合流制高截污率城市雨污水管網(wǎng)建設

1、合流制高截污率城市雨污水管網(wǎng)建設、改造和運行調控關鍵 技術研究與工程示范以人口密集城市的老城區(qū)為對象， 針對平原河網(wǎng)地區(qū)合流制 管網(wǎng)溢流污染負荷高，造成納污水體污染嚴重等問題， 全面開展 合流制管網(wǎng)的污染負荷時空分布規(guī)律和管網(wǎng)系統(tǒng)內污染物輸運規(guī)律的研究，提出排水管網(wǎng)建設改造的基本策略； 開展適合于平原河網(wǎng)地區(qū)截流式合流制排水管網(wǎng)截留倍數(shù)的研究,為包括污水處理廠建設規(guī)模確定在內的城市污水系統(tǒng)改造和擴建方案的優(yōu) 化奠定基礎；以提高排水管網(wǎng)運行效率為目的， 開展基于管網(wǎng)截 留倍數(shù)動態(tài)優(yōu)化的管網(wǎng)運行調控技術研究。 通過技術應用和工程示范，構建平原河網(wǎng)地區(qū)城市合流制雨污水管網(wǎng)建設、改造和運 行調控的技術

2、體系。任務技術路線如下。綴舞貓域綜扌繼劃軽罐郵圖3-8課題任務2技術路線(1) 合流制管網(wǎng)改造過程中的系統(tǒng)動力學研究在現(xiàn)狀分析的基礎上，結合合流系統(tǒng)的改造，基于系統(tǒng)動力學建立的模型，明確地體現(xiàn)城市合流管網(wǎng)系統(tǒng)內部變量間的相互關系，用動態(tài)模擬來觀察系統(tǒng)在不同的運行規(guī)則、參數(shù)輸入時表現(xiàn)的行為和趨勢。從定量的角度提出在現(xiàn)有合流管網(wǎng)系統(tǒng)及各單元處理能力的條件下，研究建立基于系統(tǒng)動力學的污水收集、輸 送、提升、調蓄、凈化、回用各系統(tǒng)單元間的優(yōu)化模型，確定功 能最大化系統(tǒng)動力學參數(shù)， 優(yōu)化配置系統(tǒng)資源，在此基礎上分析 合流管網(wǎng)系統(tǒng)內各單元的凈化潛能。1）我國中小城市老城區(qū)合流制管網(wǎng)現(xiàn)狀及存在的典型問題分析

3、我國中小城市老城區(qū)排水管網(wǎng)系統(tǒng)還存在大量合流制排水系統(tǒng)。通過對合流管網(wǎng)現(xiàn)狀進行調研分析，找出我國在合流管網(wǎng) 建設、改造、運行過程中存在的典型問題，重點考察合流制系統(tǒng) 規(guī)劃、設計、建設、改造、運行、維護管理、投資等基本情況， 找出問題，為本課題合流制排水系統(tǒng)的高截污率建設、改造、運 行等內容的研究提供基礎。2）合流制管網(wǎng)系統(tǒng)改造前后污染物輸運規(guī)律研究分別研究合流管網(wǎng)改造前后雨天和旱天合流管道系統(tǒng)內污 染物的遷移轉化規(guī)律，建立污染物輸運規(guī)律模型， 以利于截流倍 數(shù)以及污水廠進水水質的確定。重點研究：改造后合流制排水系 統(tǒng)雨天溢流規(guī)律研究；合流管網(wǎng)旱天污染物管內自然消減特性分析；截污率與城市雨污水管

4、網(wǎng)密度關系研究；合流管網(wǎng)污染物輸 運模型研究。3）合流制排水系統(tǒng)集成動態(tài)模擬系統(tǒng)研究結合美國環(huán)保局提供的城市暴雨徑流管理模型（SWMM），自主研發(fā)合流系統(tǒng)水質模型，在此基礎上構成城市合流制排水系 統(tǒng)集成化模擬工具，以動態(tài)模擬暴雨徑流（生活污水）T合流管網(wǎng)f截流系統(tǒng)f污水處理廠f受納水體的全過程。合流排水系統(tǒng)的集成動態(tài)模擬技術是將系統(tǒng)中的各子單元 模型聯(lián)合起來作為整體進行模擬，以對城市水系統(tǒng)的規(guī)劃方案進行不同情景下的模擬或者連續(xù)長期動態(tài)模擬，為方案的環(huán)境、生 態(tài)、社會、經(jīng)濟、技術等方面的影響提供量化分析的依據(jù)。同時 可以表征系統(tǒng)中各單元間的互相影響， 將水環(huán)境質量與系統(tǒng)的運 行狀態(tài)緊密地聯(lián)系在一

5、起，便于根據(jù)水環(huán)境質量目標進行系統(tǒng)的 規(guī)劃方案調整和實時管理，為合流排水系統(tǒng)規(guī)劃的決策提供了更 加科學合理的依據(jù)。4）合流制排水系統(tǒng)凈化鏈負荷匹配與功能耦合研究合流制管網(wǎng)系統(tǒng)由源頭收集、過程輸運與調蓄、截流與溢流、污水處理等多個凈化處理單元組成。研究合流排水系統(tǒng)改造前后內各單元的污染負荷分配及運行調控模式與擴能控污分擔技術， 建立合流制系統(tǒng)凈化鏈負荷匹配模型，并在充分發(fā)揮各單元的凈 化功能的前提下進行功能耦合研究。5）合流制排水系統(tǒng)改造的綜合評估可持續(xù)的合流制排水系統(tǒng)不僅具有良好的排水能力、污水處 理功效以及合理的建設運行成本，還要求系統(tǒng)對環(huán)境、生態(tài)、資 源及社會產生盡量少的負面影響。 因此，

6、有必要研究建立合流制 排水系統(tǒng)改造的綜合評估方法， 以在可持續(xù)性評估的框架下，統(tǒng)地長期性地考察合流制排水系統(tǒng)規(guī)劃方案的各個方面的運行。本項研究內容技術路線見圖3-9。圖3-9合流制管網(wǎng)系統(tǒng)動力學研究技術路線圖(2) 基于截流倍數(shù)優(yōu)化的合流制高截污率雨污水管網(wǎng)改造、運行調控技術研究根據(jù)老城區(qū)排水設施的現(xiàn)狀以及受納水體水質狀況，因地制 宜，確定最佳截流倍數(shù)，確定技術可行、經(jīng)濟合理的截流系統(tǒng)改 造方案，以提高雨污水管網(wǎng)的截污率，保護環(huán)境，節(jié)約雨污水管網(wǎng)系統(tǒng)和污水處理廠的投資， 同時也便于施工，符合老城區(qū)合流 管網(wǎng)系統(tǒng)的改造要求。通過相關工程措施的研究， 分析降低城市 截流倍數(shù)的可行性和技術方案； 研

7、究基于無限傳感網(wǎng)絡溢流井- 泵站聯(lián)合調控技術；研究截污型合流制管道的改造 （完善）技術。1）截流式合流制城市雨污水管網(wǎng)截流倍數(shù)的動態(tài)優(yōu)化研究研究不同的截流倍數(shù)對受納水體及污水廠進水水質的影響， 建立相應的關系模型；研究截流倍數(shù)對污水治理工程設施的影 響；研究截流倍數(shù)對管網(wǎng)系統(tǒng)各項工程建設單位造價和單位運行 費用的影響；研究基于城市功能區(qū)劃的合流制截流倍數(shù)的空間優(yōu) 化技術；研究截流倍數(shù)對污染物削減和環(huán)境效益的影響。在截流總量、排放污染物總量和水體自凈能力之間建立一個 動態(tài)平衡，采用旱季污水總量暴雨強度擬和法確定合理的截流倍 數(shù)，以達到節(jié)省工程投資和保護環(huán)境的目的。2）基于無線傳感器網(wǎng)絡的溢流井-

8、泵站聯(lián)合調控技術研究城市合流制排水系統(tǒng)通過城市地下管網(wǎng)、排污河道、溢流井 及提升泵站等，將城區(qū)范圍內的雨污水進行分流、調度、集中， 構建合流制排水綜合調控系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡及遠程監(jiān)控技術建立城 市溢流井-泵站集散監(jiān)控系統(tǒng)， 開發(fā)城市雨污水排放優(yōu)化調度模型。實現(xiàn)城市合流制排水系統(tǒng)的統(tǒng)一優(yōu)化調度運行，使得城市的 排水閘站及管網(wǎng)等資源能被進一步利用。在現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡體系結構理論研究的基礎上，要針對 合流管網(wǎng)系統(tǒng)的具體情況， 應用優(yōu)化理論，在管網(wǎng)系統(tǒng)全流程范圍內完成對各節(jié)點的布置。 結合具體情況，探索一種最佳的網(wǎng)絡 布局，并建立網(wǎng)絡節(jié)點、匯聚節(jié)點的故障診斷模型，使無線傳感 器網(wǎng)絡真正實現(xiàn)低能耗、高可靠

9、性要求，以保證水量、水質調控 的正確率。3）合流制高截污率雨污水管網(wǎng)改造技術研究在合流制雨污水管網(wǎng)改造過程中，研究如下相關改造技術:合流管道水力清淤技術研究。合流污水旱天流速小，易產生 淤積問題。研究高效低耗的清淤措施， 對于控制合流管道雨天的 溢流污染具有重要意義。新型截污防臭型雨水口的研制與應用研究。 雨水口位置設置 不當、數(shù)量不足及堵塞是造成暴雨時道路路面積水的主要原因。而雨水口設計中往往憑經(jīng)驗確定布設距離等參數(shù)，針對于此，本 研究通過分析匯水面積劃分、徑流系數(shù)優(yōu)選、設計降雨強度的確 定及泄水量計算等，建立合流管道雨水口地面徑流暴雨徑流模 型，以指導雨水口的設計。同時，擬借鑒仿臭地漏研制

10、新型截污防臭型雨水口，以防止合流管道中臭氣通過雨水口溢至街面，同 時減少地面大顆粒污染物質進入合流管道。4）溢流量精確控制技術研究精確控制截流量的溢流井研制。目前，大多數(shù)城市由于受原合流管限制，最終截流管管內底標高一般低于城市水體洪水位標 高，這給溢流井的設計帶來一定難度，如果溢流井設計不合理， 實際截流量有可能大于設計流量， 將導致泵房超負荷運行，甚至淹沒泵房。針對這種情況，提出精確控制截流量的新型溢流井設 計技術。本項研究內容技術路線見圖3-10。I18#厶1口倉曇r圖3-10基于截流倍數(shù)優(yōu)化的合流制高截污率雨污水管網(wǎng)改造、運行調控技術研究技術路線(3) 合流制管網(wǎng)系統(tǒng)改造后溢流污染控制技

11、術研究對于合流系統(tǒng)截流式改造的城市，雨天時初期雨水和生活污 水無法被完全截流，造成溢流污染，因此對溢流污染實施有效控 制具有重要意義。1）合流泵站溢流污染的控制技術研究通過分析合流泵站溢流污染特性，確定科學合理的工程對策， 有效地減少泵站溢流污染對水體水質的污染。重點研究泵站最優(yōu)截流倍數(shù)， 減少溢流量；研究泵站溢流的 原位高效混凝沉淀技術研究；研究泵站優(yōu)化設計方法。2）高負荷、大流量溢流污染原位快速凈化技術研究針對雨天合流管網(wǎng)的溢流污染負荷高、排放時間短、流量大 的特點，進行原位快速凈化技術研究。主要研究內容包括：研究 生態(tài)過濾型溢流除污系統(tǒng)。通過在溢流井出口構建高水位差過濾 截污系統(tǒng)，以攔截

12、溢流污染物，減少溢流污染。研究生態(tài)減速降 污技術。通過水力學原理降低污水的流速， 同時利用構建的生態(tài)凈化系統(tǒng)去除污水中大部分顆粒污染物質和部分溶解污染物。研 究溢流污染的高效吸附床技術。利用江蘇省生產的高吸附容量的 凹凸棒土資源，研究構建溢流污染的高效吸附床，分析其吸附、 再生、運行管理等。研究溢流污水的就地調蓄控制技術。通過構 建沉淀/調蓄/生態(tài)凈化聯(lián)合處理系統(tǒng)，構建新型的溢流污水就地 調蓄控制技術。研究水動力分離控污技術。 研究新型的管渠污水 水動力控污技術，在此基礎上研制新型設備， 利用管渠中合流污 水的流速帶動凈化除污設備的自動運行， 實現(xiàn)對水中顆粒污染物 的有效去除。重點研究旋流沉砂

13、技術，無驅水動力分離控污裝置。3）雨水泵站日常試車污水控制技術日常情況下，雨水泵站需要每隔一段時間進行一次試車， 保證雨天時能正常運轉，在試車時如果不采取措施會把泵站集水 井中沉積的污水排入水體， 造成污染。因此有必要研究試車污水 的控制技術，使其能夠排入城市污水管網(wǎng)，以控制污染。4）基于溢流污染控制的合流管網(wǎng)運行維護技術合流管網(wǎng)受雨天旱田水量變化的影響較大， 產生的日常維護 問題也較多。同時，合流管網(wǎng)的改造也是管網(wǎng)系統(tǒng)變得復雜，增 加了較多的雨污水構筑物，也是合流管網(wǎng)的維護難度增加。 因此， 結合合流管網(wǎng)的改造研究其日常維護管理技術也是我們需面對 的一個主要問題。主要研究內容包括：合流管網(wǎng)臭

14、氣控制技術;合流管網(wǎng)的清淤技術與裝備； 合流管網(wǎng)泵站運行管理技術； 溢流 井的日常維護與防堵技術等。本項研究內容技術路線見圖3-11。1aasaM7JS33ltsjSt3m5tfr* 0y4q fM ATT- I%化圮,q:特簡興圖3-11合流制管網(wǎng)系統(tǒng)溢流污染凈化技術研究技術路線(5)合流制管網(wǎng)全流程監(jiān)控技術研究為了實現(xiàn)對合流管網(wǎng)的有效調控， 有必要研究改造后合流管 網(wǎng)全流程的水質水量監(jiān)測技術，同時實現(xiàn)污染物排放的預警技 術；研究雨污水管道狀況監(jiān)測技術，以利于管道淤積、滲漏、堵 塞等狀況的發(fā)現(xiàn)與問題的解決； 在以上研究基礎上，構建數(shù)字化 城市排水系統(tǒng)，為構建數(shù)字城市，促進城市管理水平提供技術

15、依 據(jù)。1) 城市合流制管網(wǎng)水質水量全流程監(jiān)測網(wǎng)絡與預警系統(tǒng)在改造后的合流管網(wǎng)的全流程范圍內，通過水質、水量變化 的虛擬仿真研究，進行監(jiān)控設備的優(yōu)化布局， 分析建立系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)采集、預處理、在線分析、優(yōu)化與預測等過程，構建合流管網(wǎng) 系統(tǒng)的全流程監(jiān)控網(wǎng)絡和預警系統(tǒng)。2) 雨污水管網(wǎng)管道狀況監(jiān)測技術與運行安全性研究通過對管道剩余強度、剩余壽命、經(jīng)濟性、系統(tǒng)可靠性等的 評估，以及對管道質量、下沉狀況、管道接口質量、管道淤積情況等的綜合分析，構建合流管道運行狀況檢測和修復技術，為合 流管網(wǎng)改造提供設計依據(jù)。合流管網(wǎng)運行安全性分析。城市合流管道系統(tǒng)運行中存在的 安全問題主要有，合流污水滲漏，污染地下水資

16、源；汛期道路積 水影響交通；合流系統(tǒng)雨污水溢流污染水體； 雨污水漫溢污染環(huán) 境；超標排放損害排水設施；截流式合流制污水廠初期雨水進水 超標，造成出水不達標；合流泵站、管道淤泥產生的惡臭對周邊 居民生活環(huán)境存在影響。本研究結合合流管道運行狀況的監(jiān)測， 對存在的安全問題加以分析，在此基礎上構建合流管道系統(tǒng)安全 管理與運行管理技術方案。3）數(shù)字化城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)構建廣泛應用自動監(jiān)控、網(wǎng)絡與通信、數(shù)據(jù)庫技術、地理信息系 統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析與挖掘、決策支持系統(tǒng)等現(xiàn)代化技術手段和方法， 對改造后合流管網(wǎng)系統(tǒng)實行實時監(jiān)控， 建立水量水質調控應用系統(tǒng)和虛擬監(jiān)控環(huán)境，結合相關業(yè)務屬性數(shù)據(jù)以及區(qū)域內自然、經(jīng)濟、社會等要

17、素構建一體化的數(shù)字集成平臺。在這一平臺和環(huán)境中，加強信息化支持下的合流管網(wǎng)監(jiān)管能力和執(zhí)法能力；結合合 流管網(wǎng)改造管理的業(yè)務需求，對合流管網(wǎng)建設、改造、運行數(shù)據(jù) 和業(yè)務要求進行深入分析和挖掘； 以功能強大的系統(tǒng)軟件和數(shù)學 模型群對合流管網(wǎng)系統(tǒng)管理的各種方案進行模擬、分析和研究， 最大限度地實現(xiàn)污染源管理的數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化。本項研究內容技術路線見圖3-12。圖3-12合流制管網(wǎng)全流程監(jiān)控技術研究技術路線圖(6)合流制城市雨污水系統(tǒng)集成規(guī)劃與管網(wǎng)改造策略研究通過研究城市合流制管網(wǎng)中污水、 暴雨和溢流污染負荷的長 期和瞬時變化規(guī)律，分析暴雨負荷對污水廠的沖擊、 建筑物屋面 形式、城市下墊面形式和

18、城市環(huán)衛(wèi)管理模式對暴雨徑流負荷的影響，結合城市老城區(qū)的降雨特征和地質條件等，提出因地制宜的合流管網(wǎng)集成規(guī)劃和改造策略。 主要包括：合流管網(wǎng)規(guī)劃方法建立，城市合流管網(wǎng)改造分流制改造適宜性分析;改造技術多樣性分析；合流制管網(wǎng)改造技術經(jīng)濟模型研究； 管網(wǎng)改造運行安全性 分析；管網(wǎng)改造決策支持系統(tǒng)建立。1）合流制排水系統(tǒng)集成規(guī)劃研究傳統(tǒng)的排水系統(tǒng)規(guī)劃通常是對其各個子系統(tǒng)單獨進行規(guī)劃， 各子系統(tǒng)之間的相互聯(lián)系較為松散， 排水系統(tǒng)的規(guī)劃缺乏完整性 的概念。本研究應用交叉學科的方法， 協(xié)調合流制排水系統(tǒng)的源 頭減污減量化處理系統(tǒng)、管網(wǎng)系統(tǒng)（含調蓄系統(tǒng)、污水處理廠） 受納水體等的凈化功能，對合流制排水系統(tǒng)進行整體規(guī)劃方法研 究。2）城市合流制管網(wǎng)分流制改造適宜性研究根據(jù)城市合流管網(wǎng)所在區(qū)域地形、地質、水文、城市經(jīng)濟情 況、水質特點、水量變化特點、區(qū)域交通情況等等因素，研究合 流管網(wǎng)分流改造的適宜性問題。3）合流管網(wǎng)改造技術多樣性研究根據(jù)城市實情因地制宜地選擇相適應的合流管網(wǎng)的改造技 術，不同改造技術的應用直接影響排水系統(tǒng)的設計、施工、維護同時還和管理，而且對城市規(guī)