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海绵城市理念下高密度城区污水提质增效策略研究

北极星水处理网  来源:给水排水  作者:关天胜  2019/12/27 9:41:26  我要投稿  

北极星水处理网讯:导读:污水提质增效海绵城市建设的重要组成部分。以高密度城区为研究对象,分析污水系统效能现状和存在问题,借鉴国际及国内城市污水提质增效成功经验,结合海绵城市建设要求,提出高密度城区污水系统完善、排水管网排查、雨污分流改造和合流制暗涵整治等方面策略,以期对高密度城区污水提质增效有一定的指导意义。

0 引言

当前,我国城镇污水收集处理系统普遍存在质量不高、效能偏低等突出问题,具体有城市地表水体长期黑臭和部分城镇污水处理厂进水浓度长期偏低等外部表征。2019年5月,住房和城乡建设部、生态环境部、发展改革委联合发布《关于印发城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019-2021年)的通知》,科学把握城镇污水收集处理基础设施发展的规律性和时代发展需求,明确要求加快补齐城镇污水收集和处理设施短板,尽快实现污水管网全覆盖、全收集、全处理,加强生态环境保护、打好污染防治攻坚战、提质增效污水系统能力已经提升到国家战略高度层面。

另一方面,高密度城区一般是城市中的各种空间、环境和人员等要素最密集、最复杂的区域,对城市水环境和城市排水管网系统要求高,但也是存在合流、混接区域的部分污水直排,阳台清洗、沿街商铺的部分污水直排,以及一些小作坊污水的无序排放等问题,存在末端截流引起雨水、污水、倒灌海水、地下水大量截流到污水处理厂,造成污水处理厂进水污染物浓度偏低、处理压力大,沿线污水管道“满管流”等问题。

因此,在新形势下,无论从国家政策层面,还是高密度城区自身的发展需求,都必须要坚持系统化思维与规律性把握并重,坚持污水治理和生态供给并行,坚持提质增效和能力建设并举,结合高密度城区城市规划建设情况、海绵城市建设要求和污水系统存在实际问题,保障污水处理的“提质增效”。本文以厦门市高密度城区思明区为例,剖析城市水环境和污水系统存在问题的基础上,借鉴国内外其他城市经验,结合海绵城市建设要求,提出高密度城区污水提质增效的实施策略。

1研究对象概况

思明区是厦门市的经济、政治、文化、金融中心,主导功能包括高端服务、金融商务、文化、旅游会展等,三面临海,与小金门诸岛和漳州大陆隔海相望,城市内有鼓浪屿-万石山国家风景名胜区、筼筜湖公园、环岛路带状公园、仙岳山-狐尾山山体公园等富有吸引力的旅游景点,自然资源景观特征显著,生态格局表现为城在海上,海在城中,山海之城。

思明区城市化水平高,人均GDP达中等发达国家水平,第三产业成为支柱产业,主要经济发展指标位列厦漳泉地区甚至全省前列,主要民生经济数据在厦漳泉13区排名第一。城市建成区面积约为55 km²,常住人口约105万人,常住人口集中在西部地区,中山路、厦港老城片区、厦禾路及莲前路两侧区域人口密度较高。人均城市建设用地面积约52 m²,建成区人口密度达1.9万人/km²,城市化建设基本完成。城区中旧城区面积大、建筑密集,旧城环境日渐衰败,公共空间缺乏营造。

2 现状及存在问题

2.1 城市水环境

筼筜湖是思明区重要水体,也是厦门岛内最大的海水湖泊,水域面积为1.37 km²、总有效湖水容量为390.19万m³,周边汇水区面积为37.1 km²。据水质监测显示,2019年1~8月,筼筜湖湖区水体主要超标污染物为无机氮和无机磷,其余监测指标基本符合第四类海水水质标准,具体详见表1。

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思明区的近岸海域水环境存在水体富营养化现象,达到中度至重度等级,海水中主要超标污染要素仍为无机氮和活性磷酸盐。

2.2 供水现状

思明区和湖里区(统称“本岛”)人口和用地规模相近,统一由高殿给水厂供水,日均供水量为58.29万m³/d,约占全市售水量的50%,产销差率1.16,人均综合用水量0.243 m³/(k·d),人均居民生活用水量0.128 m³/(k·d),人均综合生活用水量0.216 m³/(k·d),工业用水比例11.1%。

2.3 排水体制现状

思明区早期的排水体制为雨污合流,1982年编制的厦门筼筜湖排水规划确定筼筜湖北岸采用雨污分流制,筼筜湖南岸从湖西路起至湖中路和老市区一带仍按原有排水体制“合流制”外,其余区域采用雨污分流制具体情况如图1所示。

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为摸底思明区雨污分流情况,选取筼筜湖北岸约0.35 km²的区域进行排水管道排查,采用封堵、抽水、疏通、清淤、CCTV和QV管道潜望镜检测方法,自建筑楼宇室外地面第一口检查井至市级管网排口的管网长度共计9 131 m,雨污水管网混接点超过100个,实际为混流制。

2.4 污水处理厂

思明区现状有2座大型污水处理厂,分别为筼筜污水处理厂和前埔污水处理厂。

(1)筼筜污水处理厂规模为30万m³/d,服务范围为厦门岛西部,总面积为36.99 km²,其中思明区面积为24.9 km²。2014~2018年度进水平均水质指标和日均污水处理量见图2。

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(2)前埔污水处理厂规模20万m³/d,服务范围为本岛整个东部地区,包括西水东调的污水量,北至航空城,南至厦港与厦大,西至江头一带和铁路沿线,东至东海岸线,总服务面积达68.19 km²,其中思明区面积为32.1 km²。2014~2018年度进水平均水质指标和日均水质指标和日均污水处理量见图3。

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2.5 管网系统

筼筜污水处理厂的污水管网系统由3部分组成。其中:一部分来自厦禾路污水泵站13万m³/d,污水主干管径2-DN1 000;一部分来自湖滨北3#污水泵站10.6万m³/d,污水主干管径为2-DN1 000;另一部分来自湖滨南4#污水泵站13.8万m³/d,污水主干管径为DN1 200。

前埔污水处理厂的污水管网系统由3部分组成。其中一部分来自蔡坑泵站15万m³/d和吕岭泵站6.5万m³/d,污水主干管径D1 800;一部分来自浦口泵站8.2万m³/d和前埔泵站2万m³/d,污水主干管径D1 200;另一部分来自黄厝泵站12万m³/d,污水主干管径为DN1 000。

2.6 截流系统

筼筜湖截污工程共历经4期整治,所有入湖的排洪管(沟)已经全部截污,基本实现晴天污水不入湖。建设情况梳理如图4所示。

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厦门全岛(含思明区和湖里区)截流改造涉及排水口共109个,截流点截流的合流制污水约21.66万m³/d,雨水量约40.76万m³/d。

2.7 存在问题分析

(1)筼筜污水处理厂进水污染物浓度逐年降低,前埔污水处理厂进水污染物浓度长期偏低。

2014~2018年的筼筜污水理厂进水污染物浓度数据可以看出,随着周边排水口越来越多通过截流的方式进入筼筜污水处理厂,导致BOD5的进水浓度从2014年的157 mg/L下降到2018年的121 mg/L,表明污水收集系统存在严重问题,导致筼筜污水处理厂的处理效能下降。

前埔污水处理厂服务范围内的城市建成区建设时间较晚,理论上城市排水管道的建设技术和质量都应优于筼筜污水处理厂,但是由于“低价中标”等一系列原因,导致排水管道的建设质量低于早期建设质量。此外,五缘湾大截排、环湾大箱涵、鼻子沟以及湖边水库的环湖截流大箱涵等,施工质量不高、渗水严重等一系列原因也是导致前埔污水处理厂进水BOD5 112 mg/L较低的原因。

(2)前埔污水处理厂和筼筜污水处理厂都存在超负荷运行问题。

近年来,随着片区快速发展和截流污水的大量汇入,前埔污水处理厂和筼筜污水处理厂存在超负荷运行问题,导致截流管道高水位运行,部分截流井污水在晴天时溢流至筼筜湖或海域,对水体和海域环境影响很大。

(3)污水有效收集率偏低。

根据《室外排水设计规范》(GB 50014-2006,2011年版)人均日生活污染物排放量确定为45 g/(人·d),基于2018年前埔污水处理厂和筼筜污水处理厂平均进水污染物浓度、污水处理厂处理量等数据,本岛人口按200万人计划,计算得出本岛污水有效收集率只有63%。

(4)雨污管道混接严重。

筼筜湖流域市政道路混错接点达到278个,其中232个,约83.45%的混接、错接点位于筼筜湖南岸。其中,南12~南17作为主要的混错接区域,按照普查混错点测算,进入排洪沟污水量达到3.5万m³/d,雨季随降雨一同溢流至筼筜湖,未发挥该分流区域污水管网的作用。根据官任社区初步统计结果显示,0.3 km²雨污混接点大概62个(含市政道路和小区内部的雨污水混接),以此测算,思明区城市建设区内的雨污水混接点约为11 700个。

(5)截流系统末端排口存在海水倒灌、溢流严重等问题。

由于截流系统及排海口未建防护措施,高潮期部分排口海水倒灌进入污水系统,外来水入渗截污管网,占据污水空间,加剧溢流;同时存在不同程度的溢流问题,溢流严重区域主要为老旧城区、村庄。

3 案例借鉴

3.1 国外城市经验

19世纪中叶以后,发达国家的一些城市开始建造排水管道系统。经过上百年的建设,发达国家城市普及了排水管道系统,并进行了大量的改善和优化。20世纪后半叶,随着人们对城市非点源污染控制及水环境保护的重视,越来越多的国家和地区提倡将原有合流制排水系统改为分流制,一方面可以解决合流制溢流污染问题,另一方面有助于优化污水处理厂的运行。从20世纪80年代以后,瑞典、美国、德国、日本等国家在很大程度上放弃了“合改分”的思路和做法,发达国家提出了一些新的城市雨洪管理理念,如“低影响开发”(LID)和“绿色雨水基础设施”(GSI)。

3.2 国内城市经验

(1)上海市。

2019年2月,上海市提出了“开展上海市雨污混接综合整治攻坚战的实施意见”,以全力推进雨污混接整治工作,减少雨污混接对水环境的影响,改善水环境质量。工作目标是到2019年底,全面消除建成区分流制地区市政混接,全面完成沿街商户混接、企事业单位混接和其他混接整治,住宅小区雨污混接改造工作完成率超过60%;到2020年底,基本完成建成区分流制地区住宅小区雨污混接改造,健全长效监管机制。

(2)苏州市。

苏州市中心城区于2015年已基本消除黑臭水体,但是仍存在个别河道水质不佳、整体水环境不够稳定的问题。苏州于2016年开展清水工程,对以往中心城区改造难度较大的区域(约占城区总面积10%的污水管网未覆盖区域和合流制管网区域)进行重点攻坚克难,实施截污、分流、清淤,优化活水方案,发扬“苏绣精神”持续开展了一系列精细化控源截污措施。

(3)广州市。

与不少城市类似,广州市以往的治水思路主要采取末端截污、末端补水、环村截污等方式,主要以做工程为主。2016年以来,市委是政府提出推进“3-4-5”治水路线,即,“源头减污,源头截污、源头雨污分流”的“3项原则”,持续推进“4洗清源行动”,坚持“控源、截污、清淤、补水、管理”的5条技术路线。

3.3 可借鉴经验

避开当前城市污水提质增效的需求,不去解决当前污水处理设施建设不平衡不充分的问题,不去偿还“重地上、轻地下”、“重面子、轻里子”的历史欠债,而单独去讲“排水体制”是不科学的,也缺少必要论证。

思明区近期要在认真做好问题排查的前提下(真实地调查清楚)截污水,实现污水全收集、全处理;清污分流,把不是污水的清水分出去,提高污水处理厂进水污染物浓度;赶外水,把不是雨水的外水赶出去,实现合流制管道旱天低水位,雨水管无外水,保证能够把管道淤泥清出来,确保水体下雨不黑;把源头管好,知行合一把雨水径流管控好,减少径流和入管水量和污染物。

4 总体思路与技术路线

思明区属于高密度城区,污水收集和处理系统已基本成型,从污水直排、雨污混接排查与改造等入手,识别主要问题,明确工作重点,结合海绵城市理念和污水提质增效要求,采用“截直排、改混接、治倒灌、堵渗水、削溢流、补空白和规范沿街商业”等手段,明确设施排查、工程建设和改造建设重点及建设时序安排,建立污水处理提质增效长效管理机制。具体技术路线如图5所示。

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5 污水提质增效策略

5.1 污水系统完善

综合考虑到思明区污水量,统筹全岛污水系统布局,本岛北部新建1座污水处理厂,形成东部、西部、北部3个较为均衡的污水格局系统,收水面积分别为56.6 km²,29.2 km²和38.1 km²,新建高崎污水处理厂50万m³/d,扩建前埔污水处理厂至50万m³/d,本岛总处理规模达到130万m³/d。

5.2 排水管网排查

排水管网排查主要目的就是加强管网的建设和改造,逐步消除市政和小区的雨污混接,弥补我市污水工程建设的历史欠债,并且能够切实有效指导下一步的工程建设。

首先,制定清淤计划,组织开展对辖区内排水管渠进行全面清淤,确保排水管渠积泥深度不高于管内径或渠净高度的1/5。其次,以排水口为起点,查清所有排水户污染源;对存在污水的雨水接户管进行水质、水位、水量检测,并录入GIS系统,对合流、混流、分流这3种区域进行划区。再次,采用管道潜望镜(QV)、管道机器人CCTV和声纳等对现状管网进行系统检测,查清结构性与功能性缺陷,列出整改问题清单。

思明区排水管网总长度约为1 600 km(包括市政道路和建筑小区内分雨污水管网)按照排水管网排查综合单价50元/m(含清淤、CCTV和混接排查等费用),投资约8 000万元。

5.3 雨污分流改造

针对思明区雨污分流改造存在的困难和问题,结合海绵城市建设理念,分别从源头(建筑)、过程(收集管网)和城市管理等方面作出具体要求,以期探索出一套符合实际、成效较好的雨污分流改造模式。一是源头应优先利用雨水走地表、污水走地下的方式;二是排水单元宜将合流管作为污水管、新建雨水收集系统;三是市政道路宜将合流管作为雨水管、新建污水收集系统;四是接驳口应由市政园林行政主管部门审批位置、防止产生新的混接。

参照上海市和漳州市雨污分流改造模式,雨污分流改造项目按照5 000万元/km²初步估算,雨污混接点按照360个/km²(官任片区数据),总投资约27.3亿元。

5.4 合流制暗涵整治

由于早期的城市建设,思明区建成区的原河道、排洪渠等逐渐变成暗涵,全部为混流有城市污水,并且暗涵底部存在大量生活和建筑垃圾。筼筜湖和近岸排水口设有总闸,通过总口截污的方式将混流污水截至市政污水系统,然后雨季开闸时,暗涵内的大量污染物将进入下游河道,严重影响筼筜湖和近岸海域水环境。

结合城市排水防涝和生态空间需求,首先进行清污分流,对各河流域实施排污口溯源及缺失管网完善,针对溯源的结果在岸上解决污水进入雨水系统的问题,针对污水管网缺失的位置实施管网完善工程,条件允许时结合城市景观、功能、文化及亲水等需求逐步恢复为生态廊道。

6 结语

高密度建成区人口密度、建筑密度和开发强度均相对较高,是人、水矛盾突出的地方,特别是在早期“重地上轻地下”、“重面子轻里子”的发展观念下,地下排水管线建设长期投入不足,导致城镇污水收集处理设施生活污染物收集效率不高、局部生活污水直排、溢流污染控制不到位等问题,污水处理系统效能大打折扣。因此,高密度建成区应在对城镇污水收集、处理系统进行全面而有重点的排查的基础上,以完善生活污水收集管网为重点,通过系统、综合的措施实现污水处理系统质量和处理效能的提升。


原标题:厦门海绵专栏 |高密度城区污水提质增效怎么做?

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