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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。
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。
(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。
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。
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。
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。
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