編者按：合流制排水系統(tǒng)溢流調(diào)蓄技術(shù)是控制面源污染、削減污染負荷的一項關(guān)鍵工程技術(shù)，通過在溢流排水口和調(diào)蓄池的溢流堰上安裝機械過濾裝置，可以明顯減少排放污染負荷。主要介紹在德國常用的過濾裝置類型和工作原理，為合流制排水系統(tǒng)面源污染控制的設(shè)計工作提供技術(shù)支持。在合流制排水情況下，污水和雨水合用下水道系統(tǒng)，最后流入污水處理廠。在下雨時，排水流量有時甚至是旱季流量的100倍以上。當然，在考慮城市大型污水廠的處理規(guī)模時，不可能是根據(jù)當?shù)刈畲蠼涤炅繒r進行設(shè)計，否則污水廠的平時處理效率太低。按照目前中國污水處理廠的設(shè)計規(guī)范，一般城市污水廠的處理流量是按旱季流量乘以1.3變化系數(shù)而設(shè)計。這樣在降雨事件發(fā)生時，會產(chǎn)生以下問題: (1)如果對降雨進行全部截流處理，當雨量較大時，雨水必然會對污水處理廠產(chǎn)生水力負荷沖擊。 (2)下暴雨時，雨水經(jīng)常將平時沉積的污染物質(zhì)攜帶泛起，帶往污水處理廠，導致污染濃度的沖擊負荷。 (3)如果將雨水徑流直接排放河流，則會導致受納水體嚴重污染，有時夏天甚至產(chǎn)生河流發(fā)黑發(fā)臭現(xiàn)象。根據(jù)德國的調(diào)查資料，大城市的落地雨水屬于污水，特別是初期雨水的污染物指標最高值已遠遠高于典型城市生活污水。初期雨水攜帶的污染負荷相當高且難于控制，在排水系統(tǒng)為合流制或截流制的城市，怎樣把初期雨水截流到生活污水管網(wǎng)成為普遍關(guān)注的問題。一般常規(guī)的控制方法是在沿河區(qū)域建造雨水截流干渠和混合污水調(diào)蓄池，將初期雨水截入污水系統(tǒng)。隨著中國城市規(guī)模擴展，硬化面積不斷增加，大氣污染及地面污染加重，導致雨水徑流污染愈加嚴重。為了控制和削減大量COD污染物質(zhì)通過污水管網(wǎng)系統(tǒng)的溢流口直接進入河流，就必須在沿河區(qū)域?qū)Τ鞘谐跗谟晁M行收集調(diào)蓄，并在降雨事件過后重新返回集中污水廠進行處理。但如果這些雨水調(diào)蓄池和溢流排水井只是配置簡單的水下隔墻，而不配置安裝水平過濾裝置，那么在降雨時，溢流水進入多功能蓄水池、生態(tài)濕地和居民居住區(qū)域附近流速緩慢河道的過程中，會在河岸線上出現(xiàn)其中所含的粗大雜物 (廁所用紙、衛(wèi)生用品等)，而這將會導致直接的景觀污染(圖1)。圖1 溢流水進入受納水體排水溝(溝內(nèi)含有大量污染固體物質(zhì))這些粗大雜物會懸掛在保護網(wǎng)格之間，粘附在石塊和小溪河床邊上，或夾混在灌木草叢之內(nèi)。如果不采用技術(shù)設(shè)備，則需要消耗大量人工在溢流口附近進行清理，才能維持正常的自然狀態(tài)。因此，對所有進入受納水體的溢流水都必須先進行機械性處理，控制和降低進入水體的污染總量。一方面，污水管網(wǎng)內(nèi)的固體雜質(zhì)種類繁多，例如含有廁所草紙、衛(wèi)生紙、糞便物質(zhì)等；另一方面,初期雨水沖刷城市路面，將大量輪胎、剎車片粉末和機油攜帶入合流制截流管道。為了最大程度地降低顆粒性COD經(jīng)過溢流堰排入河道，應(yīng)當盡可能地截流固體物質(zhì)。根據(jù)污水中固體物質(zhì)的密度，可分成以下類型：（1）漂浮物質(zhì)，固體密度< 1kg/dm³ ，例如油脂物質(zhì)；（2）懸浮物質(zhì)，固體密度約為1kg/dm³ ，例如攜帶糞漿的衛(wèi)生紙和毛發(fā)物質(zhì)；（3）沉積物質(zhì)，固體密度>1 kg/dm³ ，例如沉砂物質(zhì)。漂浮物質(zhì)必須通過在合適的構(gòu)筑物內(nèi)配置水下隔墻和過濾裝置才能去除，而懸浮物質(zhì)則只能在沉淀水池內(nèi)配置過濾裝置才能被去除。因此為了防止下水道內(nèi)的漂浮物質(zhì)和粗大固體物質(zhì)進入河流水系，必須在各溢流排水口處安裝配置格柵過濾裝置。在英國法律明確規(guī)定，所有溢流至河道的雨水或混合水，都必須事先經(jīng)過6mm的圓孔過濾裝置。根據(jù)德國工業(yè)標準 DIN 19569, Teil 2，格柵和過濾裝置被定義為從污水中截留或去除粗大物體物質(zhì)的機械。在德國，雖然法律沒有規(guī)定機械過濾裝置的孔徑和柵距，但對污水過濾之后的處理效果提出了明確要求：即在受納水體的沿岸不能找到肉眼看見的垃圾雜質(zhì)。在德國，一般采用以下兩種類型的機械過濾裝置： 垂直穿流網(wǎng)孔板 (網(wǎng)孔直徑 6 mm)，并通過螺桿外緣的尼龍刷進行機械性清理； 水平穿流柵條網(wǎng) (柵條間距 4mm)，并通過耙齒伸入柵條網(wǎng)進行機械性清理。必須注意： 通過過濾裝置只能去除污水中的漂浮物質(zhì)和懸浮物質(zhì)，而不能將溶解性 COD 截流去除！在德國，一般按以下情況對過濾裝置進行選型設(shè)計：（1）根據(jù)由統(tǒng)計數(shù)據(jù)核算出的1年1遇的最大降雨流量對堰板溢流負荷進行選型設(shè)計，約 300L/(sž • m) (德國規(guī)范DWA-A166)（2）盡可能在最高堰位進行溢流 (德國規(guī)范DWA-A128)（3）若采用柵條網(wǎng)，柵距為4 mm；采用圓孔篩網(wǎng)時，圓孔直徑為 6 mm（4）選型設(shè)計基礎(chǔ)按德國規(guī)范DWA-A118進行（5）在農(nóng)村地區(qū)，根據(jù)由統(tǒng)計數(shù)據(jù)核算出的2年1遇的最大降雨流量進行選型設(shè)計（6）在居民區(qū)，根據(jù)由統(tǒng)計數(shù)據(jù)核算出的3年1遇的最大降雨流量進行選型設(shè)計（3）水頭損失小，不會導致在水渠內(nèi)出現(xiàn)壅水現(xiàn)象為了安全截留固體物質(zhì)，必須采用全自動運轉(zhuǎn)的機械格柵或過濾裝置。在降雨排流時，篩/柵網(wǎng)不斷進行自動清理，保證過濾裝置始終處于最大過水狀態(tài)！根據(jù)不同安裝情況，許多德國公司分別開發(fā)制作了各種形式的水平格柵/過濾裝置，可以滿足不同場合的安裝要求 (見圖2)：水平格篩是安裝在溢流壩之前的溢流污水過濾裝置。這類過濾裝置是由半圓筒形網(wǎng)孔篩網(wǎng)板構(gòu)成，標準過濾孔徑為6 mm，開口方向朝下，污水從下向上穿流篩網(wǎng)進行過濾處理。過濾裝置配置全自動清渣系統(tǒng)： 清理螺桿片上安裝尼龍刷，可將柵渣推向過濾裝置的尾端的集渣箱，使柵渣下沉，濾渣始終保留在污水渠端，連同污水一起，強制性流向污水處理廠。在一般情況下，水平格篩安裝在調(diào)蓄池內(nèi)的溢流堰之前。過濾裝置可全部沉浸在水下，其前部擋水板可作為應(yīng)急溢流堰，同時被定義為調(diào)蓄池內(nèi)的最高截流液位。因為這一過濾裝置是安裝在溢流堰之前，在堰后不會產(chǎn)生額外的水頭損失。即使在堰前因為過濾裝置的安裝所產(chǎn)生的水頭損失也很小，由此產(chǎn)生的液位上升程度極低。（1）具有自清理功能，用于雨水調(diào)蓄池和混合污水溢流裝置（2）通過二維過濾 (網(wǎng)孔篩網(wǎng))，獲得最佳固體截留效果（3）在已建成的溢流構(gòu)筑物內(nèi)，可根據(jù)現(xiàn)場情況進行后安裝（6）在應(yīng)急情況下，裝置可完全被溢流淹沒而不會損壞水平格篩的最大長度為6 m, 篩筐直徑為300~500mm。篩網(wǎng)的孔徑在標準情況下為6 mm, 但可根據(jù)用戶要求，提供孔徑更小的篩網(wǎng)。這類格柵是安裝在排洪裝置或調(diào)蓄水池的堰墻之上。污水水平穿流柵網(wǎng)，水頭損失很小。裝置運轉(zhuǎn)時，安裝在柵網(wǎng)后的齒耙會來回緩慢移動，對柵網(wǎng)進行連續(xù)清理：耙齒伸入柵條網(wǎng)內(nèi)，將污水渠內(nèi)的柵渣推向流往污水處理廠的水流方向。清渣裝置由一臺水下電機驅(qū)動運轉(zhuǎn)。被截留或清理出的柵渣重新被投入污水渠，與污水一起流往污水處理廠。本機的柵縫間隙為4mm，屬于細格柵系列，廣泛適用于任何流速。該機械由不銹鋼制成，經(jīng)酸洗鈍化，加上多年使用經(jīng)驗，可保證該機高效運行，經(jīng)久耐用。為提高過濾機的運行可靠性，配置可根據(jù)流速進行個性化調(diào)節(jié)的沖洗系統(tǒng)，并采用濾后液沖刷碎石。驅(qū)動部件：防爆配置，防溢流，電機保護等級 IP 68。（1）由一些平行安裝的柵條組成，4 mm 柵距，安全可靠；（2）耙齒伸入柵條網(wǎng)內(nèi)，清渣徹底完全，能可靠地截留漂浮和粗大物質(zhì)；（3）水平柵條網(wǎng)只擁有單維過濾網(wǎng), 通過耙齒進行柵網(wǎng)自清理；（4）全自動進行柵網(wǎng)清理，電機保護等級 IP 68；此水平格柵的最大高度1.2 m，最大長度 8 m。在溢流堰長度很大的情況下，可以前后相連，進行多臺安裝。在標準情況下，網(wǎng)格柵距為 4 mm, 但也可根據(jù)用戶要求，選擇其它網(wǎng)格柵距。此過濾裝置以水平方式直接安裝在雨水排放構(gòu)筑物的過水堰之后。水平格篩是安裝在溢流堰后的溢流污水過濾裝置。此水平格篩過濾裝置一般水平安裝，但在溢流高度很小或安裝場地很小的情況下，這一裝置也能按傾角60°安裝。
此水平格篩由一張半圓筒形網(wǎng)孔篩網(wǎng)構(gòu)成，在半圓形的過濾篩網(wǎng)中安裝了傳送螺桿。裝置運轉(zhuǎn)時，混合污水從上向下穿流篩網(wǎng)。在污水穿流篩網(wǎng)的同時，固體垃圾被分離出來，在此同時，固定在螺桿片外緣的尼龍刷對篩網(wǎng)進行旋轉(zhuǎn)自清理。
螺桿片將柵渣推向過濾裝置的尾端，通過排渣裝置或堰墻上穿洞孔可將柵渣重新推回通往污水處理廠的污水渠內(nèi)。也可在裝置尾端安裝一泵箱，其內(nèi)安裝配置具有切割轉(zhuǎn)輪的水泵，可定向?qū)旁萌胪ㄍ鬯幚韽S的污水渠內(nèi)。驅(qū)動部件：防爆配置，電機為防溢流配置，保護等級 IP 68（1）由網(wǎng)孔板組成，標準過濾孔徑為6 mm（3）強制性連續(xù)清理篩網(wǎng)筐，可徹底過濾排出篩渣（4）網(wǎng)孔篩網(wǎng)筐是二維過濾，可達最佳固體雜質(zhì)截留效果（5）可以定向分離排放篩渣或排入后續(xù)運輸裝置（7）在已建成的溢流構(gòu)筑物內(nèi)可毫無問題地進行后安裝（8）全不銹鋼構(gòu)造，并經(jīng)酸洗鈍化處理，從而保證能獲得最佳的裝置防銹效果圖5 安裝在溢流堰后的水平網(wǎng)孔過濾裝置這類過濾裝置的標準長度為6m, 篩筐直徑為300~500 mm。篩網(wǎng)的孔徑在標準情況下為6 mm, 但可根據(jù)用戶要求，生產(chǎn)提供孔徑更小的篩網(wǎng)。根據(jù)所要求的過水流量，可以計算確定所需的螺桿直徑和長度。水平過濾裝置的最大優(yōu)點是不會減小混合污水水渠的截面積。過濾裝置的后部擋水板可作為應(yīng)急溢流堰，同時被定義為污水渠內(nèi)最高截流液位。
除生產(chǎn)提供以上過濾裝置外，有些德國公司還提供混合污水處理過程中的系統(tǒng)解決方案。通過在水平過濾裝置上配置安裝梯形溢流堰板和控制計算軟件，不僅可以過濾處理溢流混合污水，還可以同時對溢流水量進行測量統(tǒng)計(見圖6)。
圖6 配置溢流量測試堰的水平過濾裝置
在混合污水過濾的同時進行溢流水量的統(tǒng)計測試，可為用戶帶來以下好處：（3）了解雨水調(diào)蓄池的運轉(zhuǎn)特點和狀態(tài)（4）對污水廠的進水流量和溢流口的排水流量進行優(yōu)化處理通過安裝測量堰，不僅可以測定合流制污水過濾后的排放量和排放體積，確定有關(guān)排水事件的所有必要參數(shù)，也為今后確認和監(jiān)控計費污水排放量，并為溢流排放裝置的有關(guān)服務(wù), 運行和維護提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
5 混合污水調(diào)蓄池類型和過濾裝置安裝地點在合流制排水系統(tǒng)中，可以分別在溢流型調(diào)蓄池 (配置溢流堰)和截流型調(diào)蓄池內(nèi)，即安裝配置水平格柵/過濾裝置。在下暴雨時，不能被接受處理的合流制混合污水必須先經(jīng)過機械過濾處理后，才能排入受納水體或河流。以上介紹的三種過濾裝置都可以安裝在各種情況下的調(diào)蓄池內(nèi)：圖7 截留型調(diào)蓄池(線內(nèi)式和線外式安裝) 圖8 穿流型調(diào)蓄池(線內(nèi)式和線外式安裝)暴雨期間溢流水中漂浮/粗大物質(zhì)的截留變得愈來愈重要。實踐表明，在溢流水渠或雨水調(diào)蓄池內(nèi)盡管安裝水下隔墻，但仍有大量粗大物質(zhì)從排水管網(wǎng)流入受納水體，其后果是受納水體和河岸區(qū)域布滿廁所用紙、衛(wèi)生用品和糞便物質(zhì)，污染嚴重。因此必須采取合適措施，截留漂浮和懸浮固體物質(zhì)，獲得最大截污效果！一般來說，可在沿河雨污混合水截流干渠附近通過采取以下措施來實現(xiàn)：（1）在學校操場，停車場和公園等地下建造雨水調(diào)蓄池（2）在所有雨水池和溢水口處配置水下隔墻/過濾裝置一般配置4 mm柵距的細格柵或6 mm的網(wǎng)孔板篩網(wǎng)的過濾裝置。為了有效截流固體物質(zhì)，必須根據(jù)安裝地的水力狀態(tài)和構(gòu)筑物情況進行具體設(shè)計，從而確定（1）過濾裝置的安裝位置(溢流堰的前面、上面或后面)。（2）過濾裝置的類型(柵條網(wǎng)、孔狀篩網(wǎng))和柵距所選擇的過濾裝置要求具有盡可能大的固體物質(zhì)去除效果、較小的水頭損失、保養(yǎng)工作量小，機械運轉(zhuǎn)時磨損程度低。不管是在雨水調(diào)蓄池的溢水口(分流制)，還是在各種類型的混合污水溢流裝置(合流制)內(nèi)，都可以快速簡單地安裝配置水平過濾裝置，可以大量截留粗大物體雜質(zhì)，COD截留最高可達25%。在一些有條件的地方，可在溢流排放口之后建造一些雨水穩(wěn)定塘或地面過濾處理裝置，通過滲濾處理之后才流入受納水體。
通過這些措施對初期雨水進行處理，一方面最大程度保證污水管網(wǎng)安全可靠，無故障運轉(zhuǎn)，減輕污水處理廠在暴雨期間的工作負荷；另一方面可以改善河流湖泊的水質(zhì)，提高整體環(huán)境質(zhì)量。
策劃：衣春敏
責任編輯：衣春敏
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