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关于完善排水管网沿河截污系统建设的思考

北极星水处理网  来源:城市智慧水务  作者:解铭  2021/1/18 14:47:17  我要投稿  

北极星水处理网讯:沿河截污系统是消除黑臭水体、排水系统提质增效及提高城市排涝能力的根本,但在实际的沿河截污系统建设中,存在截污管道管径、截流倍数、截流方式、河道敷设管道、排口倒灌及管道破损等方面的问题,造成河水倒灌、污水溢流及城市内涝等方面的问题。本文以我国四个城市沿河截污系统为例,总结现状沿河截污系统建设中存在的问题,并针对这些问题提出了解决方案,为沿河截污系统建设提供参考,争取建好“距河最后一米”的截污系统。

01 |现状沿河截污系统存在问题

· 城市一

城市一是江西省中心城市之一,紧邻长江,也是长江大保护试点城市之一。该城市中心城区有两条主要河道,现状中心城区大部分的污水均经沿河截污管道收集后排入污水处理厂。由于沿河截污系统建设不完善,大量污水溢流进入河道A、河道B,经评估两条河道均为黑臭水体。河道A、河道B的沿河截污系统主要存在以下4个问题。

图1 城市一沿河截污系统

(1)沿河截污措施空白:由于沿河截污措施空白导致污水排入水体的情况主要有以下2个方面:1)上游雨污水管道混接,污水通过雨水排口,排入水体;2)市政污水管道及沿河住户污水非法直接排入到河道。如图2所示。

图2沿河截污措施空白导致污水入河

(2)截流方式不合理:合流箱涵沿河截流方式不合理,导致污水溢流进入水体。截流方式不合理主要体现在以下3个方面:1)未设防堵措施,合流污水进入截流井的进水口堵塞,合流污水直接翻越截流井,进入水体;2)当沿河截污管道上游来水量大时,截污管道超负荷运行,截污管道内的污水通过截流井进水口溢流,进入水体;3)当水体水位上升时,河水通过排口倒灌进入截流井中,导致大量河水进入截污主管。如图3所示。

图3沿河截污措施空白导致污水入河

(3)井室渗漏:沿河截污管道在河道中设置了检查井,检查井由于腐蚀或人为破损,合流管道中的污水直接渗漏进入水体。

(4)管道设置于河道中:沿河截污管道敷设于河道中,检查井采用压力井盖进行密封。但是随着管道破损、井盖腐蚀,当河水水位较高时,河道倒灌进入截污管道中。

· 城市二

城市二是陕西省中心城市之一,其城区内现状管道主要为合流管道。咸阳湖修建之前,中心城区内的雨、污水通过合流管道收集后经排口直排渭河。2005年沿渭河修建景观湖时,为了保证景观湖的水质,将接入景观湖的17个排口(6#~22#排口)封堵,统一截流至景观湖下游,通过阀门井集中排入渭河。如图4所示。

图4城市二沿河截污系统

城市二沿河采用“大截排”的截污方式,造成城市二中心城区出现了以下问题:

(1)排水系统下游截流管径偏小,即便日常用水高峰期,管道也常处于满管状态。当遭遇暴雨时,雨污水量大,污水处理厂关闭系统,拒绝来水,引起上游截污管道溢流,城区积水因排水管道满负荷而无处排泄,引发内涝。

(2)截流井闸门长期承压,极易出现渗漏,晴天时,仍会有大量污水直排渭河,造成水体污染。

图5城市二沿河截污系统

(3)由于下游截流干管排水能力不足,降雨时,为缓解城市内涝,将闸门打开,溢流污染严重,造成下游水体黑臭。

· 城市三

城市三是华东地区省会城市之一,水系丰富。河道C是城区的雨污水排放通道之一,水质严重恶化,为解决水环境污染问题,在河道C两岸新建3×2m~7×3.2m截污箱涵将两岸污水截留。新建截污箱涵分为污水槽、雨水箱涵。晴天时,污水槽收纳污水后通过沿线的污水提升泵站将污水打入污水处理厂处理;大雨或暴雨时,雨污混流水从污水槽溢流至雨水槽,最终通过末端排口进入下游。如图6所示。

图6 城市三河道C沿岸截污系统

城市三沿河采用“大截排”的截污方式,造成水体C出现以下3方面问题:

(1)采用此类“大截排”的方式,河道C上游无雨污水排入,但下游有集中的雨污水排口,排放的污染物负荷远超水体的水环境容量,造成下游水体黑臭。

(2)此类截流方式造成大雨期间内涝雨水无法及时排除,引起城市内涝。

(3)此类截流方式与城市二截流方式类似,并未真正解决溢流污染问题,只是临时转移了污染,当污水超过污水处理厂的处理量时,污水发生溢流,最终进入水体。

· 城市四

城市四是山东省中心城市之一,水系丰富,是国家黑臭水体试点城市之一,其老城区为合流制排水系统。河道D是城市四老城区的主要的雨污水排放通道,受污水溢流污染影响,水体严重黑臭。现状河道D沿河单侧设置了DN1200截污管道,未设置截污主管道一侧污水通过过河管道与截污主管相连。造成城市四河道D黑臭,沿河截污主要存在以下4个方面问题。

(1)沿河截污系统无雨水截流能力。河道D沿河截污主管从上游至下游管径均为DN1200。晴天时,该主管已是满管运行,局部点已进行溢流,雨天时,无任何雨水截流能力,大量合流污水进水河道D。

(2)截污主管上开设溢流口。如图7所示,河道D沿河截污主管并未设置截流井,而是将所有合流管道来水全都收集到沿河截污主管中,通过截污主管检查井开孔进行溢流。

图7城市四沿河道D截污系统

(3)河道中检查井溢流。沿河截污主管及截污支管多次跨河,河道中设置敞口检查井。晴天时,截污系统中的污水直接溢流进入河道,雨天时,河道倒灌进入截污系统。

(4)沿河截污管道破损。河道D沿河截污管道破损严重,河道水位低时,管道内的污水通过管道破损处进入水体。河道水位高时,河道内的河水通过管道破损处进入管道。

02 |问题总结

上述城市除了小部分区域未设置沿河截污系统,其他均设置了沿河截污系统,然而截污系统建设不合理,并未充分发挥其截污功能。“距河最后一米”的截污系统建设问题主要存在以下方面:

(1)沿河截污管道管径设计不合理。对服务范围内需截流的水量未充分考虑,沿河截污主管过流能力不能满足截流水量需求。晴天时,截污主管已高水位运行,雨天更是无任何雨水截流能力,合流污水及管道内的沉积物受冲刷直接排入水体。

(2)沿河截污系统截流倍数设置不合理。截污主管截流倍数偏低或偏高,截流支点截流倍数与主管截流倍数不匹配。1)沿河截污系统截流倍数偏低时,小雨时,合流污水便溢流进入水体。沿河截污系统截流倍数偏高时,大量雨水被截流进入污水处理厂,增加污水处理厂的处理负荷,且进水浓度降低。2)截污主管截流倍数与支管截流倍数不匹配,当支管截流倍数大于主管截流倍数时,支管向主管输送的水量超过主管的过流能力,造成截污主管溢流。

图8支管与主管截流倍数不匹配

(3)截流方式设置不合理。对截流水量的控制便无法实现。1)截污主管上设置截流井或截流井之间串联导致各截流井之间截流水量相混,截流水量无法控制,截流井易溢流。2)截流井建设不规范,如固定堰截流井堰高设置偏高或偏低,截流井未设置截污支管或雨水排放口,可调堰式截流井堰高控制变量不合理等,导致截流水量不合理,造成溢流或城市内涝。

(4)沿河截污管道敷设于河道中,并在河道中设置了检查井。检查井敞口、检查井盖密封不严及检查井与管道连接不当都会造成污水外溢或河水倒灌。

(5)任何沿河开设的排口都存在河水倒灌风险。排口未设置防倒灌措施,河道水位上升时,造成河水倒灌截污管道,导致截污管道水量增大,最终导致截污主管溢流。

(6)沿河截污管道破损或检查井破损。管道或检查井破损会导致污水外溢或者河水倒灌。

03 |沿河截污系统建设原则

对于沿河截污系统建设应给予足够的重视,不可作为一般排水系统进行建设。沿河截污系统是一个完整排水系统与河水交换的唯一窗口,沿河截污系统的建设是解决黑臭水体、提质增效及城市内涝等问题的关键环节,应按照以下原则进行建设:

(1)沿河截污系统建设应摸清本底,掌握需要截流的污水量及雨水量。根据水体水环境容量、降雨特征及现状截污系统情况合理设置截流倍数。

(2)截流井应独立可控,截流井的排口出水口、截污管道出水口应可控,出水口应设置防倒灌措施,防止河水、截污主管污水倒灌进入截流井,造成河水与污水的交换。

(3)截流井的截流倍数宜于截污主管截流倍数保持一致,不应超过截污主管的截流倍数,若截流倍数需超过截污主管,应建设调蓄缓冲设施。截流井中,应设置防堵设施。

(4)沿河截污主管道应与河道蓝线保持一定距离,通过距离降低河水与截污管道内污水交换的风险。

(5)截污管道应减少过河次数,若需过河,应设置集中过河。过河管道应采用高质量管道,保证管道的密封性,过河管道在河道中不应设置检查井。

04 |建设方案

(1)截流形式:对于合流制系统,截流井应设在合流管道上。截流井宜采用可调形式,可根据多次来水水质、水量调试出适合排水系统的堰高,兼顾截污及排涝的功能。根据截流井截流流量及沿河截污主管截流流量差值,设置缓冲调蓄设施,缓冲截流水量对截污主管网的冲击。缓冲调蓄设施可分散布置,也可集中布置。如图9所示。

图9沿河截污系统布置图

(2)截流水量:沿河截污系统截流水量与地区降雨特征、水体水环境容量及排水系统特征相关。截流水量首先应根据水体水环境容量进行确定,溢流污染物量不应超过水体的承载能力。截流水量可通过排水系统实验、历史数据分析及模型分析得到。截流井前截流的水量确定后,应分析沿河截污系统能否承载这部分水量,需从管道过流能力、污水处理厂接纳能力等方面进行考虑。超出截污主管流量或污水处理厂进水流量时,应进行缓冲调蓄。如图10所示。

表1截流水量计算

图10截流水量示意图

(3)管道线位:沿河截污管道不宜距河较近,与河道蓝线要保持一定间距。河道两侧设置截污,不宜单侧截污,对岸合流支管过河与截污主管相连,应设置集中过河。如图11所示。

图11沿河截污主管管位示意图

05 |结论

(1)沿河截污系统与黑臭水体、排水系统提质增效及城市排涝密切相关,沿河截污系统应能够实现“提高污染物收集率,降低污染物溢流,保障雨水排放通道”的目标,建好“距河最后一米”的截污系统是完善排水系统的关键环节。

(2)沿河截污系统建设不应为了增加污水收集量,采用“大截排”系统,不应为了增加排涝能力,在截污主管道设置排口。沿河截污系统应兼顾截污及排涝的功能。

(3)沿河截污系统应与城市智慧水务平台衔接,通过平台调度,确定符合排水系统实际情况的截流倍数,训练出适合地区排水系统的沿河截污系统调度模式。

作者简介:解铭(1993~),男,硕士,就职于中国城市规划设计院上海分院,主要从事水环境综合治理研究。

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