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武汉市黄孝河CSOs调蓄池工艺设计 发布时间:2021.09.28

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孙巍 张文胜

(中国市政工程中南设计研究总院有限公司,湖北·武汉 430014)

摘要:调蓄池作为解决黄孝河CSOS污染的重要工程措施,其设计参数的选取至关重要。黄孝河CSOs调蓄池是一座地下式调蓄池,本工程设计对其容积、分格、冲洗方式、通风及除臭等进行了精心优化构思,以期能够充分发挥工程效益的同时,与自然环境相和谐。

关键词:CSOs调蓄池容积计算 CSOs调蓄池分格设计 调蓄池冲洗方式的选择 地下式调蓄池设计

中图分类号:TU992 文献标志码:A

1、黄孝河 CSOs调蓄池设计背景

黄孝河为城市内河(上游为暗涵,下游为明渠),承担着汉口东部48.5km2城区的雨污水排放任务,服务人口110万;其中京广铁路以南地区为合流区(即上游暗涵段),面积约为19km2,雨水经黄孝河暗涵排入黄孝河明渠,合流制排水系统的旱季污水通过在暗涵出口处设置钢坝闸进行拦截,经污水泵站提升至污水处理厂进行处理。但雨季由于大量雨水的汇入,致使合流制污水量超过了污水厂的处理能力,进而形成了黄孝河明渠起端的合流制溢流(CSOs)污染。

本调蓄池的建设旨在解决黄孝河明渠雨季时的CSOs污染问题。将雨季时污水处理厂消纳不了CSOs污水接入CSOs在线强化处理设施,通过调蓄池来调节污水量与处理设施规模的不匹配。

雨水调蓄池是控制排水系统溢流初期雨水污染的一项重要设施,已在德国、丹麦、美国、日本等国家得到普遍应用[1~3]。

2、调蓄容积的确定

调蓄池是兼具调节和贮存CSOs污水功能的构筑物。它之所以能够实现调节和贮存的作用,主要是通过自身容积实现的。因此,调蓄池的容积是其设计时最重要的特征参数。目前主流的设计方法主要有:溢流频次、面积负荷、调蓄时间、截流倍数等几种计算方法。

本工程采用 “溢流频次”方法进行计算调蓄池的容积,同时按照其它几种容积计算方法来进行复核,其计算容积均小于依据“溢流频次”所得的调蓄池容积,故此确定本调蓄池的调蓄容积。

计算过程如下:

2.1溢流频次的确定

目前国内尚未出台针对合流制溢流污染的关于溢流次数的相关规范和标准;结合本工程实际情况,综合考虑调蓄池用地、进入调蓄池的截污箱涵的过流能力、溢流堰控制高度、受纳水体的环境容量、远期黄孝河流域的海绵城市建设及雨污分流等现实情况,确定溢流频次为10次/年。

2. 2选取降雨代表年

选出符合武汉当地降雨实际情况,可反映区域的降雨特性的真实降雨过程,即选取降雨代表年。

2. 3确定临界降雨

根据典型年的降雨场次排序计算,确定年溢流次数控制在 10 次时的临界降雨为24.4mm,65min。根据统计,确定典型年降雨间隔为12h。

图1 24.4mm-65min 降雨曲线

Fig.1 24.4mm~65min rainfall curve(2040/8/14)

2. 4调蓄池容积的计算

调蓄池内的CSOS污水最终出处是经过CSOS强化处理设施进行处理,达标后再行排放至府河。故调蓄池的容积与强化处理设施规模、临界降雨以及降雨间隔时间环环相扣。为提高CSOS强化处理设施利用率,结合调蓄池、强化处理设施的建设用地以及投资情况,实现年溢流次数小于10次的治理目标,系统上综合确定调蓄池及末端强化处理设施的规模。

当初期CSOS污水来水量较小时,CSOS污水全部经过泵房提升至强化处理设施处理,调蓄池中不进水。随着降雨强度变大,产生的来水量增加,大于强化处理设施处理能力,调蓄池开始积水,池中水位不断上升;当来水量减小至小于或等于强化处理设施处理能力时,调蓄池水位停止上升,直至调蓄池的水位达到最高时,其存水量即为设计容积。

本次设计根据水力模型对流量随时间变化曲线进行求解计算,从而确定调蓄池的容积。

图2 利用溢流流量过程线计算调蓄池蓄水容积

Fig.2 Calculating the storage volume using the overflow flow process line

最终确定本工程的调蓄容积为25万m³,强化处理设施规模6m³/s。

3、调蓄池的分格设计

3.1分格的意义

将调蓄池有效容积进行分格的目的在于:

(1)当降雨量、降雨时长≥临界降雨量、降雨时长时;将调蓄池有效容积进行分隔形成多个蓄水室,每个蓄水室之间通过溢流进行连通,能够保证污染物含量较高即比较脏的水进入前面的蓄水室,污染物含量较低的水进入后面的调蓄池,能够将污染物相对集中在前面的蓄水室中,后面的蓄水室中污染负荷较低,冲洗负荷也随之较低,这样只需强化前面存储污染物较多蓄水室的冲洗,后面蓄水室采用正常冲洗方式就能够保证较好的冲洗效果。这种设计相当于在池体内部通过分隔设计形成通过池+接收池的形式,使调蓄池的运行管理更为灵活。

(2)当降雨量、降雨时长<临界降雨量、降雨时长时;调蓄池分隔设计的多个蓄水室,逐个启用,可以保证前面蓄水室容积的充分利用,也能保证后面蓄水室进行不必要的开启及维护,为运维提供更大的灵活及可能性,降低运维成本。同样地,前面蓄水室可以有预沉净化的作用,污染物集中在前面的蓄水室内,使调蓄池的运维更加简单高效。

3.2蓄水室分格的具体设计

为最大程度发挥调蓄池的工程效益,配合各种雨情有效合理利用调蓄池的容积,降低运维难度及成本,对调蓄池进行分格细化设计。综合考虑平面用地、各种降雨情况以及冲洗设备的使用要求,确定将本工程的调蓄池划分为5格,分别是蓄水室1、2、3、4、5;其中蓄水室1、2为常用蓄水室,尤其蓄水室1,启用最为频繁。调蓄池的分格设置详见图3。

注:图中黑色粗实线为分格间隔及溢流墙。

图3 调蓄池分格示意图

Fig.3 Storage tank divisons

分格后每个蓄水室的具体面积、容积参数详见表1。

表1 分格蓄水室设计参数

Tab.1 Design parameters of storage tank

3.3分格蓄水室的进水及排水设计

蓄水室的进水顺序同蓄水室的分格编号,蓄水室之间通过分隔溢流墙进行连通,当水位到达分隔溢流墙高度后就开始向下一个蓄水室进行溢流,即下一个蓄水室开始进水。具体运行工况为:CSOS污水率先进入蓄水室1;当蓄水室1内水位上升至蓄水室1、2之间的溢流墙高度后,通过溢流墙溢流至蓄水室2;当蓄水室1内水位上升至蓄水室1与蓄水室3的分隔溢流墙高度后,蓄水室3开始进水;当蓄水室3内液位到达蓄水室3与4之间的分隔溢流墙高度后,蓄水室4开始进水;当蓄水室2内液位到达蓄水室2与5之间的分隔溢流墙高度后,蓄水室5开始进水。蓄水室间的分隔溢流墙高度详表2。

表2蓄水室间分隔溢流墙高度

Tab.2 Height of separating overflow wall between water storage rooms

蓄水室的排水顺序也与其分格编号一致,每个蓄水室的排水通过蓄水室之间分隔墙底部上的闸门控制。首先是蓄水室1开始排水;接着蓄水室2排水;然后蓄水室3、4排水;蓄水室5最后排水。

4、调蓄池的冲洗方式设计

CSOS调蓄池内的设备相对较少。其中关键系统即为冲洗系统,若不能进行有效的冲洗,池底出现淤积,如此反复多次后清洗难度非常大,且淤积的污泥厌氧发酵也会释放有毒有害气体,危害人体,其中厌氧发酵产生的甲烷为易燃易爆气体,为运营带来巨大风险。为了保证其正常工作,每次蓄水结束后对池体污染物的清洗非常必要;需要配备冲洗效果好、自动化程度高的冲洗工艺。

冲洗方式的选用与设计必须充分考虑调蓄池的平面布置及不同冲洗方式的最优应用条件。本工程通过对调蓄池进行分格设计能够将污染物浓度较高的初期污水存放在第1、2蓄水室内;将污染物浓度较低的中、后期污水存放在第3、4、5蓄水室内。配合调蓄池的分格,在利用率较高,且储存水污染物含量较高,产生沉积比较多的蓄水室1、2中,使用冲洗效果最有保证的冲洗设备—智能喷射器;在后续利用率较低,且储存水污染物含量较低,产生沉积比较少的蓄水室中,使用较为安全可靠冲洗设备—门式冲洗。

冲洗方式的布置具体详见图3。

5、超越调蓄池的通道设计

为践行本工程的实施目的,最大程度保护黄孝河、府河水生态环境;提高黄孝河CSOS 系统运行调度的灵活性及可操作性,设置超越调蓄池的通道。用于当CSOS污水量≤强化处理设施规模6 m³/s时,来水全部通过超越通道经提升泵房至处理设施进行处理,调蓄池中水位不上涨(不进水);当CSOS污水量>强化处理设施规模6 m³/s时,就需要调蓄池进行调蓄,调蓄池内水位开始上涨(进水)。调蓄池超越通道示意图详图4。

图4 超越调蓄池模式示意图

Fig.4 Exceed the storage tank

6、调蓄池的除臭、通风设计

根据《城镇雨水调蓄工程技术规程》(GB51174-2017)要求:当采用封闭的调蓄池时,应设置送排风设施及除臭设施;本次设计通风换气次数取4次/小时,除臭次数取1~2次/小时。

根据现场条件及调蓄池除臭系统间歇使用的特点,采用了处理效果相对稳定,运行费用低的离子法除臭。

7、调蓄池辅助构筑物设计

7.1吊装及检修孔设计

根据本工程的用地规划,调蓄池建设为地下式构筑物,其上方为景观绿化。要求伸出地面的吊装及检修孔必须极其精简,设计中通过优化孔洞位置,仅设置较少的孔洞即能解决较多的功能需求。

冲洗门的吊装孔设置在两个廊道中间,可以一对二;同样的,每个蓄水室的所需开孔都尽量合并在一起;通过合并吊装及检修孔来减少调蓄池的顶端开孔。

7.2除臭、通风、自控设备间设计

为降低调蓄池的建设对周围环境的影响,调蓄池所需配套的除臭、通风、自控设备均设在设备夹层中,即调蓄池顶板以上至地面线以下空间范围内,具体详见图5。通过设备夹层的设计减少了对地上面积的占用,可更多用于园林绿地建设,是实现本工程环境友好、与自然和谐的有效手段。

图5 调蓄池剖面示意图

Fig.5 Storage tank profile

8、结语

若要充分实现调蓄池的工程效益,还需配套相应的管理措施。要对CSO系统进行科学合理的运行调度,将调蓄容积发挥到极致;此外还需对调蓄池进行日常维护管理,确保调蓄池时刻保持在线工作状态。只有将工程措施和管理措施相结合,同时加强对污染源头的治理与控制,才能真正获得健康清洁的水生态环境。

参考文献(References):

[1] 唐建国,曹飞,全洪福等.德国排水管道状况介绍[J].给水排水,2003,29 (5):4-9.

[2] 张善发.城镇排水系统溢流与排放污染控制策略与技术导则[J].中国给水排水,2010,26(18) :31 -35.

[3] 程江,吕永鹏,黄小芳等.上海中心城区合流制排水系统调蓄池环境效应研究[J].环境科学,2009,30(8) :2234-2240.

 

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