编者按：合流制排水系统溢流调蓄技术是控制面源污染、削减污染负荷的一项关键工程技术，通过在溢流排水口和调蓄池的溢流堰上安装机械过滤装置，可以明显减少排放污染负荷。主要介绍在德国常用的过滤装置类型和工作原理，为合流制排水系统面源污染控制的设计工作提供技术支持。在合流制排水情况下，污水和雨水合用下水道系统，最后流入污水处理厂。在下雨时，排水流量有时甚至是旱季流量的100倍以上。当然，在考虑城市大型污水厂的处理规模时，不可能是根据当地最大降雨量时进行设计，否则污水厂的平时处理效率太低。按照目前中国污水处理厂的设计规范，一般城市污水厂的处理流量是按旱季流量乘以1.3变化系数而设计。 (1)如果对降雨进行全部截流处理，当雨量较大时，雨水必然会对污水处理厂产生水力负荷冲击。 (2)下暴雨时，雨水经常将平时沉积的污染物质携带泛起，带往污水处理厂，导致污染浓度的冲击负荷。 (3)如果将雨水径流直接排放河流，则会导致受纳水体严重污染，有时夏天甚至产生河流发黑发臭现象。根据德国的调查资料，大城市的落地雨水属于污水，特别是初期雨水的污染物指标最高值已远远高于典型城市生活污水。初期雨水携带的污染负荷相当高且难于控制，在排水系统为合流制或截流制的城市，怎样把初期雨水截流到生活污水管网成为普遍关注的问题。一般常规的控制方法是在沿河区域建造雨水截流干渠和混合污水调蓄池，将初期雨水截入污水系统。随着中国城市规模扩展，硬化面积不断增加，大气污染及地面污染加重，导致雨水径流污染愈加严重。为了控制和削减大量COD污染物质通过污水管网系统的溢流口直接进入河流，就必须在沿河区域对城市初期雨水进行收集调蓄，并在降雨事件过后重新返回集中污水厂进行处理。但如果这些雨水调蓄池和溢流排水井只是配置简单的水下隔墙，而不配置安装水平过滤装置，那么在降雨时，溢流水进入多功能蓄水池、生态湿地和居民居住区域附近流速缓慢河道的过程中，会在河岸线上出现其中所含的粗大杂物 (厕所用纸、卫生用品等)，而这将会导致直接的景观污染(图1)。图1 溢流水进入受纳水体排水沟(沟内含有大量污染固体物质)这些粗大杂物会悬挂在保护网格之间，粘附在石块和小溪河床边上，或夹混在灌木草丛之内。如果不采用技术设备，则需要消耗大量人工在溢流口附近进行清理，才能维持正常的自然状态。因此，对所有进入受纳水体的溢流水都必须先进行机械性处理，控制和降低进入水体的污染总量。一方面，污水管网内的固体杂质种类繁多，例如含有厕所草纸、卫生纸、粪便物质等；另一方面,初期雨水冲刷城市路面，将大量轮胎、刹车片粉末和机油携带入合流制截流管道。为了最大程度地降低颗粒性COD经过溢流堰排入河道，应当尽可能地截流固体物质。（1）漂浮物质，固体密度< 1kg/dm³ ，例如油脂物质；（2）悬浮物质，固体密度约为1kg/dm³ ，例如携带粪浆的卫生纸和毛发物质；（3）沉积物质，固体密度>1 kg/dm³ ，例如沉砂物质。漂浮物质必须通过在合适的构筑物内配置水下隔墙和过滤装置才能去除，而悬浮物质则只能在沉淀水池内配置过滤装置才能被去除。因此为了防止下水道内的漂浮物质和粗大固体物质进入河流水系，必须在各溢流排水口处安装配置格栅过滤装置。在英国法律明确规定，所有溢流至河道的雨水或混合水，都必须事先经过6mm的圆孔过滤装置。根据德国工业标准 DIN 19569, Teil 2，格栅和过滤装置被定义为从污水中截留或去除粗大物体物质的机械。在德国，虽然法律没有规定机械过滤装置的孔径和栅距，但对污水过滤之后的处理效果提出了明确要求：即在受纳水体的沿岸不能找到肉眼看见的垃圾杂质。在德国，一般采用以下两种类型的机械过滤装置： 垂直穿流网孔板 (网孔直径 6 mm)，并通过螺杆外缘的尼龙刷进行机械性清理； 水平穿流栅条网 (栅条间距 4mm)，并通过耙齿伸入栅条网进行机械性清理。必须注意： 通过过滤装置只能去除污水中的漂浮物质和悬浮物质，而不能将溶解性 COD 截流去除！（1）根据由统计数据核算出的1年1遇的最大降雨流量对堰板溢流负荷进行选型设计，约 300L/(sž • m) (德国规范DWA-A166)（2）尽可能在最高堰位进行溢流 (德国规范DWA-A128)（3）若采用栅条网，栅距为4 mm；采用圆孔筛网时，圆孔直径为 6 mm（5）在农村地区，根据由统计数据核算出的2年1遇的最大降雨流量进行选型设计（6）在居民区，根据由统计数据核算出的3年1遇的最大降雨流量进行选型设计为了安全截留固体物质，必须采用全自动运转的机械格栅或过滤装置。在降雨排流时，筛/栅网不断进行自动清理，保证过滤装置始终处于最大过水状态！根据不同安装情况，许多德国公司分别开发制作了各种形式的水平格栅/过滤装置，可以满足不同场合的安装要求 (见图2)：水平格筛是安装在溢流坝之前的溢流污水过滤装置。这类过滤装置是由半圆筒形网孔筛网板构成，标准过滤孔径为6 mm，开口方向朝下，污水从下向上穿流筛网进行过滤处理。过滤装置配置全自动清渣系统： 清理螺杆片上安装尼龙刷，可将栅渣推向过滤装置的尾端的集渣箱，使栅渣下沉，滤渣始终保留在污水渠端，连同污水一起，强制性流向污水处理厂。在一般情况下，水平格筛安装在调蓄池内的溢流堰之前。过滤装置可全部沉浸在水下，其前部挡水板可作为应急溢流堰，同时被定义为调蓄池内的最高截流液位。因为这一过滤装置是安装在溢流堰之前，在堰后不会产生额外的水头损失。即使在堰前因为过滤装置的安装所产生的水头损失也很小，由此产生的液位上升程度极低。（1）具有自清理功能，用于雨水调蓄池和混合污水溢流装置（2）通过二维过滤 (网孔筛网)，获得最佳固体截留效果（3）在已建成的溢流构筑物内，可根据现场情况进行后安装（6）在应急情况下，装置可完全被溢流淹没而不会损坏水平格筛的最大长度为6 m, 筛筐直径为300~500mm。筛网的孔径在标准情况下为6 mm, 但可根据用户要求，提供孔径更小的筛网。这类格栅是安装在排洪装置或调蓄水池的堰墙之上。污水水平穿流栅网，水头损失很小。装置运转时，安装在栅网后的齿耙会来回缓慢移动，对栅网进行连续清理：耙齿伸入栅条网内，将污水渠内的栅渣推向流往污水处理厂的水流方向。清渣装置由一台水下电机驱动运转。被截留或清理出的栅渣重新被投入污水渠，与污水一起流往污水处理厂。本机的栅缝间隙为4mm，属于细格栅系列，广泛适用于任何流速。该机械由不锈钢制成，经酸洗钝化，加上多年使用经验，可保证该机高效运行，经久耐用。为提高过滤机的运行可靠性，配置可根据流速进行个性化调节的冲洗系统，并采用滤后液冲刷碎石。驱动部件：防爆配置，防溢流，电机保护等级 IP 68。（1）由一些平行安装的栅条组成，4 mm 栅距，安全可靠；（2）耙齿伸入栅条网内，清渣彻底完全，能可靠地截留漂浮和粗大物质；（3）水平栅条网只拥有单维过滤网, 通过耙齿进行栅网自清理；（4）全自动进行栅网清理，电机保护等级 IP 68；此水平格栅的最大高度1.2 m，最大长度 8 m。在溢流堰长度很大的情况下，可以前后相连，进行多台安装。在标准情况下，网格栅距为 4 mm, 但也可根据用户要求，选择其它网格栅距。此过滤装置以水平方式直接安装在雨水排放构筑物的过水堰之后。水平格筛是安装在溢流堰后的溢流污水过滤装置。此水平格筛过滤装置一般水平安装，但在溢流高度很小或安装场地很小的情况下，这一装置也能按倾角60°安装。
此水平格筛由一张半圆筒形网孔筛网构成，在半圆形的过滤筛网中安装了传送螺杆。装置运转时，混合污水从上向下穿流筛网。在污水穿流筛网的同时，固体垃圾被分离出来，在此同时，固定在螺杆片外缘的尼龙刷对筛网进行旋转自清理。
螺杆片将栅渣推向过滤装置的尾端，通过排渣装置或堰墙上穿洞孔可将栅渣重新推回通往污水处理厂的污水渠内。也可在装置尾端安装一泵箱，其内安装配置具有切割转轮的水泵，可定向将栅渣泵入通往污水处理厂的污水渠内。驱动部件：防爆配置，电机为防溢流配置，保护等级 IP 68（4）网孔筛网筐是二维过滤，可达最佳固体杂质截留效果（7）在已建成的溢流构筑物内可毫无问题地进行后安装（8）全不锈钢构造，并经酸洗钝化处理，从而保证能获得最佳的装置防锈效果这类过滤装置的标准长度为6m, 筛筐直径为300~500 mm。筛网的孔径在标准情况下为6 mm, 但可根据用户要求，生产提供孔径更小的筛网。根据所要求的过水流量，可以计算确定所需的螺杆直径和长度。水平过滤装置的最大优点是不会减小混合污水水渠的截面积。过滤装置的后部挡水板可作为应急溢流堰，同时被定义为污水渠内最高截流液位。
除生产提供以上过滤装置外，有些德国公司还提供混合污水处理过程中的系统解决方案。通过在水平过滤装置上配置安装梯形溢流堰板和控制计算软件，不仅可以过滤处理溢流混合污水，还可以同时对溢流水量进行测量统计(见图6)。
图6 配置溢流量测试堰的水平过滤装置
在混合污水过滤的同时进行溢流水量的统计测试，可为用户带来以下好处：（4）对污水厂的进水流量和溢流口的排水流量进行优化处理通过安装测量堰，不仅可以测定合流制污水过滤后的排放量和排放体积，确定有关排水事件的所有必要参数，也为今后确认和监控计费污水排放量，并为溢流排放装置的有关服务, 运行和维护提供了技术基础。
在合流制排水系统中，可以分别在溢流型调蓄池 (配置溢流堰)和截流型调蓄池内，即安装配置水平格栅/过滤装置。在下暴雨时，不能被接受处理的合流制混合污水必须先经过机械过滤处理后，才能排入受纳水体或河流。以上介绍的三种过滤装置都可以安装在各种情况下的调蓄池内：暴雨期间溢流水中漂浮/粗大物质的截留变得愈来愈重要。实践表明，在溢流水渠或雨水调蓄池内尽管安装水下隔墙，但仍有大量粗大物质从排水管网流入受纳水体，其后果是受纳水体和河岸区域布满厕所用纸、卫生用品和粪便物质，污染严重。因此必须采取合适措施，截留漂浮和悬浮固体物质，获得最大截污效果！一般来说，可在沿河雨污混合水截流干渠附近通过采取以下措施来实现：（1）在学校操场，停车场和公园等地下建造雨水调蓄池（2）在所有雨水池和溢水口处配置水下隔墙/过滤装置一般配置4 mm栅距的细格栅或6 mm的网孔板筛网的过滤装置。为了有效截流固体物质，必须根据安装地的水力状态和构筑物情况进行具体设计，从而确定（1）过滤装置的安装位置(溢流堰的前面、上面或后面)。所选择的过滤装置要求具有尽可能大的固体物质去除效果、较小的水头损失、保养工作量小，机械运转时磨损程度低。不管是在雨水调蓄池的溢水口(分流制)，还是在各种类型的混合污水溢流装置(合流制)内，都可以快速简单地安装配置水平过滤装置，可以大量截留粗大物体杂质，COD截留最高可达25%。在一些有条件的地方，可在溢流排放口之后建造一些雨水稳定塘或地面过滤处理装置，通过渗滤处理之后才流入受纳水体。
通过这些措施对初期雨水进行处理，一方面最大程度保证污水管网安全可靠，无故障运转，减轻污水处理厂在暴雨期间的工作负荷；另一方面可以改善河流湖泊的水质，提高整体环境质量。
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