合流制高截污率城市雨污水管網(wǎng)建設(shè)

1、合流制高截污率城市雨污水管網(wǎng)建設(shè)、改造和運(yùn)行調(diào)控關(guān)鍵 技術(shù)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(fù)荷高，造成納污水體污染嚴(yán)重等問題， 全面開展 合流制管網(wǎng)的污染負(fù)荷時空分布規(guī)律和管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)污染物輸運(yùn)規(guī)律的研究，提出排水管網(wǎng)建設(shè)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(shè)規(guī)模確定在內(nèi)的城市污水系統(tǒng)改造和擴(kuò)建方案的優(yōu) 化奠定基礎(chǔ)；以提高排水管網(wǎng)運(yùn)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(yùn)行調(diào)控技術(shù)研究。 通過技術(shù)應(yīng)用和工程示范，構(gòu)建平原河網(wǎng)地區(qū)城市合流制雨污水管網(wǎng)建設(shè)、改造和運(yùn) 行調(diào)控的技術(shù)

2、體系。任務(wù)技術(shù)路線如下。綴舞貓域綜扌繼劃軽罐郵圖3-8課題任務(wù)2技術(shù)路線(1) 合流制管網(wǎng)改造過程中的系統(tǒng)動力學(xué)研究在現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合合流系統(tǒng)的改造，基于系統(tǒng)動力學(xué)建立的模型，明確地體現(xiàn)城市合流管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部變量間的相互關(guān)系，用動態(tài)模擬來觀察系統(tǒng)在不同的運(yùn)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(xué)的污水收集、輸 送、提升、調(diào)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(xué)參數(shù)， 優(yōu)化配置系統(tǒng)資源，在此基礎(chǔ)上分析 合流管網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)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(jìn)行調(diào)研分析，找出我國在合流管網(wǎng) 建設(shè)、改造、運(yùn)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(shè)計、建設(shè)、改造、運(yùn)行、維護(hù)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(shè)、改造、運(yùn) 行等內(nèi)容的研究提供基礎(chǔ)。2）合流制管網(wǎng)系統(tǒng)改造前后污染物輸運(yùn)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(nèi)污 染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，建立污染物輸運(yùn)規(guī)律模型， 以利于截流倍 數(shù)以及污水廠進(jìn)水水質(zhì)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(nèi)自然消減特性分析；截污率與城市雨污水管

4、網(wǎng)密度關(guān)系研究；合流管網(wǎng)污染物輸 運(yùn)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(jié)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(zhì)模型，在此基礎(chǔ)上構(gòu)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(shù)是將系統(tǒng)中的各子單元 模型聯(lián)合起來作為整體進(jìn)行模擬，以對城市水系統(tǒng)的規(guī)劃方案進(jìn)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(jì)、技術(shù)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(zhì)量與系統(tǒng)的運(yùn) 行狀態(tài)緊密地聯(lián)系在一

5、起，便于根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)的 規(guī)劃方案調(diào)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(xué)合理的依據(jù)。4）合流制排水系統(tǒng)凈化鏈負(fù)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(yùn)與調(diào)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(nèi)各單元的污染負(fù)荷分配及運(yùn)行調(diào)控模式與擴(kuò)能控污分擔(dān)技術(shù)， 建立合流制系統(tǒng)凈化鏈負(fù)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(jìn)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(shè)運(yùn)行成本，還要求系統(tǒng)對環(huán)境、生態(tài)、資 源及社會產(chǎn)生盡量少的負(fù)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(yùn)行。本項研究內(nèi)容技術(shù)路線見圖3-9。圖3-9合流制管網(wǎng)系統(tǒng)動力學(xué)研究技術(shù)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(yùn)行調(diào)控技術(shù)研究根據(jù)老城區(qū)排水設(shè)施的現(xiàn)狀以及受納水體水質(zhì)狀況，因地制 宜，確定最佳截流倍數(shù)，確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)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(hù)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(guān)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(shù)方案； 研

7、究基于無限傳感網(wǎng)絡(luò)溢流井- 泵站聯(lián)合調(diào)控技術(shù)；研究截污型合流制管道的改造 （完善）技術(shù)。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(jìn)水水質(zhì)的影響， 建立相應(yīng)的關(guān)系模型；研究截流倍數(shù)對污水治理工程設(shè)施的影 響；研究截流倍數(shù)對管網(wǎng)系統(tǒng)各項工程建設(shè)單位造價和單位運(yùn)行 費(fèi)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(shù)；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(qiáng)度擬和法確定合理的截流倍 數(shù)，以達(dá)到節(jié)省工程投資和保護(hù)環(huán)境的目的。2）基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的溢流井-

8、泵站聯(lián)合調(diào)控技術(shù)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(nèi)的雨污水進(jìn)行分流、調(diào)度、集中， 構(gòu)建合流制排水綜合調(diào)控系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)及遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)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(diào)度模型。實現(xiàn)城市合流制排水系統(tǒng)的統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，使得城市的 排水閘站及管網(wǎng)等資源能被進(jìn)一步利用。在現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)理論研究的基礎(chǔ)上，要針對 合流管網(wǎng)系統(tǒng)的具體情況， 應(yīng)用優(yōu)化理論，在管網(wǎng)系統(tǒng)全流程范圍內(nèi)完成對各節(jié)點的布置。 結(jié)合具體情況，探索一種最佳的網(wǎng)絡(luò) 布局，并建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、匯聚節(jié)點的故障診斷模型，使無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)真正實現(xiàn)低能耗、高可靠

9、性要求，以保證水量、水質(zhì)調(diào)控 的正確率。3）合流制高截污率雨污水管網(wǎng)改造技術(shù)研究在合流制雨污水管網(wǎng)改造過程中，研究如下相關(guān)改造技術(shù):合流管道水力清淤技術(shù)研究。合流污水旱天流速小，易產(chǎn)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(yīng)用研究。 雨水口位置設(shè)置 不當(dāng)、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(shè)計中往往憑經(jīng)驗確定布設(shè)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(shè)計降雨強(qiáng)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(dǎo)雨水口的設(shè)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(zhì)進(jìn)入合流管道。4）溢流量精確控制技術(shù)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(nèi)底標(biāo)高一般低于城市水體洪水位標(biāo) 高，這給溢流井的設(shè)計帶來一定難度，如果溢流井設(shè)計不合理， 實際截流量有可能大于設(shè)計流量， 將導(dǎo)致泵房超負(fù)荷運(yùn)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(shè) 計技術(shù)。本項研究內(nèi)容技術(shù)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(yùn)行調(diào)控技術(shù)研究技術(shù)路線(3) 合流制管網(wǎng)系統(tǒng)改造后溢流污染控制技

11、術(shù)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(shù)研究通過分析合流泵站溢流污染特性，確定科學(xué)合理的工程對策， 有效地減少泵站溢流污染對水體水質(zhì)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(shù)研究；研究泵站優(yōu)化設(shè)計方法。2）高負(fù)荷、大流量溢流污染原位快速凈化技術(shù)研究針對雨天合流管網(wǎng)的溢流污染負(fù)荷高、排放時間短、流量大 的特點，進(jìn)行原位快速凈化技術(shù)研究。主要研究內(nèi)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(gòu)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(shù)。通過水力學(xué)原理降低污水的流速， 同時利用構(gòu)建的生態(tài)凈化系統(tǒng)去除污水中大部分顆粒污染物質(zhì)和部分溶解污染物。研 究溢流污染的高效吸附床技術(shù)。利用江蘇省生產(chǎn)的高吸附容量的 凹凸棒土資源，研究構(gòu)建溢流污染的高效吸附床，分析其吸附、 再生、運(yùn)行管理等。研究溢流污水的就地調(diào)蓄控制技術(shù)。通過構(gòu) 建沉淀/調(diào)蓄/生態(tài)凈化聯(lián)合處理系統(tǒng)，構(gòu)建新型的溢流污水就地 調(diào)蓄控制技術(shù)。研究水動力分離控污技術(shù)。 研究新型的管渠污水 水動力控污技術(shù)，在此基礎(chǔ)上研制新型設(shè)備， 利用管渠中合流污 水的流速帶動凈化除污設(shè)備的自動運(yùn)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(shù)，無驅(qū)水動力分離控污裝置。3）雨水泵站日常試車污水控制技術(shù)日常情況下，雨水泵站需要每隔一段時間進(jìn)行一次試車， 保證雨天時能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，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(shù)，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(yùn)行維護(hù)技術(shù)合流管網(wǎng)受雨天旱田水量變化的影響較大， 產(chǎn)生的日常維護(hù) 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(fù)雜，增 加了較多的雨污水構(gòu)筑物，也是合流管網(wǎng)的維護(hù)難度增加。 因此， 結(jié)合合流管網(wǎng)的改造研究其日常維護(hù)管理技術(shù)也是我們需面對 的一個主要問題。主要研究內(nèi)容包括：合流管網(wǎng)臭

14、氣控制技術(shù);合流管網(wǎng)的清淤技術(shù)與裝備； 合流管網(wǎng)泵站運(yùn)行管理技術(shù)； 溢流 井的日常維護(hù)與防堵技術(shù)等。本項研究內(nèi)容技術(shù)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(shù)研究技術(shù)路線(5)合流制管網(wǎng)全流程監(jiān)控技術(shù)研究為了實現(xiàn)對合流管網(wǎng)的有效調(diào)控， 有必要研究改造后合流管 網(wǎng)全流程的水質(zhì)水量監(jiān)測技術(shù)，同時實現(xiàn)污染物排放的預(yù)警技 術(shù)；研究雨污水管道狀況監(jiān)測技術(shù)，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(chǔ)上，構(gòu)建數(shù)字化 城市排水系統(tǒng)，為構(gòu)建數(shù)字城市，促進(jìn)城市管理水平提供技術(shù)

15、依 據(jù)。1) 城市合流制管網(wǎng)水質(zhì)水量全流程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)與預(yù)警系統(tǒng)在改造后的合流管網(wǎng)的全流程范圍內(nèi)，通過水質(zhì)、水量變化 的虛擬仿真研究，進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備的優(yōu)化布局， 分析建立系統(tǒng)的數(shù) 據(jù)采集、預(yù)處理、在線分析、優(yōu)化與預(yù)測等過程，構(gòu)建合流管網(wǎng) 系統(tǒng)的全流程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和預(yù)警系統(tǒng)。2) 雨污水管網(wǎng)管道狀況監(jiān)測技術(shù)與運(yùn)行安全性研究通過對管道剩余強(qiáng)度、剩余壽命、經(jīng)濟(jì)性、系統(tǒng)可靠性等的 評估，以及對管道質(zhì)量、下沉狀況、管道接口質(zhì)量、管道淤積情況等的綜合分析，構(gòu)建合流管道運(yùn)行狀況檢測和修復(fù)技術(shù)，為合 流管網(wǎng)改造提供設(shè)計依據(jù)。合流管網(wǎng)運(yùn)行安全性分析。城市合流管道系統(tǒng)運(yùn)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(biāo)排放損害排水設(shè)施；截流式合流制污水廠初期雨水進(jìn)水 超標(biāo)，造成出水不達(dá)標(biāo)；合流泵站、管道淤泥產(chǎn)生的惡臭對周邊 居民生活環(huán)境存在影響。本研究結(jié)合合流管道運(yùn)行狀況的監(jiān)測， 對存在的安全問題加以分析，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建合流管道系統(tǒng)安全 管理與運(yùn)行管理技術(shù)方案。3）數(shù)字化城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)構(gòu)建廣泛應(yīng)用自動監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)與通信、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、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(shù)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(zhì)調(diào)控應(yīng)用系統(tǒng)和虛擬監(jiān)控環(huán)境，結(jié)合相關(guān)業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)以及區(qū)域內(nèi)自然、經(jīng)濟(jì)、社會等要

17、素構(gòu)建一體化的數(shù)字集成平臺。在這一平臺和環(huán)境中，加強(qiáng)信息化支持下的合流管網(wǎng)監(jiān)管能力和執(zhí)法能力；結(jié)合合 流管網(wǎng)改造管理的業(yè)務(wù)需求，對合流管網(wǎng)建設(shè)、改造、運(yùn)行數(shù)據(jù) 和業(yè)務(wù)要求進(jìn)行深入分析和挖掘； 以功能強(qiáng)大的系統(tǒng)軟件和數(shù)學(xué) 模型群對合流管網(wǎng)系統(tǒng)管理的各種方案進(jìn)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(luò)化和智能化。本項研究內(nèi)容技術(shù)路線見圖3-12。圖3-12合流制管網(wǎng)全流程監(jiān)控技術(shù)研究技術(shù)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(fù)荷的長 期和瞬時變化規(guī)律，分析暴雨負(fù)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(fù)荷的影響，結(jié)合城市老城區(qū)的降雨特征和地質(zhì)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(shù)多樣性分析；合流制管網(wǎng)改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)模型研究； 管網(wǎng)改造運(yùn)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(jìn)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(yīng)用交叉學(xué)科的方法， 協(xié)調(diào)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(diào)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(jìn)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(zhì)、水文、城市經(jīng)濟(jì)情 況、水質(zhì)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(shù)多樣性研究根據(jù)城市實情因地制宜地選擇相適應(yīng)的合流管網(wǎng)的改造技 術(shù)，不同改造技術(shù)的應(yīng)用直接影響排水系統(tǒng)的設(shè)計、施工、維護(hù)同時還和管理，而且對城市規(guī)