对截流式综合排水体制的再思考
1 截流式综合排水体制提出背景的回顾
近年来, 虽然城市点源污染逐步得到控制, 但由于雨污混接现象以及径流雨水对城市水体带来的污染在短期内难以得到有效的解决, 导致面源污染问题仍较为突出且日益严重, 城市河湖水系的黑臭问题依旧严峻。
在这个大背景下, 分流制建设在短时间内全面完成是理想化的目标。为此, 2012年我们结合第一轮城市水环境提升工作, 提出“大分流、小截流”[1]的理念。在坚定不移坚持分流制排水体制的前提下, 对其进行优化, 提出截流式综合排水体制, 即力争逐步完善、全面覆盖分流制, 同时沿河设置雨水截流管解决雨污混接现象以及径流雨水对城市水体带来的污染问题[2]。
2 截流式综合排水体制在实际应用中遇到的问题
截流式综合排水体制的提出在当时的背景下具有重要的意义, 它完善并优化了分流制排水体制, 具有良好的应用灵活性和经济技术可行性, 为规划、建设、管理部门因地制宜选择排水体制提供了理论依据。
但通过近几年的推广应用, 我们发现截流式综合排水体制也是某种意义上的理想化, 它虽然能够应对雨污混接的问题, 截流进入雨水管网的污水, 同时截流初期雨水, 但忽略了清水 (地下水) “入侵”以及城市水体水位抬升带来的河 (湖) 水倒灌现象, 造成截流工程实施后: (1) 城市污水处理厂进水水质逐年下降, 严重影响城市污水集中处理率的有效提升; (2) 沿水体的截流干管系统频繁溢流, 严重污染城市水体。究其原因, 主要有以下4方面:
(1) 通常情况下雨水管道接口不要求做密闭性检测, 加之国内各城市对破损雨污水管道的排查修复工作远远滞后于管网建设及改造工作, 因此在地下水水源充足或者水位高的地区, 地下水通过雨水管接口或者破损的雨污水管进入截流管道的现象普遍存在, 难以杜绝。
(2) 沿城市水体敷设的截流干管其管底高程都比较低, 加之溢流口常采用鸭嘴阀或拍门作为防倒灌措施, 当水体水位高于溢流口且出口有淤堵时, 极易发生河 (湖) 水倒灌进入截流干管的现象。
(3) 南方城市的地下水位普遍较高, 这些城市中的高层建筑、地铁站点建设时的基坑开挖工作, 都需要实施井点降水工艺, 通过雨水管网外排大量的清水 (地下水) 。据调查, 福州市某工程建设1万m2的两层地下室, 工期内每天向市政雨水管网排出约2.4万m3的清水;这无形中造成了短时间内清水大量进入截流管道。
根据截流式综合排水体制的规定, 截流干管系统最终是接入城市污水管网系统, 由于上述原因进入截流干管系统的清水 (地下水) 及河 (湖) 水, 最终导致污水厂进水水质逐年下降。
以福州市为例, 江北城区自2013年各水系截流干管系统建成并陆续投入使用后, 服务该城区的洋里及祥坂两座污水处理厂的进水水质开始出现逐年下降趋势 (见图1) 。
国内其他城市也存在相似的情况, 例如:广州顺德区由于地下水渗漏及河水倒灌, 某截污干管的COD为52~192 mg/L, 低于区域中生活污水水质 (均值228mg/L) [3];湖南张家界市的截流干管沿河敷设, 当河水水位高于截流干管标高时, 污水处理厂进水COD日均浓度仅为118mg/L, 反之则为134mg/L[4]。
(4) 由于清水 (地下水) “入侵”及河 (湖) 水倒灌进入截流干管系统, 截流管有效容量锐减, 导致截流干管系统雨天时溢流频率增加, 初期雨水无法得到有效截流, 面源污染更无法得到有效控制, 超出设计预期的溢流最终造成受纳水体的严重污染。
图2所示为采用2011年连续降雨数据 (降雨天数88天) , 利用模型模拟福州市鹤林片区凤坂一支河下游18个排水口的溢流情况。从图中可以看出, 88天的降雨天数中, 18个排口的溢流频次达到25~80次。
表1为一些发达国家和地区针对截流系统的允许溢流次数。对比可知, 凤坂一支河截流系统的溢流情况较为严重;“一降雨就溢流”的现象导致凤坂一支河下游水质仅为劣V类。
3 对截流式综合排水体制的再思考
针对截流式综合排水体制在推广应用中遇到的上述问题, 我们认为根据我国当前的实际情况, 应当同步考虑解决雨污混接、清水 (地下水) “入侵”及河 (湖) 水倒灌问题, 将集中处理与分散处理相结合, 对截流式综合排水体制进一步优化和完善, 从而应对截流干管系统清污不分、溢流频发的问题。
鉴于清水 (地下水) “入侵”及河 (湖) 水倒灌对城市污水处理厂及城市水体带来的负面影响, 切断“清水搬家”让截流干管系统自成体系是关键。
即建立区别于常规城市雨污水系统的第三独立系统———截流干管处理系统, 通过“截流干管→调蓄池→小型污水处理站→排入城市水体”的截流污水收集处理流程, 形成局部小循环的分散处理, 既消除了对污水处理厂运行的影响, 又起到了城市水体水源补给与活水的双重作用, 具体流程示意见图3。其中, 小型污水处理站的设置应当预留一定用地, 而其工艺应综合溢流水质、受纳水体的情况以及经济因素进行选取。
此外, 在优化截流式综合排水体制的同时, 严格按照《城市黑臭水体整治———排水口、管道、检查井治理技术指南 (试行) 》要求, 加强排口与管网的排查与修复工作, 同时, 结合海绵城市建设低影响开发设施削减面源污染物排放量也是必不可少的举措。
4 结论
近几年的实践证明, 截流式综合排水体制有效解决了雨污水混接的问题, 但忽略了清水 (地下水) “入侵”及河 (湖) 水倒灌的现象, 由此导致城市污水处理厂进水水质下降、截流干管系统频繁溢流污染水体。
通过建立区别于常规城市雨污水系统的第三独立系统———截流干管处理系统, 对截流式综合排水体制做进一步优化, 即通过截流干管→调蓄池→小型污水处理站→排入城市水体的截流污水收集处理流程, 形成局部小循环的分散处理, 既实现了城市污水集中与分散处理相结合, 又一定程度满足了城市水体的水源补给与活水, 对新时期的黑臭水体治理工作具有全新的指导意义。
[1]https://mp.weixin.qq.com/s/w3nqo5e7tf0VooWbq928VA
[2]高学珑.截流式综合排水体制的提出与应用可行性分析.给水排水, 2013, 39 (5) :45~49
[3]王满.城市排水系统对污水厂进水主要污染物浓度的影响研究:[学位论文].广州:广东工业大学, 2012
[4]樊玲凤, 胡家忠, 欧亮.城市污水处理厂进水浓度偏低原因分析及对策研究.环境科学与管理, 2016, 41 (3) :132~135
[5]Montserrat A, Bosch LI, Kiser M A, et al.Using data from monitoring combined sewer overflows to assess, improve, and maintain combined sewer systems.Science of the Total Environment, 2015, (505) :1053~1061