廠網(wǎng)河一體化在城市黑臭水體治理中的應(yīng)用研究*

李藝芳，許錦林，宮經(jīng)成，林龍輝，劉 奇

(中國(guó)建筑一局(集團(tuán))有限公司，北京 100161)

1 項(xiàng)目背景

水環(huán)境質(zhì)量是評(píng)價(jià)城鎮(zhèn)建設(shè)的重要指標(biāo)，黑臭水體是我國(guó)目前突出的水環(huán)境問題，河岸的生活污水、工業(yè)廢水、生活垃圾隨意排放入河，超出水體自凈能力，微生物降解污染物消耗大量氧氣，使水體缺氧，從而發(fā)黑變臭。黑臭水體不僅影響市容市貌，降低空氣質(zhì)量，還對(duì)周圍居民的生活造成極大不便。水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)被破壞，也不利于城市的發(fā)展，黑臭水體治理迫在眉睫。

控源截污是黑臭水體治理的核心，污水收集處理工作在城市污水治理過程中尤為重要。目前我國(guó)很多城鎮(zhèn)的污水處理廠、排水管網(wǎng)與河道都是各自獨(dú)立由不同部門分管。三者相互分離產(chǎn)生了一系列問題，污水收集與污水處理廠處理能力無法協(xié)調(diào)，導(dǎo)致排水系統(tǒng)無法正常發(fā)揮其功能，污水處理效率低下，河道水質(zhì)不斷惡化。若要提高水環(huán)境綜合整治效率，必須采用廠網(wǎng)河一體化運(yùn)營(yíng)的系統(tǒng)性思維。廠網(wǎng)河一體化機(jī)制是將污水處理廠、排水管網(wǎng)、河道、調(diào)蓄池與污水泵站進(jìn)行綜合考慮，統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)智能化管控，不僅能提高管理部門工作效率、降低管理成本、加快反應(yīng)速度，還能提升城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率和管理效率，減少內(nèi)河水環(huán)境污染，解決內(nèi)澇問題，改善生態(tài)環(huán)境。

本研究以漳州市區(qū)內(nèi)河水環(huán)境綜合整治PPP項(xiàng)目為實(shí)施案例，對(duì)采用廠網(wǎng)河一體化思路消除黑臭水體進(jìn)行具體分析，并提出具體方案建議。

漳州市區(qū)內(nèi)河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目包括河道截污工程、河道清淤工程、河道引水工程、水生態(tài)修復(fù)工程，農(nóng)村污水收集與處理工程等，由于水環(huán)境治理多目標(biāo)、多維度的特點(diǎn)，規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)管理難度大、涉及專業(yè)多，需要將智慧化技術(shù)納入水環(huán)境治理全過程建設(shè)體系。本研究提出建立污水處理廠、排水管網(wǎng)、河道一體化協(xié)調(diào)運(yùn)作機(jī)制，通過智能化管控治理市區(qū)內(nèi)河水環(huán)境污染，使水體排放達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2 水體污染成因分析

2.1 排水管網(wǎng)

1)污水管網(wǎng)不完善 現(xiàn)狀污水管網(wǎng)主要集中在工業(yè)園區(qū)、老城區(qū)。漳州市老城區(qū)規(guī)劃市政污水干管510.65km，其中270.87km已建成，239.78km還未建設(shè)。污水管網(wǎng)主要分布于老城區(qū)、開發(fā)區(qū)及新區(qū)，其他區(qū)域污水管網(wǎng)覆蓋率低。

2)管道混搭錯(cuò)接，老化破損嚴(yán)重 目前本項(xiàng)目所涉及漳州市區(qū)范圍內(nèi)的排水體制多為雨污分流制，合流制區(qū)域主要集中在未改造區(qū)或城中村較為集中的區(qū)域。但由于缺少有效的監(jiān)管，位于分流制區(qū)域內(nèi)的已建、在建和新建小區(qū)大部分沒有徹底進(jìn)行源頭雨污分流，存在錯(cuò)接、混接現(xiàn)象，并且許多管道破損、堵塞、滲水嚴(yán)重，導(dǎo)致在旱季時(shí)仍有一定數(shù)量的污水通過雨水管道或合流管道直接排入河道。

3)暴雨時(shí)污染加重 晴天時(shí)，污水管道中水流流速緩慢，污水中攜帶的污染物沉積在管道底部；雨季時(shí)，管道水量加大，水流變快，這些污染物便隨暴雨直接排入水體，造成水體反復(fù)黑臭。漳州市部分小區(qū)由于建成時(shí)間較早或地形條件限制等原因，其內(nèi)部采用合流制排水系統(tǒng)，其污水有集中排口接入市政管網(wǎng)，雨季出現(xiàn)污水外溢現(xiàn)象。

排水管網(wǎng)系統(tǒng)中存在的這些問題使得污水收集率低下，未能收集的污水直排入河使水體黑臭問題更為嚴(yán)重。

2.2 污水處理廠

1)污水處理能力 排水管網(wǎng)存在的問題，使污水入管總量增加，使污水處理廠不能持續(xù)高效運(yùn)行。規(guī)劃區(qū)部分已建的污水處理設(shè)施突出問題是進(jìn)出水較少甚至沒有，成為“曬太陽”工程。汛期水量對(duì)污水處理廠造成極大負(fù)荷，污水處理廠處理能力不足，大量污水直排入河。

2)污水處理廠的污水處理能力與排水管網(wǎng)的污水收集能力不協(xié)調(diào) 排水管網(wǎng)隨著城市的發(fā)展同步建設(shè)，但污水處理廠并未隨之同步改建或擴(kuò)建，造成超過污水處理廠處理能力的污水直接排入水體；污水處理廠按照規(guī)劃建成，但排水管網(wǎng)尚未完全接通，未收集進(jìn)入處理廠的部分污水仍直接排入水體。

目前高新區(qū)已設(shè)置一處小型集中污水處理設(shè)施，規(guī)模為200m3/d，僅考慮該區(qū)局部居民區(qū)污水的納入處理。其余地區(qū)內(nèi)尚未建成系統(tǒng)的污水處理廠，但由于規(guī)劃的污水處理廠剛通過污水廠選址論證，尚未進(jìn)行污水廠及其配套管網(wǎng)設(shè)計(jì)，其處理廠的建設(shè)運(yùn)行需要較長(zhǎng)一段時(shí)間，高新區(qū)一帶的污水仍未得到有效收集處理。居民用水基本未經(jīng)處理直接排入河道，河道污染比較嚴(yán)重。區(qū)內(nèi)62個(gè)行政村約5.6萬人口生活污水及部分工業(yè)廢水直排入河，造成該區(qū)水環(huán)境污染日益加重，如在污水廠及其配套收集管網(wǎng)建成前再不對(duì)農(nóng)村污水加以收集處理，而任其自由排放，勢(shì)必將對(duì)鎮(zhèn)區(qū)水環(huán)境造成更加嚴(yán)重的污染，乃至影響規(guī)劃區(qū)內(nèi)居民的生活健康。

因此，污水處理廠與排水管網(wǎng)需要建立一體化運(yùn)行機(jī)制，統(tǒng)一調(diào)度，統(tǒng)一管理，使城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)能夠在黑臭水體治理中發(fā)揮更大的作用。

2.3 河道

1)河道沿街經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所排污現(xiàn)象普遍。沿街商業(yè)經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所(餐飲、洗車修車行、農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)等)排水管道私接嚴(yán)重，污水排放口比較分散，分別接入市政檢查井或直接排入雨水口；大部分農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)、水產(chǎn)批發(fā)市場(chǎng)、屠宰場(chǎng)也將污水、沖洗污廢水直排或通過地面匯流入河道。

2)開發(fā)區(qū)內(nèi)企業(yè)雨污分流不到位，偷排漏排問題突出。開發(fā)區(qū)內(nèi)有些市政雨污水管基本建設(shè)完善，但在企業(yè)園區(qū)內(nèi)雨污水管仍有混接、個(gè)別企業(yè)偷排等現(xiàn)象，導(dǎo)致開發(fā)區(qū)支流水質(zhì)長(zhǎng)期黑臭或有刺激性氣味。

3)工業(yè)園區(qū)以外的零星工廠、小作坊、村內(nèi)企業(yè)存在污水偷排。園區(qū)外企業(yè)隨機(jī)分布，難以監(jiān)管，污水直排河道造成污染嚴(yán)重。

污水直排、偷排偷放使河道受到嚴(yán)重污染，加大黑臭水體的治理難度。

2.4 防洪排澇系統(tǒng)

城市防洪排澇系統(tǒng)能力不足，對(duì)排水管網(wǎng)和污水處理廠造成極大負(fù)荷，也使城市水體受到面源污染。

Ⅰ 流域集雨面積100.5km2，澇片主要涵蓋工業(yè)區(qū)、城北片區(qū)、朝陽鎮(zhèn)及α區(qū)大部分地區(qū)，該澇片地勢(shì)西北高東南低，下游澇水難于自排，需采用泵排。Ⅱ 流域集雨面積17.4km2，Ⅲ 流域現(xiàn)狀集雨面積18.8km2，澇片主要涵蓋α區(qū)西部片區(qū)和β區(qū)東部。

3 總體方案建議

為了改變污水處理廠、排水管網(wǎng)、河道相互獨(dú)立使排水系統(tǒng)無法正常發(fā)揮其功能的現(xiàn)狀，提高水環(huán)境綜合整治的效果，提出廠網(wǎng)河一體化機(jī)制。

廠網(wǎng)河一體化機(jī)制是指對(duì)區(qū)域內(nèi)所有的污水處理廠、排水管網(wǎng)、河道、調(diào)蓄池及污水泵站進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和綜合管理，從而實(shí)現(xiàn)各涉水要素智慧化自動(dòng)運(yùn)行，使城市排水系統(tǒng)充分發(fā)揮其功能，安全穩(wěn)定高效運(yùn)轉(zhuǎn)，污水水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。污水處理廠、排水管網(wǎng)與河道一體化能夠做到科學(xué)預(yù)警，提高應(yīng)急處理能力，建立聯(lián)合調(diào)度機(jī)制，提高設(shè)備使用效率，保障水環(huán)境治理項(xiàng)目有序開展、穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 完善排水管網(wǎng)，對(duì)建成區(qū)管網(wǎng)進(jìn)行普查改造修復(fù)

通過新建和改造污水收集管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)全覆蓋，進(jìn)一步提高污水收集率。針對(duì)市政污水管網(wǎng)存在缺失、老化、淤堵、串接等問題，共新建、改造市政管網(wǎng)7 408m，分流店鋪污水549個(gè)，截流小區(qū)417個(gè)(截流倍數(shù)n0=1)。

Ⅰ流域沿路共改造店鋪錯(cuò)接點(diǎn)157個(gè)，涉及店鋪共304家，小區(qū)截流85個(gè)(見表1)。通過道路沿線污水截流改造，Ⅰ流域減排污水入河約2 353m3/d。

表1 Ⅰ流域河道改造情況

Ⅱ流域沿路共改造店鋪錯(cuò)接點(diǎn)118個(gè)，涉及店鋪共269家，小區(qū)截流148個(gè)(見表2)。通過道路沿線污水截流改造，Ⅱ流域減排污水入河約3 619m3/d。

表2 Ⅱ流域河道改造情況

Ⅲ流域店鋪錯(cuò)接分流點(diǎn)274個(gè)，小區(qū)污水截流點(diǎn)184個(gè)(見表3)。通過道路沿線污水截流改造，Ⅲ流域減排污水入河約3 436m3/d。

表3 Ⅲ流域河道改造情況

3.2 對(duì)污水處理廠進(jìn)行提標(biāo)改造擴(kuò)建

建立監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，對(duì)污水處理廠的進(jìn)水水質(zhì)與水量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，超出監(jiān)測(cè)值時(shí)及時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警，從而確保污水處理廠能夠穩(wěn)定高效運(yùn)行。同時(shí)也要確保污水處理廠的污水處理能力與排水管網(wǎng)的收集能力相協(xié)調(diào)。污水處理廠處理能力不足時(shí)，需對(duì)污水廠進(jìn)行擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)污水全收集、全處理。西區(qū)污水處理廠2017年平均進(jìn)水量2.2萬t/d，現(xiàn)狀規(guī)模4.0萬t/d，規(guī)劃遠(yuǎn)期規(guī)模6.5萬t/d；東區(qū)污水處理廠2017年平均進(jìn)水量10.0萬t/d，現(xiàn)狀規(guī)模13.0萬t/d，規(guī)劃遠(yuǎn)期規(guī)模30.0萬t/d。

3.3 設(shè)置調(diào)蓄池

東區(qū)污水處理廠晴天和雨天截污水量如表4,5所示。

表4 晴天水量統(tǒng)計(jì) (m3·d-1)

表5 雨天水量統(tǒng)計(jì) (m3·d-1)

由表4可知，晴天水量約為2.57萬m3/d，因此，東區(qū)污水處理廠現(xiàn)有能力滿足截污水量增加后的處理。但雨天水量增加會(huì)對(duì)排水管網(wǎng)造成較大負(fù)荷，若直接將雨水管網(wǎng)收集到的初期雨水送往污水處理廠，也會(huì)對(duì)污水處理廠造成較大的沖擊負(fù)荷。雨天由于截流倍數(shù)的影響，水量約為4.6萬m3/d。因此，需采取必要的調(diào)蓄措施，從而減輕現(xiàn)狀污水處理廠的運(yùn)行壓力。

調(diào)蓄池能夠在暴雨時(shí)暫儲(chǔ)雨水，將管道內(nèi)的流量峰值削減至管道流量限值內(nèi)，起到調(diào)節(jié)管道流量的作用。降雨初期的雨水污染程度較為嚴(yán)重，調(diào)蓄池暫儲(chǔ)初期雨水，能夠有效控制城市面源污染。調(diào)蓄池還能起到沉淀雨水中污染物的作用，降雨結(jié)束后，調(diào)蓄池中的雨水經(jīng)處理后可以再利用。在合流制排水系統(tǒng)中，暴雨時(shí)雨水常常溢流，未經(jīng)處理直接入河，對(duì)水體造成污染。調(diào)蓄池能夠?qū)ξ鬯M(jìn)行截留收集，避免溢流，保護(hù)水體。

因此在東區(qū)污水處理廠現(xiàn)狀服務(wù)范圍內(nèi)不同河道上共設(shè)置8座調(diào)蓄池，總?cè)莘e28 550m3。最終雨天進(jìn)入污水處理廠的截污水量為17 422m3/d。降雨過后，調(diào)蓄池內(nèi)續(xù)存水量需在規(guī)定時(shí)間內(nèi)排空，就近排入市政管道進(jìn)入污水處理廠或就地處理。根據(jù)計(jì)算，截污工程實(shí)施后污水處理廠處理負(fù)荷約為14.6萬m3/d，缺口1.6萬m3/d。因此，結(jié)合用地、水質(zhì)、水量等因素，在有條件的點(diǎn)位對(duì)調(diào)蓄池蓄存雨水進(jìn)行就地處理。

3.4 設(shè)置污水泵站

污水泵站在城市防洪排澇、污水運(yùn)輸過程中起重要作用。排水管道與調(diào)蓄池收集到的污水通過污水泵站集中排放到污水處理廠，處理達(dá)標(biāo)后再次利用或就近排入水體，保護(hù)水環(huán)境并實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用。為此，內(nèi)河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目增設(shè)了16個(gè)排水泵站，保證排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，污水達(dá)標(biāo)排放。

3.5 建立廠網(wǎng)河一體化調(diào)度系統(tǒng)

排水系統(tǒng)涉及雨污水的收集、輸送、儲(chǔ)存、處理以及排放，是一個(gè)高復(fù)雜度的系統(tǒng)。市區(qū)內(nèi)河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目包括 17個(gè)智能分流井、5個(gè)調(diào)蓄池、16個(gè)排水泵站以及管網(wǎng)建設(shè)等。這些設(shè)施和設(shè)備的實(shí)時(shí)聯(lián)控，將從系統(tǒng)化、全局化的層面，提高空間利用率和時(shí)序合理性，最大程度發(fā)揮價(jià)值，優(yōu)化利用率，減少合流制管網(wǎng)溢流，提高運(yùn)維質(zhì)量和效率，提升水環(huán)境綜合整治的效果。

廠網(wǎng)河一體化調(diào)度系統(tǒng)包含一個(gè)數(shù)據(jù)中臺(tái)和綜合展示系統(tǒng)、項(xiàng)目管理系統(tǒng)、資產(chǎn)管理系統(tǒng)、績(jī)效考核系統(tǒng)、聯(lián)合調(diào)度系統(tǒng)、預(yù)警及應(yīng)急指揮系統(tǒng)和移動(dòng)綜合 7個(gè)子系統(tǒng)，運(yùn)用地理信息系統(tǒng)(GIS)、網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)自動(dòng)化控制、移動(dòng)互聯(lián)及數(shù)字模擬等技術(shù)，構(gòu)建具備信息處理、項(xiàng)目監(jiān)管、資產(chǎn)維護(hù)、效果評(píng)估、應(yīng)急指揮、聯(lián)合調(diào)度等功能的智慧水務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)市區(qū)內(nèi)河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目的智能管理和控制，提升水務(wù)設(shè)施的精細(xì)化管理水平。

該系統(tǒng)設(shè)置了黑臭水體專題模塊，實(shí)現(xiàn)了對(duì)黑臭水體治理情況的展示和監(jiān)控，該系統(tǒng)對(duì)治理區(qū)域所有黑臭河道的主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)控，并按照考核辦法編制相關(guān)計(jì)算程序，建立了黑臭水體綜合考核體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)黑臭水體的全方位、精細(xì)化、自動(dòng)化的考核評(píng)估，項(xiàng)目管理者能夠?qū)诔羲w的治理效果及時(shí)掌握，并可以實(shí)現(xiàn)逐級(jí)追溯，保障黑臭水體的治理效果。

4 結(jié)語

漳州市區(qū)排水系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、龐大的網(wǎng)絡(luò)體系，由于長(zhǎng)期運(yùn)行以及雨污混接、運(yùn)行管理不善等原因，導(dǎo)致管網(wǎng)高負(fù)荷運(yùn)行，極易造成排水管道內(nèi)污泥沉積、結(jié)垢、腐蝕及破裂，影響其運(yùn)行效果甚至造成城市內(nèi)澇、溢流污染等事故。

廠網(wǎng)河一體化能夠充分有效地利用城市現(xiàn)有的水務(wù)資源，使城市中的黑臭水體問題得到極大改善，智慧化的水務(wù)系統(tǒng)可提高污水處理廠和污水管網(wǎng)的精細(xì)化管理水平，保證污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高污水處理效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、節(jié)能減排等重要功能。同時(shí)，智慧水務(wù)建設(shè)在提高效率、減少工作人員、降低勞動(dòng)成本等方面也有積極作用。智慧水務(wù)平臺(tái)建設(shè)將提升水環(huán)境質(zhì)量，緩解城市內(nèi)澇，實(shí)現(xiàn)全過程的完整數(shù)據(jù)監(jiān)管，促進(jìn)水務(wù)現(xiàn)代化管理與服務(wù)水平的快速提升。