智能分流井在城市污染水体治理中的应用

城市湖泊水体治理的关键之一是控制外部污染源。对于城市老城区的管道问题，存在年限久远、混接严重、排查困难等问题，这使得单纯依靠管道改扩建难以达到污水截流和有序排放的目的。在这种情况下，采取末端智能分流井截流的方式可以有效地截流污水，并防止城市内涝的发生。

智能分流井是一种先进的污水处理设施，能够根据水位和流量等参数自动调节污水排放的路径和方式。通过在管道末端设置智能分流井，可以实现对污水的有效截流和有序排放。当雨季来临时，智能分流井能够根据水位和流量等参数自动开启或关闭，防止城市内涝的发生。

智能分流井还可以通过实时监测和数据分析，对污水排放进行精准控制。通过对污水的水质、流量等参数进行实时监测和分析，可以及时发现和处理污水排放中的异常情况，保证污水治理的效果。

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。

一、工程概况

***湖的控源截污工程旨在通过新建调蓄池、一体化污水提升泵站、智能分流井以及相应的截污管道来控制和减少污染源的流入，以保护和提高湖泊的水质。

主要组成部分：

1、新建1座调蓄池：调蓄池的主要作用是暂时储存雨季的雨水，以减轻洪水压力，同时可以调节水质，进一步减少污染。

2、新建2座一体化污水提升泵站：这些泵站将用来提升污水，使其能够被有效地收集和处理。一体化污水提升泵站具有高效、易安装、易维护等优点。

3、新建8座智能分流井：智能分流井可以有效地将污水和雨水进行分流，根据水位和流量等参数自动调节污水排放的路径和方式，从而实现对污水的精准控制和有效截流。

4、建设相应的截污管道2750米：这些管道将用来将污水从源头引出，避免污水直接流入湖泊。

5、调蓄池有效容积2.8万m³：这个容积可以储存大量的雨水，有助于在雨季时减轻湖泊的水位压力。

6、单座泵站污水处理效率为360m³/h：这意味着每小时可以处理360立方米的污水，对于提高湖泊水质起到了关键作用。

二、水环境污染源头治理

1、源头分析

城市水环境污染的主要来源包括外源污染、内源污染和水体生态功能丧失。其中，外源污染是最重要的因素之一，主要由工业废水、生活污水和径流污染等构成。

1.1、工业废水：工业生产过程中会产生大量的废水和废液，这些废水中的有害物质，如重金属、有机物、氨氮等，对水体环境造成严重污染。

1.2、生活污水：城市人口密集，生活污水量大，如果处理不当或直接排放到河流湖泊中，会导致水质恶化，影响人类健康和生态环境。

1.3、径流污染：城市降雨径流污染也不可忽视。由于城市地表硬化的原因，雨水不能渗透到土壤中，而是形成地表径流，将污染物冲刷到河流湖泊中，导致水质恶化。

内源污染也是城市水环境污染的一个重要因素。内源污染主要包括底泥污染、水生植物腐烂、蓝藻爆发等，这些都会对水体环境造成不同程度的污染和破坏。

水体生态功能丧失也是导致城市水环境污染的一个重要因素。水体生态功能的丧失意味着水生生物减少、水生植物死亡、水质恶化等，这些都会导致水体环境的恶性循环。

2、外源治理

城市降雨径流污染是城市水环境污染的一个重要来源，因此防治城市降雨径流污染对于保护城市水环境具有重要意义。根据以往资料，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%。这表明，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之一。通过收集初期雨水并将其送入处理设施进行处理，可以有效地去除污染物，减轻后续雨水径流污染的压力。此外，通过合理设计和规划城市雨水系统，促进雨水渗透和利用，减少地表径流和污水溢流，也是控制城市降雨径流污染的重要措施。

为了有效地防治城市降雨径流污染，需要采取综合措施，包括加强初期雨水收集处理、优化城市雨水系统设计、加强雨水利用等。

三、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

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。

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。

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。

四、智能分流井在城市水环境治理中的应用

随着***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，***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**市国家中心城市的发展和***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***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***湖水质有了明显提升。根据连续2个月对***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。(来源：中国建筑第八工程局有限公司西南分公司）