濱海城市污水管網(wǎng)提質(zhì)增效工程設(shè)計(jì)

齊利華，鄧 海，譚慶儉，何 騰

（1、珠海市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 珠海 519000；2、中交上海航道局有限公司 上海 200002）

珠海市地處西江下游濱海地帶，境內(nèi)河流眾多，西江水道與當(dāng)?shù)睾佑靠v橫交錯(cuò)，是典型河網(wǎng)地區(qū)。珠海市作為濱海城市，多年平均降水量2 031.4 mm，地下水位普遍較高，地質(zhì)含有大量的軟土、淤泥層，壓縮性高。2021 年珠海市污水處理廠進(jìn)水BOD5平均濃度78.7 mg/L，其中香洲區(qū)100.0 mg/L、金灣區(qū)54.2 mg/L、斗門區(qū)57.1 mg/L、高新區(qū)47.8 mg/L和保稅區(qū)（萬山區(qū)）59.7 mg/L，5 個(gè)區(qū)中除香洲區(qū)進(jìn)水濃度較高外，其他4 個(gè)區(qū)均小于60 mg/L，進(jìn)水濃度嚴(yán)重偏低，轄區(qū)內(nèi)有大量外水進(jìn)入污水管網(wǎng)系統(tǒng)導(dǎo)致污水處理效能較低。

為全面貫徹落實(shí)國(guó)家、省、市對(duì)生態(tài)文明建設(shè)的總體部署，加快補(bǔ)齊城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施短板，珠海市頒布了《珠海市城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019-2021年）》，其目標(biāo)是提高城市污水收集率和污水處理廠進(jìn)水濃度。

1 工程概況

珠海斗門區(qū)某鎮(zhèn)街范圍面積約5646.1 ha，包含125條市政道路，涉及現(xiàn)有污水管道約104.1 km，2021年珠海斗門區(qū)生活污水集中收集率為49.9%，反映還有大量污水沒有得到有效收集和處理。污水系統(tǒng)末端污水廠設(shè)計(jì)規(guī)模為4.0 萬m3/d，采用多模式AAO 生化處理工藝，現(xiàn)已滿負(fù)荷運(yùn)行，2021年BOD5平均進(jìn)水濃度50.5 mg/L，偏低，反映有大量外水進(jìn)入污水管網(wǎng)系統(tǒng)導(dǎo)致污水處理效能較低。為此，政府啟動(dòng)了該區(qū)域的污水處理提質(zhì)增效系列工程，其中包含了現(xiàn)有污水管網(wǎng)提質(zhì)增效工程。

2 末端污水廠運(yùn)行狀況及成因分析

2.1 污水廠運(yùn)行負(fù)荷

根據(jù)污水廠的2018～2020 年4 月實(shí)際進(jìn)廠數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，2018年Q平為3.69萬m3/d，負(fù)荷率92.28%。其中Qmax為5.89萬m3/d，負(fù)荷率147.24%，Qmin為1.51萬m3/d，負(fù)荷率37.65%。2019 年Q平為4.29 萬m3/d，負(fù)荷率107.35%，其中Qmax為5.75 萬m3/d，負(fù)荷率為143.75%，Qmin為2.76萬m3/d，負(fù)荷率為69.06%。2020年（1～4月）Q平為3.7萬m3/d，負(fù)荷率為92.64%，Qmax為4.48萬m3/d，負(fù)荷率為119.76%，Qmin為2.95萬m3/d，負(fù)荷率為73.72%。污水廠水量不穩(wěn)定，波動(dòng)較大，其中負(fù)荷超標(biāo)現(xiàn)象主要集中4～9 月，此時(shí)正值斗門區(qū)降雨集中期，分析污水廠進(jìn)水量與降雨量顯示出較為明顯的相關(guān)性。

2.2 污水廠進(jìn)水濃度

根據(jù)前期污水廠運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，2018～2021 年進(jìn)廠BOD5濃度分別為12.9 mg/L、21.7 mg/L、31.9 mg/L、50.5 mg/L，呈上升趨勢(shì)，但全年平均進(jìn)廠BOD5始終保持較低水平，且與政府要求的目標(biāo)差距較大。通過數(shù)據(jù)分析，進(jìn)水BOD5濃度與進(jìn)廠水量變化幅度較大，日進(jìn)水BOD5濃度最高為71 mg/L，最低僅1.8 mg/L。通過比對(duì)2019 年逐日降雨數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，降雨量高的時(shí)段，進(jìn)水BOD5濃度明顯偏低，且日處理水量明顯上升，污水廠進(jìn)水BOD與降雨量關(guān)系如圖1所示。

3 現(xiàn)有污水管網(wǎng)病害分析

根據(jù)末端污水廠的進(jìn)水水量和水質(zhì)，分析現(xiàn)有污水管網(wǎng)存在外水入侵、污水外滲等比較大的病害問題。為此，政府在2019～2020 年開展了排水管網(wǎng)清淤檢測(cè)工作，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查和前期排水管網(wǎng)清淤檢測(cè)成果資料，經(jīng)分析對(duì)現(xiàn)有污水管網(wǎng)病害分為3類：管網(wǎng)缺陷病害、雨污錯(cuò)混接病害和管網(wǎng)斷頭病害。

3.1 管網(wǎng)缺陷病害分析

依據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道檢測(cè)與評(píng)估技術(shù)規(guī)程：CJJ 181—2012》［1］，將管網(wǎng)清淤檢測(cè)結(jié)果判定為結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷兩大類，并根據(jù)缺陷程度進(jìn)行缺陷等級(jí)分類。經(jīng)統(tǒng)計(jì)管道結(jié)構(gòu)性缺陷為3 332 處，平均32.0 處/km；功能性缺陷為515 處，平均4.9 處/km，對(duì)管網(wǎng)缺陷病害分析如下：

3.1.1 管網(wǎng)結(jié)構(gòu)性缺陷病害

對(duì)管道結(jié)構(gòu)性缺陷病害進(jìn)行分析，主要為管道破裂、變形、錯(cuò)口、起伏和滲漏，5類缺陷病害累積所占缺陷病害為79.8%。管道結(jié)構(gòu)性缺陷病害統(tǒng)計(jì)及比例如圖2所示。

圖2 管道結(jié)構(gòu)性缺陷統(tǒng)計(jì)及比例Fig.2 Statistics and Proportion of Structural Defects in Pipelines

管道結(jié)構(gòu)性缺陷分析，管道變形和破裂病害，分析與管道材質(zhì)有關(guān)，其環(huán)剛度不足抵抗外部土壓力導(dǎo)致管道變形；管道錯(cuò)口、起伏和滲漏病害，分析管道建設(shè)過程中，管道與道路軟基處理未考慮充分，所在地區(qū)淤泥軟土層較厚，長(zhǎng)時(shí)間的不均勻沉降，導(dǎo)致管道受力不均而引起病害，加上濱海地區(qū)較高地下水位，地下水滲漏十分嚴(yán)重［2］。

3.1.2 管網(wǎng)功能性缺陷病害

對(duì)管道功能性缺陷病害進(jìn)行分析，主要為障礙物和結(jié)垢，兩類缺陷病害累計(jì)所占缺陷病害為82.7%，管道功能性缺陷病害統(tǒng)計(jì)及比例如圖3所示。

圖3 管道功能性缺陷統(tǒng)計(jì)及比例Fig.3 Statistics and Proportion of Functional Defects in Pipelines

管道功能性缺陷分析，障礙物和結(jié)垢比重很大，分析外物進(jìn)入管道較多，管道缺乏養(yǎng)護(hù)和疏通。

3.2 管網(wǎng)雨、污錯(cuò)混接病害分析

工程范圍內(nèi)雨水和污水管道錯(cuò)接病害共計(jì)193處，其中雨水管道錯(cuò)接入污水管網(wǎng)有60處，污水管道錯(cuò)接入雨水管網(wǎng)有133 處，管網(wǎng)雨、污錯(cuò)混接病害統(tǒng)計(jì)如圖4所示。

圖4 管網(wǎng)雨、污錯(cuò)混接病害統(tǒng)計(jì)Fig.4 Statistical for Mixed Connection of Rainwater and Sewage in Pipeline Network

管網(wǎng)雨、污錯(cuò)混接情況較普遍，主要混接點(diǎn)位于居住小區(qū)道路等合流區(qū)域，且多為D300接駁管。

3.3 管網(wǎng)斷頭病害分析

工程范圍內(nèi)管網(wǎng)斷頭病害共有5 處，主要為未與主干管連通和斷頭檢查井，管網(wǎng)斷頭病害統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 管網(wǎng)斷頭病害統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistical of Pipe Network Broken End Diseases

4 污水管網(wǎng)提質(zhì)增效工程方案

4.1 治理目標(biāo)

依據(jù)區(qū)域規(guī)劃和政府頒布的政策文件，本工程作為片區(qū)污水系統(tǒng)提質(zhì)增效的關(guān)鍵工程之一，其治理目標(biāo)如下。

⑴城市生活污水集中收集率不低于65%，末端污水廠進(jìn)水BOD5平均濃度不低于70 mg/L。

⑵現(xiàn)有污水管網(wǎng)系統(tǒng)病害得到有效治理，污水不外溢，同時(shí)杜絕外水滲入。

4.2 管網(wǎng)缺陷病害治理方案

考慮工程投資和經(jīng)濟(jì)性，工程重點(diǎn)解決引起現(xiàn)有污水系統(tǒng)內(nèi)水外滲、外水入侵的結(jié)構(gòu)性缺陷病害；對(duì)普遍性存在的因地質(zhì)沉降而引起的管網(wǎng)倒坡、逆坡等問題，不納入工程的治理范圍。

4.2.1 結(jié)構(gòu)性缺陷病害修復(fù)方案

對(duì)于破裂（4級(jí)）、變形及起伏（3、4級(jí)）結(jié)構(gòu)性缺陷不適用于非開挖修復(fù)工藝，多采用開挖更新法（原位換管）進(jìn)行處理；當(dāng)管道埋深較深或不具備開挖條件時(shí)采用頂管或拖拉管改線新建管道。腐蝕（3級(jí)）、滲漏（3、4級(jí)）結(jié)構(gòu)性缺陷所在管段病害較為嚴(yán)重，經(jīng)方案比選后采取整體紫外線光固化發(fā)進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于導(dǎo)致管道滲水的1、2 級(jí)結(jié)構(gòu)性缺陷，考慮到到后續(xù)會(huì)惡化為較為嚴(yán)重的病害，擬采用局部樹脂固化法進(jìn)行修復(fù)。

當(dāng)管段上病害較為集中（≥5 個(gè)病害）時(shí)整段修復(fù)管道以代替過多局部修復(fù)，提高修復(fù)質(zhì)量。結(jié)構(gòu)性缺陷病害修復(fù)方案如表2所示。

表2 結(jié)構(gòu)性缺陷病害修復(fù)方案Tab.2 Repair Plan for Structural Defects

4.2.2 功能性缺陷病害修復(fù)方案

1、2級(jí)功能性缺陷相對(duì)較為輕微，工程暫不考慮處理，建議由管養(yǎng)單位在管養(yǎng)過程中進(jìn)行處理。3、4級(jí)缺陷問題較為嚴(yán)重，工程考慮對(duì)管道內(nèi)3、4級(jí)殘墻、壩根和障礙物等功能性缺陷采用非開挖修復(fù)技術(shù)處理，具體為人工清淤、高壓沖洗、人工鑿打清除障礙物，必要時(shí)可開挖豎井；對(duì)管道內(nèi)3、4級(jí)樹根，先清除樹根后，后局部修復(fù)。功能性性缺陷病害修復(fù)方案如表3所示。

表3 功能性性缺陷病害修復(fù)方案Tab.3 Repair Plan for Functional Defects

4.3 管道錯(cuò)混接和斷頭病害治理方案

4.3.1 管道錯(cuò)混接病害治理方案

對(duì)于雨、污水管道錯(cuò)混接病害治理，工程采用開挖修復(fù)方案，即新建污水管或雨水管，將錯(cuò)混接點(diǎn)分流改造；對(duì)于上游合流制管道難以分流改造的，采用新建截污井進(jìn)行改造。

4.3.2 管網(wǎng)斷頭病害治理方案

管道斷頭病害治理，工程采用開挖修復(fù)方案，即新建污水管道，確保斷頭管與主管道連通。

5 工程設(shè)計(jì)及投資

根據(jù)病害治理方案，工程病害治理主要采用開挖修復(fù)工藝和非開挖修復(fù)工藝。

5.1 開挖修復(fù)工藝設(shè)計(jì)

開挖修復(fù)工藝：①管道埋深小于2.5 m，且周邊地勢(shì)開闊，采用放坡開挖；②管道埋深大于2.5 m，或埋深小于2.5 m，且周邊有其他建筑物等無放坡開挖條件的，采用鋼板樁支護(hù)開挖；③管道埋深大于5.5 m，或穿越重要道路、河渠時(shí)，采用鋼混組合頂管施工工藝；④作業(yè)空間受限，開挖和頂管不適用時(shí)采用拖管施工工藝。

5.2 非開挖修復(fù)工藝設(shè)計(jì)

管道非開挖修復(fù)技術(shù)因具有對(duì)環(huán)境影響小、施工周期短、不影響交通、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)，在管道更新工程中得到快速發(fā)展［3］。依據(jù)《城鎮(zhèn)排水管道非開挖修復(fù)更新工程技術(shù)規(guī)程：CJJ/T 210—2014》［4］，本工程推薦非開挖修復(fù)工藝包括：①管道預(yù)處理，包括管道封堵、上下游導(dǎo)排、管道清淤?zèng)_洗、通風(fēng)和檢測(cè)；②管道局部修復(fù)，采用樹脂固化法修復(fù)；③管道整體修復(fù)，當(dāng)管段上病害較為集中（≥5 個(gè)病害）時(shí)采用紫外線光固化法修復(fù)；④清障，對(duì)管道內(nèi)3、4 級(jí)功能性缺陷采用清障。管道修復(fù)前、后效果如圖5所示。

圖5 管道修復(fù)前、后效果Fig.5 Pre and Post Pipeline Repair Renderings

5.3 主要工程量

①開挖修復(fù)（缺陷點(diǎn)病害修復(fù)），D200-D1000，共計(jì)7 658 m；②開挖修復(fù)（錯(cuò)混接點(diǎn)修復(fù)），D200-D800，共計(jì)804 m；③開挖修復(fù)（斷頭點(diǎn)修復(fù)），D300-D800，共計(jì)328 m；④非開挖局部修復(fù)，D200-D1000，1 255 環(huán)；⑤非開挖整體修復(fù)，D200-D1000，1 556 m；⑥清障修復(fù)，共計(jì)134處。

5.4 工程投資

根據(jù)政府預(yù)算審核結(jié)果，按2022年第4期《珠海工程造價(jià)信息》公布的材料價(jià)，工程建安費(fèi)為10 569.28萬元。其中1 類-開挖修復(fù)為8 769.61 萬元，占總投資82.97%；2 類-非開挖修復(fù)為1 799.67 萬元，占總投資17.03%。工程投資表如圖6所示。

圖6 工程投資Fig.6 Engineering Investment

6 結(jié)語

珠海斗門作為西江下游濱海城市，轄區(qū)內(nèi)有大量外水進(jìn)入污水管網(wǎng)系統(tǒng)導(dǎo)致污水處理效能較低，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)查和前期排水管網(wǎng)清淤檢測(cè)成果資料，工程對(duì)范圍內(nèi)的現(xiàn)有污水管網(wǎng)病害進(jìn)行梳理分析，針對(duì)具體病害問題，工程給出開挖修復(fù)、非開挖修復(fù)等多種方案措施。目前該工程正在施工建設(shè)中，2022年末端污水廠進(jìn)水BOD5平均濃度為62.1 mg/L，較2021 年提高了23%，從而逐步實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)有污水管網(wǎng)系統(tǒng)的提質(zhì)增效目標(biāo)。