海綿城市理念下高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效策略研究
【純水設(shè)備http://www.creativeimagessc.com】提高污水處理質(zhì)量和效率是海綿城市建設(shè)的重要組成部分。在高密度城區(qū)為研究對(duì)象,分析了現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題,污水系統(tǒng)有效性借鑒國(guó)際和國(guó)內(nèi)污水質(zhì)量、協(xié)同成功經(jīng)驗(yàn),結(jié)合海綿城市建設(shè)的需求,提出了高密度城市污水系統(tǒng)完善,排水管網(wǎng)篩查、雨污水分流涵洞的轉(zhuǎn)換和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的融合策略,為了對(duì)高密度城市污水的傳質(zhì)效率具有一定的指導(dǎo)意義。
目前,我國(guó)城市污水收集和處理系統(tǒng)通常存在一些突出問(wèn)題,如低質(zhì)量、低效率,體現(xiàn)的外部特征,如長(zhǎng)期黑臭的城市地表水和涌水量的長(zhǎng)期低濃度城市污水處理廠。2019年5月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布“關(guān)于城市污水處理質(zhì)量,印刷和協(xié)同三年行動(dòng)計(jì)劃(2019 - 2021)注意到,掌握城市污水處理基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展規(guī)律和發(fā)展需要,明確需求,加快城市污水收集和處理設(shè)施, 純水設(shè)備盡快實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)的全覆蓋，整個(gè)收集、處理、全部打造成加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、防污治污、提高質(zhì)量、提高效率的污水系統(tǒng)能力已提升到國(guó)家戰(zhàn)略水平。
高密度城市通常是在城市,另一方面,空間、環(huán)境和人員因素最密集和最復(fù)雜的地區(qū),城市和城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的水環(huán)境的需求很高,但是也有融合,混合污水結(jié)面積的一部分,陽(yáng)臺(tái)清潔,部分污水直排沿街店鋪,和一些小型車間污水排放的障礙等問(wèn)題,末端截流造成雨水、污水、海水倒流，地下水截流至污水處理廠，污水處理廠水污染物濃度低，處理壓力大，沿下水道“滿管流動(dòng)”等。
因此,在新形勢(shì)下,無(wú)論從國(guó)家政策層面,或高密度城市發(fā)展需求,必須掌握規(guī)律和系統(tǒng)的思想,并遵守污水處理和生態(tài)供應(yīng)并行,堅(jiān)持傳質(zhì)效率和能力建設(shè),結(jié)合高密度城區(qū),海綿的城市規(guī)劃建設(shè)城市建設(shè)需求和污水系統(tǒng)的實(shí)際問(wèn)題,保障污水處理的“傳質(zhì)效率”。斯明區(qū)、廈門(mén)市高密度城區(qū),為例,分析了城市水環(huán)境和污水系統(tǒng)存在的問(wèn)題,借鑒國(guó)內(nèi)外其他城市的經(jīng)驗(yàn),并結(jié)合海綿城市建設(shè)的要求,提出了實(shí)現(xiàn)策略的改善高密度城市污水的質(zhì)量和效率。
1. 研究對(duì)象概述
廈門(mén)地區(qū)是廈門(mén)的經(jīng)濟(jì)、政治、文化、金融中心,主要功能包括高端服務(wù)、金融、商業(yè)、文化、旅游展覽等,三面臨海,與XiaoJinMen島嶼和大陸漳州隔海相望,城市,鼓浪嶼- Wan獅山國(guó)家風(fēng)景名勝區(qū),Yun見(jiàn)鬼湖公園,環(huán)島路帶狀公園,仙女YueShan狐尾山山公園,吸引人的旅游景點(diǎn),如景觀功能重要的自然資源,城市的生態(tài)格局是海中之城、海中之城、山中之城。
四明區(qū)城鎮(zhèn)化水平高，人均GDP達(dá)到中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平，第三產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè)。其主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)在廈門(mén)、漳泉地區(qū)乃至全省均處于前列。全市建成區(qū)約55公里，常住人口約105萬(wàn)人。常住人口集中在西部地區(qū)，中山路、下港老城區(qū)、夏河路、連春路兩側(cè)人口密度較高。人均城市建設(shè)用地面積約5200萬(wàn)，建成區(qū)人口密度1.9萬(wàn)/公里，城鎮(zhèn)化基本完成。在城市區(qū)域內(nèi)，舊城區(qū)面積大、建設(shè)密集，舊城區(qū)環(huán)境逐漸衰退，公共空間缺乏建設(shè)。
2 現(xiàn)狀及存在問(wèn)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(mén)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(wàn)m3，周邊匯水區(qū)面積為37.1 km2。據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)顯示，2019年1~8月，筼筜湖湖區(qū)水體主要超標(biāo)污染物為無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷，其余監(jiān)測(cè)指標(biāo)基本符合第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
思明區(qū)的近岸海域水環(huán)境存在水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，達(dá)到中度至重度等級(jí)，海水中主要超標(biāo)污染要素仍為無(wú)機(jī)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(wàn)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(mén)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(jìn)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(cè)方法，自建筑樓宇室外地面第一口檢查井至市級(jí)管網(wǎng)排口的管網(wǎng)長(zhǎng)度共計(jì)9 131 m，純水設(shè)備雨污水管網(wǎng)混接點(diǎn)超過(guò)100個(gè)，實(shí)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(wàn)m3/d，服務(wù)范圍為廈門(mén)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(jìn)水平均水質(zhì)指標(biāo)和日均污水處理量見(jiàn)圖2。
(2)前埔污水處理廠規(guī)模20萬(wàn)m3/d，服務(wù)范圍為本島整個(gè)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(wù)面積達(dá)68.19 km2，其中思明區(qū)面積為32.1 km2。2014~2018年度進(jìn)水平均水質(zhì)指標(biāo)和日均水質(zhì)指標(biāo)和日均污水處理量見(jiàn)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(lái)自廈禾路污水泵站13萬(wàn)m3/d，污水主干管徑2-DN1 000；一部分來(lái)自湖濱北3#污水泵站10.6萬(wàn)m3/d，污水主干管徑為2-DN1 000；另一部分來(lái)自湖濱南4#污水泵站13.8萬(wàn)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(lái)自蔡坑泵站15萬(wàn)m3/d和呂嶺泵站6.5萬(wàn)m3/d，污水主干管徑D1 800；一部分來(lái)自浦口泵站8.2萬(wàn)m3/d和前埔泵站2萬(wàn)m3/d，污水主干管徑D1 200；另一部分來(lái)自黃厝泵站12萬(wàn)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(shí)現(xiàn)晴天污水不入湖。建設(shè)情況梳理如圖4所示。
廈門(mén)全島（含思明區(qū)和湖里區(qū)）截流改造涉及排水口共109個(gè)，截流點(diǎn)截流的合流制污水約21.66萬(wàn)m3/d，雨水量約40.76萬(wàn)m3/d。
2.7 存在問(wèn)題分析
(1)筼筜污水處理廠進(jìn)水污染物濃度逐年降低，前埔污水處理廠進(jìn)水污染物濃度長(zhǎng)期偏低。
2014~2018年的筼筜污水理廠進(jìn)水污染物濃度數(shù)據(jù)可以看出，隨著周邊排水口越來(lái)越多通過(guò)截流的方式進(jìn)入筼筜污水處理廠，導(dǎo)致BOD5的進(jìn)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(yán)重問(wèn)題，導(dǎo)致筼筜污水處理廠的處理效能下降。
前埔污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)的城市建成區(qū)建設(shè)時(shí)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(yīng)優(yōu)于筼筜污水處理廠，但是由于“低價(jià)中標(biāo)”等一系列原因，導(dǎo)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(kù)的環(huán)湖截流大箱涵等，施工質(zhì)量不高、滲水嚴(yán)重等一系列原因也是導(dǎo)致前埔污水處理廠進(jìn)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(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題。
近年來(lái)，隨著片區(qū)快速發(fā)展和截流污水的大量匯入，前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠存在超負(fù)荷運(yùn)行問(wèn)題，導(dǎo)致截流管道高水位運(yùn)行，部分截流井污水在晴天時(shí)溢流至筼筜湖或海域，對(duì)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(jì)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(jìn)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(wàn)人計(jì)劃，計(jì)算得出本島污水有效收集率只有63%。
(4)雨污管道混接嚴(yán)重。
筼筜湖流域市政道路混錯(cuò)接點(diǎn)達(dá)到278個(gè)，其中232個(gè)，約83.45%的混接、錯(cuò)接點(diǎn)位于筼筜湖南岸。其中，南12~南17作為主要的混錯(cuò)接區(qū)域，按照普查混錯(cuò)點(diǎn)測(cè)算，進(jìn)入排洪溝污水量達(dá)到3.5萬(wàn)m3/d，純水設(shè)備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(jì)結(jié)果顯示，0.3 km2雨污混接點(diǎn)大概62個(gè)（含市政道路和小區(qū)內(nèi)部的雨污水混接），以此測(cè)算，思明區(qū)城市建設(shè)區(qū)內(nèi)的雨污水混接點(diǎn)約為11 700個(gè)。
(5)截流系統(tǒng)末端排口存在海水倒灌、溢流嚴(yán)重等問(wèn)題。
由于截流系統(tǒng)及排?？谖唇ǚ雷o(hù)措施，高潮期部分排口海水倒灌進(jìn)入污水系統(tǒng)，外來(lái)水入滲截污管網(wǎng)，占據(jù)污水空間，加劇溢流；同時(shí)存在不同程度的溢流問(wèn)題，溢流嚴(yán)重區(qū)域主要為老舊城區(qū)、村莊。
3 案例借鑒
3.1 國(guó)外城市經(jīng)驗(yàn)
19世紀(jì)中葉以后，發(fā)達(dá)國(guó)家的一些城市開(kāi)始建造排水管道系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)上百年的建設(shè)，發(fā)達(dá)國(guó)家城市普及了排水管道系統(tǒng)，并進(jìn)行了大量的改善和優(yōu)化。20世紀(jì)后半葉，隨著人們對(duì)城市非點(diǎn)源污染控制及水環(huán)境保護(hù)的重視，越來(lái)越多的國(guó)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(wèn)題，另一方面有助于優(yōu)化污水處理廠的運(yùn)行。從20世紀(jì)80年代以后，瑞典、美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家在很大程度上放棄了“合改分”的思路和做法，發(fā)達(dá)國(guó)家提出了一些新的城市雨洪管理理念，如“低影響開(kāi)發(fā)”（LID）和“綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施”（GSI）。
3.2 國(guó)內(nèi)城市經(jīng)驗(yàn)
（1）上海市。
2019年2月，上海市提出了“開(kāi)展上海市雨污混接綜合整治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)”，以全力推進(jìn)雨污混接整治工作，減少雨污混接對(duì)水環(huán)境的影響，改善水環(huán)境質(zhì)量。工作目標(biāo)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(guò)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(zhǎng)效監(jiān)管機(jī)制。
（2）蘇州市。
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(gè)別河道水質(zhì)不佳、整體水環(huán)境不夠穩(wěn)定的問(wèn)題。蘇州于2016年開(kāi)展清水工程，對(duì)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(jìn)行重點(diǎn)攻堅(jiān)克難，實(shí)施截污、分流、清淤，優(yōu)化活水方案，發(fā)揚(yáng)“蘇繡精神”持續(xù)開(kāi)展了一系列精細(xì)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(bǔ)水、環(huán)村截污等方式，主要以做工程為主。2016年以來(lái)，市委是政府提出推進(jìn)“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(xiàng)原則”，持續(xù)推進(jìn)“4洗清源行動(dòng)”，堅(jiān)持“控源、截污、清淤、補(bǔ)水、管理”的5條技術(shù)路線。
3.3 可借鑒經(jīng)驗(yàn)
避開(kāi)當(dāng)前城市污水提質(zhì)增效的需求，不去解決當(dāng)前污水處理設(shè)施建設(shè)不平衡不充分的問(wèn)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(dú)去講“排水體制”是不科學(xué)的，也缺少必要論證。
思明區(qū)近期要在認(rèn)真做好問(wèn)題排查的前提下（真實(shí)地調(diào)查清楚）截污水，實(shí)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(jìn)水污染物濃度；趕外水，把不是雨水的外水趕出去，實(shí)現(xiàn)合流制管道旱天低水位，雨水管無(wú)外水，保證能夠把管道淤泥清出來(lái)，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?gòu)搅骱腿牍芩亢臀廴疚铩?/span>
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(shí)別主要問(wèn)題，明確工作重點(diǎn)，純水設(shè)備結(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(bǔ)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(diǎn)及建設(shè)時(shí)序安排，建立污水處理提質(zhì)增效長(zhǎng)效管理機(jī)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(gè)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(wàn)m3/d，擴(kuò)建前埔污水處理廠至50萬(wàn)m3/d，本島總處理規(guī)模達(dá)到130萬(wàn)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(qiáng)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(bǔ)我市污水工程建設(shè)的歷史欠債，并且能夠切實(shí)有效指導(dǎo)下一步的工程建設(shè)。
首先，制定清淤計(jì)劃，組織開(kāi)展對(duì)轄區(qū)內(nèi)排水管渠進(jìn)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(diǎn)，查清所有排水戶污染源；對(duì)存在污水的雨水接戶管進(jìn)行水質(zhì)、水位、水量檢測(cè)，并錄入GIS系統(tǒng)，對(duì)合流、混流、分流這3種區(qū)域進(jìn)行劃區(qū)。再次，采用管道潛望鏡（QV）、管道機(jī)器人CCTV和聲納等對(duì)現(xiàn)狀管網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè)，查清結(jié)構(gòu)性與功能性缺陷，列出整改問(wèn)題清單。
思明區(qū)排水管網(wǎng)總長(zhǎng)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(jià)50元/m（含清淤、CCTV和混接排查等費(fèi)用），投資約8 000萬(wàn)元。
5.3 雨污分流改造
針對(duì)思明區(qū)雨污分流改造存在的困難和問(wèn)題，結(jié)合海綿城市建設(shè)理念，分別從源頭（建筑）、過(guò)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(shí)際、成效較好的雨污分流改造模式。一是源頭應(yīng)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(yīng)由市政園林行政主管部門(mén)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，雨污分流改造項(xiàng)目按照5 000萬(wàn)元/km2初步估算，雨污混接點(diǎn)按照360個(gè)/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(guò)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(kāi)閘時(shí)，暗涵內(nèi)的大量污染物將進(jìn)入下游河道，嚴(yán)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(jìn)行清污分流，對(duì)各河流域?qū)嵤┡盼劭谒菰醇叭笔Ч芫W(wǎng)完善，針對(duì)溯源的結(jié)果在岸上解決污水進(jìn)入雨水系統(tǒng)的問(wèn)題，針對(duì)污水管網(wǎng)缺失的位置實(shí)施管網(wǎng)完善工程，條件允許時(shí)結(jié)合城市景觀、功能、文化及親水等需求逐步恢復(fù)為生態(tài)廊道。
高密度建成區(qū)人口密度、建筑密度和開(kāi)發(fā)強(qiáng)度均相對(duì)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(zhǎng)期投入不足，導(dǎo)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(wèn)題，污水處理系統(tǒng)效能大打折扣。因此，高密度建成區(qū)應(yīng)在對(duì)城鎮(zhèn)污水收集、處理系統(tǒng)進(jìn)行全面而有重點(diǎn)的排查的基礎(chǔ)上，以完善生活污水收集管網(wǎng)為重點(diǎn)，通過(guò)系統(tǒng)、綜合的措施實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)質(zhì)量和處理效能的提升。工業(yè)純水設(shè)備, 蘇州水處理設(shè)備。
