建设初期雨水调蓄池是解决泵站溢流污染的重要手段之一, 为改善水环境, 上海市区相继建成投用10余座初期雨水调蓄池, 在新修编的上海市排水专业规划中, 也正式提出了市中心城区分流制排水系统5mm、合流制排水系统11mm的初期雨水截流参数。但在实际运行中, 却常常听到调蓄池容积偏小、作用有限等抱怨。为此, 本文选择分流制排水系统 (F系统) 的初期雨水调蓄池, 在2017年夏季和汛期后实施了两次试验, 研究现有初期雨水调蓄池在运行中存在的实际问题, 在此基础上进一步发挥调蓄措施功能, 并对城市排水管网 (泵站) 雨季溢流污染提出改进对策。

　　 F系统服务面积约6.82km², 属分流制排水系统, 系统内的污水一部分纳入相邻污水处理厂, 另一部分经泵站内的污水截流泵转输至合流污水一期输送管道泵送至其他污水处理厂。2004年F泵站迁建工程立项, 嗣后建设了规模为12 500m³的初期雨水调蓄池1座。建成后的F泵站设有雨水泵机6台, 单台能力3.84m³/s, 污水截流泵机2台, 单台能力0.33m³/s, 调蓄池内另有放空泵机2台, 单台能力0.42m³/s。在日常运行中, 泵站常开污水截流泵1~2台, 污水输送量约3万m³/d。降雨时, 在污水泵机运行的同时, 开启调蓄池, 当调蓄池蓄满且集水井水位到达核定水位后, 启动雨水泵机实施降雨放江。待降雨事件结束、合流一期总管有冗余时, 开启调蓄池放空泵机, 实施放空作业, 期间可维持1台污水截流泵运行。

　　 由于当年我国还没有调蓄池设计规范, 因此采用了德国废水协会“ATV Arbeitsblatt A 128 1992”标准来确定, 计算F调蓄池容积。按截流雨水量复核, 相当于截流初期雨水3 mm, 这和现在的“分流制系统按照5mm”的技术参数较为接近, 这也是选取F调蓄池进行试验的原因之一。

　　 第一阶段是夏季试验, 选择了天气预报连续高温的日子, 实际未发生降雨, F泵站未实施放江作业。由于是第一次, 夏季试验多少带有探索性质, 正式实施周期为3天。

　　 第二阶段是汛后试验, 选择在天气较为良好的10月份, 试验周期为1个月。试验前9天虽时断时续地发生过降雨, 但雨强雨量都不大, F泵站仅在试验的第一天执行过很短时间的放江作业, 总体上降雨没有对试验带来实质性影响。

　　 试验开始前, 对F调蓄池实施彻底清淤。每次试验时, 一般每隔24h开启调蓄池, 调蓄池蓄满时间均在15min左右。设计试验时, 在F泵站进水总管、F系统边界处, 设置8个窨井水位观测点, 分别为:位于总管上的A、B、C 3个点;和B点直接相通的D2点、和B点直接相通且位于系统边界处的E1点;相对位于远端的、类似于进水管“肩膀”处的D、E、D1等3个点, 详见图1。

　　 夏季试验时, 在启动调蓄池前, 各观测点先行测量窨井内水位, 同时取水样。在调蓄池进水过程中, 每隔5min各点测水位、取样。调蓄池蓄满后, 待各自窨井内水位恢复稳定后再次测水位、取样;调蓄池在取样后, 实施放空作业。每日重复, 直至试验结束。

　　 汛后试验时, 由于各点测水位和取样的工作量太大, 且受制于现场交通条件, 因此在观测点加装了水位探头, 实时读取数据。取样则调整到调蓄池, 在调蓄池蓄满后, 取池内水样送检, 然后实施放空作业, 每日重复, 直至试验结束。

　　 两次试验结束后, 均实施调蓄池清淤, 对所清淤泥取样送检。

　　 试验发现, A、B、C、D2、E1等5个点的水位, 会随F调蓄池进水至蓄满而呈U型状变化, 以A、B、C为例 (见图2) , 基本都在10~15min时水位变化最为明显。但位于远端的D、E、D1等3个点几乎未发生变化。由此可以初步判断, F调蓄池对进水总管的拉动, 至C点结束, 总长约1 200m;调蓄池的运行, 仅对邻近的管网起到了收水效果。

　　 在夏季试验的基础上, 汛后试验对水位发生明显变化的5个点加装了水位探头, 以A点为例可见 (见图3) : (1) 和夏季试验一样, A点水位会随调蓄池进水至蓄满的过程而同步发生变化, 并在满水后的短时间内迅速恢复, 这种变化引起的水位落差约1m; (2) 受前期降雨影响, 管道内的水位出现过长高, 试验的第16天, 泵站关闭了出水闸门, 管道水位也有所长高, 但整体上仍保持在一个“常水位”, 并未随调蓄池的连续运行而发生明显的下降; (3) 在试验后期连续近20天晴天的情况下, C点和A点水位平均在井盖以下1.9~1.8m, 经核算总管内始终为满管流, 且每天都呈现出一个小波峰。

　　 这些情况说明, F系统内来水丰沛, 调蓄池连续一个月的运行没有对管网水位产生影响。从每天的波动规律上看, 生活污水的影响很明显, 管网混接现象比较严重。

　　 夏季试验时, 在水位几乎未变化的D、E、D1这3个点, 水质总体上比较稳定, 其中, E点的水质浓度非常低, D、D1点和污水处理厂同期进水水质较为接近。

　　 其他各点中, 位于系统边界处的E1点情况比较特殊, 在水位恢复稳定后, 该点往往出现COD、SS、TP的急剧增长。据现场观测人员反映, 此处管道内水质浑浊且发臭, 甚至在水位剧烈下降时, 都能看到粪便状物体从相邻管道冲入, 据分析应该是相邻合流制系统的污水。

　　 更值得注意的是A、B、C、D2、E1这5个点的水质变化, 以A、C两点为例 (见图4) , 在15min的进水过程中, 随着水位突降, COD和SS呈现出一个突增趋势, 氨氮却相对平稳。同时, 调蓄池内的水质也大致如此, COD和SS在最后一天时达到最大值, 而氨氮却总体稳定。

　　 从监测结果来看, 显然指向了沉积物的影响, 调蓄池清淤检测结果也支持这个观点, 淤积物灰分为84.9%, 挥发分为15.1%, 以无机物为主。表明在调蓄池蓄水的过程中, 调蓄池收纳到的是混有管道内大量沉积物的污水。

　　 汛后试验的水质监测对象是调蓄池进水, 将其与同期污水处理厂进水水质比较, 结果见图5。

　　 在1个月的连续运行中, 调蓄池COD和SS浓度波动较大, 从试验开始到第4天, COD和SS出现了第一个高峰, 之后逐渐下降, 到试验的第19~22天, COD和SS都再次出现一个或多个高峰, 之后又再次下滑。

　　 与COD、SS表现不同的是, 调蓄池氨氮总体上较为稳定, 且始终低于污水处理厂进水水质。根据检测人员的观察, 调蓄池进水的外观偏黑黄色, 污水处理厂则是黄色。对调蓄池淤泥的检测, 结果与夏季试验类似, 淤泥中灰分为86.5%, 挥发分为13.5%, 也以砂石居多。

　　 据分析, 由于试验前期发生降雨, COD和SS的第一个高峰可以认为是生活污水、雨水和沉积物共同影响所致, 而之后出现的高峰, 则是每天不断输送的“静水深流”, 将管道内的沉积物带入了调蓄池所致。期间, 尽管COD、SS浓度降低, 但它们和污水处理厂进水并不十分匹配, 说明这时调蓄池的进水, 未必完全是片区内的生活污水, 还受到管道内沉积物的影响。

　　 一般来说, 调蓄池启用初期, 水质容易受到沉积物影响, 试验表明, 即使已连续运行1个月, 这种影响仍难以消除。

　　 综合两次试验情况, 初步得出以下试验结论:

　　 (1) 试验结果表明, 调蓄池运行一次, 仅对一个不大的范围有作用, 即使连续运行一个月, 都无法使泵站进水总管水位降低, 换句话说, 哪怕将调蓄池放大30倍, 也不敢保证就一定能实现“收集全系统内初期雨水”的功能, 所以要求调蓄池收集全部的初期雨水是不现实的。

　　 (2) 管道沉积物的影响很大, 调蓄池一旦启用, 就成了裹挟着大量沉积物污水的“蓄水池”、“垃圾桶”。这样的客观存在, 使得调蓄池即便是在一个不大的收水范围内也难以收到真正的初期雨水, 可以想像, 当泵机放江作业时, 在强力抽送之下会是怎样的雨污水排入河道。

　　 (3) F系统内存在着丰沛的来水, 从水量变化规律看, 与生活污水很接近, 但从水质上看, 又不是简单的匹配, 加上F系统与周边合流制系统以及污水处理厂管道间存在着连通情况, 这就进一步制约了调蓄池功能的发挥。

　　 (4) 两次试验也存在不足之处, 比如对管道水位的监测, 特别是汛后试验, 可以再往系统的“腹地”和边界处适当延伸, 以更加全面观察来水情况;在周边厂站运行上, 仅仅“维持”或过于教条, 若能使之联动, 试验效果或许对今后的完善运行更有帮助。

　　 “初期雨水污染”并不等同于排水管道和泵站的“雨天溢流污染”, 所以不能简单地将其认定为河道污染的主要原因, 混接污水、初期雨水以及混杂其中的沉积物, 通过雨水泵站放江是影响中心城区河道污染的重要因素。

　　 目前对于黑臭水体的治理, 都知道“问题在水里, 根源在岸上”, 所以大规模地实施了沿岸排放口整治, 对污水直排出口予以封堵, 实施污水截流工程, 对雨污混接管道开展调查等等。这些工作都是必要的, 但是, 在政府部门发布的河道综合治理方案中, 无论是对河道黑臭成因的分析、治理思路还是主要工作安排中, 在排水管道方面, 强调的是雨污混接改造、截污治污等工程性措施, 对管道维护疏浚清淤却并未提及。而本次试验却表明管道内普遍而不均匀地存在大量沉积物, 影响很大且无规律可循, 这也从一个侧面回答了为什么泵站放江始终放出去的是“黑水”。要治理排水管网和泵站的雨天溢流污染, 仅仅盯着初期雨水、单纯依靠建设调蓄池, 一定是事倍功半。笔者建议, 要高度关注并不断加强管道的清淤工作, 这是成本相对低、效果明显的河道综合治理措施之一。

　　 “调蓄池太小了”, 究竟是表面现象还是本质问题?一方面, 排水管道的现状严重影响调蓄池效果;另一方面, 调蓄池设计建设时, 设定的条件或也过于理想。

　　 以F调蓄池为例, 其标高位于排水泵站集水井之下, 进水方式依靠进水阀调节。这样的进水方式, 要实现初雨调蓄的前提条件, 应当是管道内尤其进水总管基本处于低水位甚至接近于空管, 才可能使得管道所收集到的雨水依坡降流进调蓄池。但实际情况下, 却需要依靠泄水的势能转换为动能从而拉动管网内的水, 而这种系统末端的所谓动能又极其有限。

　　 笔者认为, 在有条件的地区, 特别是比较大的排水系统, 应当论证划分小区域设立多个调蓄池的可行性, 以满足整个系统内初期雨水的收集要求。即使需要和泵站连体建设, 也可以考虑强制进水方式, 让管道远端的水尽快“动”起来。同时也要注意, 上海地下水位比较高, 旱季管道内有存水在所难免, 一方面, 要努力在旱季保持管道低水位, 另一方面, 在调蓄池设计时, 也不能简单地将计算得出的初期雨水量等同于调蓄池建设规模, 事实上, F泵站常水位约在1.3~1.6m, 每次调蓄池进水时, 泵站集水井都会发生短时水位下降, 经折算, 有约2 000m³的水进入调蓄池中, 一定程度上“挤占”了调蓄池的容量。即使在晴天, 上海雨水泵站集水井水位也普遍在进水管顶之上, 设计建设调蓄池时, 对此应有所考虑。

　　 对于一个晴天来水都如此丰沛的排水系统, 从某种意义来说, 建多大的调蓄池都不可能解决溢流污染, 原设计也强调了对地区管道要实施彻底的分流制改造, 在系统边界处要实施合流管和本系统雨水管的封堵。笔者认为, 原设计的要求当然是对的, 不过, 泵站截流泵机和相邻污水处理厂一起天天正常运转, 还是不能保持雨水总管低水位, 这种情况是不是说明当初对污水量的核算存在遗漏?或者地区污水量增长超出了原来的预测?建议今后在调蓄池设计前期要做全面的校核, 安排好污水出路。另外笔者还有一个不成熟的想法, 或许对某个单一的系统来说, 和周边系统切开, 能够为本系统内的调蓄池“减负”, 不过, 简单地切断系统间的联络, 会否带来新的问题, 又该怎么解决, 也应有所考虑。无论是设计还是实际运行中, 只做分流、切断、截污、调蓄恐怕还不够, 还要查明管道是否存在渗漏, 并开展修漏堵漏措施, 减少渗漏, 让分流制系统能够实现旱天的低水位, 使调蓄池真正发挥作用。

　　 据检测, F泵站日常运行时的COD和SS浓度明显低于启用调蓄池时的进水浓度, 尽管调蓄池放空时需要让出1台截流泵机的能力, 在水量上没有大的区别, 但由于污染物浓度较高, 实际进入合流总管并最终进入污水处理厂的污染物总量更高。据测算, 在汛后试验的1个月中, 较日常多转输了COD约80t, SS约46t, 相当于相邻污水处理厂16%的月度削减量, 这对减轻入河污染很有帮助。这就提示我们, 对现状调蓄池, 能不能改变其运行方式?笔者认为后续应对现有调蓄池做个全面的回顾分析, 通过综合评估, 优化调蓄池运行, 提出适当的改进措施。

　　 现实中的“鸠占雀巢”, 是当前影响初雨调蓄池功能发挥的最大的问题, 迫切需要解决, 市政泵站只是放江的一个点, 仅仅对着这个“点”做文章是不够的, 一定要坚持对管道的日常检查和维护, 坚持源头治理。上海要建成全球卓越大都市, 初期雨水治理必须提上议事日程, 要从源头入手, 结合海绵城市建设, 在现实生产中, 做进一步的优化和完善。只有建立在客观、科学基础上的多措并举, 才能实现治理雨季溢流污染的实效。