導讀
A鎮位于華南濱海地區，現狀排水體制為截流式合流制，鎮內污水管網(wǎng)密度2.6 km/km²，已建截流井約410座。根據水位觀(guān)測數據，發(fā)現污水管網(wǎng)實(shí)際運行水位位于管頂以上0.94～2.78 m，比正常運行水位偏高1.49～3.33 m，處于高水位運行工況。通過(guò)分析污水管網(wǎng)高水位運行的原因，提出增產(chǎn)能、減污水、擠外水和除缺陷等針對性解決措施。
1 項目概況
1.1 城鎮概況
A鎮位于華南濱海地區，鎮域面積約180 km²，建設用地面積約88 km²，2018年常住人口約64萬(wàn)人。經(jīng)過(guò)30多年快速發(fā)展，從一個(gè)國內生產(chǎn)總值僅0.7億元的海濱小鎮，迅速發(fā)展成為生產(chǎn)總值超過(guò)600億元的現代化城鎮。A鎮地勢北高南低，自東北向西南傾斜，北部是丘陵區和坡度較為明顯的山前傾斜平原，南部是坡度很緩的平原水鄉河網(wǎng)區，地面高程自1 m至1.5 m左右，地勢低洼，水系復雜。地下水位高，地面下1 m即可見(jiàn)地下水。
1.2 污水系統概況
（1）污水管網(wǎng)。A鎮污水處理廠(chǎng)建設過(guò)程中，配套建設了污水干管，總長(cháng)約33 km。近幾年，又陸續建設了多批次污水次支管網(wǎng)。根據相關(guān)工程施工圖或竣工圖，鎮內已建在建污水管網(wǎng)總長(cháng)度約231 km，現狀污水管網(wǎng)密度約2.6 km/km²，已建在建截流井約410座，截流井普遍采用拍門(mén)或鴨嘴閥等防倒灌設施，防止地表水倒灌。
（2）污水處理廠(chǎng)。A鎮污水處理廠(chǎng)位于鎮區東南，規劃占地39 hm²，總規模為40萬(wàn)m³/d，一期工程（2009年建成）規模10萬(wàn)m³/d，二期工程（2019年底建成）規模10萬(wàn)m³/d，出水水質(zhì)執行《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準及廣東省地方標準《水污染物排放限值》（DB 44/26-2001）的較嚴值。近3年污水處理廠(chǎng)運行工況見(jiàn)表1，污水處理廠(chǎng)處于滿(mǎn)負荷運行狀況。
表1 污水處理廠(chǎng)運行工況
2017年至2019年，污水處理廠(chǎng)COD進(jìn)廠(chǎng)濃度190.1～231.6 mg/L，約為建城函［2016］198號規定的最低濃度的73%～89%；BOD5進(jìn)廠(chǎng)濃度85.8～103.2 mg/L，約為建城［2019］52號規定最低濃度的86%～103%。由表可知，污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)與設計進(jìn)水水質(zhì)有一定距離，與國家考核要求也有一定距離，不過(guò)與該市30余座已建污水處理廠(chǎng)橫向比較，進(jìn)水濃度處于第一梯隊的較高水平。
2 存在問(wèn)題及原因分析
2.1 存在問(wèn)題
項目啟動(dòng)以后，收集了鎮內相關(guān)技術(shù)資料，對工作范圍地表水環(huán)境進(jìn)行了查勘，并組織技術(shù)力量，對鎮內污水系統運行工況進(jìn)行了觀(guān)測。A鎮污水處理廠(chǎng)廠(chǎng)前污水干管（DN2 200）2019年11月（月降雨量為0）的運行水位變化過(guò)程及現場(chǎng)觀(guān)測結果見(jiàn)圖1。
圖1 污水系統運行水位
由圖1可知，觀(guān)測點(diǎn)污水管管頂高程-2.01 m（85高程，下同），管網(wǎng)水位-1.07～0.77 m，管網(wǎng)水位位于管頂以上0.94～2.78 m，平均2.14 m，月內日均水位變幅1.84 m。根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006，2016年版），DN2 200污水管道最大充滿(mǎn)度0.75。污水管網(wǎng)實(shí)際運行水位比正常運行水位偏高1.49～3.33 m，平均2.69 m，處于高水位運行狀況。
污水管網(wǎng)高水位運行，導致污水無(wú)法經(jīng)污水管網(wǎng)排入污水處理廠(chǎng)集中處理，污水溢流入河，部分河道水環(huán)境依然受到污染，部分河道水環(huán)境得到了一定程度的改善，但是雨后復黑現象突出，污水系統建設的目標未能實(shí)現。
2.2 原因分析
（1）污水處理能力不足。根據統計資料，A鎮2014年至2018年用水量23.53萬(wàn)～26.88萬(wàn)m³/d，平均24.95萬(wàn)m³/d。根據A鎮排水專(zhuān)項規劃，污水排放系數取0.85，地下水滲入量取污水量的10%，污水量22.0萬(wàn)～25.13萬(wàn)m³/d，平均23.32萬(wàn)m³/d。2014年至2018年用排水量統計見(jiàn)表2。
表2 2014年至2018年用排水量統計
由表2可知，鎮內現狀污水處理能力20萬(wàn)m³/d，2014年至2018年污水量22.0萬(wàn)～25.13萬(wàn)m³/d，平均23.32萬(wàn)m³/d，污水量大于污水處理能力，現有污水處理能力與污水處理需求不配備，存在污水處理能力不足的問(wèn)題。污水處理能力不足，必然導致管網(wǎng)運行水位被動(dòng)壅高，致使污水管網(wǎng)高水位運行。
（2）地表水倒灌。根據相關(guān)資料，A鎮已建在建污水管總長(cháng)度約231 km，建設用地面積88 km²，污水管網(wǎng)密度約2.6 km/km²，管網(wǎng)密度處于較低水平，存在大量污水管網(wǎng)空白區，市政道路普遍只有一套合流制排水系統。由于污水管網(wǎng)密度低，為了解決污水直排入河的問(wèn)題，已建在建污水管道普遍通過(guò)在合流管入河排污口末端建設截流井（槽式為主，少量堰式），期望將旱季污水截流排入污水管網(wǎng)，最終輸送到污水處理廠(chǎng)處理。由于濱海城鎮地勢低，地表水位高，截流井存在地表水倒灌風(fēng)險，普遍采用拍門(mén)或鴨嘴閥作為防倒灌設施。工作過(guò)程中，對截流井運行工況進(jìn)行了復核，復核結果表明，部分截流井防倒灌效果較差，存在地表水倒灌現象，見(jiàn)圖2。地表水倒灌，不僅降低污水處理廠(chǎng)進(jìn)廠(chǎng)濃度，還會(huì )增加“污水量”，擠占了污水空間，也會(huì )導致污水管網(wǎng)高水位運行。
圖2 截流井地表水倒灌
（3）清污混流。由于管網(wǎng)密度低，鎮內市政道路普遍只存在一套合流排水系統，為了消除排污口，在入河排污口附近或者暗渠出口處建設截流井。因為清污混流，不屬于污水范疇的清水也經(jīng)合流系統排放，如山溪（泉）溝（渠）水、施工降水、漏損的自來(lái)水、滲入合流管網(wǎng)的地下水等，全部被截流井截流至污水系統，也增加了“污水量”，在一定程度上導致了污水管網(wǎng)高水位運行。
（4）管道功能性缺陷和結構性缺陷。國內工程建設“重建設輕管理”是普遍的現象，由于維護管理不到位，導致排水管道功能性缺陷較為突出。排水管道功能性缺陷和結構性缺陷的存在，減少了管道過(guò)水斷面，降低了管道的過(guò)水能力，導致受影響范圍內的區域管網(wǎng)高水位運行。
3 對策措施
3.1 增產(chǎn)能
2014年至2018年污水量22.0萬(wàn)～25.13萬(wàn)m³/d，平均23.32萬(wàn)m³/d，隨著(zhù)城市建設及經(jīng)濟發(fā)展，污水量還將逐年增大。鎮內現狀污水處理能力20萬(wàn)m³/d，污水量大于污水處理能力，現有污水處理能力與污水處理需求不配備，存在污水處理能力不足的問(wèn)題。為此，應盡快啟動(dòng)污水處理廠(chǎng)三期工程建設，增加污水處理能力，確保污水處理能力與污水處理需求相配備，為污水管網(wǎng)運行水位降低創(chuàng )造基本條件。
3.2 減污水
根據公開(kāi)資料，2018年全國平均萬(wàn)元GDP用水量66.8 m³，廣東省萬(wàn)元GDP用水量43.3 m³，深圳市萬(wàn)元GDP用水量為8.41 m³（2019年進(jìn)一步下降到7.93 m³）。根據統計資料，A鎮2014年至2018年萬(wàn)元地區生產(chǎn)總值用水量為21.32～15.20 m³，呈現逐年下降的趨勢，用水效率逐年提升，與2014年比，2018年下降萬(wàn)元地區生產(chǎn)總值用水量下降28.7%，見(jiàn)表3。從全國及廣東省層面看，A鎮用水效率整體較高，但與深圳等用水效率先進(jìn)城市相比，節水潛力仍然較大。
表3 2014年至2018年用水效率統計
為此，應該以“節水優(yōu)先、空間均衡、系統治理、兩手發(fā)力”的治水思路為引領(lǐng)，按照國家、省、市節水行動(dòng)方案確定的任務(wù)，深入實(shí)施最嚴格水資源管理制度，著(zhù)力推動(dòng)全社會(huì )節水，營(yíng)造節水濃厚氛圍，提升社會(huì )節水意識，進(jìn)一步提高用水效率，減少污水產(chǎn)生量，為污水管網(wǎng)運行水位降低創(chuàng )造有利條件。
3.3 擠外水
（1）推進(jìn)污水管網(wǎng)建設，完善污水系統。近年來(lái)，A鎮所在的市級政府大力推進(jìn)污水管網(wǎng)建設，近年來(lái)新建污水次支管數千公里，市內同等發(fā)展水平的兄弟鎮街管網(wǎng)密度接近8.0 km/km²，廣州市污水管網(wǎng)密度目標為10.0 km/km²，而A鎮已建在建污水管網(wǎng)密度僅為2.6 km/km²，污水管網(wǎng)密度處于較低水平，污水管網(wǎng)建設欠賬較大，存在大量污水管網(wǎng)空白區。為此，A鎮加大了污水管網(wǎng)建設力度，計劃1年內建設污水管網(wǎng)500 km（建成后污水管網(wǎng)密度8.3 km/km²），盡快實(shí)現市政道路污水管網(wǎng)全覆蓋，消除污水收集空白區，補齊污水管網(wǎng)等基礎設施短板，努力實(shí)現污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理。
（2）開(kāi)展源頭雨污分流工作，提高雨污分流比例。A鎮污水管網(wǎng)密度僅為2.6 km/km²，管網(wǎng)密度處于較低水平，存在大量污水管網(wǎng)空白區，普遍采用末端截流的方式解決污水直排入河的問(wèn)題，建設了約410座截流井。A鎮位于濱海地區，地勢較低，河道水位受潮汐影響周期性變化，存在較為突出的地表水倒灌問(wèn)題，導致“污水量”增加，污水處理廠(chǎng)進(jìn)廠(chǎng)濃度降低，污水管網(wǎng)高水位運行。在推進(jìn)污水管網(wǎng)建設力度，1年內建設500 km污水管網(wǎng)的同時(shí)，A鎮也同步源頭雨污分流工作，大力推進(jìn)工廠(chǎng)、住宅小區、公共建筑及新村的雨污分流工作，滿(mǎn)足雨污分流條件的區域應分盡分，通過(guò)源頭雨污分流工作，逐步提高雨污分流排水區域的比例，降低雨污合流排水區域的比例。完成雨污分流區域內的現況截流井，全部予以關(guān)閉，改建為普通的檢查井；維持雨污合流的排水區域，現況截流井努力上移至地勢較高的區域，降低地表水倒灌風(fēng)險，減少進(jìn)入污水系統的外水，減少污水量，降低污水管網(wǎng)運行水位。
（3）改造防倒灌設施，減少地表水倒灌。由于污水管網(wǎng)密度低，污水系統不完善，現狀建設了約410個(gè)截流井，為了防止地表水倒灌，普遍采用拍門(mén)或鴨嘴閥作為防倒灌設施。根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006，2016年版），截流井溢流水位應在設計洪水位或受納管道設計水位以上，當不能滿(mǎn)足要求時(shí)，應設置閘門(mén)等防倒灌設施。根據《泵站拍門(mén)技術(shù)導則》（SL 656-2014），拍門(mén)等防倒灌設施，適用于泵站出水口，防止泵站停機時(shí)水流倒灌，保護水泵機組安全等要求較低的場(chǎng)合。拍門(mén)或鴨嘴閥等設施可以依靠水流及自重實(shí)現自動(dòng)啟閉，較閘門(mén)等防倒灌設施管理更方便，但是容易掛扯垃圾，濱海地區還容易生長(cháng)生蠔等海洋生物，導致閉合不嚴，所以防倒灌效果非常一般，應用于截流井這類(lèi)防倒灌要求較高的場(chǎng)合，缺乏規范依據。由于源頭雨污分流工作受多種因素影響，實(shí)施難度大，周期長(cháng)，徹底實(shí)現雨污分流也不現實(shí)，部分區域必然還需保持雨污合流的排水體制，部分現況截流井需要予以保留。針對這些需要保留的截流井，可考慮將截流井上移至雨污合流地塊附近，也可以考慮將截流井形式由槽式改為堰式，或者將拍門(mén)、鴨嘴閥等防倒灌設施，改造為閘門(mén)或下開(kāi)式堰門(mén)等防倒灌效果較好的防倒灌設施，降低地表水倒灌風(fēng)險，減少進(jìn)入污水系統的外水，減少污水量，降低污水管網(wǎng)運行水位。
（4）降低自然水體常水位，降低地表水倒灌風(fēng)險。合流制排水系統晴天承擔著(zhù)污水排放任務(wù)，雨天承擔著(zhù)雨水排放任務(wù)。截流式合流制排水體制中，污水系統-截流管-合流管-自然水體貫通在一起，當排水口淹沒(méi)在水體水中時(shí)，河湖等自然水體水位高于污水系統水位，水往低處流，河湖水就存在著(zhù)往污水系統倒灌的風(fēng)險，河湖水位越高，存在地表水倒灌風(fēng)險的截流井數量就會(huì )越多，反之亦然。為此，在條件容許的情況下，適當降低河湖水位，降低地表水倒灌風(fēng)險，考慮將A鎮內河涌常水位由1.0 m降低到0.5 m。傳統的城市建設管理思路中，普遍認為水滿(mǎn)則景美，為此不惜在河道中筑壩設閘，增加水面面積，壅高河道水位。降低河湖等自然水體水位，不僅可以減少地表水倒灌風(fēng)險，還可以增加城市海綿體。晴天水淺，魚(yú)翔淺底，百姓賞景戲水；雨天水深，蓄水儲雨，讓城市無(wú)憂(yōu)，體現城市水體的兩大功能，也是海綿城市“自然滯蓄”的重要載體。
3.4 除缺陷
排水系統是現代城市的重要基礎設施，是城市的血脈，其結構穩固和功能保障是城市排水安全的重要保證。管道存在功能性缺陷和結構性缺陷，也會(huì )影響管道的收水和輸水功能，導致污水管網(wǎng)高水位運行。為此，應加強工程質(zhì)量管理，避免新建排水管道帶病上崗，同時(shí)還應加大排水管道養護投入，組建專(zhuān)業(yè)養護隊伍，落實(shí)養護資金，加強排水系統維護管養工作，提高養護水平，消除管道功能性缺陷和結構性缺陷，恢復管道收水和輸水功能，消除因管道功能性缺陷和結構性缺陷造成的區域性管網(wǎng)高水位運行現象。
4 結語(yǔ)
污水管網(wǎng)高水位運行是現象，污水系統不完善是本質(zhì)，應通過(guò)詳細的內業(yè)評估和外業(yè)復核工作，查明造成污水系統高水位運行的根本原因。在此基礎上，采取增產(chǎn)能，減污水，擠外水，除缺陷等措施，降低污水管網(wǎng)運行水位。另外，濱海城市一般地勢較低，合流制排水系統容易發(fā)生地表水倒灌，增加“污水量”，導致污水管網(wǎng)高水位運行，污水空間被外水擠占，致使污水直排入河，污染河道水環(huán)境，從系統穩定性和安全性方面考慮，分流制是一個(gè)更為妥當的選擇。
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