上海中心城区两类雨水调蓄池污染减排效应研究

论文导读:：通过对其2010年度污染减排效应的对比分析。上海率先建设和使用雨水调蓄池。合流制排水系统汛期溢流。服务系统名称成都路排水系统新昌平排水系统。
关键词：污染减排，雨水调蓄池，溢流，排水系统

　　合流制排水系统汛期溢流，已成为城市河流、湖泊和河口等受纳水体的重要污染源，是目前世界城市水环境污染、生态系统健康失衡的重要原因之一[1,2]。雨水调蓄池是一项行之有效的控制和削减城市排水系统暴雨溢流污染的设施，在德国、美国和日本等发达国家已得到较广泛的使用[3,4]。国内，在苏州河环境综合整治二期工程中，上海率先建设和使用雨水调蓄池，至2010年底上海已建成的调蓄池超过10座。目前对调蓄池污染减排效应的研究主要集中于工程设计之初的经验匡算[5]和数学模型模拟计算方面[6]，以及对单座调蓄池――成都路调蓄池环境效应的初步评估[7,8]，系统性的对比研究还未开展。本文选取苏州河沿岸两座不同容积设计方法、进水模式的调蓄池――成都路和新昌平雨水调蓄池，通过对其2010年度污染减排效应的对比分析，尝试对调蓄池的设计建设和运行管理提供参考，并为初期雨水污染为代表的城市面污染治理提供参考。
　　1 研究区域与方法
　　1.1 研究区域概况
　　近30年上海中心城平均降水量为1200.3 mm排水系统，其中约70%集中在汛期(4~9月)[9]。成都路和新昌平雨水调蓄池概况见表1，其中成都路调蓄池是国内第一座投入使用的大型雨水调蓄池，新昌平调蓄池是目前国内投入正常使用的有效容积最大的雨水调蓄池。
　　表1 成都路和新昌平调蓄池概况
　　Table 1 Introduction of Chengdulu and Xinchangpingstormwater detention tanks in 2010
　　

雨水调蓄池名称	成都路	新昌平
所在区县	上海市静安区	上海市静安区
溢流受纳水体	苏州河	苏州河
试运行年份	2006	2008
正式开始运行年份	2007	2009
服务系统名称	成都路排水系统	新昌平排水系统
排水系统类型	合流制	合流制
排水系统服务面积 (km2)	3.06	3.77
系统径流系数	0.8	0.6
系统旱流污水配泵流量	3.300	2.020
系统雨水配泵流量	22.495	19.970
调蓄池设计容积 (m3)	7400	15000
进水模式	雨水泵泵排进水	重力自流进水
调蓄池进水配泵流量 (m3/s)	4.090	—
调蓄池进水配泵台数	2	—

1.2 雨水调蓄池设计模式
　　1.2.1 成都路调蓄池
　　调蓄池工作原理图解见图1[5,7]论文范文。成都路调蓄池容积按德国废水协会制定的《ATV128合流污水系统暴雨削减装置设置指南》方法计算，公式如下[5]：
　　 （1）
　　式中，V――调蓄池容积，m3；
　　 VSR――每公顷面积需调蓄的雨水量，m3/hm2，12≤VSR≤40，成都路调蓄池取20；
　　 AU――非渗透面积，AU＝系统面积×径流系数，hm2。
　　成都路系统服务面积306 hm2，设计径流系数0.8，代入式(1)计算出的容积为： ，工程建设实际取V成都路=7400 m3，VSR实际为20.15。
　　所有设备均由成都路泵站PLC控制，运行方式分为：晴天模式、进水模式、满池模式、放空模式和搅拌模式[7,8]。
　　
图1 合流制排水系统雨水调蓄池流程图（a）与流量图解（b）
　　Fig.1 Flow chart (a) and graph (b) of stormwaterdetention ombined sewage detention tank
　　1.1.2 新昌平调蓄池
　　新昌平调蓄池容积设计采用截流强度法计算[10,11]，根据单位时间截流污水量、截流时间来确定调蓄池的容积，公式如下[11]：
　　 (2)
　　式中Q截――污水截流强度，m3/s，设计截流污水量为4.034 m3/s；
　　 t――截流时长，min，设计截流时长为60 min。
　　按(2)计算的新昌平调蓄池容积为： ，工程建设实际取V新昌平=15000 m3。若按式(1)反算VSR，VSR＝44.21排水系统，为成都路VSR的2.19倍。
　　所有设备均由新昌平泵站PLC控制，运行方式分为：晴天模式、进水模式、放空模式、和冲洗模式[10]。
　　1.3 水样采集与分析
　　2010年汛期降雨时对成都路和新昌平排水系统进行了近10次管道出流水质变化过程监测。水样采集点位于排水系统泵站集水井，人工手动采样，平均采样间隔为5 min。水样采集后保存于1L的棕色玻璃水样瓶中，未及时分析的水样放入4℃的冰柜中保存。水质分析指标包括：COD、NH4+-N、TP和SS等10项，采用文献[12]方法分析。降雨与管道出流量数据由泵站自动化采集系统获得，采集间隔为5min，系统自动记录泵站各水泵的启、闭时间，并根据各台水泵的铭牌流量和运行时间计算出流量。
　　2 数据分析
　　2.1 降雨量
　　 2010年成都路泵站全年降雨量为1122 mm，雨量较近30年平均1200.3 mm的降雨量偏少；新昌平泵站年降雨量为1200 mm，雨量较近30年平均降雨量持平。
　　2.2 污染物浓度
　　依据2010年对调蓄池汛期合流污水水质的多次连续跟踪监测数据，以及2006~2009年连续4年运行期间所积累的基础水质监测数据，进成都路调蓄池的降雨初期高浓度污水COD平均浓度高达到453 mg/L、超过排水系统设计排水标准的溢流污水COD平均浓度为259mg/L。进新昌平调蓄池的降雨初期高浓度污水COD事件平均浓度为380 mg/L，超过排水系统设计排水标准的溢流污水COD事件平均浓度为223 mg/L。
　　2.3 调蓄池污染减排
　　2010年成都路和新昌平调蓄池对的溢流COD总减排量分别为53.3 t和201.9 t（图2）。其中，成都路调蓄池汛期减排为40.0 t，非汛期减排为13.3 t，汛期和非汛期COD削减比例分别为75.0％和25.0％；新昌平调蓄池汛期和非汛期的COD减排量分别为125.8 t和76.1 t，相应比例分别为62.3％和37.7％（图2）论文范文。
　　
　　图2 2010年成都路和新昌平雨水调蓄池COD削减量（t）
　　Fig.2 COD reduction of Chengdulu and Xinchangping stormwaterdetention tanks in 2010
　　3 运行效能评价
　　3.1 成都路调蓄池
　　成都路调蓄池2010年汛期暴雨溢流量削减、溢流污染物削减分别9.7％和15.9％，较2009年5.7％和8.5％的水平相比，分别提高了4个和7.4个百分点，这主要是由于世博期间，调蓄池的运行管理进一步完善，暴雨溢流事件中调蓄池全部得到使用的原因所致。同时2010年降雨量较近30年平均降雨量偏小约9.4％，大暴雨次数亦偏少也是重要的客观自然原因。成都路调蓄池全年COD削减量较2009年增加2.4 t排水系统，其中非汛期COD削减量较前年增加了4.4 t，增长率达48.9％，这主要是2010年非汛期降雨比例偏高、降雨次数偏多、调蓄池使用次数多的共同原因导致。
　　表2 2010年成都路和新昌平调蓄池使用状况统计
　　Table 2Service data statistic ofChengdulu and Xinchangping stormwater detention tanks in 2010
　　

统计内容	成都路雨水调蓄池	新昌平雨水调蓄池
汛期*	全年	汛期*	全年
降雨量 (mm)	721	1122	760	1200
降雨使用次数	15	20	41	68
总调蓄水量 (m3)	88340	117787	331020	531180
溢流次数	11	16	14	20
总溢流水量 (m3)	819636	979760	1128870	1303695
溢流水量削减比例	9.7%	10.7%	22.7%	28.9%
溢流COD削减比例	15.9%	17.4%	33.3%	41.0%
未使用次数及原因	0	1次，连续降雨	0	0

*注：配合世博会会期，2010年汛期从5月1日~10月31日，较往年提前二个月开始，延长一个月结束。
　　3.2 新昌平调蓄池
　　新昌平调蓄池继2009年强化运行管理以来，降雨期间尽可能多的使用调蓄池，一个降雨日中如果有多场次降雨发生，调蓄池就多次使用。2010全年使用次68次、溢流削减总量为531180 m3，溢流量削减比例28.9%，与2009年使用次数65次、调蓄总量543420、溢流量削减比例30.6%相当，仍然保持了较高水平的使用次数、溢流削减总量和削减比例等污染削减效能。同时，2010年新昌平调蓄池调蓄了更多的高浓度初期降雨径流，使得在调蓄总量略有增加的情况下，COD削减量达到创新高的201.9 t，超过2009年151 t水平高达33.7%。值得关注的是，新昌平非汛期COD削减量达到76.1 t，占到全年溢流COD削减量中的37.7%。