污水处理厂改造为初雨调蓄池的工程应用

污水处理厂改造为初雨调蓄池的工程应
用
摘要：随着中心城区污水处理厂运营已对周围居民、环境影响逐渐增大，同
时雨污混接和初期雨水对排江水质带来的影响，让污水厂改造带来了新的方向，
通过本文讨论如何将已停运的污水处理厂进行功能调整，改造成初期雨水调蓄池，通过方案必选，从经济、效益等方面进行分析，达到最终解决排水系统面源污染
问题，改善周边河道水环境质量。

关键词：雨水调蓄池污水处理厂功能调整
引言
伴随经济的迅速发展和气候变化的多样性，水资源短缺、水体污染、城市内
涝等问题特别突出，同时受雨污混接和初期雨水影响，在雨天情况下雨水泵站放
江对河道水质有一定的影响[1]，与国家要求和市民期望存在差距，国家水污染防
治行动计划、国家水十条更是要求消除劣V类水体。

而污水处理厂随着经济发展
地区开发，周边已被密集居住区包围，群众反响强烈。

因此，以污水处理厂功能
调整为契机，拟取消厂区污水处理功能，改造为初期雨水调蓄池，缓解雨水泵站
放江污染对河道水质的影响，同步解决污水厂的厂群矛盾问题。

1 系统概况
本工程服务范围包括五个分流制排水系统，总服务面积约13.7 km2。

根据
《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划（2017-2035）》的要求，其中分流
制系统初雨截流标准为5mm。

分流制排水系统是将雨水、工业废水和生活污水分别在两个或两个以上各自
独立的管道内排除的系统。

污水排水系统是排除工业废水、生活污水或者城市污
水的系统；雨水排水系统就是排除雨水的系统。

由于排除雨水的方式不同，分流
制排水系统又分为完全分流制、不完全分流制和半分流制三种[2]。

根据污水系统总体方案布局，污水处理厂功能调整后的污水外排管道工程已
完成，污水处理厂已停止运行，厂内各类设施处于闲置状态，为本工程的实施创
造了条件。

通过对污水厂实地调研和获取基本数据，功能改造方案总体思路为利用既有
污水厂处理构筑物调蓄雨天初期雨水，从《室外排水设计规范》中可知，控制径
流污染的雨水调蓄池放空时需接入污水管网，根据外排污水输送总管的富余能力，将调蓄的初期雨水尽快输送至末端污水厂进行处理。

2 规模论证
根据分流制排水系统径流污染控制，按照《室外排水设计规范》（GB50014-2006）（2016年版）4.14.4的计算方法，本工程所需雨水调蓄池的有效容积，
计算公式如下:
V= 10*D*F*Ψ*β （1）
式中:V 调蓄池有效容积（m3）D：调蓄量(mm) ，按降雨量计取5mm
F：汇水面积（hm2）Ψ：径流系数，综合径流系数，上海地区为0.5-0.8
β：安全系数，本工程取1.1
按照初雨截流标准及调蓄池计算公式，同时结合现有构筑物的调蓄能力，初
雨调蓄规模约4.5万m3，再根据调蓄规模设计提升泵房提升能力、放空泵房和配
套设施，包括进水管道、放空管道，电气及自控系统等，以保证整个调蓄池系统
能够正常运行。

本文仅从厂内调蓄方案出发，厂外雨水如何进入厂内调蓄不在本
文研究范围内。

3 调蓄池方案比选
雨水蓄池调是一种把雨水径流的高峰流量暂留池内的雨水收集设施，待最大
流量下降后再从调蓄池中将雨水慢慢地放空至污水管网，实现既能规避雨水洪峰，提高雨水利用率，又能控制初期雨水对受纳水体的污染，还能对排水区域间的排
水调度起到积极作用[3]。

根据排水的体制、调蓄目的、雨水管网布置、溢流管
道下游水位高程以及周围环境等因素综合考虑确定调蓄池的具体位置。

根据调蓄
池在排水系统中的位置，分中间调蓄池和末端调蓄池。

选择削减洪峰流量和提高
雨水利用程度，则适用于中间调蓄池，它是位于一个排水系统的起端或中间位置，而末端调蓄池主要用于城镇面源污染控制，它位于排水系统的末端。

通过对污水厂现场进行踏勘和分析，初雨调蓄主要有以下两种改造方案：
1）方案一（利旧方案）：利用原污水处理厂内的初沉池、生反池、二沉池
等设施，经简单改造后作为初雨调蓄池，满足调蓄方量，厂内新增初雨提升泵房、放空泵房等构筑物，并保留厂内大部分构筑物，完善配套设施。

2）方案二（重建方案）：废除厂内大部分构筑物，仅保留综合楼等，新增
初雨提升泵房并新建初雨调蓄池、放空泵房等。

通过以上两种方案，从改造及拆除或新建工程量、废弃工程量、施工周期、
工程造价、效益发挥等方面进行多方比选。

3.1方案一
根据厂内现状构筑物实际情况，拟利用初沉池、生物反应池和二沉池改造为
调蓄池，复核各构筑物有效容积情况如下表所示，可用调蓄容积约4.5万m3，满
足初雨调蓄要求。

厂内构筑物调蓄容积复核
名称
调蓄容积
（万
m 3
） 初
沉池 1.3
生
反池 2.0
二
沉池 1.2
合
计 4.5
厂内作为调蓄池用地后，须新建及改造部分构筑物，具体如下：1）需新增提升泵站将截流的初期雨水提升至现状初沉池、生反池及二沉池。

考虑尽量利用厂区现状设施及管道；2）初沉池、生反池、二沉池作为调蓄池，须对现状构筑物进行局部改造，以满足初雨调蓄功能，需考虑池体的安全性和耐腐蚀性等，保证改造后池体的使用年限；同时调蓄池应具备清洗功能；3）厂区功能调整后，须新增除臭系统，对臭气进行收集处理，保证环保要求；4）新增调蓄池放空泵房，将调蓄池中的初雨再次提升至现状出水高位井，同时放空管道需根据现状放空泵房进行调整；5）现状构筑物基本保留，拆除量小；6）完善厂内自控系统及配套设施。

3.2 方案二
考虑到污水厂已使用30多年，如果加以利用的话需要对老池体进行结构检
测后并进行加固，故方案二提出对厂内已停用池体进行拆除，新建4.5万m3的初
雨调蓄池。

由于污水厂处于市中心聚居区密集区域，须重点考量对周边居民生活
和景观的影响，因此新建调蓄池采用全地下调蓄池方案。

拟新增3座地下式调蓄池，单座调蓄池调蓄容积15000m3，设置门式冲洗装置，调蓄池设置放空泵。

同时，配套设置除臭等设施。

厂内仅保留原办公区域、
现状进水泵房、现状高位井等构筑物，其他构筑物均需要拆除，拆除量大。

3.3方案比选
利旧方案须对现状初沉池、生反池、二沉池进行改造作为初雨调蓄池，新增
初雨进出水管道，改造及拆除工程量较小，施工周期较短，投资较重建方案节省
约40%。

重建方案需拆除厂区大部分构筑物并新增全地下调蓄池，较大型深基坑
施工难度大，施工周期长，同时新增厂区道路、景观绿化等，土地利用效率高，
景观效果好，但新建和拆除工程量较大，投资较高。

综合考虑投资经济性、实施周期、实施过程中对周边居民的影响、功能多样
化等因素，推荐采用方案一（利旧方案），既能满足调蓄工程，又能尽早解决面
源污染问题。

4 运行模式及工艺流程
本工程采用雨水系统末端截流的方式，按5mm的设计标准截流初期雨水，初
雨截流系统收集的初期雨水量约为4.5万m3。

因此，在各个雨水系统的末端泵站
前设置闸门井和流量计量设施，下雨时闸门开启，系统收集到的初期雨水进入本
工程新建的截流管道内。

当入流累计流量达到5mm的初雨收集标准时，关闭闸门，初期雨水通过末端的初雨提升泵站进入调蓄池。

初期雨水调蓄分为两个流程，分别为初雨调蓄流程及初雨放空流程。

（1）初雨调蓄：降雨开始时，开启各雨水泵站内新增的闸门井内的控制闸门，初期雨水进入初雨收集管网；当流入初雨截流管网的累计初雨量达到调蓄容
量时，关闭控制闸门。

同时，本工程新建的初雨提升泵房当水位不断升高至初雨
提升泵启泵水位时，开启初雨提升泵，将服务范围内收集的初期雨水提升至调蓄
池内进行调蓄，至达到调蓄容积或液位下降至低液位关泵水位时为止。

（2）初雨放空：待降雨结束，开启调蓄池放空管道控制阀，经放空泵提升
后将调蓄的初期雨水汇入厂外已建的外排管道，最终纳入白龙港污水厂输送干管。

至此通过以上两个流程，实现服务范围内的初期雨水调蓄功能。

工艺流程图
5 环境效益分析
本工程改造后，服务面积13.7km2，共5个排水系统，可以实现降雨后截流
5mm初期雨水，减少面源污染物排江。

根据上海30年降雨统计数据，本市全年平均降雨深度约1300mm，全年降雨
场次约130场，其中小于等于5mm的降雨场次占全年场次的75%，即98场次，小
于等于5mm的降雨深度占全年降雨深度的38%，即494mm，大于5mm的降雨本调
蓄设施每次能够截流5mm，大于5mm的降雨全年共32次，即大于5mm的降雨调蓄
设施能够截流5*32=160mm，通过计算，全年能够截流降雨量为494+160=654mm，
可以满足调蓄功能。

6 结论
污水处理厂功能转换为初期雨水调蓄池应因地制宜，根据污水厂现状和远期
规划等选择改造或重建方案，其最终根本目的是达到初雨调蓄的目标。

本工程通过聚焦污水处理厂周边排水系统面源污染治理，坚持人水和谐、系
统治水的规划理念，以污水处理厂功能调整为契机，利用污水处理厂现有构筑物
调蓄周边地区初期雨水，进一步改善地区面源污染，改善周边河道水环境质量，
环境效益显著，具有极高的工程示范效应。

参考文献
[1] 牟晋铭. 调蓄池对抢拍系统放江污染削减效果分析[J].给水排水, 2020, 46:197~199
[2] 胡亨魁主编.水污染治理技术：武汉理工大学出版社，2009.08
[3] 龙腾锐,何强. 《排水工程》.北京, 中国建筑出版社，2015。