叶建锋，张 玉

(1. 东华大学环境科学与工程学院，上海 201620;2. 上海市环境科学研究院，上海 200233)

上海开展了多年的水环境保护工作，中心城区点源污染目前已经得到了有效控制，点源控制率已达85%以上［1］，但部分河道水质仍未得到持续明显的改善，尤其每逢降雨前后，河道沿线市政、雨水泵站附近河段仍时常出现黑臭现象［2］。究其原因主要是城区面源污染特别是泵站放江污染因素，已凸显为影响上海中心城区河流水质稳定和持续改善的主要问题［3，4］。

目前上海中心城区基本形成了以污水外排系统和雨水强排系统为主的排水设施体系，共规划排水系统361 个，截止到2009 年底，已建排水系统250 个［1］。合流制排水系统溢流污水会污染河道水体，分流制排水系统亦没能实现预期污染控制效果，主要是由于雨水径流污染［5-7］和雨污水管道混接严重［8-10］两方面原因引起的，造成泵站雨天、旱天放江污染，其中雨污混接导致大量污染物沉积雨水管道底部亦加剧了初期雨水放江污染浓度，对河道水体造成严重污染。

由于城市防洪排涝需要，泵站在雨天不得不将纳管雨水排入河道，这就导致泵站雨天放江污染从量上控制相对较难。与雨天放江相比，虽然旱天放江水量和污染物量所占比例都相对较小(2012 年上海市中心城区旱天放江水量占12.27%，各污染物量占3.20% ～17.67%)［11］，但旱天放江产生的臭味易招居民环保投诉、严重影响受纳河道的水质景观。因此，秉着先易后难的原则，管理部门提出先控制中心城区本不应该大量存在的旱天放江现象。本研究在摸清中心城区泵站旱天放江水量、水质特征的基础上，分析旱天放江原因，提出旱天放江削减技术路线，并匡算其削减潜力，从而为有效控制上海市中心城区泵站旱天放江污染提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 中心城区泵站概况

本研究所涉泵站为上海市城市排水有限公司下辖的所有防汛泵站，共计170 座，其中合流泵站86座，雨水泵站84 座，主要分布在中心城区的黄浦、静安、徐汇、长宁、普陀、杨浦、虹口、闸北、宝山、闵行和嘉定等11 个行政区，泵站地区数量分布及位置具体如图1 所示(数字表示该行政区域内合流泵站-雨水泵站数量)。170 座防汛泵站的总排水能力为1 773.98 m3/s，雨水排入45 条河道，其中33 条河道的水质控制指标为中国《地表水环境质量》(GB3838—2002)中的Ⅴ类，河道水质控制指标为Ⅲ、Ⅳ类的各有6 条［12］。

图1 研究所涉泵站Fig.1 Pumping Stations Studied in Research

中心城区泵站旱天放江主要来源于合流泵站和雨水泵站，放江类型包括旱流放江、试车放江、雨前预抽空放江、检修放江和施工配合放江。其中，旱流放江是指晴天时泵站达到开泵水位，开启雨水泵将管网中的水排入河道;试车放江是指雨水泵站以15 d为周期，雨水泵必须运行一次以保障其正常运行而造成的放江;预抽空放江是为了保障区域排水安全，在遭遇暴雨天气前，预先对排水管道进行抽空而造成的放江;施工配合放江是指在市政施工、管道维护等需要降低排水系统水位时，采用雨水泵把排水系统水位降低而产生的放江;检修放江是指泵站内设施需要维修维护时，将泵站集水池内的水位降低而产生的放江。

1.2 泵站旱天放江样本采集分析

雨水泵站旱天放江污染物浓度根据2008 年9月～2009 年1 月间采集研究区域内2 个雨水泵站旱流放江7 次水样的监测结果进行分析;合流泵站旱天放江污染物浓度根据2008 年8 月～2009 年5月间采集2 个泵站旱流放江10 次水样的监测结果进行分析。泵站旱天放江15 min 采样一次。

泵站放江过程的污染特性采用事件平均浓度(event mean concentration，EMC)分析，EMC 是以流量为权求的一次泵站放江事件排放水体的平均浓度，其表达式如下［13］。

其中EMC—事件平均浓度，mg/L;

M—泵站放江全过程某一污染物总质量，mg;

V—泵站放江水量，L;

C(t)—随泵站放江过程而变化的某污染物浓度，mg/L;

Q(t)—随泵站放江过程而变化的排放水量，L。

1.3 分析项目及方法

SS 采用103 ～105 ℃烘干法测定;COD 采用重铬酸钾法测定;BOD 采用稀释接种法测定;氨氮采用钠氏试剂分光光度法;总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定;总磷采用钼酸铵分光光度法测定。

2 结果与讨论

2.1 泵站旱天放江特征

2.1.1 水量特征

2008 年～2012 年上海市中心城区170 座泵站旱天放江量为1 928.88 万～5 053.74 万m3，总体逐年呈减量趋势(如图2(a))，2012 年旱天放江量较2008 年下降50.9%。五年间旱天放江降幅与(旱流放江+配合放江)降幅呈显著相关性(R2=0.975，n=5)，可见大旱流放江量泵站的关停、泵站截流工程改造和加强施工配合放江管理等措施可显著减少泵站旱天放江量。另外，2008 ～2012 年泵站旱天放江量以旱流放江所占比例最大，为66.61% ～82.50%，因此减少旱流放江量仍是旱天放江减排的重点。根据不同类型泵站旱天放江量分析(如图2(b))，合流泵站、雨水泵站2012 年旱天放江量较2008 年分别下降约2 218.40 万m3和352.91 万m3，降幅分别为78.2%和15.9%，雨水泵站和合流泵站旱天放江量的比例亦由0.78(2008 年)增至3.0(2012年)，可见合流泵站近年来旱天放江量控制效果显著，而雨水泵站将是下一步旱天放江控制的重点。

图2 上海市中心城区泵站旱天放江水量Fig.2 Volume of Discharged Water from Pumping Stations under Dry Weather Conditions in Central Shanghai

2.1.2 水质特征

上海中心城区雨水泵站旱天放江除NH3-N、TN浓度低于当地生活污水外，SS、COD、BOD5和TP 的EMC 均与当地生活污水相近(如图3(a)，各柱状底端为EMC 最小值，顶端为最大值，中间为EMC 均值，下同)，这主要是由于污水混接至雨水管所致，这也是目前国内诸多城市地区雨水排水系统存在的最大问题;合流泵站旱天放江的SS、COD、BOD5、NH3-N、TN 和TP的EMC 均值分别为96.40、231.10、134.20、31.40、50.24和6.77 mg/L，与当地生活污水水质相近(如图3(b))。

图3 上海市中心城区泵站旱天放江污染物浓度Fig.3 Contaminant Concentrations of Discharge to River in Dry Weather in Central Shanghai

2.2 泵站旱天放江削减潜力分析

2.2.1 旱天放江原因分析

泵站旱天放江原因主要分三类［13］:(1)偶然性因素造成的放江，即偶发因素;(2)由于泵站所在系统的限制所造成放江，即系统因素;(3)由于泵站自身设施缺乏或不完善而造成的放江，即设施因素。旱流放江和试车放江由上述三种因素引起，而雨前预抽空放江、检修放江和配合放江三种旱天放江类型仅为偶然因素导致。2012 年中心城区泵站旱流放江、试车放江、雨前预抽空放江、检修放江和配合放江相应放江水量分别为1 839.56 万、143.90 万、251.65 万、158.44万和88.88 万m3。旱天放江具体原因如表1 所示。

表1 泵站旱天放江原因分析Tab.1 Analysis of Discharge to River in Dry Weather from Pumping Stations

续 表

2.2.2 旱天放江削减技术路线

泵站旱天放江削减必须从整个排水系统的角度，综合考虑污水收集管网、泵站设施建设和污水出路三个因素，由此提出泵站旱天放江削减技术路线如图4 所示。由图4 可知泵站旱天放江削减主要针对旱流放江和试车放江，由偶然因素造成的预抽空放江、配合放江和检修放江虽然可以通过降低管道、泵前集水池水位等措施降低各自放江量，但仍具有很大的不确定性。

图4 泵站旱天放江削减技术路线图Fig.4 Technology Route Chart of Reducing Discharge to River in Dry Weather from Pumping Stations

2.2.3 旱天放江削减潜力分析

针对系统和设施因素造成的泵站旱天放江问题，可采取工程性和管理性措施削减其放江量;偶然因素引发的预抽空放江、配合放江和检修放江不考虑其削减量。利用2012 年泵站放江数据，对市管170 座泵站旱流放江和试车放江的削减潜力做一分析，如表2 所示。其中雨污混接改造由于工作量大，必须分批实施，削减潜力按照放江量的70%估算;泵站空间不够，改造和建设需要征地的，由于征地比较困难，削减效果按照60%估算。

经过估算，有削减潜力的涉及泵站82 座，其中应用非工程措施(尽快启用截流设施、回笼水设施，报废，系统工程建设后可改善等)的泵站39 座，应用工程措施的泵站43 座。非工程性措施估计能削减旱天放江量908.21 万m3，工程措施预计能削减旱天放江867.95 万m3，两者占2012 年旱天放江总量的71.55%。

表2 中心城区泵站旱天放江对策措施Tab.2 Countermeasures of Discharge to River in Dry Weather from Pumping Stations in Central Urban Area

3 结论

(1)上海市中心城区泵站旱天放江量近年显著下降，旱流放江仍占旱天放江量的66.61% ～82.50%，因此，减少旱流放江量仍是旱天放江减排的重点;雨水泵站和合流泵站旱天放江量间的比例亦由0.78 增至3.0，可见雨水泵站将是下一步旱天放江控制的重点;泵站旱天放江污染物浓度与当地生活污水水质相近。

(2)泵站旱流放江和试车放江由偶发因素、系统因素和设施因素引起，而雨前预抽空放江、检修放江和配合放江三种旱天放江类型仅为偶然因素导致，具有很大的不确定性。因此采用工程性和管理性削减措施，主要针对旱流放江和试车放江。

(3)经过估算，有削减潜力的涉及泵站82 座，其中应用非工程措施估计能削减旱天放江量908.21万m3，工程措施预计能削减旱天放江867.95 万m3，两者占2012 年旱天放江总量的71.55%。

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