混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流成因與對(duì)策

王磊波 楊建明 李冠貴

（1. 壽光市市政公用事業(yè)服務(wù)中心，山東壽光 262700；2. 壽光市宏建市政設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理有限責(zé)任公司，山東壽光 262700；3. 山東龍建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東壽光 262700）

1 引言

理論上排水系統(tǒng)分為合流制和分流制，實(shí)際上伴隨雨污分流工作的開(kāi)展，形成了混合制排水系統(tǒng)。特別是老城區(qū)地下管線已成型，建筑密集，市政路面狹窄，雨污分流改造難度很大，所以混合制城市排水系統(tǒng)短時(shí)間內(nèi)不會(huì)消失。

隨著城市化進(jìn)程加快和規(guī)模的擴(kuò)大，排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、污水的處理能力及管理水平滯后于城市發(fā)展速度，使得混合制城市排水系統(tǒng)雨天污水溢流現(xiàn)象頻繁發(fā)生。污水溢流嚴(yán)重影響了受納水體環(huán)境質(zhì)量，因此，需對(duì)混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流形成原因進(jìn)行研究，進(jìn)一步探索解決雨天污水溢流問(wèn)題的對(duì)策，以便有效控制污水溢流。

2 混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流形成原因

混合制城市排水系統(tǒng)的污水溢流分為3 種形式：一是上游合流制管網(wǎng)混合污水溢流至雨水管網(wǎng)；二是主污水管道末端污水量超出污水處理廠處理能力的溢流；三是污水管道局部低洼檢查井地面溢流。

2.1 截留倍數(shù)設(shè)計(jì)偏低

截留倍數(shù)是排水系統(tǒng)截留雨水能力的重要參數(shù)。我國(guó)新規(guī)范GB 50014—2021《室外排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中截流倍數(shù)為2.0～5.0，現(xiàn)有排水系統(tǒng)一般用0.5～1.0，總體來(lái)說(shuō)，我國(guó)以前排水系統(tǒng)的截流倍數(shù)取值偏小，增加了污水溢流概率和水量。對(duì)于混合制排水系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，若截流倍數(shù)取小值，則會(huì)導(dǎo)致上游合流制管網(wǎng)混合污水溢流至雨水管網(wǎng)，污水量增大；若截留倍數(shù)取大值，則導(dǎo)致主污水管網(wǎng)水量劇增，主污水管網(wǎng)局部檢查井污水由地面溢流，或管網(wǎng)末梢污水量超出污水處理廠的處理能力而產(chǎn)生污水溢流現(xiàn)象，同時(shí)主污水管網(wǎng)和污水處理廠規(guī)模就要增大，基本投資、運(yùn)行成本也將增大?？傊覈?guó)截流倍數(shù)取偏小值，使得混合制城市排水系統(tǒng)雨天污水溢流水量極大增加。

2.2 徑流系數(shù)不斷變大

伴隨城市化進(jìn)程的加快，綜合徑流系數(shù)迅速變大，在降雨量相同的情況下，更多的雨水形成徑流進(jìn)入城市排水系統(tǒng)，使得混合污水量急劇增加，極大增加了污水溢流的概率。

2.3 城市排水系統(tǒng)雨污分流改造不徹底

將城市合流制排水系統(tǒng)改造成分流制排水系統(tǒng)，理論上需要排水單位同步進(jìn)行雨污分流改造，才能達(dá)到理想的效果。城市排水系統(tǒng)雨污分流改造不徹底主要表現(xiàn)在：一是沿途排水單位內(nèi)部雨污分流改造不徹底。在改造實(shí)施過(guò)程中通常會(huì)造成大量路面、綠化帶等已有設(shè)施的破壞，會(huì)消耗大量物力和人力，更需要巨大的經(jīng)濟(jì)投入，故排水單位對(duì)內(nèi)部進(jìn)行分流改造在思想上比較抵觸。另外，有些排水單位內(nèi)部管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，建筑物密集，路面狹窄，完全不具有雨污分流改造的條件。基于以上原因，建設(shè)單位及施工單位為了自己的工作好開(kāi)展，在雨污分流改造過(guò)程中將排水單位合流制排水管道直接接入市政污水管道，市政污水管道僅接收來(lái)自城市路面的雨水，使雨污分流改造效果大打折扣。二是城市排水系統(tǒng)雨污分流改造過(guò)程中存在錯(cuò)接現(xiàn)象，使得大量雨水進(jìn)入污水管網(wǎng)，增大了污水溢流概率。

2.4 城市排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)管理不到位

大部分城市排水系統(tǒng)的養(yǎng)護(hù)管理一直都處在“堵了通，塌了修”和“你不理，我不管”的狀態(tài)。無(wú)管理狀態(tài)下的城市排水系統(tǒng)，存在以下污水溢流的原因：一是排水單位私自亂接。排水單位為降低投資而將合流制排水系統(tǒng)私自接入市政污水系統(tǒng)，降雨時(shí)排水單位內(nèi)的雨水全部進(jìn)入污水系統(tǒng)，使污水量急劇增加，導(dǎo)致污水外溢［1］。二是雨污水管網(wǎng)的串聯(lián)。雨污水管網(wǎng)經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行后，因建設(shè)質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)管理不到位等，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)串聯(lián)現(xiàn)象，通常情況下污水管道高程低于雨水管道，晴天時(shí)很難發(fā)現(xiàn)串聯(lián)問(wèn)題，降雨時(shí)雨水首選流進(jìn)污水管道，使污水管道內(nèi)水量增加發(fā)生溢流。三是未對(duì)排水管網(wǎng)內(nèi)水量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。日常水量數(shù)據(jù)是確定排水量呈規(guī)律變化的依據(jù)，通過(guò)對(duì)以往排水量數(shù)據(jù)的預(yù)判分析，可以及時(shí)確定增加污水處理廠處理能力，既降低發(fā)生污水溢流的可能，又避免盲目增加污水處理能力帶來(lái)的重大經(jīng)濟(jì)損失。四是排水泵站無(wú)組織開(kāi)啟。排水泵站以上游水位高低為啟動(dòng)信號(hào)，不考慮收納排水內(nèi)水量和水位，極容易導(dǎo)致下游管網(wǎng)水量劇增而發(fā)生污水溢流。

3 混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流控制措施

從20 世紀(jì)60 年代起，美國(guó)、德國(guó)及日本等國(guó)家就開(kāi)展了研究，已經(jīng)形成較完善的控制污水溢流的體系，例如低影響開(kāi)發(fā)、最佳管理措施和可持續(xù)排水系統(tǒng)等［2］?？偟膩?lái)說(shuō)，控制混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流的措施包括非工程措施和工程措施。通過(guò)源頭控制、雨污水管道分流改造、推進(jìn)海綿城市建設(shè)、完善管理制度、建設(shè)存儲(chǔ)調(diào)蓄設(shè)施等綜合措施能夠有效控制污水溢流。

3.1 非工程措施

3.1.1 健全雨污分流改造工程管理體系

實(shí)現(xiàn)城市排水系統(tǒng)雨污分流的徹底改造，需要健全嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的管理體系。一是雨污分流改造工程設(shè)計(jì)階段就需要與沿途排水單位對(duì)接。將排水單位接入口設(shè)計(jì)在雨污分流改造的圖紙上，同時(shí)，對(duì)排水單位排水方案進(jìn)行確定。對(duì)排水單位內(nèi)部具備雨污分流改造條件的，堅(jiān)決要求其在城市排水分流改造過(guò)程中同步實(shí)施雨污分流；對(duì)排水單位內(nèi)部不具備雨污分流改造條件的，經(jīng)聯(lián)合仲裁鑒定后，允許其以截流式合流制方式接入市政排水系統(tǒng)，同時(shí)出具鑒定書并存檔。二是在雨污分流改造工程實(shí)施過(guò)程中，要求沿途排水單位同步接入分流后的市政排水系統(tǒng)。排水單位雨污分流改造經(jīng)驗(yàn)收合格后，方可在城市雨污分流改造工程實(shí)施過(guò)程同步接入市政排水系統(tǒng)，并嚴(yán)格督促排水單位辦理許可。三是明確各方權(quán)責(zé)，健全雨污分流改造工程完工后的交接制度。工程完工未交接前，由建設(shè)單位負(fù)責(zé)新建工程養(yǎng)護(hù)管理；工程完成交接后，由接收即運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)單位負(fù)責(zé)日常養(yǎng)護(hù)管理。工程交接時(shí)建設(shè)單位需向養(yǎng)護(hù)管理單位提供完整的施工圖紙、標(biāo)有排水單位接入位置的圖紙、工程驗(yàn)收證明、排水單位雨污分流改造驗(yàn)收證明及圖紙、同意其以截流式合流制方式接入城市排水系統(tǒng)的鑒定書、排水許可等材料后，方能進(jìn)行工程交接。養(yǎng)護(hù)管理單位要根據(jù)圖紙現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行檢查落實(shí)，并將相關(guān)材料進(jìn)行備案收檔，對(duì)符合要求的出具同意接收證明。

3.1.2 城市排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)管理要到位

改變城市排水系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)管理“堵了通，塌了修”和“你不理，我不管”的狀態(tài)，要求養(yǎng)護(hù)管理單位加強(qiáng)日常的巡查、養(yǎng)護(hù)、管理，最大程度上降低發(fā)生溢流的概率。一是加強(qiáng)排水單位接管管理。在雨污分流區(qū)域，嚴(yán)格要求新排水單位內(nèi)部徹底實(shí)行雨污分流后接入市政雨污水管道。在合流區(qū)域，也要求新排水單位內(nèi)部實(shí)行雨污分流后暫時(shí)接入合流制管道，在該區(qū)域?qū)嵤┯晡鄯至鞲脑鞎r(shí)，同步改入對(duì)應(yīng)市政管道。二是嚴(yán)格落實(shí)排水許可制度。依據(jù)《城鎮(zhèn)排水與污水處理?xiàng)l例》（國(guó)務(wù)院令第641 號(hào)）和《城鎮(zhèn)污水排入排水管網(wǎng)許可管理辦法》（建設(shè)部令第21 號(hào)）等規(guī)章制度，對(duì)排水單位進(jìn)行管理，保證城市排水系統(tǒng)正常運(yùn)行，不出現(xiàn)污水溢流現(xiàn)象。三是加強(qiáng)日常排水管網(wǎng)的巡查。市政排水管道的養(yǎng)護(hù)管理單位要建立健全巡查制度，建立臺(tái)賬，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)私接亂接、雨污串流、雨污混排問(wèn)題。四是嚴(yán)格對(duì)主管排水流量進(jìn)行監(jiān)控。通過(guò)對(duì)排水流量數(shù)據(jù)的分析判斷，推測(cè)水量變化規(guī)律，能夠從宏觀上確定是否出現(xiàn)私接亂接、雨污串聯(lián)、集中偷排現(xiàn)象，為提前增加污水處理能力提供數(shù)據(jù)支持，同時(shí)根據(jù)排水量數(shù)據(jù)可以科學(xué)調(diào)配排水管網(wǎng)的水量，降低污水溢流的可能。五是建立泵站之間、污水處理及排水管網(wǎng)之間的聯(lián)動(dòng)機(jī)制，降低污水外溢概率，確保污水處理廠能正常處理運(yùn)行。六是提升養(yǎng)護(hù)管理智能化程度。在發(fā)達(dá)國(guó)家，很多大城市利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)城市排水系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，綜合調(diào)度系統(tǒng)中的各種控制、調(diào)節(jié)設(shè)施及流量，以實(shí)現(xiàn)消除地面污水外溢，減少污水溢流頻率、水量，均衡污水處理廠進(jìn)水量等多重目標(biāo)。通過(guò)對(duì)排水系統(tǒng)各控制點(diǎn)的降雨量、管道流量等信息以及泵站和閘門等設(shè)備遙測(cè)和遙控，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)確定最佳的調(diào)度方案。七是建立專業(yè)化運(yùn)營(yíng)維護(hù)隊(duì)伍。國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)、住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合編制的《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》中提出，建立立足本地、人員穩(wěn)定的專業(yè)化隊(duì)伍，建立常態(tài)化建設(shè)管養(yǎng)機(jī)制，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)定額實(shí)施運(yùn)行維護(hù)。

3.2 工程措施

控制混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流的工程措施包括源頭控制、管路控制、末端處理3 類。

3.2.1 源頭控制

源頭控制是減少進(jìn)入排水管道的雨水徑流量，能有效降低污水溢流頻率和水量，同時(shí)降低處理構(gòu)筑物所需規(guī)模。源頭控制就是降低綜合徑流系數(shù)，通過(guò)構(gòu)建低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)能有效降低綜合徑流系數(shù)［3］。詳見(jiàn)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部出臺(tái)的《海綿城市建設(shè)技術(shù)指南——低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)構(gòu)建》。

3.2.2 管路控制

（1）因地制宜地實(shí)施雨污水分流改造工程。進(jìn)行雨污分流改造能有效減少進(jìn)入污水系統(tǒng)的雨水量，降低受納水體污染。通常進(jìn)行雨污分流改造要具備以下條件：一是建筑內(nèi)部衛(wèi)生設(shè)備完善，方便實(shí)現(xiàn)雨污分流；二是城市街道橫斷面有足夠的位置，允許設(shè)置因改造成分流制而增加的管道［4］。

（2）合理選取截流倍數(shù)。截流倍數(shù)選取需綜合考慮受納水體對(duì)水質(zhì)的要求、受納水體的納污能力、污水處理廠處理能力等因素。從控制污水溢流方面考慮，應(yīng)采用較大的截流倍數(shù)，但也要考慮截流倍數(shù)增大后，是否會(huì)超出污水處理廠處理能力，所以需要權(quán)衡上述因素后方能合理選取截流倍數(shù)。

3.2.3 末端處理

對(duì)溢流污水進(jìn)行處理，能夠有效控制對(duì)受納水體的污染。溢流污水處理可分為兩類：一是直接將溢流污水處理達(dá)標(biāo)后排放至自然水體。目前對(duì)溢流污水處理的工藝較多，人工濕地技術(shù)、強(qiáng)化混凝沉淀技術(shù)、高效過(guò)濾技術(shù)、消毒技術(shù)等都有成功應(yīng)用；二是在污水溢流處設(shè)置暫時(shí)存蓄池，降雨時(shí)將溢流污水暫時(shí)存蓄，晴天后將暫存污水再調(diào)至污水處理廠進(jìn)行處理［5］。

4 結(jié)語(yǔ)

目前將合流制城市排水系統(tǒng)改為分流制，存在投資大、施工困難或者不具備分流條件等問(wèn)題，因此混合制城市排水系統(tǒng)一段時(shí)間內(nèi)將持續(xù)存在。要降低混合制城市排水系統(tǒng)溢流污水對(duì)受納水體的污染，必須對(duì)污水溢流進(jìn)行有效控制。通過(guò)因地制宜采取綜合的、系統(tǒng)的控制措施，能有效控制混合制城市排水系統(tǒng)污水溢流。