解碼污水管網(wǎng)：高水位運行原因及對策措施

　　導讀

　　A鎮(zhèn)位于華南濱海地區(qū)，現(xiàn)狀排水體制為截流式合流制，鎮(zhèn)內污水管網(wǎng)密度2.6 km/km2，已建截流井約410座。根據(jù)水位觀測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)污水管網(wǎng)實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(zhèn)概況

　　A鎮(zhèn)位于華南濱海地區(qū)，鎮(zhèn)域面積約180 km2，建設用地面積約88 km2，2018年常住人口約64萬人。經(jīng)過30多年快速發(fā)展，從一個國內生產(chǎn)總值僅0.7億元的海濱小鎮(zhèn)，迅速發(fā)展成為生產(chǎn)總值超過600億元的現(xiàn)代化城鎮(zhèn)。A鎮(zhèn)地勢北高南低，自東北向西南傾斜，北部是丘陵區(qū)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(xiāng)河網(wǎng)區(qū)，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即可見地下水。

　　1.2 污水系統(tǒng)概況

　　（1）污水管網(wǎng)。A鎮(zhèn)污水處理廠建設過程中，配套建設了污水干管，總長約33 km。近幾年，又陸續(xù)建設了多批次污水次支管網(wǎng)。根據(jù)相關工程施工圖或竣工圖，鎮(zhèn)內已建在建污水管網(wǎng)總長度約231 km，現(xiàn)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或鴨嘴閥等防倒灌設施，防止地表水倒灌。

　　（2）污水處理廠。A鎮(zhèn)污水處理廠位于鎮(zhèn)區(qū)東南，規(guī)劃占地39 hm2，總規(guī)模為40萬m3/d，一期工程（2009年建成）規(guī)模10萬m3/d，二期工程（2019年底建成）規(guī)模10萬m3/d，出水水質執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（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年污水處理廠運行工況見表1，污水處理廠處于滿負荷運行狀況。

　　表1 污水處理廠運行工況

　　2017年至2019年，污水處理廠COD進廠濃度190.1～231.6 mg/L，約為建城函［2016］198號規(guī)定的最低濃度的73%～89%；BOD5進廠濃度85.8～103.2 mg/L，約為建城［2019］52號規(guī)定最低濃度的86%～103%。由表可知，污水處理廠進水水質與設計進水水質有一定距離，與國家考核要求也有一定距離，不過與該市30余座已建污水處理廠橫向比較，進水濃度處于第一梯隊的較高水平。

　　2 存在問題及原因分析

　　2.1 存在問題

　　項目啟動以后，收集了鎮(zhèn)內相關技術資料，對工作范圍地表水環(huán)境進行了查勘，并組織技術力量，對鎮(zhèn)內污水系統(tǒng)運行工況進行了觀測。A鎮(zhèn)污水處理廠廠前污水干管（DN2 200）2019年11月（月降雨量為0）的運行水位變化過程及現(xiàn)場觀測結果見圖1。

　　圖1 污水系統(tǒng)運行水位

　　由圖1可知，觀測點污水管管頂高程-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(jù)《室外排水設計規(guī)范》（GB 50014-2006，2016年版），DN2 200污水管道最大充滿度0.75。污水管網(wǎng)實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，導致污水無法經(jīng)污水管網(wǎng)排入污水處理廠集中處理，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(xiàn)象突出，污水系統(tǒng)建設的目標未能實現(xiàn)。

　　2.2 原因分析

　　（1）污水處理能力不足。根據(jù)統(tǒng)計資料，A鎮(zhèn)2014年至2018年用水量23.53萬～26.88萬m3/d，平均24.95萬m3/d。根據(jù)A鎮(zhèn)排水專項規(guī)劃，污水排放系數(shù)取0.85，地下水滲入量取污水量的10%，污水量22.0萬～25.13萬m3/d，平均23.32萬m3/d。2014年至2018年用排水量統(tǒng)計見表2。

　　表2 2014年至2018年用排水量統(tǒng)計

　　由表2可知，鎮(zhèn)內現(xiàn)狀污水處理能力20萬m3/d，2014年至2018年污水量22.0萬～25.13萬m3/d，平均23.32萬m3/d，污水量大于污水處理能力，現(xiàn)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題。污水處理能力不足，必然導致管網(wǎng)運行水位被動壅高，致使污水管網(wǎng)高水位運行。

　　（2）地表水倒灌。根據(jù)相關資料，A鎮(zhèn)已建在建污水管總長度約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(qū)，市政道路普遍只有一套合流制排水系統(tǒng)。由于污水管網(wǎng)密度低，為了解決污水直排入河的問題，已建在建污水管道普遍通過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處理。由于濱海城鎮(zhèn)地勢低，地表水位高，截流井存在地表水倒灌風險，普遍采用拍門或鴨嘴閥作為防倒灌設施。工作過程中，對截流井運行工況進行了復核，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(xiàn)象，見圖2。地表水倒灌，不僅降低污水處理廠進廠濃度，還會增加“污水量”，擠占了污水空間，也會導致污水管網(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(zhèn)內市政道路普遍只存在一套合流排水系統(tǒng)，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(tǒng)排放，如山溪（泉）溝（渠）水、施工降水、漏損的自來水、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(tǒng)，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(xiàn)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，減少了管道過水斷面，降低了管道的過水能力，導致受影響范圍內的區(qū)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22.0萬～25.13萬m3/d，平均23.32萬m3/d，隨著城市建設及經(jīng)濟發(fā)展，污水量還將逐年增大。鎮(zhèn)內現(xiàn)狀污水處理能力20萬m3/d，污水量大于污水處理能力，現(xiàn)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題。為此，應盡快啟動污水處理廠三期工程建設，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(jù)公開資料，2018年全國平均萬元GDP用水量66.8 m3，廣東省萬元GDP用水量43.3 m3，深圳市萬元GDP用水量為8.41 m3（2019年進一步下降到7.93 m3）。根據(jù)統(tǒng)計資料，A鎮(zhèn)2014年至2018年萬元地區(qū)生產(chǎn)總值用水量為21.32～15.20 m3，呈現(xiàn)逐年下降的趨勢，用水效率逐年提升，與2014年比，2018年下降萬元地區(qū)生產(chǎn)總值用水量下降28.7%，見表3。從全國及廣東省層面看，A鎮(zhèn)用水效率整體較高，但與深圳等用水效率先進城市相比，節(jié)水潛力仍然較大。

　　表3 2014年至2018年用水效率統(tǒng)計

　　為此，應該以“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的治水思路為引領，按照國家、省、市節(jié)水行動方案確定的任務，深入實施最嚴格水資源管理制度，著力推動全社會節(jié)水，營造節(jié)水濃厚氛圍，提升社會節(jié)水意識，進一步提高用水效率，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）推進污水管網(wǎng)建設，完善污水系統(tǒng)。近年來，A鎮(zhèn)所在的市級政府大力推進污水管網(wǎng)建設，近年來新建污水次支管數(shù)千公里，市內同等發(fā)展水平的兄弟鎮(zhèn)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(zhèn)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(qū)。為此，A鎮(zhèn)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），盡快實現(xiàn)市政道路污水管網(wǎng)全覆蓋，消除污水收集空白區(qū)，補齊污水管網(wǎng)等基礎設施短板，努力實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理。

　　（2）開展源頭雨污分流工作，提高雨污分流比例。A鎮(zhèn)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(qū)，普遍采用末端截流的方式解決污水直排入河的問題，建設了約410座截流井。A鎮(zhèn)位于濱海地區(qū)，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題，導致“污水量”增加，污水處理廠進廠濃度降低，污水管網(wǎng)高水位運行。在推進污水管網(wǎng)建設力度，1年內建設500 km污水管網(wǎng)的同時，A鎮(zhèn)也同步源頭雨污分流工作，大力推進工廠、住宅小區(qū)、公共建筑及新村的雨污分流工作，滿足雨污分流條件的區(qū)域應分盡分，通過源頭雨污分流工作，逐步提高雨污分流排水區(qū)域的比例，降低雨污合流排水區(qū)域的比例。完成雨污分流區(qū)域內的現(xiàn)況截流井，全部予以關閉，改建為普通的檢查井；維持雨污合流的排水區(qū)域，現(xiàn)況截流井努力上移至地勢較高的區(qū)域，降低地表水倒灌風險，減少進入污水系統(tǒng)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(tǒng)不完善，現(xiàn)狀建設了約410個截流井，為了防止地表水倒灌，普遍采用拍門或鴨嘴閥作為防倒灌設施。根據(jù)《室外排水設計規(guī)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，當不能滿足要求時，應設置閘門等防倒灌設施。根據(jù)《泵站拍門技術導則》（SL 656-2014），拍門等防倒灌設施，適用于泵站出水口，防止泵站停機時水流倒灌，保護水泵機組安全等要求較低的場合。拍門或鴨嘴閥等設施可以依靠水流及自重實現(xiàn)自動啟閉，較閘門等防倒灌設施管理更方便，但是容易掛扯垃圾，濱海地區(qū)還容易生長生蠔等海洋生物，導致閉合不嚴，所以防倒灌效果非常一般，應用于截流井這類防倒灌要求較高的場合，缺乏規(guī)范依據(jù)。由于源頭雨污分流工作受多種因素影響，實施難度大，周期長，徹底實現(xiàn)雨污分流也不現(xiàn)實，部分區(qū)域必然還需保持雨污合流的排水體制，部分現(xiàn)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、鴨嘴閥等防倒灌設施，改造為閘門或下開式堰門等防倒灌效果較好的防倒灌設施，降低地表水倒灌風險，減少進入污水系統(tǒng)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，降低地表水倒灌風險。合流制排水系統(tǒng)晴天承擔著污水排放任務，雨天承擔著雨水排放任務。截流式合流制排水體制中，污水系統(tǒng)-截流管-合流管-自然水體貫通在一起，當排水口淹沒在水體水中時，河湖等自然水體水位高于污水系統(tǒng)水位，水往低處流，河湖水就存在著往污水系統(tǒng)倒灌的風險，河湖水位越高，存在地表水倒灌風險的截流井數(shù)量就會越多，反之亦然。為此，在條件容許的情況下，適當降低河湖水位，降低地表水倒灌風險，考慮將A鎮(zhèn)內河涌常水位由1.0 m降低到0.5 m。傳統(tǒng)的城市建設管理思路中，普遍認為水滿則景美，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險，還可以增加城市海綿體。晴天水淺，魚翔淺底，百姓賞景戲水；雨天水深，蓄水儲雨，讓城市無憂，體現(xiàn)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(tǒng)是現(xiàn)代城市的重要基礎設施，是城市的血脈，其結構穩(wěn)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，應加強工程質量管理，避免新建排水管道帶病上崗，同時還應加大排水管道養(yǎng)護投入，組建專業(yè)養(yǎng)護隊伍，落實養(yǎng)護資金，加強排水系統(tǒng)維護管養(yǎng)工作，提高養(yǎng)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(qū)域性管網(wǎng)高水位運行現(xiàn)象。

　　4 結語

　　污水管網(wǎng)高水位運行是現(xiàn)象，污水系統(tǒng)不完善是本質，應通過詳細的內業(yè)評估和外業(yè)復核工作，查明造成污水系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)穩(wěn)定性和安全性方面考慮，分流制是一個更為妥當?shù)倪x擇。

編輯：王媛媛