天津市初期雨水调蓄池排空时间的探讨

□文/罗 婷 张 强

天津市作为港口城市是北方的经济发展中心，同时也是一个水资源短缺、水生态系统脆弱的城市，水质污染加重了水资源危机，使生态系统受损。

近年来，通过“清水工程”、“美丽天津一号工程”等项目的实施，截污治污能力显著提高，点源水污染的排放已得到较好控制，旱季污水直排河道现象明显减少，河道水质有所改善。

随着点源污染的逐步削减，非点源水污染对天津水环境质量的进一步提高构成了严重的阻碍。城市初期雨水径流污染成为仅次于农业的第二大面源污染源，是地表水体污染的主要来源。为达到河道水质规划的目标要求，需进行初期雨水的收集与处理，达到治理非点源污染、保障河道水质的目的，这也是新形势下水环境治理的要求。目前，负责削减中心城区合流制地区溢流水污染的先锋河、新开河调蓄池将于2019年底前完成建设并投入使用，一批重点区域的调蓄池正在或计划建设中，这对改善市区河道的水环境质量将起到较大的作用。

排空时间的确定是调蓄池设计、运行过程中需要着重考虑的一个重要参数，合理的确定排空时间既能有效的去除污染物又能减少后续处理设施的投资及运行费用。

1 初期雨水调蓄池排空时间的影响

1.1 利用率

当调蓄规模一定时，排空时间越短，为下一场降雨预留的调蓄容积越大，即相对调蓄规模越大，污染物削减率越高。

1.2 后续处理设施的规模

排空时间决定了下游处理设施规模和工程造价，排空时间越短，下游转输及处理设施的规模越大，投资越高，运行费用也相应增加。

1.3 管理运行的要求

在满足污染物削减的前提下，排空时间越长，调蓄池容积越大。初期雨水在调蓄池停留时间过长对后续的运行管理不利，有研究表明［1］：

1）储存时间越长，越有可能发生厌氧状况，产生臭气，对周边环境造成极大影响，同时令水质恶化，增加处理成本；

2）调蓄池停留时间过长，会产生臭气和固体，不易被冲刷和清除，积累的沉泥会增加维护成本和清理难度，调蓄池的停留时间不宜超过4～5 d。

因此，确定合理的调蓄池排空时间，既要考虑调蓄池的利用率和削污效益，同时应兼顾考虑后续处理设施的投资和运行费用。

2 初期雨水调蓄池排空时间的分析

以天津市主城区五座污水处理厂及其服务范围为例，将天津市的降雨资料、初期雨水的典型水质作为基础参数，计算论证调蓄池的合理排空时间。

2.1 不同排空时间下调蓄池的利用率及削污效益

2.1.1 降雨

降雨强度2 mm 以内，不会形成地表径流，因此本次主要针对近30 a 强度＞2 mm 的降雨进行统计分析。见表1。

表1 天津市近30 a降雨统计

由表1 可知，强度＞2 mm 的年均降雨次数为35次，强度＞2 mm年均降雨总量为490.2 mm。

2.1.2 调蓄标准

天津市目前确定的主城区分流制地区的初期雨水调蓄标准为6～8 mm，合流制地区的调蓄标准为25 mm。主城区90%以上的区域排水体制为分流制，因此本次计算中采用的主要调蓄标准为6～8 mm。

2.1.3 调蓄池利用率计算

通过对降雨时间、降雨量的统计分析，计算出排空时间为24、48、72 h 的调蓄池利用率，分别为92.5%，80%、75%。以上三种排空时间均能满足调蓄池的利用率宜取0.3～0.9的要求［2］。

2.1.4 削污效益

目前，天津市主城区初期雨水调蓄池的出水考虑进污水处理厂处理达标后排放，主城区的污水处理厂出水均达到地方标准的A标准[3]。

根据天津地区雨水水质[4]、调蓄池不同排空时间的利用率，计算出主城区初期雨水调蓄池的主要污染物的削减效益。见表2。

表2 主要污染物削减效益

2.2 不同排空时间对应的污水处理厂规模计算

为保证初期雨水的处理效果，减轻对城市河道的污染，天津市的调蓄池收集的初期雨水主要输送至污水处理厂进行处理后排放，因此污水处理厂扩建的规模，与初期雨水的调蓄量及初期雨水调蓄池的排空时间相关。

天津市主城区主要有五大污水处理厂，根据其服务范围，按6～8 mm 的调蓄标准（合流制区域按25 mm计算），产生的初期雨水量见表3-表7。

表3 津沽污水处理厂初期雨水量

表4 咸阳路污水处理厂初期雨水量

表5 张贵庄污水处理厂初期雨水量

表6 东郊污水处理厂初期雨水量

表7 北仓污水处理厂初期雨水量

若考虑初期雨水经调蓄池按24 h 排空，五座污水处理厂的旱季、雨季规模见表8。

表8 调蓄池24 h排空主城区五座处理厂处理规模

调蓄池排空时间为24 h 时，主城区五座污水处理厂的雨季处理规模需增大至620×104m3/d，投资约增加177.5亿院，每年增加运营费约27.2亿元。

若考虑初期雨水调蓄池按48 h 排空，五座污水处理厂的旱季、雨季规模见表9。

表9 调蓄池48 h排空主城区五座处理厂处理规模

调蓄池排空时间为48 h 时，主城区五座污水处理厂的雨季处理规模需增大至444×104m3/d，投资约增加89.5亿元，每年增加运营费约13.7亿元。

若考虑初期雨水调蓄池按72 h 排空，五座污水处理厂的旱季、雨季规模见表10。

表10 调蓄池72 h排空主城区五座处理处理规模

调蓄池排空时间为72 h 时，主城区五座污水处理厂的雨季处理规模需增大至384×104m3/d，投资约增加59.5亿元，每年增加运营费约9.1亿元。

通过以上分析计算，当初期雨水调蓄池排空时间为24 h时，调蓄池的利用率为92.5%，后续处理设施增加的规模较大，投资及运行费用均大幅增加，不推荐在天津地区采用。

调蓄池排空时间为48 h 与72 h 相比，污水处理厂投资增加30亿元，每年的运行费用增加4.6亿元，调蓄池的利用率仅提高5%。

3 结论

初期雨水调蓄池的建设，可有效地减轻地表径流对河道水体的污染，使城市的水环境得以改善，使人民的生活环境质量逐步提高；可以改善城市投资环境，改变城市的对外形象。天津市主城区的调蓄池的收集标准分流制区域采用6～8 mm，合流制区域采用25 mm，根据对调蓄池的削污效益和工程投资的分析建议的排空时间为72 h。