专利名称：带处理功能的调蓄池
专利号：ZL201310130601.X
专利类型：发明专利
专利权人：上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司
发明人：张显忠 张善发
申请日期：2013年4月16日
授权日期：2014年2月12日
带处理功能的调蓄池在海绵城市和黑臭河道治理中的雨水收集与调蓄处理利用方面取得了丰富的成果，可用于排水防涝、控制径流污染（包括CSO 污染）、城市雨水利用等，为海绵城市建设中极为关键的集蓄处理利用环节提供技术经验，有效控制径流总量、径流峰值和径流污染，对解决或缓解我国城市内涝、水环境污染、水资源短缺等生态问题意义重大，对黑臭河道治理截流调蓄处理起到了重要作用。
欧美发达国家针对初期雨水污染和城市内涝问题建设了大量的雨污水截流调蓄设施，并取得了预期的效果。但是在不同入流及排水体制条件下，这些调蓄工程在运行中也出现了一些问题，如调蓄设施难以满足快速截流入流条件、调蓄池内的悬浮物淤积现象、处理负荷难以增大不能保证快速启动运行等，这些不利现象影响了调蓄设施的安全运行及调蓄效果。
我国在调蓄处理系统方面的研究较少，技术和法规体系不完备，因此，海绵城市的建设急需具有国内城市适用性的海绵城市关键技术与工程经验。为解决雨水径流污染问题，发明了一种带处理功能的调蓄池，能使处理设备与池型紧密结合，实现渠道配水，具有降低水头损失、减小能耗、易于管理运行、出水水质好、产泥少、节约用地、运行管理更方便等特点。
带处理功能的调蓄池包括调蓄区、反应区、导流区和沉淀区，使得雨水、污水等进入调蓄区后，通过提升泵进入上层的反应区，在反应区内进行自动搅拌和加药反应，再通过导流区溢流导入所述沉淀区内，在沉淀区内进行沉淀和过滤，出水进入河道或水体。
此外，该处理设施还可以做成一体化处理装置。采用“高效沉淀+气浮+过滤”技术开发出来的高效率快速处理设备，表面负荷达到30m³/（m²·h），设备占地面积小，可移动，可实现污水中SS、TP、COD及藻类等污染物的快速去除，大大削减进入水体的污染物总量，尤其适用于占地面积小、效率要求高的大流量溢流污水快速处理工程。
海绵城市和黑臭河道治理项目中，雨水量大的时节，地表污染物经雨水挟带进入河道，造成河道污染。尤其是在降雨时间间隔长、降雨强度大、历时短、雨量集中的情况下，降雨初期合流水溢流量大，河流污染严重，水体发生质变后难以进行转变。黑臭水体治理刻不容缓。
调蓄池技术体系分四步：控源截污、内源治理、生态补水、生态修复。带处理功能的调蓄池可结合实际的环境因素，进行分散设置，在合流污水溢流口处集中收集溢流雨水并储存在调蓄池内。初期溢流雨水因挟带地表污染物浓度大，水体难以自净，带处理功能的调蓄池可实现调蓄与处理结合，高峰时储蓄一段时间后，再输送到下游污水厂或是合流污水截流干管，可以避免雨水直接进入河道所带来的污染。
调蓄池在合流制排水系统的应用中作用明显。第一，保护受纳水体，可受纳初期混合污水较长时间，以促使水体自行净化。在暴雨期，能有效地避免雨水排入河道而造成的河流污染。第二，保护现有污水处理厂运行安全。通过调蓄池的调蓄作用，可以将降雨初期的高浓度合流水进行收集，对进厂水质、水量进行调节，有效保护现有污水处理厂的运行安全；同时，使污水处理厂发挥最大效益。第三，减小排水管道的尺寸，减轻排水管网压力，减少建设费用，还能压缩排水泵站的建设规模。另外，当排水管道覆盖区域以外有新汇水区域的雨污水需要依赖此管道系统排放时，排水管道与调蓄池联合使用，可接纳暴雨期大量的雨水，当超过排水管道容量，调蓄池能够接纳多余的雨水，省去了排水泵站与排水管道再改造的麻烦。如果管网系统超负荷运行，调蓄池可在一定程度改善管网系统运行状况，且无需改造管网系统。
初期混合污水的停留，导致调蓄池中的污染物沉积严重，因此要对调蓄池中的沉积污染物定时清洗和除臭。人工清洗调蓄池能够对积垢严重的地方着重清洗，但是清洗费力、耗时长且危险；使用水力喷射器可进行自动清洗，由于水力喷射器的曝气作用，可减少调蓄池的异味，且清洗投资少，适用于不同池型的调蓄池清洗，缺点是清洗中需要一定的洗水储水池，清洗费用较高，且由于水力喷射器必须放置在池底进行清洗，会磨损和污染设备。
采用串联和并联的方式与排水输送系统进行连接。如何应用蓄水池取决于设计目标。可以用于收集、储存和处理合流废水、雨水的各种流量调节构造，其中一些构造还可以用于分流雨水径流系统。
末端调蓄池对减小管网规模的贡献不大，如在系统中设置中间调蓄池，对于低标改建系统而言，可避免下游干管的翻排和泵站的改建，具有较大的经济优势。对于大量的雨水来说，污染较为严重的“首次溢流”将接受处理，而径流的剩余部分不接受任何处理。本次是增加了在线处理设施，较好解决了溢流污染问题。
图1 带有一个溢洪道的串联调蓄池
图2 带处理功能的调蓄池控制CSO分布图
图3 带处理功能的调蓄池平面布置图
图4 带处理功能的调蓄池剖面图
我国在城镇污水分散治理、合流制溢流污染治理、初期雨水治理、河道治理及消除黑臭等方面有着巨大的市场需求。该专利技术总结出性能稳定、工艺组合灵活、较为完整的解决方案，核心装备已实现标准化、规模化生产，在水环境治理及长江大保护项目中获得广泛应用，具有很好的社会价值和经济价值。
目前，该技术发明已在多项工程中得到应用。代表项目如下：
（1）上海市世博园区蒙自路雨水调蓄工程
该工程为世博园区浦西重要的环保配套工程，调蓄规模5500m3/d。2008年建设，2010年初投入运行，采用新型带处理功能的调蓄池，解决了道路雨水积水问题，并充分利用处理后雨水，节约了自来水需求量。至今运行良好，具有良好的社会效益和经济效益。
（2）上海市世博园区南码头路雨水调蓄工程
该工程为世博园区浦西重要的环保配套工程，调蓄规模3500m3/d。2008年建设，2010年初投入运行，采用新型雨水口及雨水处理调蓄设施，解决了道路雨水积水问题，并充分利用处理后雨水，节约了自来水需求量。合理布置调蓄池出入通道及检修孔，重视地面绿带的景观设计，重视与周边环境的关系。至今运行良好，具有良好的社会效益和经济效益。
（3）浦东新区道路雨水收集处理利用工程
该工程为水利部资助科研示范项目，调蓄处理规模150m3/d，解决了初期雨水面源污染和道路积水问题，并充分利用处理后雨水，节约了自来水需求量。将道路收集的雨水反复应用于道路的清洗、绿化带的浇灌及消防临时用水。对海绵城市的“蓄、净、用、排”具有示范意义。近几年运行良好，具有良好的社会效益和经济效益。
（4）福州市新店片区水系综合治理
带处理功能的调蓄池涉及7条河道，13个点位，处理水量47800m3/d。其中新店溪1#调蓄处理规模2000m3/d、2#调蓄处理规模3000m3/d，马沙溪调蓄处理规模5000m3/d，厦坊溪1#调蓄处理规模3200m3/d、2#调蓄处理规模5700m3/d，、解放溪1#调蓄处理规模1500m3/d、2#调蓄处理规模2000m3/d，3#调蓄处理规模2000m3/d，汤斜溪1#调蓄处理规模1200m3/d、2#调蓄处理规模500m3/d，汤斜溪支流调蓄处理规模2700m3/d、杨廷溪调蓄处理规模3000m3/d。该工程实施后，河道溢流污染大大减少，水质明显改善，也减少了传统调蓄占地及污水厂雨季运行压力。
目前该专利技术在上海初雨调蓄处理、合肥初雨污染治理、临沂黑臭河道治理、株洲河道治理、上海市雨水调蓄隧道工程、嘉兴市海绵城市建设等前期方案中均有进一步设计推广应用。
带处理功能的调蓄池可用于排水防涝、控制径流污染（包括CSO 污染）、城市雨水利用等，为海绵城市建设中极为关键的集蓄处理利用环节提供技术经验，可有效控制径流总量、径流峰值和径流污染，对解决或缓解我国城市内涝、水环境污染、水资源短缺等生态问题意义重大。
该技术发明成果已推广至海绵城市建设及黑臭河道治理中，推进了雨水资源化利用，削减了径流总量和峰值，减少了径流污染，取得了较好的社会效益和经济效益。与国外相关技术相比，该发明研究成果更有针对性和可操作性，便于国内相关工程推广应用。本项目设备用来处理污水处理厂提标期间的雨污水溢流问题，出水作为河道清洁补充水，改善生态环境。
今后将进一步对适用于“海绵城市”的相关技术进行集成，与市政排水管网的系统合理衔接；提高该专利适用范围；提高设计、施工、运行等关键技术创新。希望结合正在编制的《合流制排水系统溢流污染控制技术规程》，重点将雨水积蓄、处理与回用等关键技术与该系统相结合，力争形成一套具有实用性的CSO控制设计技术导则。
图5 正在编制的地方标准
该项目的发明成果通过法律对知识产权进行保护（国内有《专利法》）；目前已通过各种渠道推广应用，与多家建设单位、设计单位、水工业网站及环保公司等建立联盟，推广这项发明技术。
城镇化在推动经济高速发展的同时，也带来了严重的生态环境问题。许多城市内涝频发，面临着径流污染、雨水资源大量流失、生态环境破坏等诸多问题。2015年4月，我国首批16个海绵城市建设试点城市名单公布，中央财政设置200亿元左右的专项补助资金，大力推进海绵城市建设。2016年14个城市建设海绵城市。
随着海绵城市建设步伐的加快，北京、上海、广州、武汉、南京、合肥、沈阳、临沂等城市已规划通过建设调蓄设施来重点解决CSO溢流污染问题等。该发明在海绵城市建设领域的市场份额将近一步扩大，有望创造1200亿元的工程效益，大大节约工程建设费用，也将产生巨大的社会效益、环境效益与经济效益，同时这些技术的开发与应用也更满足不同CSO调蓄标准建设的不同要求。
2017年以来，国家又同步进行黑臭河道治理推进工作。调蓄处理的结合，河道溢流污染大大减少，河道水质明显改善，也将减少传统调蓄占地及污水厂雨季运行压力。
实施雨水调蓄处理与资源化利用有助于我国海绵城市建设目标的实现，缓解我国城市内涝、水环境污染、水资源短缺的局面，提高水资源利用效率。随着城市人口的增加和水资源的短缺，水价的上涨将成为一种常态。所以回用雨水，作为低质用水的来源替代自来水，在经济效益和环境效益上均具有一定优势。可节约水资源；节省政府的投资费用；节省居民用水开支；增加地下水补给量。
调蓄池的运行效益除了与年降雨情况密切相关，很大程度上还取决于调蓄池的运
行管理。针对试运行和运行期间发现的问题，提出如下改进措施：
1）尽快实现泵站和调蓄池的联合调控
控制系统的完善是优化调蓄池运行的保障。由于调蓄池进水、放空等模式的启动均由泵站集水井水位控制，与泵站截流泵和放江泵的运行密切相关，因此，实现泵站和调蓄池的联合调控不仅便于调蓄池的运行管理，更是提高运行效益的保障。
2）建立常规的水质水量监测制度
积累完整有效的运行数据，包括泵站进水水质和水量，以此为基础优化调蓄池的运行，也为后续其它调蓄池的运行提供参考和指导。
3）泵站在运行管理中落实防汛和面源污染控制相结合的理念
调蓄池的合理运行对削减面源污染的量起着关键的作用。某调蓄池共运行10次，有效调蓄量为57810m3，比设计的74000m3少22%，而泵站5次未使用调蓄池的放江中，有2次调蓄池是闲置的。因此，如合理运行调蓄池，则该调蓄池的调蓄水量应达到7400×12＝88800m3，比实际运行情况提高35%调蓄量。另外，由于合流排水管网管道沉积状况较为严重，如在暴雨之前采取预抽空，将超出截流倍数的水质较差的预抽空的水调入调蓄池，对提高调蓄池的运行效益，也有较大的帮助。
4）优化合流污水系统的全线调度，提高调蓄池的运行效益
如何根据调蓄池的设置来调整合流污水系统全线的运行水位，以使区内调蓄池最大程度的发挥作用，是运行管理部门亟待解决的问题。
总的来说，加强调蓄池运行管理、优化调蓄池运行模式，是发挥调蓄池环境效益的关键所在。
本发明成果近5年先后支撑了多项奖励。
1、海绵城市雨水集蓄处理利用关键技术及应用 2015.11 上海市技术发明三等奖
2、合肥市老城区初期雨水污染控制工程可行性研究 2014.12 上海市优秀工程咨询二等奖
3、海绵城市关键技术创新与工程示范2018.4 上海市土木工程学会一等奖
2018年精彩回顾
微信号：CNWW1985
投稿咨询：022-27835707
广告咨询：022-27835639
发行咨询：022-27835231
官方网站：www.cnww1985.com
联系客服
