0 引言

　　外部污染源控制是城市湖泊水体治理最关键的一环。城市老城区管道年限久远，混接严重，排查困难，单纯依靠管道改扩建难以达到污水截流、有序排放的目的，采取末端智能分流井截流的方式可有效截流污水、防止城市内涝的作用。

　　本文以南太子湖周边雨污排口末端智能分流井截流为例，探讨智能分流井在城市污染水体治理中的应用效果。

　　1 工程概况

　　南太子湖蓝线内面积约3.571km²，汇水面积约16.32km²，蓝线长度约14.1km，湖底高程约17.500m，高水位时水深约1.7m，规划常水位18.650m，规划控制最高水位19.150m。控源截污工程包括新建1座调蓄池、2座一体化污水提升泵站、8座智能分流井及相应截污管道2 750m，调蓄池有效容积2.8万m³，单座泵站污水处理效率为360m³/h。

　　2 水环境污染源头治理

　　2.1 源头分析

　　导致城市水环境污染的主要原因有3个:外源污染、内源污染和水体生态功能丧失。外源污染主要由工业废水、生活污水和径流污染3方面导致。城市降雨径流污染在城市水环境质量恶化过程中占有重要地位。

　　2.2 外源治理

　　水环境外源治理中，主要是防治城市降雨径流污染，根据以往资料可知，初期5mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为48%，初期10mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为67%，初期15mm径流中污染负荷占总负荷的平均值为78%。

　　雨水中初期携带的污染物占全部雨水携带的污染物的绝大多数，初期雨水收集处理是控制径流污染的最有效途径。

　　3 智能分流井

　　智能分流井及配套截污管道系统功能如图1所示。

　　3.1 截污管道b-c功能

　　图1 智能分流井系统 

　　3.1.1 最大限流功能

　　通过1号分流井进入截污干管(b-c)的流量Q₁受截污干管输送能力和污水厂处理能力的限制，从b到c应有一个最大限流功能。

　　3.1.2 流量调节功能

　　随着污水厂的扩建或建设污水厂削峰调蓄池，截污干管的扩建提升输送能力或建截污干管的削峰调蓄池，最大限流值可能增加，截污管道b-c应具有流量调节功能。

　　3.1.3 截断功能

　　若下中大暴雨，从a进入b的雨水中含有极低浓度的污水时，即符合排放标准时，应将雨水从b到d排入自然水体，不必送入截污干管到污水厂，此时需关闭从b到c的通道，即b-c须有截断功能。

　　3.1.4 止回功能

　　有时截污干管的水位(或压力)高于分流井的水位，截污干管的污水就沿截污干管由c-b进入分流井中，然后沿b-d进入自然水体，故c-b应有止回功能。

　　3.2 截污管道b-d功能

　　3.2.1 固定挡水功能

　　B应具备固定挡水功能，使污水能从b到c。

　　3.2.2 智能变化挡水功能

　　进入a-b的初期雨水，按水质要求应全部截流至污水干管，中大暴雨时，可能会造成城市洪涝。在安全第一的情况下降低b-d的挡水高度，防止城市内涝，同时尽可能多地将初雨截流到截污干管，尽可能少地让初雨溢流入自然水体，从而实现防涝情况下的最少初雨溢流。

　　3.2.3 止回功能

　　自然水体的水位若高于截污干管的管底标高，河湖水便会直接进入污水厂，造成进入浓度低或高于城市内涝的警戒水位时，导致城市内涝发生。从b到d须有止回功能。

　　3.2.4 泄洪功能

　　在止回的同时，有时要保证城市雨水溢流入自然水体。随着自然水位的上升，堰门也要随之上升。但堰门的高度应略高于自然水体水位，以便城市雨水顺利泄洪。

　　从b到d，行洪时不能有阻碍。固定堰等会阻碍行洪。理想状态下，行洪时堰门必须全开。

　　3.3 应用效果

　　智能分流井通过内部液位计及水质监测仪测得的指标数据，结合计算机设定的程序，通过液动下开式堰门及液动限流闸门，不同天气、管道流量、水体水质，自动调节堰门、限流闸门的开启幅度，实现不同条件下的智能截流功能。

　　1)晴天时，液动限流闸门处于开启状态，液动下开式堰门处于关闭状态，生活污水完全截流至截污管并输送到污水处理厂。图2所示为晴天时智能分流井的工作状态。

　　图2 晴天时智能分流井工作状态  

　　2)当井内的污染物浓度C大于设定的污染物浓度值(如80mg/L)时，液动下开式堰门关闭至警戒水位对应的开度，液动限流闸门开启，液动限流闸门的开度值取决于流过的流量值，保证通过截污管的流量不会超过设定的流量值。污染物浓度超标时智能分流井的工作状态如图3所示。

　　图3 污染浓度超标时智能分流井工作状态  

　　3)当井内的污染物浓度C小于设定的污染物浓度值(如80mg/L)时，液动限流闸门关闭，液动下开式堰门开启，后期雨水排放到自然水体。图4所示为污染浓度正常时智能分流井的工作状态。

　　4)当井内水位大于警戒水位时，液动限流闸门关闭，液动下开式堰门开启行洪。

　　防止自然水体倒灌的控制原理为:当自然水体水位上升时，超声波液位计将信号传送给控制室，控制室控制液动下开式堰门上升，使堰顶始终比自然水体水位高150mm，防止自然水体倒灌。当自然水体水位下降时，液动下开式堰门随自然水体水位下降而下降，直至堰顶下降到警戒水位后停止下降。图5所示为井内水位大于警戒水位时智能分流井的工作状态。

　　图4 污染浓度正常时智能分流井工作状态  

　　图5 水位大于警戒时智能分流井工作状态  

　　4 智能分流井在城市水环境治理中的应用

　　随着武汉经开区(汉南区)经济社会发展和城市功能定位提升，带来局部水环境质量差、水生态受损严重、环境隐患多等问题，影响和损害群众健康，不利于经济社会持续发展。2016年环保部门监测数据表明，武汉经开区(汉南区)2条重点河流水质监测断面水质均未达到水质管理目标:26个重点湖泊中水质劣于IV类标准的湖泊有16个，水质达水质管理目标的仅8个，不到湖泊总数的30%。部分水体仍有恶化趋势，氮磷超标较突出，水体生态结构破坏，生态功能退化。规划区域水体外源输入性负荷长期超标，没有得到有效控制，进一步加剧了本区域水体恶化。随着武汉市国家中心城市的发展和武汉经开区(汉南区)城市功能定位进一步提升，水污染形式更加严峻，大污染防治工作压力将更加艰巨。

　　在对武汉市经济技术开发区南太子湖进行水环境治理过程中，分别设置污水和雨水2套独立的管渠系统，并在雨水支管上每隔一定距离设置1座截流井，截流井内设置截流管与污水管相通。雨季时，截流井内设置截流管与污水管相通。雨季时，截流井截流的初期雨水径流通过截流管就近排至附近的污水管。旱季时，截流井将误排入雨水管的少量污水也截流至附近的污水管。

　　通过应用智能分流井，有效控制面源污染，使南太子湖水质有了明显提升。根据连续2个月对南太子湖周边排口处的水质分析，水质从劣于IV类变为V类，证明智能分流井的使用对城市污染水体治理有显著作用。