情況，擬利用容積較大的初沉池、生物反應(yīng)池和二沉池改造為調(diào)蓄池，復(fù)核各構(gòu)筑物有效容積情況見表1，可用調(diào)蓄容積約4.5萬m3，滿足初期雨水調(diào)蓄要求。

表1 廠內(nèi)構(gòu)筑物調(diào)蓄容積復(fù)核

方案一須新建及改造部分構(gòu)筑物，主要包括：需新增提升泵站將截流的初期雨水提升至現(xiàn)狀初沉池、生物反應(yīng)池及二沉池，考慮盡量利用廠區(qū)現(xiàn)狀設(shè)施及管道；初沉池、生物反應(yīng)池、二沉池作為調(diào)蓄池，須對(duì)現(xiàn)狀構(gòu)筑物進(jìn)行局部改造，以滿足初期雨水調(diào)蓄功能；廠區(qū)功能調(diào)整后，須新增除臭系統(tǒng)，對(duì)臭氣進(jìn)行收集處理；新增調(diào)蓄池放空泵房，將調(diào)蓄池中的初期雨水提升至現(xiàn)狀出水高位井；現(xiàn)狀構(gòu)筑物基本保留，拆除量小。

方案二：考慮到污水廠已使用多年，故方案二擬拆除廠內(nèi)現(xiàn)狀構(gòu)筑物，新建4.5萬m3的初期雨水調(diào)蓄池。由于污水廠處于市中心聚居區(qū)密集區(qū)域，須重點(diǎn)考慮對(duì)周邊居民生活和景觀的影響，因此新建調(diào)蓄池采用全地下調(diào)蓄池方案。

擬新增3座地下式調(diào)蓄池，單座調(diào)蓄池調(diào)蓄容積15 000 m3，設(shè)置門式?jīng)_洗裝置，調(diào)蓄池設(shè)置放空泵。同時(shí)，配套設(shè)置除臭等設(shè)施。廠內(nèi)僅保留廠前區(qū)建筑、現(xiàn)狀進(jìn)水泵房、高位井等構(gòu)筑物，其他構(gòu)筑物均需要拆除，拆除量大。

方案比選：方案一改造現(xiàn)狀初沉池、生物反應(yīng)池、二沉池作為初期雨水調(diào)蓄池，新增初期雨水進(jìn)出水管道，改造及拆除工程量較小，投資較方案二節(jié)省約40%，實(shí)施周期較短。調(diào)蓄設(shè)施基本為地上構(gòu)筑物，運(yùn)行維護(hù)較為方便。重建方案需拆除廠區(qū)大部分構(gòu)筑物并新增全地下調(diào)蓄池，同時(shí)新增廠區(qū)道路、景觀綠化等，土地利用效率高，景觀效果好，但新建和拆除工程量較大，投資較高，實(shí)施周期較長(zhǎng)。調(diào)蓄設(shè)施位于地下，運(yùn)行維護(hù)較為麻煩。

綜合考慮投資經(jīng)濟(jì)性、實(shí)施周期、實(shí)施過程中對(duì)周邊居民的影響、功能多樣化等因素，推薦采用方案一（利舊方案）。

2.3 池體改造方案

現(xiàn)狀構(gòu)筑物改造為調(diào)蓄池需考慮結(jié)合構(gòu)筑物池型、現(xiàn)有設(shè)備等因素，綜合考慮改造方案，確定經(jīng)濟(jì)有效的調(diào)蓄池沖洗方案。根據(jù)《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》GB51174，調(diào)蓄池沖洗應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)和調(diào)蓄池池型設(shè)計(jì)，選用安全、環(huán)保、節(jié)能、操作方便的沖洗方式，宜采用水力自沖洗和設(shè)備沖洗等方式。

針對(duì)本工程而言，調(diào)蓄池采用利舊方案，利用現(xiàn)狀的初沉池、生物反應(yīng)池和二沉池進(jìn)行調(diào)蓄，考慮到池體已建成三十余年，為盡量減少對(duì)老舊池體的改造工程量，針對(duì)不同池型選擇相應(yīng)的沖洗方式。對(duì)于圓形沉淀池而言，現(xiàn)狀設(shè)置有周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)/吸泥機(jī)，由于設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)，目前已很難利用，同時(shí)本工程需要在池體上方加蓋除臭，為充分減少除臭風(fēng)量，需要對(duì)原周邊傳動(dòng)刮泥機(jī)/吸泥機(jī)進(jìn)行拆除，同時(shí)，考慮每池新增一套中心傳動(dòng)沖刮泥機(jī)，在刮泥機(jī)基礎(chǔ)上增加水力沖洗設(shè)施，保障對(duì)池底沉積物質(zhì)的清洗效果。而對(duì)于生物反應(yīng)池而言，為矩形池體，現(xiàn)狀在缺氧區(qū)設(shè)置有攪拌器，好氧區(qū)設(shè)置有曝氣盤，因此，擬利用現(xiàn)狀的攪拌器和曝氣盤，保證池內(nèi)混合效果，避免懸浮物沉積。

2.4 工藝流程

初期雨水調(diào)蓄主要包括兩個(gè)工藝流程，分別為初期雨水調(diào)蓄流程及初期雨水放空流程，見圖1。

圖1 工藝流程圖

（1）初期雨水調(diào)蓄：降雨開始時(shí)，開啟各雨水泵站配套增加的控制設(shè)施，初期雨水進(jìn)入收集管網(wǎng)；當(dāng)流入初期雨水截流管網(wǎng)的累計(jì)初期雨水量達(dá)到調(diào)蓄容量時(shí)，關(guān)閉控制設(shè)施。同時(shí)，本工程新建的初期雨水提升泵房當(dāng)水位不斷升高至初期雨水提升泵啟泵水位時(shí)，開啟初期雨水提升泵，將服務(wù)范圍內(nèi)收集的初期雨水提升至調(diào)蓄池內(nèi)進(jìn)行調(diào)蓄。

（2）初期雨水放空：待降雨結(jié)束，開啟調(diào)蓄池放空管道控制閥，經(jīng)放空泵提升后將調(diào)蓄的初期雨水匯入廠外已建的外排管道，最終納入末端污水廠輸送干管。

2.5 環(huán)境效益分析

本工程實(shí)施后，服務(wù)5個(gè)排水系統(tǒng)，服務(wù)面積13.7 km2，可以實(shí)現(xiàn)降雨后截流5 mm初期雨水，減少污染物排江。

根據(jù)上海30 a降雨統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，本市全年平均降雨深度約1 300 mm，全年降雨場(chǎng)次約130場(chǎng)，其中小于等于5 mm的降雨場(chǎng)次占全年場(chǎng)次的75%，即98場(chǎng)次，小于等于5 mm的降雨深度占全年降雨深度的38%，即494 mm，大于5 mm的降雨本調(diào)蓄設(shè)施每次能夠截流5 mm，大于5 mm的降雨全年共32次，即大于5 mm的降雨調(diào)蓄設(shè)施能夠截流160 mm，因此本工程全年能夠截流降雨約654 mm。

3 結(jié) 語

本工程聚焦污水處理廠周邊排水系統(tǒng)面源污染治理，堅(jiān)持人水和諧、系統(tǒng)治水的規(guī)劃理念，以污水處理廠功能調(diào)整為契機(jī)，利用污水處理廠現(xiàn)有構(gòu)筑物調(diào)蓄周邊地區(qū)初期雨水，充分節(jié)省工程投資，進(jìn)一步削減地區(qū)面源污染，改善周邊河道水環(huán)境質(zhì)量，同時(shí)有效緩解廠群矛盾，取得周邊地區(qū)老百姓的認(rèn)可，社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益顯著，具有較高的工程示范效應(yīng)。