海綿城市理念下高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效策略研究
【天津純水設(shè)備http://www.jxnancy.cn】污水提質(zhì)增效是海綿城市建設(shè)的重要組成部分。以高密度城區(qū)為研究對象，分析污水系統(tǒng)效能現(xiàn)狀和存在問題，借鑒國際及國內(nèi)城市污水提質(zhì)增效成功經(jīng)驗，結(jié)合海綿城市建設(shè)要求，提出高密度城區(qū)污水系統(tǒng)完善、排水管網(wǎng)排查、雨污分流改造和合流制暗涵整治等方面策略，以期對高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效有一定的指導意義。
當前，我國城鎮(zhèn)污水收集處理系統(tǒng)普遍存在質(zhì)量不高、效能偏低等突出問題，具體有城市地表水體長期黑臭和部分城鎮(zhèn)污水處理廠進水濃度長期偏低等外部表征。2019年5月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于印發(fā)城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019-2021年）的通知》，科學把握城鎮(zhèn)污水收集處理基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的規(guī)律性和時代發(fā)展需求，明確要求加快補齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設(shè)施短板天津純水設(shè)備，盡快實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理，加強生態(tài)環(huán)境保護、打好污染防治攻堅戰(zhàn)、提質(zhì)增效污水系統(tǒng)能力已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略高度層面。
另一方面，高密度城區(qū)一般是城市中的各種空間、環(huán)境和人員等要素最密集、最復雜的區(qū)域，對城市水環(huán)境和城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)要求高，但也是存在合流、混接區(qū)域的部分污水直排，陽臺清洗、沿街商鋪的部分污水直排，以及一些小作坊污水的無序排放等問題，存在末端截流引起雨水、污水、倒灌海水、地下水大量截流到污水處理廠，造成污水處理廠進水污染物濃度偏低、處理壓力大，沿線污水管道“滿管流”等問題。
因此，在新形勢下，無論從國家政策層面，還是高密度城區(qū)自身的發(fā)展需求，都必須要堅持系統(tǒng)化思維與規(guī)律性把握并重，堅持污水治理和生態(tài)供給并行，堅持提質(zhì)增效和能力建設(shè)并舉，結(jié)合高密度城區(qū)城市規(guī)劃建設(shè)情況、海綿城市建設(shè)要求和污水系統(tǒng)存在實際問題，保障污水處理的“提質(zhì)增效”。本文以廈門市高密度城區(qū)思明區(qū)為例，剖析城市水環(huán)境和污水系統(tǒng)存在問題的基礎(chǔ)上，借鑒國內(nèi)外其他城市經(jīng)驗，結(jié)合海綿城市建設(shè)要求，提出高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效的實施策略。
1研究對象概況
思明區(qū)是廈門市的經(jīng)濟、政治、文化、金融中心，主導功能包括高端服務、金融商務、文化、旅游會展等，三面臨海，與小金門諸島和漳州大陸隔海相望，城市內(nèi)有鼓浪嶼-萬石山國家風景名勝區(qū)、筼筜湖公園、環(huán)島路帶狀公園、仙岳山-狐尾山山體公園等富有吸引力的旅游景點，自然資源景觀特征顯著，生態(tài)格局表現(xiàn)為城在海上，海在城中，山海之城。
思明區(qū)城市化水平高，人均GDP達中等發(fā)達國家水平，第三產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)，主要經(jīng)濟發(fā)展指標位列廈漳泉地區(qū)甚至全省前列，主要民生經(jīng)濟數(shù)據(jù)在廈漳泉13區(qū)排名第一。城市建成區(qū)面積約為55 km2，常住人口約105萬人，常住人口集中在西部地區(qū)，中山路、廈港老城片區(qū)、廈禾路及蓮前路兩側(cè)區(qū)域人口密度較高。人均城市建設(shè)用地面積約52 m2，建成區(qū)人口密度達1.9萬人/km2，城市化建設(shè)基本完成。城區(qū)中舊城區(qū)面積大、建筑密集，舊城環(huán)境日漸衰敗，公共空間缺乏營造。
2 現(xiàn)狀及存在問題
2.1 城市水環(huán)境
筼筜湖是思明區(qū)重要水體，也是廈門島內(nèi)最大的海水湖泊，水域面積為1.37 km2、總有效湖水容量為390.19萬m3，周邊匯水區(qū)面積為37.1 km2。據(jù)水質(zhì)監(jiān)測顯示，2019年1~8月，筼筜湖湖區(qū)水體主要超標污染物為無機氮和無機磷，其余監(jiān)測指標基本符合第四類海水水質(zhì)標準，具體詳見表1。
思明區(qū)的近岸海域水環(huán)境存在水體富營養(yǎng)化現(xiàn)象天津純水設(shè)備，達到中度至重度等級，海水中主要超標污染要素仍為無機氮和活性磷酸鹽。
2.2 供水現(xiàn)狀
思明區(qū)和湖里區(qū)（統(tǒng)稱“本島”）人口和用地規(guī)模相近，統(tǒng)一由高殿給水廠供水，日均供水量為58.29萬m3/d，約占全市售水量的50%，產(chǎn)銷差率1.16，人均綜合用水量0.243 m3/(k·d)，人均居民生活用水量0.128 m3/(k·d)，人均綜合生活用水量0.216 m3/(k·d)，工業(yè)用水比例11.1%。
2.3 排水體制現(xiàn)狀
思明區(qū)早期的排水體制為雨污合流，1982年編制的廈門筼筜湖排水規(guī)劃確定筼筜湖北岸采用雨污分流制，筼筜湖南岸從湖西路起至湖中路和老市區(qū)一帶仍按原有排水體制“合流制”外，其余區(qū)域采用雨污分流制具體情況如圖1所示。
為摸底思明區(qū)雨污分流情況，選取筼筜湖北岸約0.35 km2的區(qū)域進行排水管道排查，采用封堵、抽水、疏通、清淤、CCTV和QV管道潛望鏡檢測方法，自建筑樓宇室外地面第一口檢查井至市級管網(wǎng)排口的管網(wǎng)長度共計9 131 m，雨污水管網(wǎng)混接點超過100個，實際為混流制。
2.4 污水處理廠
思明區(qū)現(xiàn)狀有2座大型污水處理廠，分別為筼筜污水處理廠和前埔污水處理廠。
(1)筼筜污水處理廠規(guī)模為30萬m3/d，服務范圍為廈門島西部，總面積為36.99 km2，其中思明區(qū)面積為24.9 km2。2014～2018年度進水平均水質(zhì)指標和日均污水處理量見圖2。
(2)前埔污水處理廠規(guī)模20萬m3/d，服務范圍為本島整個東部地區(qū)，包括西水東調(diào)的污水量，北至航空城，南至廈港與廈大，西至江頭一帶和鐵路沿線，東至東海岸線，總服務面積達68.19 km2，其中思明區(qū)面積為32.1 km2。2014~2018年度進水平均水質(zhì)指標和日均水質(zhì)指標和日均污水處理量見圖3。
2.5 管網(wǎng)系統(tǒng)
筼筜污水處理廠的污水管網(wǎng)系統(tǒng)由3部分組成。其中：一部分來自廈禾路污水泵站13萬m3/d，污水主干管徑2-DN1 000；一部分來自湖濱北3#污水泵站10.6萬m3/d，污水主干管徑為2-DN1 000；另一部分來自湖濱南4#污水泵站13.8萬m3/d，污水主干管徑為DN1 200。
前埔污水處理廠的污水管網(wǎng)系統(tǒng)由3部分組成。其中一部分來自蔡坑泵站15萬m3/d和呂嶺泵站6.5萬m3/d，污水主干管徑D1 800；一部分來自浦口泵站8.2萬m3/d和前埔泵站2萬m3/d，污水主干管徑D1 200；另一部分來自黃厝泵站12萬m3/d，污水主干管徑為DN1 000。
2.6 截流系統(tǒng)
筼筜湖截污工程共歷經(jīng)4期整治，所有入湖的排洪管（溝）已經(jīng)全部截污，基本實現(xiàn)晴天污水不入湖。建設(shè)情況梳理如圖4所示。
廈門全島（含思明區(qū)和湖里區(qū)）截流改造涉及排水口共109個，截流點截流的合流制污水約21.66萬m3/d，雨水量約40.76萬m3/d。
2.7 存在問題分析
(1)筼筜污水處理廠進水污染物濃度逐年降低，前埔污水處理廠進水污染物濃度長期偏低。
2014~2018年的筼筜污水理廠進水污染物濃度數(shù)據(jù)可以看出，隨著周邊排水口越來越多通過截流的方式進入筼筜污水處理廠，導致BOD5的進水濃度從2014年的157 mg/L下降到2018年的121 mg/L，表明污水收集系統(tǒng)存在嚴重問題，導致筼筜污水處理廠的處理效能下降。
前埔污水處理廠服務范圍內(nèi)的城市建成區(qū)建設(shè)時間較晚，理論上城市排水管道的建設(shè)技術(shù)和質(zhì)量都應優(yōu)于筼筜污水處理廠，但是由于“低價中標”等一系列原因，導致排水管道的建設(shè)質(zhì)量低于早期建設(shè)質(zhì)量。此外，五緣灣大截排、環(huán)灣大箱涵、鼻子溝以及湖邊水庫的環(huán)湖截流大箱涵等，施工質(zhì)量不高、滲水嚴重等一系列原因也是導致前埔污水處理廠進水BOD5 112 mg/L較低的原因。
(2)前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠都存在超負荷運行問題。
近年來，隨著片區(qū)快速發(fā)展和截流污水的大量匯入天津純水設(shè)備，前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠存在超負荷運行問題，導致截流管道高水位運行，部分截流井污水在晴天時溢流至筼筜湖或海域，對水體和海域環(huán)境影響很大。
(3)污水有效收集率偏低。
根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50014-2006，2011年版）人均日生活污染物排放量確定為45 g/（人·d），基于2018年前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠平均進水污染物濃度、污水處理廠處理量等數(shù)據(jù)，本島人口按200萬人計劃，計算得出本島污水有效收集率只有63%。
(4)雨污管道混接嚴重。
筼筜湖流域市政道路混錯接點達到278個，其中232個，約83.45%的混接、錯接點位于筼筜湖南岸。其中，南12~南17作為主要的混錯接區(qū)域，按照普查混錯點測算，進入排洪溝污水量達到3.5萬m3/d，雨季隨降雨一同溢流至筼筜湖，未發(fā)揮該分流區(qū)域污水管網(wǎng)的作用。根據(jù)官任社區(qū)初步統(tǒng)計結(jié)果顯示，0.3 km2雨污混接點大概62個（含市政道路和小區(qū)內(nèi)部的雨污水混接），以此測算，思明區(qū)城市建設(shè)區(qū)內(nèi)的雨污水混接點約為11 700個。
(5)截流系統(tǒng)末端排口存在海水倒灌、溢流嚴重等問題。
由于截流系統(tǒng)及排海口未建防護措施，高潮期部分排口海水倒灌進入污水系統(tǒng)，外來水入滲截污管網(wǎng)，占據(jù)污水空間，加劇溢流；同時存在不同程度的溢流問題，溢流嚴重區(qū)域主要為老舊城區(qū)、村莊。
3 案例借鑒
3.1 國外城市經(jīng)驗
19世紀中葉以后，發(fā)達國家的一些城市開始建造排水管道系統(tǒng)。經(jīng)過上百年的建設(shè)，發(fā)達國家城市普及了排水管道系統(tǒng)，并進行了大量的改善和優(yōu)化。20世紀后半葉，隨著人們對城市非點源污染控制及水環(huán)境保護的重視，越來越多的國家和地區(qū)提倡將原有合流制排水系統(tǒng)改為分流制，一方面可以解決合流制溢流污染問題，另一方面有助于優(yōu)化污水處理廠的運行。從20世紀80年代以后，瑞典、美國、德國、日本等國家在很大程度上放棄了“合改分”的思路和做法，發(fā)達國家提出了一些新的城市雨洪管理理念，如“低影響開發(fā)”（LID）和“綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施”（GSI）。
3.2 國內(nèi)城市經(jīng)驗
（1）上海市。
2019年2月，上海市提出了“開展上海市雨污混接綜合整治攻堅戰(zhàn)的實施意見”，以全力推進雨污混接整治工作，減少雨污混接對水環(huán)境的影響，改善水環(huán)境質(zhì)量。工作目標是到2019年底，全面消除建成區(qū)分流制地區(qū)市政混接，全面完成沿街商戶混接、企事業(yè)單位混接和其他混接整治，住宅小區(qū)雨污混接改造工作完成率超過60%；到2020年底，基本完成建成區(qū)分流制地區(qū)住宅小區(qū)雨污混接改造，健全長效監(jiān)管機制天津純水設(shè)備
蘇州市中心城區(qū)于2015年已基本消除黑臭水體，但是仍存在個別河道水質(zhì)不佳、整體水環(huán)境不夠穩(wěn)定的問題。蘇州于2016年開展清水工程，對以往中心城區(qū)改造難度較大的區(qū)域（約占城區(qū)總面積10%的污水管網(wǎng)未覆蓋區(qū)域和合流制管網(wǎng)區(qū)域）進行重點攻堅克難，實施截污、分流、清淤，優(yōu)化活水方案，發(fā)揚“蘇繡精神”持續(xù)開展了一系列精細化控源截污措施。
（3）廣州市。
與不少城市類似，廣州市以往的治水思路主要采取末端截污、末端補水、環(huán)村截污等方式，主要以做工程為主。2016年以來，市委是政府提出推進“3-4-5”治水路線，即，“源頭減污，源頭截污、源頭雨污分流”的“3項原則”，持續(xù)推進“4洗清源行動”，堅持“控源、截污、清淤、補水、管理”的5條技術(shù)路線。
3.3 可借鑒經(jīng)驗
避開當前城市污水提質(zhì)增效的需求，不去解決當前污水處理設(shè)施建設(shè)不平衡不充分的問題，不去償還“重地上、輕地下”、“重面子、輕里子”的歷史欠債，而單獨去講“排水體制”是不科學的，也缺少必要論證。
思明區(qū)近期要在認真做好問題排查的前提下（真實地調(diào)查清楚）截污水，實現(xiàn)污水全收集、全處理；清污分流，把不是污水的清水分出去，提高污水處理廠進水污染物濃度；趕外水，把不是雨水的外水趕出去，實現(xiàn)合流制管道旱天低水位，雨水管無外水，保證能夠把管道淤泥清出來，確保水體下雨不黑；把源頭管好，知行合一把雨水徑流管控好，減少徑流和入管水量和污染物。
4 總體思路與技術(shù)路線
思明區(qū)屬于高密度城區(qū)，污水收集和處理系統(tǒng)已基本成型，從污水直排、雨污混接排查與改造等入手，識別主要問題，明確工作重點，結(jié)合海綿城市理念和污水提質(zhì)增效要求，采用“截直排、改混接、治倒灌、堵滲水、削溢流、補空白和規(guī)范沿街商業(yè)”等手段，明確設(shè)施排查、工程建設(shè)和改造建設(shè)重點及建設(shè)時序安排，建立污水處理提質(zhì)增效長效管理機制。具體技術(shù)路線如圖5所示。
5 污水提質(zhì)增效策略
5.1 污水系統(tǒng)完善
綜合考慮到思明區(qū)污水量，統(tǒng)籌全島污水系統(tǒng)布局，本島北部新建1座污水處理廠，形成東部、西部、北部3個較為均衡的污水格局系統(tǒng)，收水面積分別為56.6 km2，29.2 km2和38.1 km2，新建高崎污水處理廠50萬m3/d，擴建前埔污水處理廠至50萬m3/d，本島總處理規(guī)模達到130萬m3/d。
5.2 排水管網(wǎng)排查
排水管網(wǎng)排查主要目的就是加強管網(wǎng)的建設(shè)和改造，逐步消除市政和小區(qū)的雨污混接，彌補我市污水工程建設(shè)的歷史欠債，并且能夠切實有效指導下一步的工程建設(shè)。
首先，制定清淤計劃，組織開展對轄區(qū)內(nèi)排水管渠進行全面清淤，確保排水管渠積泥深度不高于管內(nèi)徑或渠凈高度的1/5。其次，以排水口為起點，查清所有排水戶污染源；對存在污水的雨水接戶管進行水質(zhì)、水位、水量檢測，并錄入GIS系統(tǒng)，對合流、混流、分流這3種區(qū)域進行劃區(qū)。再次，采用管道潛望鏡（QV）、管道機器人CCTV和聲納等對現(xiàn)狀管網(wǎng)進行系統(tǒng)檢測，查清結(jié)構(gòu)性與功能性缺陷，列出整改問題清單。
思明區(qū)排水管網(wǎng)總長度約為1 600 km（包括市政道路和建筑小區(qū)內(nèi)分雨污水管網(wǎng)）按照排水管網(wǎng)排查綜合單價50元/m（含清淤、CCTV和混接排查等費用），投資約8 000萬元。
5.3 雨污分流改造
針對思明區(qū)雨污分流改造存在的困難和問題，結(jié)合海綿城市建設(shè)理念，分別從源頭（建筑）、過程（收集管網(wǎng)）和城市管理等方面作出具體要求，以期探索出一套符合實際、成效較好的雨污分流改造模式。一是源頭應優(yōu)先利用雨水走地表、污水走地下的方式；二是排水單元宜將合流管作為污水管、新建雨水收集系統(tǒng)；三是市政道路宜將合流管作為雨水管、新建污水收集系統(tǒng)；四是接駁口應由市政園林行政主管部門審批位置、防止產(chǎn)生新的混接。
參照上海市和漳州市雨污分流改造模式天津純水設(shè)備，雨污分流改造項目按照5 000萬元/km2初步估算，雨污混接點按照360個/km2（官任片區(qū)數(shù)據(jù)），總投資約27.3億元。
5.4 合流制暗涵整治
由于早期的城市建設(shè)，思明區(qū)建成區(qū)的原河道、排洪渠等逐漸變成暗涵，全部為混流有城市污水，并且暗涵底部存在大量生活和建筑垃圾。筼筜湖和近岸排水口設(shè)有總閘，通過總口截污的方式將混流污水截至市政污水系統(tǒng)，然后雨季開閘時，暗涵內(nèi)的大量污染物將進入下游河道，嚴重影響筼筜湖和近岸海域水環(huán)境。
結(jié)合城市排水防澇和生態(tài)空間需求，首先進行清污分流，對各河流域?qū)嵤┡盼劭谒菰醇叭笔Ч芫W(wǎng)完善，針對溯源的結(jié)果在岸上解決污水進入雨水系統(tǒng)的問題，針對污水管網(wǎng)缺失的位置實施管網(wǎng)完善工程，條件允許時結(jié)合城市景觀、功能、文化及親水等需求逐步恢復為生態(tài)廊道。
高密度建成區(qū)人口密度、建筑密度和開發(fā)強度均相對較高，是人、水矛盾突出的地方，特別是在早期“重地上輕地下”、“重面子輕里子”的發(fā)展觀念下，地下排水管線建設(shè)長期投入不足，導致城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施生活污染物收集效率不高、局部生活污水直排、溢流污染控制不到位等問題，污水處理系統(tǒng)效能大打折扣。因此，高密度建成區(qū)應在對城鎮(zhèn)污水收集、處理系統(tǒng)進行全面而有重點的排查的基礎(chǔ)上，以完善生活污水收集管網(wǎng)為重點，通過系統(tǒng)、綜合的措施實現(xiàn)污水處理系統(tǒng)質(zhì)量和處理效能的提升。天津純水設(shè)備，天津水處理設(shè)備，天津去離子水設(shè)備。
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