合流制管網(wǎng)截流倍數(shù)對污水廠的影響究竟如何？
合流制管網(wǎng)在城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)中占有較高比例，對城鎮(zhèn)污水處理有顯著影響。為減少直排污染，合流制管網(wǎng)普遍采用截流倍數(shù)進行改造設計。
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從年度尺度來看，合流制管網(wǎng)比例高低與污水廠雨旱季進水流量的波動幅度沒有明顯關聯(lián)，而地下水埋深對污水廠進水污染物濃度影響顯著。
流制管網(wǎng)的截流倍數(shù)，在實踐中的效果和指導意義應該區(qū)別對待。截流倍數(shù)在地下水埋深較淺的地區(qū)的指導意義不強。
城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)系統(tǒng)的防滲補漏、質(zhì)量提升、溢流污染控制更加值得關注。
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為減少合流制管網(wǎng)帶來的沖擊負荷、溢流污染等問題，在新建管網(wǎng)大力推行雨污分流的基礎上，合流制管網(wǎng)也在采取截流的方式進行改造。按照現(xiàn)行國家標準要求，合流制管網(wǎng)的截流倍數(shù)宜選用2~5，考慮到合流制管網(wǎng)普遍在現(xiàn)行國標頒布實施之前建成，截流倍數(shù)一般不超過1，這也意味著對于雨季，大部分場次的降雨將給合流制管網(wǎng)下游的污水處理廠增加1倍的處理水量，同時也會對污水處理廠進水濃度造成稀釋，影響污水處理廠的安全穩(wěn)定運行。
有研究發(fā)現(xiàn)在降雨的時候，雨水進入合流制管網(wǎng)的量超過污水量100%，對污水處理廠的運行產(chǎn)生一定的影響;翁晟琳等分析發(fā)現(xiàn)，浙江臺州地區(qū)雨天雨水混入量約占雨天日均污水量的24.2%，隨著降雨量增大，雨水混入比例由10%升高至35%，最后趨于27%。
1研究對象和方法
由于從全國范圍直接監(jiān)測管網(wǎng)水量數(shù)據(jù)難度很大，考慮利用我國行業(yè)主管部門的全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)關于污水處理廠最近兩年的逐月處理水量和主要水質(zhì)數(shù)據(jù)進行分析，結合我國降雨和地下水文等統(tǒng)計信息，對典型地區(qū)、典型污水處理廠的進水水量和水質(zhì)結合進行，探索其中的規(guī)律。
1.1典型地區(qū)的選取
我國南北方地區(qū)差異較大，為了研究降雨規(guī)律對合流制管網(wǎng)的影響作用，先從降雨特征劃分典型地區(qū)。于文勇研究了中國地區(qū)持續(xù)性降雨的規(guī)律，將中國大陸地區(qū)大致分為了5個特征區(qū)域(見圖1)，其中1區(qū)、2區(qū)和3區(qū)涵蓋經(jīng)濟社會最發(fā)達的區(qū)域，影響人口最多。1區(qū)包括東北大部分地區(qū)和華北部分地區(qū)，該區(qū)域的特點是降雨集中在夏季，無論是短歷時強降雨還是長歷時持續(xù)性降雨，以及降雨的總量，都占到全年雨量的絕大多數(shù)(見圖2)。
為減少降雨規(guī)律本身的復雜性帶來的影響，本文主要針對1區(qū)和3區(qū)的污水處理廠特征進行分析，并結合相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)的完整性確定典型省(市)，1區(qū)選擇北京、遼寧、黑龍江，3區(qū)選擇浙江、福建、江西、湖南、廣東。
1.2典型污水處理廠的選取
從以下兩個因素考慮選擇典型污水處理廠：
一是污水處理廠規(guī)模大。這意味著服務的范圍大、面積廣，生活污水的日變化系數(shù)影響小，而雨水的收集區(qū)域大，影響顯著。依據(jù)《室外排水設計規(guī)范》(GB50014—2006，2016年版)，日平均流量越大、日變化系數(shù)越低，超過1000L/s的污水處理廠日變化系數(shù)為1.3，為此將8.64萬m3/d作為低限。此外，規(guī)模較大的污水處理廠管理也較為規(guī)范，監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性更高。
二是設施運行穩(wěn)定。選取的污水處理廠應至少穩(wěn)定運行3年以上，一方面工藝、管理都較為成熟，另一方面，運行期長的污水處理廠建成時間早，其收水范圍內(nèi)合流制管網(wǎng)的比例可能更高。經(jīng)過初步篩選，選擇了北京、遼寧、黑龍江、浙江、福建、江西、湖南、廣東共56座污水處理廠，平均規(guī)模25.1萬m3/d，平均運營時間13.2年。
2主要分析結果
2.1合流制管網(wǎng)截流雨水對污水處理廠的影響有限
一般認為，在雨季時由于合流制管網(wǎng)截流了1~5倍旱季流量的雨水，會對下游污水處理廠產(chǎn)生短時間較大的影響，由此推斷，合流制管網(wǎng)比例越高、這種影響就會越顯著，污水處理廠的夏季進水量應明顯高于冬季進水量。為此，根據(jù)《中國城市建設統(tǒng)計年鑒》各省份的雨污分流比例，對1區(qū)域和3區(qū)域部分省份進行了分析(見表1)。
從圖3和圖4可看出，雨污合流管網(wǎng)比例較低的北京市，其污水處理廠負荷率峰值(7月前后)比低谷(2月左右)高約20%，而雨污合流比例較高的黑龍江、遼寧地區(qū)，污水處理廠負荷率峰谷波動幅度僅為10%左右，雨污合流比例高的地區(qū)，其污水處理廠負荷率的波動反而小。對南方地區(qū)的負荷率分析也有相似的結論(見圖5)，即雨污合流的比例與污水處理廠雨旱季進水量波動幅度似乎沒有直接聯(lián)系。
造成這一現(xiàn)象可能有以下幾個原因：
一是合流制管網(wǎng)截流的雨水只是在降雨后短期內(nèi)產(chǎn)生，對污水處理廠運行的影響主要在雨后1天之內(nèi)，在月度和年度尺度很難反映;
二是污水處理廠安全余量有限，上述這些地區(qū)的典型污水處理廠旱季的平均運行負荷率已經(jīng)高達90%以上，部分廠甚至處于超負荷運行狀態(tài)，在雨季時根本沒有富余空間去接納截流的過量雨水，為了保證污水處理廠安全，一旦截流的雨水量過多，必須采取安全措施讓雨水超越、溢流，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)上就是雨水對污水處理廠水量的影響不明顯;
三是夏季時，居民用水量本身也有增多。有研究表明，夏季的用水量比冬季要高10%左右，因此，污水處理廠運行負荷率峰谷差值在10%以內(nèi)，可認為是由于居民用水正常波動引起的，不能認為全是因為合流制管網(wǎng)截流雨水造成的。
2.2地下水埋深對城鎮(zhèn)污水處理廠效能的影響是首要的
進一步的分析表明，合流制管網(wǎng)對城鎮(zhèn)污水處理的影響不在于截流倍數(shù)，而是管網(wǎng)本身的漏損、錯接等造成的淺層地下水滲入。針對表1、圖3~圖5所體現(xiàn)出來的規(guī)律，將其與我國地下水埋深分布情況(見圖6、圖7)進行空間分析。
由圖6和圖7可見，無論南方還是北方地區(qū)，降雨在一年中對地下水埋深的影響是很小的，地下水的水位變化不隨季節(jié)變化而大起大落;特別是在城市建成區(qū)域，由于地面大面積硬化阻礙了雨水的下滲，雨水對地下水埋深的直接影響就更小了。因此，合流制管網(wǎng)截流的雨水不是造成污水處理廠水量季節(jié)波動的主要因素，而地下水埋深較淺造成的內(nèi)滲水，會增加污水處理廠的總水量，降低冬夏季的水量波動幅度。
地下水滲入的另一個副作用是稀釋了進入污水處理廠的污水。從城鎮(zhèn)污水處理廠進水主要污染物濃度(以COD為例，見表2)也可以發(fā)現(xiàn)，北方地區(qū)污染物濃度高，南方地區(qū)(主要是指地下水位高的區(qū)域)污染物濃度低，最高值是最低值的3.6倍。而南北方地區(qū)的居民用水習慣、飲食習慣差異，并不足以解釋造成如此大偏差的原因。
綜合以上分析可以看出，在長周期、大范圍尺度下，合流制管網(wǎng)的截流倍數(shù)影響并不顯著，特別是在一些地下水埋深淺的地區(qū)，隨著時間推移，管道破損、滲漏現(xiàn)象是不可能完全杜絕的，無論冬季夏季地下水都在向管道內(nèi)滲漏，合流制管網(wǎng)總是處于滿管流的狀態(tài)，截流倍數(shù)在這種情形下事實上已經(jīng)失效了，失去了指導意義。對于城市建設來說，當?shù)叵滤坏陀诔鞘泄芫W(wǎng)埋深時，管網(wǎng)工況以污水外滲為主，因此，這些地區(qū)在進行合流制管網(wǎng)改造時，提高截流倍數(shù)、控制管網(wǎng)漏損較為重要，而對于地下水位高于城市管網(wǎng)埋深時，管網(wǎng)工況以地下水內(nèi)滲、稀釋污水為主，降雨時溢流污染會加劇，這些地區(qū)管網(wǎng)改造的首要任務不應是雨污分流和提高截流倍數(shù)而是補漏，盡可能降低旱季管網(wǎng)運行水位，避免多水合一，只要污水處理廠濃度提上去，進入環(huán)境的污水量自然就降下來了。
3結論
(1)合流制管網(wǎng)截流的雨水，對污水處理廠的沖擊主要是短暫的瞬時沖擊，從年度變化來看，扣除供水量季節(jié)變化等影響因素外，雨季的平均污水處理量比非雨季時增加幅度有限。
(2)地下水埋深對污水處理廠影響更大，主要體現(xiàn)在進水污染物濃度上，但最終都會影響該地區(qū)水環(huán)境質(zhì)量的持續(xù)改善。今后的排水與污水處理規(guī)劃設計工作，應加強模型等現(xiàn)代方法的應用，統(tǒng)籌考慮水量和水質(zhì)的關系。
(3)合流制管網(wǎng)的截流倍數(shù)參數(shù)，在實踐中的效果和指導意義應該區(qū)別對待。在地下水埋深淺的地區(qū)，合流制管網(wǎng)平時就是滿管流，簡單用截流倍數(shù)考慮管網(wǎng)設計和管理，將失去“截流”的本意。
（對原文有刪減，-原文標題：合流制管網(wǎng)截流雨水對城鎮(zhèn)污水處理廠處理效能影響分析，作者：陳瑋、程彩霞、徐慧緯、高偉、趙曄;作者單位：住房城鄉(xiāng)建設部城鄉(xiāng)規(guī)劃管理中心;刊登在《給水排水》2017年10期。）
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