煤炭工業(yè)部合肥設(shè)計(jì)研究院
楊根權(quán)

　　一　概述

　　目前我國(guó)眾多城市已經(jīng)興建或正著手籌建集中污水處理廠(chǎng)及配套管網(wǎng)收集系統(tǒng)。這些城市，除開(kāi)發(fā)區(qū)及一些新建區(qū)采用雨、污分流排水體制外，其余地區(qū)大都采用舊合流制排水管渠系統(tǒng)，通過(guò)直排式合流管渠，直接將雨水和生活污水就近排入城市水體。污水直排造成水體嚴(yán)重污染，并由此影響城市居民的生存環(huán)境，因此，要興建城市污水治理工程，必須對(duì)老城區(qū)舊合流制排水管渠系統(tǒng)進(jìn)行改造。
　　我國(guó)大多數(shù)城市的排水管渠系統(tǒng)，在修建當(dāng)時(shí)，國(guó)內(nèi)沒(méi)有自己的排水管渠計(jì)算公式，基本沿用前蘇聯(lián)規(guī)范，由于兩國(guó)在氣候、生活習(xí)慣等方面的差異，并不符合我國(guó)實(shí)際，設(shè)計(jì)過(guò)水?dāng)嗝嫫毡槠?，雨季時(shí)街面溢水、積水現(xiàn)象嚴(yán)重；在管渠材料及施工技術(shù)方面，由于受到城市發(fā)展水平的制約，也存在眾多缺陷，如管材質(zhì)量差、管道坡度控制不嚴(yán)格、接口不密實(shí)、滲水嚴(yán)重等；同時(shí)由于缺少城市統(tǒng)一規(guī)劃，排水管渠的布置雜亂無(wú)章。以上諸多原因，給城市舊合流制排水管渠系統(tǒng)的改造增加了較大難度。

　　二　舊合流制排水管渠系統(tǒng)改造的原則

　　舊合流制排水管渠系統(tǒng)的改造是一項(xiàng)非常復(fù)雜的工程，改造措施應(yīng)根據(jù)城市的具體情況，因地制宜，綜合考慮污水水質(zhì)水量、水文、氣象條件、水體衛(wèi)生條件、資金條件、現(xiàn)場(chǎng)施工條件等因素，結(jié)合城市排水規(guī)劃，在確保水體盡可能減少污染的同時(shí)，充分利用原有管渠，實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境和節(jié)約投資的雙重目標(biāo)。

　　三　舊合流制排水管渠系統(tǒng)改造的措施

　　現(xiàn)階段，對(duì)舊合流制排水管渠系統(tǒng)改造的方式主要有四種，分述如下：
　　(一)改舊合流制為分流制
　　將舊合流制改為分流制，是一種徹底的改造方法。由于實(shí)施雨、污分流，可以將污水全部引至污水處理廠(chǎng)進(jìn)行處理，從根本上杜絕了污水直接排放對(duì)水體的污染。同時(shí)，由于雨水不進(jìn)入污水處理廠(chǎng)，處理水的水質(zhì)水量可維持較小的變化范圍，保證出水水質(zhì)的相對(duì)穩(wěn)定，容易做到達(dá)標(biāo)外排。
　　要實(shí)施分流制，對(duì)于現(xiàn)狀條件的要求較高，不論是住宅區(qū)還是工業(yè)企業(yè)，其內(nèi)部的管道系統(tǒng)必須健全，要求有獨(dú)立的污水管道系統(tǒng)和雨水管道系統(tǒng)，便于接入相應(yīng)的城市污水、雨水管網(wǎng)；同時(shí)要求城市街道的橫斷面有足夠的位置，允許新增管道的敷設(shè)。一般城市由于建設(shè)年代久遠(yuǎn)，地下管線(xiàn)基本成型，地面建筑擁擠，路面狹窄，如若將合流制改為分流制，存在投資大、施工困難等諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，很難在短期內(nèi)做到。
　　(二)保留部分合流管，實(shí)行截流式合流制
　　大部分城市，如果水體環(huán)境有足夠的自?xún)裟芰?，基本上采取截流式合流制排水體系，保留老城區(qū)部分合流管，沿城區(qū)周?chē)w敷設(shè)截流干管，對(duì)合流污水實(shí)施截流，并視城市的發(fā)展?fàn)顩r，逐步完善管網(wǎng)，改為分流制。這種過(guò)渡方式，由于工程量相對(duì)較小、節(jié)約投資、易于施工、見(jiàn)效快，已得到廣泛應(yīng)用，并取得良好效果。不久前我們?cè)O(shè)計(jì)完成的巢湖市污水廠(chǎng)配套管網(wǎng)工程，其中老城區(qū)建成多年，地面建筑及地下設(shè)施已經(jīng)成型，不宜大規(guī)模實(shí)施分流制改造，而城區(qū)內(nèi)有環(huán)城河、天河等豐富的水體可利用，根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，在老城區(qū)內(nèi)即采用了截流式合流制排水系統(tǒng)。
　　旱季時(shí)，截流式合流制排水系統(tǒng)可將污水全部送入污水處理廠(chǎng)。雨季時(shí)，通過(guò)截流設(shè)施，只能將部分合流污水輸送至污水廠(chǎng)處理，超出截流水量的污水排入附近水體，不可避免會(huì)對(duì)水體造成局部和短期污染，而進(jìn)入處理廠(chǎng)的污水，由于混有大量雨水，使原水水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，勢(shì)必對(duì)污水廠(chǎng)各處理單元產(chǎn)生沖擊，這就對(duì)污水廠(chǎng)處理工藝提出了更高的要求。有關(guān)截流式合流制排水體系在實(shí)施中應(yīng)注意的問(wèn)題，下文將著重論述。
　　(三)在截流式合流制的基礎(chǔ)上，設(shè)置合流污水調(diào)蓄構(gòu)筑物有些城市，周?chē)w稀疏，環(huán)境容量有限，自?xún)裟芰^差，不允許合流污水直接排入，這種情況下，可在截流干管適當(dāng)位置設(shè)置合流污水調(diào)蓄構(gòu)筑物，將超過(guò)截流干管轉(zhuǎn)輸能力及污水廠(chǎng)處理能力的合流污水引入調(diào)蓄構(gòu)筑物暫時(shí)儲(chǔ)存，待暴雨過(guò)后再通過(guò)污水泵提升至截流干管，最終入污水廠(chǎng)進(jìn)行處理，基本上保證水體不受或少受污染。
　　需要指出的是，這種調(diào)蓄構(gòu)筑物往往占地面積很大，并且雨水量不是一個(gè)定值，合理確定合流污水調(diào)蓄構(gòu)筑物容積有較大難度；再者，調(diào)蓄合流污水量最終要通過(guò)污水泵提升至截流干管(極少數(shù)有高差利用的城市除外)，造成日常運(yùn)行、維護(hù)、管理的不便，同時(shí)也增加了污水處理廠(chǎng)的負(fù)荷及運(yùn)行費(fèi)用，所以不提倡采用，只有在充分論證無(wú)實(shí)施分流制的可能性后才予以考慮。
　　(四)在截流式合流制的基礎(chǔ)上，對(duì)溢流混合污水進(jìn)行處理
　　同上一種情況類(lèi)似，如果城市周?chē)w自?xún)裟芰τ邢?，水體環(huán)境相對(duì)脆弱，采用截流式合流制排水管渠系統(tǒng)，在溢流合流污水排入水體前，必須進(jìn)行處理。針對(duì)合流污水水量大、濃度低的特點(diǎn)，可采用一級(jí)處理，選擇篩濾、混凝沉淀、投氯消毒的處理工藝。合流污水經(jīng)處理后，污染物濃度可顯著降低，從而大大減輕對(duì)水體的污染。
　　同樣，該措施由于考慮雨水的處理，與前種情況存在類(lèi)似的不足：日常運(yùn)行費(fèi)用高，且分散處理設(shè)施遠(yuǎn)離城市集中污水處理廠(chǎng)，在運(yùn)行、維護(hù)、管理上均存在諸多不便。
　　根據(jù)我國(guó)城市水污染控制技術(shù)政策要求，應(yīng)加強(qiáng)城市市政排水管網(wǎng)的改造、調(diào)整和建設(shè)，做到雨水、污水分流，為城市污水集中處理創(chuàng)造條件。因此，對(duì)于城市舊合流制排水管渠系統(tǒng)的改造措施，應(yīng)優(yōu)先考慮分流制，在實(shí)施難度較大的情況下，可考慮采用截流式合流制排水管渠系統(tǒng)。第三、第四種情況，是在截流式合流制的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，針對(duì)環(huán)境有較高要求而提出的，具有一定的特殊性。事實(shí)上，我國(guó)大部分城市，其舊城區(qū)建設(shè)一般處在合流制盛行的年代，被打上深深的時(shí)代烙印，很難在短期內(nèi)改變現(xiàn)狀，因此現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)老城區(qū)舊合流制的改造，截流式合流制排水體系是最常用的方式。

　　四　實(shí)施截流式合流制排水體系應(yīng)注意的問(wèn)題

　　(一)截流倍數(shù)選擇
　　截流倍數(shù)n₀是截流式合流制排水體系規(guī)劃設(shè)計(jì)中最重要的參數(shù)，也是最終工程實(shí)施重要的依據(jù)，如選擇偏小，將會(huì)允許過(guò)多的污水進(jìn)入水體，造成污染；選擇過(guò)大，截流干管和污水廠(chǎng)的規(guī)模就要加大，增加基建投資和運(yùn)行費(fèi)用。規(guī)范(GBJ14-87)規(guī)定截流倍數(shù)一般采用n₀=1～5，但真正合理選用并不容易。有資料表明，當(dāng)截流倍數(shù)選擇1和2時(shí)，其工程投資及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)相差近一倍。因此，合理選擇截流倍數(shù)意義重大。在巢湖市污水廠(chǎng)配套管網(wǎng)工程中，我們綜合考慮旱季污水的水質(zhì)水量、水體衛(wèi)生條件、水文、氣象條件等因素，結(jié)合巢湖市經(jīng)濟(jì)實(shí)力，采用截流倍數(shù)n0=2，經(jīng)專(zhuān)家論證后認(rèn)為可行。
　　目前對(duì)截流倍數(shù)n0的認(rèn)識(shí)還不夠深入，國(guó)內(nèi)大多工程，在選擇截流倍數(shù)時(shí)，僅基于對(duì)溢流水量和溢流次數(shù)的考慮，并未對(duì)溢流過(guò)程及水體水質(zhì)變化作相應(yīng)的分析，對(duì)水體水質(zhì)的影響仍停留于定性的和概念性的描述，很難保證水體不受污染。從理論上分析，選擇截流倍數(shù)時(shí)，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐谋┯陱?qiáng)度和設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，計(jì)算出合流管中混合污水的水量、水質(zhì)，再根據(jù)預(yù)定截流倍數(shù)所得截流水量，推算溢流水量，然后采用環(huán)境影響評(píng)價(jià)中河流水質(zhì)模型對(duì)水體水質(zhì)作預(yù)測(cè)，依據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果判斷n。取值的合理性，如不能滿(mǎn)足水體水質(zhì)要求，則重新試算。試算過(guò)程比較繁雜，每個(gè)溢流井都必須計(jì)算，在項(xiàng)目可研階段一般難以達(dá)到這種深度，相信隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的開(kāi)發(fā)和推廣，能夠?yàn)楹侠磉x用截流倍數(shù)提供更準(zhǔn)確的方法。
　　(二)溢流井設(shè)計(jì)
　　溢流井是截流式合流制排水體系中的關(guān)鍵構(gòu)筑物，整個(gè)排水系統(tǒng)將通過(guò)其實(shí)現(xiàn)截流旱季污水及初期雨水，并保證超出截流水量的合流污水順利排入水體?！督o水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》及有關(guān)資料介紹的溢流井形式主要有三種，即截流槽式、溢流堰式和跳躍堰式，這三種形式的溢流井在使用中都受限制，必須滿(mǎn)足溢流排水管管內(nèi)底標(biāo)高(或溢流堰堰頂標(biāo)高)高于排入水體的水位標(biāo)高，否則需在排出口設(shè)置間板或防潮門(mén)，以防水體水倒灌入管網(wǎng)，造成泵站淹沒(méi)。換句話(huà)說(shuō)，如果水體供水位標(biāo)高高于溢流堰堰頂標(biāo)高時(shí)，溢流井將不能工作。
　　目前大多數(shù)城市，由于受原合流管限制，最終截流管管內(nèi)底標(biāo)高一般低于城市水體洪水位標(biāo)高，這給溢流井的設(shè)計(jì)帶來(lái)一定難度。巢湖市也是如此，其環(huán)城河正常水位為6.11m(黃海高程)，洪水警戒水位為8.11m，而環(huán)城河沿岸的合流管排出口埋深相對(duì)較低，底標(biāo)高在8.8m至5.7m之間。因此，只有在合流管管內(nèi)底標(biāo)高高于8.2m時(shí)可采用上述三種形式溢流井，而在合流管管內(nèi)底標(biāo)高低于8.2m時(shí)不適用。對(duì)于這種情況，通常有三種解決方法：方法一是設(shè)置閘板，在水體處于洪水位時(shí)溢流井將停止工作，顯然不盡合理；方法二是用水位傳感器代替溢流堰，通過(guò)水泵將溢流水量抽至城市水體，由于溢流井較分散，在運(yùn)行、維修、管理方面存在諸多不便，同時(shí)還增加了設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用；方法三是將溢流堰設(shè)于水體洪水位以上，通過(guò)抬高管網(wǎng)水位排除溢流水量，由于堰口固定，即使在環(huán)城河水位較低時(shí)，溢流水量也必須抬高至洪水位才能排出，造成只要是雨季，合流管就長(zhǎng)期處于壓力流狀態(tài)。以上三種方法均存在不足，設(shè)計(jì)中我們積極創(chuàng)新，在溢流堰式溢流井的基礎(chǔ)上，將固定溢流堰設(shè)計(jì)成可調(diào)式，根據(jù)環(huán)城河水位變化來(lái)調(diào)節(jié)溢流堰的高度，使溢流水量順利排出，基本上保證溢流井在水體洪水期和枯水期均能正常運(yùn)作，僅在洪水季節(jié)一定時(shí)段內(nèi)，合流管處于暫時(shí)壓力流狀態(tài)。
　　巢湖市老城區(qū)截流工程中，我們共設(shè)計(jì)了九座溢流井，其中三座為磚砌溢流堰式溢流井，堰高8.3m，另外六座為鋼筋混凝土可調(diào)堰門(mén)式溢流井，堰高調(diào)節(jié)范圍為6.5m至8.3m。日前該段管網(wǎng)正在緊張地施工中，最終溢流井的效果如何，尚需在運(yùn)行中加以驗(yàn)證。
　　(三)截流量控制
　　準(zhǔn)確控制截流量十分重要，直接影響污水廠(chǎng)提升泵房的規(guī)模及設(shè)備選型，如果溢流井設(shè)計(jì)不合理，實(shí)際截流量有可能大于設(shè)計(jì)流量，將導(dǎo)致泵房超負(fù)荷運(yùn)行，甚至淹沒(méi)泵房。
　　大多數(shù)工程截流量控制是通過(guò)溢流堰來(lái)實(shí)現(xiàn)的，根據(jù)溢流水量對(duì)溢流堰進(jìn)行設(shè)計(jì)，但這種方式的準(zhǔn)確性有待探討?！逗狭髦葡到y(tǒng)污水截流井設(shè)計(jì)規(guī)程》中提供了溢流量的計(jì)算公式：

　　　　　　　　Q_y=Q_c-Q　　　　　　　　　　　　　　　　　　(1)

　　　　　　　　Q=Q_h(n₀+l)　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

　　式中：Q_y為溢流水量
　　　　　Q_c為合流水量
　　　　　Q為截流水量
　　　　　Q_h為旱季污水量
　　　　　n₀為截流倍數(shù)
　　從上面公式中我們不難發(fā)現(xiàn)，截流量Q是依據(jù)旱季污水量Q_h和截流倍數(shù)n₀計(jì)算而得，不受雨水量的影響，其值可視為定值；而合流水量Q_c和溢流水量Q_y則受雨水量的影響較大，在實(shí)際工程很難對(duì)其準(zhǔn)確控制。若依據(jù)Q_y值來(lái)控制最終截流量Q，將導(dǎo)致實(shí)際截流量與設(shè)計(jì)截流量之間的誤差較大?？茖W(xué)的做法是根據(jù)截流量Q值確定截流喉管管徑及坡度，同時(shí)在確定截流喉管管徑時(shí)必須進(jìn)行流量校核，保證旱季和雨季流量均能順利通過(guò)的情況下截流量不致過(guò)大。通常，截流管設(shè)計(jì)是按非壓力流考慮的，但暴雨時(shí)，其上游管段應(yīng)處于暫時(shí)壓力流狀態(tài)，溢流井中存在一定水頭，使截流管中流速和流量增大，所以，設(shè)計(jì)中不應(yīng)忽略實(shí)際存在的水頭。在進(jìn)行巢湖市老城區(qū)截流喉管設(shè)計(jì)時(shí)，我們對(duì)其雨季工況作了詳盡分析，將截流喉管等效視為一段坡度增大的無(wú)壓滿(mǎn)流管，最終管徑小于不考慮水頭的計(jì)算管徑。
　　(四)雨水口防臭
　　截流式合流制排水管渠系統(tǒng)仍然屬于合流制，由于污水、雨水共用一個(gè)管道系統(tǒng)，在旱季，不可避免會(huì)有臭氣通過(guò)雨水口溢至街面，影響城區(qū)內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量。為消除這種危害，在實(shí)施截流式合流制排水體系時(shí)，除敷設(shè)截流干管外，還應(yīng)對(duì)街道雨水口進(jìn)行改造，采用防臭雨水口或其他措施，使其具有防臭功能。
　　(五)對(duì)污水廠(chǎng)處理規(guī)模及水質(zhì)的影響
　　如前面所述，采用截流式合流制排水系統(tǒng)，在雨季進(jìn)入處理廠(chǎng)的污水，由于混有大量雨水，使原水水質(zhì)、水量波動(dòng)較大，會(huì)對(duì)污水廠(chǎng)各處理單元尤其是二級(jí)生化處理部分，產(chǎn)生較大沖擊。假若老城區(qū)旱季污水量占總城區(qū)的1/4，那么在雨季，如截流倍數(shù)n0取2，則污水廠(chǎng)的最大處理能力應(yīng)達(dá)到正常時(shí)的1.5倍，并且老城區(qū)污水量占的比例越大，造成污水廠(chǎng)處理水量變化越大，所以在確定污水廠(chǎng)規(guī)模時(shí)，應(yīng)用雨季水量進(jìn)行校核。我們還應(yīng)注意，實(shí)施截流式合流制排水體系是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，往往歷時(shí)較長(zhǎng)，有可能與城市污水廠(chǎng)的建設(shè)在時(shí)間上不一致，一般要滯后于污水廠(chǎng)的建成，這就可能導(dǎo)致城市污水廠(chǎng)建成后一段時(shí)期內(nèi)，其處理水量達(dá)不到設(shè)計(jì)規(guī)模，而在截流管道完成后，往往因截流倍數(shù)或截流措施選用不當(dāng)造成污水廠(chǎng)處理能力不足，這一點(diǎn)在設(shè)計(jì)中應(yīng)引起足夠重視，盡量保證兩者在建設(shè)上的同步。
　　同時(shí)，由于水量劇烈變化，會(huì)引起二級(jí)生化處理部分微生物大量流失，導(dǎo)致出水水質(zhì)惡化，這就要求選擇的污水廠(chǎng)處理工藝，具有較強(qiáng)的抗沖擊能力，如氧化溝工藝。巢湖市污水處理廠(chǎng)二期生化處理(一期工程為一級(jí)處理)即采用這種工藝。

　　五　結(jié)語(yǔ)

　　基于我國(guó)城市排水現(xiàn)狀，合流制在一定時(shí)期內(nèi)還會(huì)存在，加之我國(guó)大多城市市政基礎(chǔ)設(shè)施較薄弱，受資金的制約，在目前舊合流制排水管渠系統(tǒng)改造中一味強(qiáng)調(diào)分流制不是很現(xiàn)實(shí)，而截流式合流制排水系統(tǒng)，具有工程量小、節(jié)約投資(約比分流制減少40%)、易于施工、見(jiàn)效快、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)階段采用，比較符合中國(guó)國(guó)情。當(dāng)務(wù)之急是，如何在工程實(shí)際中彌補(bǔ)其不足，完善設(shè)計(jì)，使其具有更高的使用價(jià)值。