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城市排水系统的规划和设计是城市快速扩张时所面临的一项重大决策问题,不仅关系到巨额资金投入,还关系到这些资金的投资效益,关系城市水生态环境的保护和城市的可持续发展。本文阐述了国内外对城市排水系统体制的研究进展,通过对比分析国内外排水系统体制选择上差距,提出了城市排水系统体制的规划、设计与管理问题,论述了我国排水系统体制的科学选择,目的是对过去和现有思想和理念的局限性进行探索,进而研究基于新技术条件下城市水管理问题的新思路,提出适合我国国情的新观念并对关键设施进行了研究。
城市排水系统是城市基础设施建设的重要组成部分,通常由排水管网和污水处理厂组成,是将城镇的污水、废水和雨水有组织地排除与处理的工程设施。城市排水体制一般分为合流制和分流制两种类型。随着城市的扩张,城市基础设施的不断完善,城市排水系统出现了多种形式,尤其是近年来,国内外对雨水径流的水质调查发现,雨水径流特别是初降雨水径流对水体的污染相当严重,因此提出了对雨水径流也要严格控制的截流式合流制排水系统。
我国多数的城市排水系统不同程度的存在着布局混乱、各种管网并存、排水能力小、雨污合流等问题。但我国目前最大的问题是对分流制排水系统存在误解,认为只有实现雨污分流才是最终出路,结果耗巨资进行了雨污分流改造,但仍然不能达到雨污分流的目的。主要原因是:虽然污水主干管已经建成,但小区、单位、庭院不改造,建筑单体排水系统不改造,那么仍然无法实现雨、污分流;在一些新兴城市即便较好的实现了雨污分流,但却无法解决面源污染问题,随着高浓度的初期雨水排入水体,城市水体“水华”现象频频发生。
60年代,欧美等西方发达国家开始了对城市雨水径流和合流制溢流(cso)污染控制的研究,针对合流制溢流、分流制雨水的污染状况,采取了相应措施,例如改造合流管道,改进雨水管道中截污装置的材料来提高装置的截污效率。以德国为代表的欧洲国家从八十年代开始重视城市雨水径流污染的控制。他们不是依赖“雨污分流”的办法来控制城市雨水径流污染,而是把重点放在以截流式合流制排水系统为主技术性措施上。
截流式合流制排水系统因与城市的逐步发展密切相关,因而它是迄今国内外现有排水体制中用的最多的一种。例如德国、英国、法国、日本的合流制排水管道占排水管道总长度的70%左右,丹麦约占45%,德国科隆市合流制管系甚至占94%。据考察,日本东京的合流制排水管道也占到了90%以上。西方国家的实践表明,为了进一步改善受纳水体的水质,将合流制改造为分流制,其费用高昂而效果有限,而在合流制系统中建造上述补充设施则较为经济而有效。因此,在我国建立理想的分流制或将合流制改为完全分流制系统的成功率较小。在对老城市合流制排水系统改造时要结合实际制定可行方案,在各地新建开发区规划排水系统时也有必要充分分析当地条件、资金的合理运作,同时还要从管理水平、动态发展角度进行研究,不要盲目模仿、生搬条款。在排水体制的选择上应改变观念,允许部分地区在相当长的时间内采用合流制截流体系。
截流式合流制的关键是初期雨水截流井,要保证初期雨水进入截流管,中期以后的雨水直接排入水体,同时截流井中的污水不能溢出泄入水体。截流井的核心是雨污分流装置,截流井和雨污分流装置的设计甚至左右着整个排水系统的成败。
截流井和雨污分流装置的作用是将污水经污水干管和截流管输送至污水处理后排放,初期雨水亦进入截流管送至污水处理厂,而降雨中期污染较小的雨水则直接排入水体。截流式合流制排水系统同时汇集了生活污水、工业废水和部分雨水送到污水处理厂,减轻了较脏的初期雨水对水体的冲击;但暴雨时通过截流井将部分生活污水、工业废水泄入水体,给水体带来一定程度的污染,因此要选择一个合理的截流倍数来消除这部分污水排入水体所带来的影响。本文研究了各种雨污分流装置的特点,通过大量的实验和实际测试最终确定了几种截流井和雨污分流装置的形式,以供实际应用时参考。
雨污分流装置在截流式合流制中的应用,对传统的截流式合流制和完全分流制作了改进,避免了分流制初期雨水和截流式合流制混合污水对水体的污染,又比截流式合流制的截流管断面小,从而节省了管道投资。因减少了进入污水泵站和污水处理厂的流量,从而节省了污水泵站和污水处理厂的投资及运行管理费用,具有较好的环境效益、社会效益和经济效益。本装置的成功使用会给全国中小城市及大城市老城区排水管道的改造带来一种新的思路,不但可解决城市排水系统的问题而且可节约大批资金。它的推广实施对尽快改善城市水环境有着十分重要的意义。