一种溢流污染控制方法

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种溢流污染控制方法。

背景技术

近年，随着社会经济发展，水环境整治力度大幅提高，许多地方投入大量资金对老城区原有合流制系统进行雨污分流改造。然而，由于在老城区进行雨污分流改造面临许多制约，不仅耗费大量资金和时间，改造工作困难重重，部分先行的改造也不彻底，效果不佳。

从国内外城市排水系统长期的实践经验和现实情况看，部分合流制系统的存在是不可避免的，甚至在特定条件下具有一定的合理性。此外，我国新发布了污染物总量控制目标，对污染物排放提出了更严格的要求。因此，城市水环境质量要想得到根本改善，就必须加强对合流制管道溢流污水的控制和管理，随着我国对溢流污染研究的进一步深入，对这方面的需求会不断增加。此外，随着城市的建筑面积不断扩大，不透水地面面积增加，地下水大幅减少，大部分雨水汇集成地表径流，进入次级河流与湖库。初期雨水水质受降雨强度、降雨时间间隔与雨型等不确定因素的影响，雨水污染物负荷的不确定性较高。而且由于降雨雨型复杂，难以实现对初期雨水和后期雨水的精确分流，过多的雨水进入管道系统必然会给城市污水厂带来巨大压力，导致雨季溢流污染和径流污染未有效控制，对水库水质污染大、恢复周期长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种溢流污染控制方法，能够削减入库污染负荷，解决雨后河湖水质恢复周期长的问题。

为了达到上述目的，提供了一种溢流污染控制方法，包括以下步骤：

S1、收集待治理河湖的水文资料、现场踏勘数据、污染源调查数据和现场监测数据；

分析河湖水文资料、现场踏勘数据、污染源调查数据和现场监测数据得到待治理河湖的水环境质量数据、流域污染源分布数据、水污染物排放与治理现状数据；

S2、根据流域污染源分布数据和水污染物排放与治理现状数据分析待治理河湖的污染原因，以及分类分析各污染源负荷贡献率；

S3、根据水环境质量数据，测算河湖水环境纳污容量；

S4、获取水质保护目标和降雨数据，并根据河湖水环境纳污容量进行计算，得到污染物削减目标，再根据污染物削减目标和流域污染源分布数据制定将污染源负荷贡献率削减到指定值的水污染负荷削减方案，所述水污染负荷削减方案包括初期雨水设施的设置位置和设置数量，以及雨水湿地设施的设置。

进一步，所述S4包括以下步骤：

S401、对本地的雨型分析，选取初期雨水分流比，计算汇水分区面积和降雨时长；

S402、根据初期雨水分流比、计算汇水分区面积和降雨时长分析入库污染量；

S403、获取降雨截流强度和降雨初损根据，并根据计算汇水分区面积和降雨时长分析入库雨水量。

进一步，所述S4包括以下步骤：

S404、根据入库污染量和入库雨水量分析调蓄池进水量和生态库进水量；

S405、根据调蓄池进水量和生态库进水量分析计算生态库/调蓄池进水TP浓度；并根据生态库/调蓄池进水TP浓度优化降雨截留强度。

进一步，所述S4包括以下步骤：

S406、将初期雨水在调蓄池停留设定时长，并通过初期雨水设施进行分流净化，净化后通入雨水湿地设施；

S407、将初期雨水在生态库停留设定时长，再通入雨水湿地设施；

S408、获取雨水湿地设施的湿地出水浓度，并根据湿地出水浓度和生态库/调蓄池进水TP浓度计算湿地去除率。

进一步，所述S4包括以下步骤：

S409、获取初期雨水设施的初期雨水径流总量、雨水湿地设施的最小占地面积和雨水湿地设施的实际面积，对初期雨水设施和雨水湿地设施的排放口进行分析，并合理布置初期雨水设施和雨水湿地设施。

进一步，所述初期雨水设施的初期雨水径流总量计算如下：

Q＝A·H·ψ

Q为初期雨水径流总量，A为集水区域面积，H为初期雨水总量，ψ为综合径流系数。

进一步，所述综合径流系数ψ：

集水区域总面积A，该区域内绿地面积，建筑屋面面积，道路面积和裸地面积分别是A1、A2、A3、A4，其相对应的径流系数为

进一步，所述雨水湿地设施的最小占地面积计算公式如下：

S＝Q·α

S为雨水污染物控制设施最小面积，Q初期雨水径流总量，α为初期雨水设施的处理负荷。

进一步，所述S4包括以下步骤：

S410、根据雨水湿地设施的湿地出水浓度进行水体补水分配分析，所述水体补水分配包括确保河道不断流的流域基本需水量、保持适宜景观水深的流域适宜需水量和域外补水量。

进一步，所述初期雨水设施包括雨水收集筒体，所述雨水收集筒体顶部设置盖板，所述盖板下方的雨水收集筒体壁上设置有雨水管道预留孔，所述雨水管道穿过雨水管道预留进入雨水收集筒体内部，所述雨水管道出口下方接有截污挂篮装置；所述雨水收集筒体内底部通过隔板分隔为两个储水区，分别为第一储水区和第二储水区；所述第一储水区和第二储水区内分别对应安装有分流大泵和分流小泵，所述分流大泵和分流小泵的出水口均与城市污水管网相接，所述隔板上方的雨水收集筒体内壁上设置有溢流孔；雨水收集筒体内部设置有雨水分流控制装置。

原理及优点：

1、近远结合—抓两端，促中间，实现旱季污水全收集。近期以管网完善为主，解决近期污染入河的问题，远期结合正本清源、雨污分流，开展小区海绵城市建设。同时，强化源头管网同末端河湖中间地带的管控联系，真正从根本上解决河湖污染问题。

2、旱雨结合—保旱季，控溢流，实现雨季污染减负荷。旱季漏排污水通过措施实现全部收集，雨季实现一定保证率下溢流污染的控制，解决雨后河湖水质恢复周期长的问题。充分利用河湖自然条件，形成梯级滞蓄、净化、回用的自我修复廊道，进一步提高水环境承载力。

3、水陆结合—优布局，重回用，实现生态及景观补水。通过优化流域内污水系统布局，强化岸上管网及水质提升回用设施建设，强调厂、网、河一体化统筹及污水资源化利用。

4、城水交融—依水系，借绿斑，实现河湖及绿道畅通。依托现有河流，借用市政绿化带、绿道串联现有湖库，打造复合共享型绿岸带，从而带动城市空间向生态转变，产业经济向绿色转变，市民生活向低碳转变。

附图说明

图1为本发明实施例一种溢流污染控制方法的流程框图；

图2为本发明实施例二中初期雨水设施及雨水湿地设施的分布示意图；

图3为本发明实施例二中初期雨水设施的结构示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：雨水收集筒体1、盖板2、雨水管道预留孔3、雨水管道4、透气阀5、截污挂篮装置6、分流大泵7、分流小泵8、爬梯9、溢流孔10、雨水分流控制装置11、不锈钢隔板12。

实施例一

一种溢流污染控制方法，基本如图1，包括以下步骤：

S1、收集待治理河湖的水文资料、现场踏勘数据、污染源调查数据和现场监测数据；

分析河湖水文资料、现场踏勘数据、污染源调查数据和现场监测数据得到待治理河湖的水环境质量数据、流域污染源分布数据、水污染物排放与治理现状数据；项目的各水系水质主要指标化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、溶解氧(DO)均达到《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》的Ⅳ类标准。具体考核的水质指标

如下表所示：

表1水质参考值

S2、根据流域污染源分布数据和水污染物排放与治理现状数据分析待治理河湖的污染原因，以及分类分析各污染源负荷贡献率；

S3、根据水环境质量数据，测算河湖水环境纳污容量；

S4、获取水质保护目标和降雨数据，并根据河湖水环境纳污容量进行计算，得到污染物削减目标，再根据污染物削减目标和流域污染源分布数据制定将污染源负荷贡献率削减到指定值的水污染负荷削减方案，所述水污染负荷削减方案包括初期雨水设施的设置位置和设置数量，以及雨水湿地设施的设置。本实施例中，初期雨水设施为分流井，在设计中，通过设置进水槽，优先将初期来水收集，并通过进水槽底部的孔洞输送进入后续的湿地。在进水槽设置溢流围堰，当来水流量过大时，来水直接溢流进入河道，实现了初期雨水的收集处理与后期洁净雨水的溢流分流。雨水湿地设施包括若干沉水植物、各类微生物菌剂、螺类和贝类、各种鱼类、虾类、各种挺水植物、生境桩、水下鱼巢等。沉水植物分别是矮化苦草、刺苦草、小茨藻、伊乐藻、水蕴草、菹草、黑藻、马来眼子菜、龙须眼子菜、穗花狐尾藻。在填料选择上，选用了砾石、铁矿石和少量紫色土结合作为植物种植基质。

所述S4包括以下步骤：

S401、对本地的雨型分析，选取初期雨水分流比I，计算汇水分区面积A和降雨时长t；

S402、根据初期雨水分流比I、计算汇水分区面积A和降雨时长t分析入库污染量；

S403、获取降雨截流强度和降雨初损根据，并根据计算汇水分区面积和降雨时长分析入库雨水量。

S404、根据入库污染量和入库雨水量分析调蓄池进水量和生态库进水量；

S405、根据调蓄池进水量和生态库进水量分析计算生态库/调蓄池进水TP浓度；并根据生态库/调蓄池进水TP浓度优化降雨截留强度。

S406、将初期雨水在调蓄池停留设定时长，并通过初期雨水设施进行分流净化，净化后通入雨水湿地设施；

S407、将初期雨水在生态库停留设定时长，再通入雨水湿地设施；

S408、获取雨水湿地设施的湿地出水浓度，并根据湿地出水浓度和生态库/调蓄池进水TP浓度计算湿地去除率。

S409、获取初期雨水设施的初期雨水径流总量、雨水湿地设施的最小占地面积和雨水湿地设施的实际面积，对初期雨水设施和雨水湿地设施的排放口进行分析，并合理布置初期雨水设施和雨水湿地设施。

所述初期雨水设施的初期雨水径流总量计算如下：

Q＝A·H·ψ

Q为初期雨水径流总量，A为集水区域面积，H为初期雨水总量，ψ为综合径流系数。

所述综合径流系数ψ：

集水区域总面积A，该区域内绿地面积，建筑屋面面积，道路面积和裸地面积分别是A1、A2、A3、A4，其相对应的径流系数为

所述雨水湿地设施的最小占地面积计算公式如下：

S＝Q·α

S为雨水污染物控制设施最小面积，Q初期雨水径流总量，α为初期雨水设施的处理负荷。

S410、根据雨水湿地设施的湿地出水浓度进行水体补水分配分析，所述水体补水分配包括确保河道不断流的流域基本需水量、保持适宜景观水深的流域适宜需水量和域外补水量。

实施例二

所述初期雨水设施基本如图2、图3所示，适宜于山地小型湖库雨水管道初期雨水控制的分流，由服务各雨水口的一体化泵站设备、初期雨水外排压力管道以及位于水库下游的初期雨水处理站三个部分组成。一体化泵站设备用于分流初期雨水，并将初期污染浓度较高的雨水提升至压力管道，通过压力管道输送至处理站。

一体化泵站设备包括雨水收集筒体1，所述雨水收集筒体1顶部设置盖板2，内部设有通往底部的爬梯9。所述盖板2下方的雨水收集筒体1壁上设置有雨水管道预留孔3，所述雨水管道4穿过雨水管道4预留进入雨水收集筒体1内部，在雨水收集筒体1顶部设有透气阀5，所述雨水管道4出口下方接有截污挂篮装置6；所述雨水收集筒体1内底部通过隔板分隔为两个储水区，分别为第一储水区和第二储水区；所述第一储水区(右)和第二储水区(左)内分别对应安装有分流大泵7和分流小泵8，所述分流大泵7和分流小泵8的出水口均与城市污水管网相接，所述隔板上方的雨水收集筒体1内壁上设置有溢流孔10，本实施例中，隔板为不锈钢隔板12；雨水收集筒体1内部设置有雨水分流控制装置11。

所述雨水分流控制装置11包括雨水传感器、浊度传感器、第一液位传感器、第二液位传感器和控制器。所述雨水传感器设置在雨水收集筒体1外部，所述第一液位传感器、第二液位传感器设置在雨水收集筒体1内，所述第一液位传感器位于溢流孔10的上方。第二液位传感器位于雨水收集筒体1隔板的2/3处。浊度传感器设置在雨水分流控制装置11内部，探头设置在第一储水区的底部，大约高出底部10-15cm处，以防止浊度探头损坏。所述控制器包括：

降雨分析模块；用于通过雨水传感器获取雨量检测信息，并根据雨量检测信息判断是否有降雨，若是，则生成降雨信息，并记录降雨时间信息；所述降雨时间信息包括降雨开始时间信息、降雨结束时间信息和降雨时长信息。

浊度分析模块：用于通过浊度传感器获取水质信息，并根据水质信息判断雨水浊度是否超过浊度预设值，若是，则生成浊度处理信息；

分流泵控制模块：用于在获取到浊度处理信息时，通过第二液位传感器获取第一水位信息，并判断第一水位信息是否超过第一水位预设值，若是，则生成分流小泵8启动控制信号，若否，则生成分流小泵8关闭控制信号；还用于在生成分流小泵8启动控制信号时，通过第一液位传感器获取第二水位信息，并判断第二水位信息是否超过第二水位预设值，若是，则生成分流大泵7启动控制信号，若否，则生成分流大泵7关闭控制信号。

截污挂篮检测模块：用于检测截污挂篮装置6的装载情况信息，并根据装载情况信息判断截污挂篮装置6是否需要进行清洗，若是，则生成清理提示信息。装载情况信息的获取有2种方法：一是根据现有的雨量计系统判断清理的时间和频率，当雨量计系统记录的雨量较多或者是雨期来临，即可将装载情况信息标记为需要清理，随后安排巡维人员加强清理，每日巡检；二是根据现有的水位计系统(第一液位传感器和第二液位传感器)，若水位计系统的第一液位传感器的采集频率超过5次及以上，即可将装载情况信息标记为需要清理，随后即可派人清理，也就说水泵启闭5次就派运维人员清理一次。

截污挂篮装置6的局限性较大，例如遇到洪涝等自然灾害时，雨水形成的洪水中好有较多且体积较大的杂质，本实施例中，在截污挂篮装置6顶部固定有锁链，雨水收集筒体1内顶部设有支撑杆，雨水收集筒体1内底部设有紧急排洪通道，紧急排洪通道上设有配重块，配重块采用混凝土块，锁链绕过支撑杆并连接到混凝土块的上方，当水流冲力过大时，又或截污挂篮装置6装满时，截污挂篮装置6向下移动，使得混凝土块向上移动，打开紧急排洪通道，利用多个雨水收集筒体1实现分流。

本装置通过雨水传感器检测判断是否下雨，方便记录下雨时间数据，以及通过浊度传感器获取水质信息。当雨水混合污染物的混合雨水通过雨水管道时，浊度传感器获取水质信息，并由截污挂篮装置进行过滤，除去颗粒物含量较高的部分，对所分流的富含颗粒物的地表径流进行快速过滤处理，将极大地削减入河湖地表径流的污染负荷。

过滤后的污水由于重力作用进入到截污挂篮装置正下方的第一储水区，当通过第一液位传感器获取第一水位信息，并判断第一水位信息是否超过第一水位预设值，若是，则生成分流小泵启动控制信号，将第一储水区的污水通过分流小泵排入到城市污水管网(对应压力管道)，分流到下一个一体化泵站设备。当进水量大于分流小泵的排出量时，第一储水区的水位会不断上涨，直至超过不锈钢隔板，溢流到第二储水区。

当通过第二液位传感器获取第二水位信息，并判断第二水位信息是否超过第二水位预设值，若是，则生成分流大泵启动控制信号，将第二储水区的污水通过分流大泵排入到城市污水管网(对应压力管道)，分流到下一个一体化泵站设备。

经过过滤的雨水还是有泥沙等固体小颗粒杂质，通过沉降作用，可在一定程度上分离污染雨水和清洁雨水，而高度位于不锈钢隔板上方的溢流孔，通过管道连接到附近河流湖泊，从而将清洁雨水通过溢流孔流入附近河流湖泊，而污染雨水则是通过分流大泵和分流小泵分流到下一个一体化泵站设备，收集与输送初期雨水快速，高效，环保和智能化，减少繁琐的人为操作，使用分流大泵和分流小泵，节约了能源。

当水流冲力过大时，又或截污挂篮装置装满时，截污挂篮装置向下移动，使得混凝土块向上移动，打开紧急排洪通道，利用多个雨水收集筒体实现分流。以便于遇到洪涝灾害时，提高雨水收集筒体的分流能力，使得雨水收集筒体在洪涝灾害的时候，也能起到应有的作用，而不至于彻底失效，从而便于雨水的快速分流和净化。

实施例三

本实施例中，在水力分流的基础上，人雨水湿地设施采用人工湿地、滞留塘等生态工程技术，工湿地、滞留塘等生态工程技术中的基质材料对地表径流的下渗能力以及污染物的去除能力起着至关重要的作用。本实施例的人工湿地等生态措施常见的基质材料有：紫色土、河砂、粉煤灰、石灰岩、黄铁矿等。其中紫色土和河砂价格低廉，可就地取材，是作为生态工程技术基质的良好材料。河砂渗透性能良好，对降雨径流流量的削减有显著的作用，但河砂生物活性弱，对污染物的去除效果较差，紫色土肥效高，生物活性强，但渗透性能差。将紫色土与河砂按照一定的比例混合后作为生态工程技术中的基质材料，既可以有效削减降雨径流流量，又可以达到去除污染物的要求。为探究紫色土与河砂合适的配比，对不同混合比例的紫色土-河砂基质进行了渗透系数测定的试验和对污染物的吸附性能的试验，以期为城市降雨径流污染控制生态工程技术中基质的选择提供参考。此外，针对来水中磷的浓度偏高的问题，在研究中，也尝试采用铁矿石材料作为除磷吸附剂，用于地表径流中磷的强化去除。

本实施例中采用了三层式设计的湿地基质，从上至下依次设置的由紫色土和河沙组成的第一填料层，由紫色土、河沙和黄铁矿粉组成的第二填料层，和由黄铁矿粉组成的第三填料层。第一填料层、第二填料层和第三填料层的厚度分别为100-200mm、200-300mm以及50-100mm。在第一填料层中，紫色土和河沙的质量比为2：6-3：5。在第二填料层中，紫色土、河沙和黄铁矿粉的质量百分数分别为20-30％、50-60％以及20％。相对于只有紫色土、河沙和黄铁矿粉混合层或者只有其中两层的技术方案，本技术方案可以更为全面且有效地清除铵态氮、硝态氮、总磷和COD。除此之外，三层的湿地基质中每层的排列顺序也对有机物清除效果有较大的影响。并且，紫色土、河沙和黄铁矿粉在混合基质中的质量分数需要维持到一定的水平，才能有效提升湿地基质的铵态氮、硝态氮、总磷和COD的处理效果。紫色土、河沙和黄铁矿粉在特定的组合和排布的情况下，在污染物清除效果上具有协同增效的效应。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。