純水設(shè)備解讀：污水管網(wǎng)高水位運行的原因和嚴重后果剖析
1項目概況
1.1項目背景
2015年4月，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計劃》要求直轄市、省會鄉(xiāng)村、計劃單列市建成區(qū)要于2017年底前基本消除黑臭水體；2020年，地級及以上鄉(xiāng)村建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)。
2016年4月，為了實現(xiàn)《水污染防治行動計劃》考核目標，海口市啟動了轄區(qū)內(nèi)鴨尾溪等32個水體水環(huán)境治理工程，通過引用社會資本，采用PPP模式進行建設(shè)，并長效運營15年，本公司承擔了鴨尾溪、白沙河、海甸溝等11個水體治理的勘察設(shè)計工作。
1.2水系概況
鴨尾溪、白沙河、海甸溝均位于海甸島，鴨尾溪呈東西走向，西接海甸溝，底坡0.72‰，河長約2.3km河寬30100m集水面積約2.32km2白沙河是鴨尾溪右岸支流，河長約1km平均河寬約30m集水面積約0.73km2屬于斷頭河道；海甸溝河寬1520m底坡0.10‰，長3.2km集水面積3.21km2東起人民大道與鴨尾溪相連，西沿海甸五西路轉(zhuǎn)南入海甸溪。
鴨尾溪、白沙河、海甸溝等水體均屬于感潮河道，受潮汐影響，河口有擋潮閘，擋潮閘一般常開，上海純水設(shè)備僅在極高潮位或排澇時才關(guān)閉。根據(jù)海口站19742015年潮位資料統(tǒng)計，多年平均潮位0.73m85高程m下同）多年平均最高潮位為2.14m多年平均最低潮位為-0.68m海甸島內(nèi)自然水系見圖1
1.3鄉(xiāng)村排水系統(tǒng)概況
海口市屬于濱海鄉(xiāng)村，地勢南高北低，城區(qū)分成3個各自獨立的排水區(qū)域，分別是中心組團（118.37km2長流組團以及江東組團，污水分別排入白沙門污水處置廠（50萬m3/d長流污水處置廠和江東污水處置廠處理。
主城區(qū)的污廢水經(jīng)海甸泵站提升后排入海甸島，新埠島內(nèi)的污廢水經(jīng)新埠島泵站提升后排入海甸島，污水處置廠尾水經(jīng)深海排放管排入瓊州海峽，污水處置廠未設(shè)置逾越管。海口市中心組團污水系統(tǒng)示意圖見圖2
1.4海甸島截污工程概況
20世紀90年代，海甸島開發(fā)建設(shè)過程中，按雨污分流的排水體制，沿市政道路建設(shè)了雨水管和污水管，污水收集后排入位于海甸島北部的污水處置廠集中處理。2010年以來，為了進一步完善海甸島污水管網(wǎng)，海口市先后組織實施了鴨尾溪～白沙河污水截流并網(wǎng)工程》海甸島白沙河水體整治（一期）河道明渠工程》海甸溝污水截流工程》海達路萬恒路污水截流工程》
經(jīng)查閱相關(guān)資料，鴨尾溪～白沙河～海甸溝沿岸有20處截流式截污工程，其中鴨尾溪7處，白沙河5處，海甸溝8處，均采用末端截流的方式，入河排污口末端設(shè)置槽式截流井或堰式截流井，將旱季污水及小雨徑流就近截入附近污水管網(wǎng)，當降雨規(guī)模增大逾越截流管過流能力時，雨污水經(jīng)截流井溢流管排入河道。截流井溢流口設(shè)置了拍門或鴨嘴閥等防倒灌設(shè)施，但拍門及鴨嘴閥存在老化破損現(xiàn)象，也有垃圾掛扯及海洋生物繁殖的現(xiàn)象，防倒灌效果不佳。詳見圖3
2排水系統(tǒng)存在問題及原因分析
2.1污水管網(wǎng)運行水位
為了查明現(xiàn)狀截污工程未能發(fā)揮應(yīng)有的截污效果的原因，2016年7月22日~8月15日夜間（22002400對海甸島內(nèi)河道沿岸的污水主干管、污水次干管、污水支管運行水位進行了觀測。水位觀測結(jié)果見表1
根據(jù)《室外排水設(shè)計規(guī)范》GB5001420062016年版）重力流污水管道最大充滿度0.550.75由表1可知，海甸島內(nèi)市政污水管運行水位觀測結(jié)果顯示，污水管網(wǎng)運行水位動搖明顯，同期污水管水位變幅達1.751.90m污水管全部滿管運行，局部時段管網(wǎng)水位在管頂1.5m以上，污水管運行水位嚴重超高，處于嚴重不正常狀態(tài)。觀測的9d中，有6d管網(wǎng)運行水位高于河道沿岸合流管底高程和河道水位，上海純水設(shè)備導(dǎo)致污水溢流入河，污水溢流概率為67%
正常情況下，污水管網(wǎng)水位應(yīng)該是支管>次干管>主干管，污水水流方向應(yīng)該是支管→次干管→主干管→污水處置廠。由表1可知，污水管網(wǎng)水位局部時段卻呈現(xiàn)主干管<次干管<支管的情況，存在污水逆流的現(xiàn)象，隨著污水管網(wǎng)水位升高，水位差越明顯。
2.2污水管網(wǎng)水位高位運行的后果
過往截流并網(wǎng)工程采取慣例的末端截污方式，對合流管進行截污，由于截流并網(wǎng)工程的實施，污水管、合流管和河道水系貫通在一起，污水管網(wǎng)運行水位正常（較低）時，合流管內(nèi)的旱季污水可以順利截流至污水系統(tǒng)；當污水管網(wǎng)運行水位高于合流管底高程及河道水位時，因為水往低處流，將誘發(fā)“主干管→次干管→支管→截流管→合流管→河道”污水溢流入河事件，導(dǎo)致大量污水溢流入河，這也是水體雖然經(jīng)歷了多輪治理，但河道水質(zhì)并沒有得到改善甚至越治越差的根本原因之一。
2.3污水管網(wǎng)水位高位運行的原因分析
2.3.1污水水質(zhì)
海口屬于濱海鄉(xiāng)村，地勢較低，地下水水位較高，存在地下水及地表水倒灌問題，地下水及地表水倒灌將導(dǎo)致污水濃度降低，白沙門污水處置廠近年來實測進水水質(zhì)見表2由表2可知，污水處置廠進水污染物濃度變幅較大，最高值是最低值的34倍。項目開展過程中，對污水管網(wǎng)內(nèi)的鹽度數(shù)據(jù)進行了監(jiān)測，主城區(qū)美舍河沿岸污水管內(nèi)鹽度約2.6‰，海甸泵站出水管鹽度約1.0‰，市政污水鹽度一般在0.2‰～0.6‰，鹽度數(shù)據(jù)也印證了主城區(qū)污水管網(wǎng)存在地表水倒灌問題，地表水倒灌不只導(dǎo)致污水濃度降低，還導(dǎo)致“污水量”增加。
2.3.2污水管網(wǎng)水位高位運行原因分析
因為主城區(qū)污水系統(tǒng)地表水倒灌，大量地表水倒灌排入污水系統(tǒng)，導(dǎo)致海甸泵站前池水位逾越設(shè)計高程，泵站揚程降低，泵站出水量增加，而污水處置廠未設(shè)置逾越管，當污水量>污水處置能力時，污水處置廠所在海甸島內(nèi)污水管網(wǎng)運行水位將被憋高；當污水量<污水處置能力時，污水管網(wǎng)運行水位將逐步降低。
3控源截污方案
鄉(xiāng)村黑臭水體整治遵循“截污-治水-生態(tài)恢復(fù)”總體思路，從源頭控制污水向鄉(xiāng)村水體排放是黑臭水體整治最有效的工程措施，也是其他技術(shù)措施的前提。為了提高黑臭水體控源截污效果，相關(guān)專家學者進行了大量的研究，分享了很多珍貴的經(jīng)驗。
本項目市政污水管網(wǎng)運行水位高位運行是系統(tǒng)性問題，政府層面正在從全市層面統(tǒng)籌考慮污水處置能力擴容和雨污分流等措施，相關(guān)措施落實需要較長的時間，污水管網(wǎng)運行水位高位運行的情況在短期內(nèi)難以得到有效解決。污水管網(wǎng)高水位運行是有別于相關(guān)專家學者遇到新情況，如何在污水管網(wǎng)高水位運行的客觀條件下，實現(xiàn)污水有效截污納管，本項目控源截污面臨的棘手問題。
為此，本項目啟動后，花了大量的精力開展雨污水管網(wǎng)排查工作，通過對片區(qū)雨污水管網(wǎng)進行反復(fù)摸查，查明了排水系統(tǒng)拓撲關(guān)系、污水來源、管網(wǎng)運行水位、結(jié)構(gòu)性缺陷、功能性缺陷等重要信息。上海純水設(shè)備此基礎(chǔ)上，針對性地采取了4種控源截污方案，有效解決了本項目控源截污難題。
3.1污染源整改方案
根據(jù)管網(wǎng)排查效果，海甸島的排水體制基本為雨污分流區(qū)，片區(qū)內(nèi)雨污水管網(wǎng)較為完善，但錯接混接的現(xiàn)象較為突出。
局部排污口上游基本為雨污分流區(qū)域，僅存在少量幾個雨污水管錯接混接形成的污染源，導(dǎo)致污水經(jīng)雨水管排入河道。針對此類排污口，因為污水來源簡單，按雨污分流的原則，實施污染源整改，將錯接混接的污水改接入污水管道，將片區(qū)恢復(fù)為雨污分流排水區(qū)域，杜絕污水溢流入河問題，詳見圖4
3.2防倒灌設(shè)施改造方案
根據(jù)管網(wǎng)排查效果，局部排污口集水范圍涉及雨污合流的城中村，或者上游污水來源復(fù)雜，通過污染源整改實現(xiàn)雨污分流，實施難度較大，周期較長，維持雨污合流排水體制不變。過往實施的截流并網(wǎng)工程，普遍采用拍門或鴨嘴閥等防倒灌設(shè)施，防止河水倒灌。因為拍門或鴨嘴閥等設(shè)施僅能基本解決河水倒灌的問題，不能防止因污水管網(wǎng)水位高位運行而發(fā)生的污水溢流入河問題。
此類排污口，實施雨污分流難度大，為了實現(xiàn)有效截污，將現(xiàn)狀拍門或鴨嘴閥等防倒灌設(shè)施改造為雙向止水的平板閘門（見圖5日常關(guān)閉閘門，雨天開啟閘門泄洪，防止路面積水，保證區(qū)域水安全。平板閘門具備雙向擋水功能，即使污水管內(nèi)水位高位運行，也不會發(fā)生污水溢流的問題。平板閘門具有結(jié)構(gòu)簡單，投資省的優(yōu)點，不過也存在后期維護管理工作量較大的缺點。本項目按PPP模式建設(shè)，企業(yè)需長效運行15年，雖然平板閘門管理工作量略大，但企業(yè)有人力、物力和動力把閘門用好管好，確保河道水質(zhì)長效穩(wěn)定達標。
3.3泵站主動降水位方案
防倒灌設(shè)施改造可以防止旱季污水溢流入河，但合流管內(nèi)也將攢存數(shù)量較多的污水，雨季開閘泄洪過程中，大量雨污水排入河道，對河道水環(huán)境影響較大，雨天返黑現(xiàn)象較為嚴重，而且平板閘門后期維護管理工作量也較大。條件合適的片區(qū)，可以考慮在次干管接入干管位置，熔斷”次干管與主干管的重力聯(lián)系，杜絕污水主干管水位高位運行對片區(qū)污水管網(wǎng)運行水位的影響，并建設(shè)污水提升泵站，將片區(qū)內(nèi)的污水提升后排入市政污水主干管，主動降低泵站服務(wù)范圍內(nèi)的污水管網(wǎng)水位，將泵站服務(wù)范圍內(nèi)污水管網(wǎng)運行水位恢復(fù)到正常水平，實現(xiàn)現(xiàn)況截流并網(wǎng)工程的預(yù)期截污效果，防止旱季污水溢流入河，并減少雨季入河污染物量，減輕雨天返黑現(xiàn)象，見圖6
針對泵站主動降水位方案，可能會讓人誤以為地下水被抽排進入污水管網(wǎng)，增加“污水量”其實泵站主動降水位的方案只是將原本水位高位運行的污水管網(wǎng)恢復(fù)到正常水平，一般污水管網(wǎng)設(shè)計過程中，均考慮了地下水的滲入問題，運行水位恢復(fù)到正常水平并不會額外增加地下水入滲量。相反，通過泵站主動降低污水管網(wǎng)水位，使服務(wù)范圍內(nèi)的污水管網(wǎng)水位恢復(fù)正常，為發(fā)現(xiàn)并修復(fù)污水管道的功能性缺陷和結(jié)構(gòu)性缺陷發(fā)明了條件。
當泵站服務(wù)范圍涉及的雨污合流排污口數(shù)量越多時，價值越大。同時，考慮到黑臭水體一般位于土地開發(fā)利用強度較大的鄉(xiāng)村區(qū)域，可采用自動化水平較高的地埋式一體化泵站，減少占地，降低泵站對周邊環(huán)境的有利影響。
3.4新增污水處置能力主動降水位方案
前述污染源整改、防倒灌設(shè)施改造、泵站主動降水位等方案，只能防止旱季污水不入河，并未增加污水處置能力，無助于緩解市政污水管網(wǎng)運行水位高位運行的現(xiàn)象，甚至會因為污水溢流入河的通道被“熔斷”導(dǎo)致污水管網(wǎng)運行水位有一定程度的升高。
用地條件允許的排污口，也可以在實施“熔斷”方案切斷市政污水溢流入河通道的基礎(chǔ)上，自建截污管道及污水處置站，對收集的污水進行集中處置，增加污水處置能力，上海純水設(shè)備減少排入市政污水管網(wǎng)的污水量，緩解市政污水管網(wǎng)水位高位運行壓力。不過自建污水處置站需占用土地資源，又因為此類污水處置站一般缺乏規(guī)劃依據(jù)，選址應(yīng)慎重，盡量遠離居民區(qū)，并采取有效措施，妥善處置污水處置過程中產(chǎn)生的異味、噪聲，防止對周邊居民生產(chǎn)生活的影響，否則也可能會因為選址不當或污水處置過程的有利環(huán)境影響，引發(fā)輿情風險。
4實施效果
根據(jù)排污口特性及土地資源情況，通過采取前述4種控源截污方案，有效解決了本項目截污工程面臨的難題，實現(xiàn)了有效截污的目標，旱季基本無污水直排入河。2017年10月，控源截污工程建成并投入使用，輔以內(nèi)源治理、活水和生態(tài)修復(fù)等其他措施后，河道水環(huán)境質(zhì)量有了根本性的改善，除工程試運行調(diào)試期及污水處置廠設(shè)備檢修期間，因為污水入河導(dǎo)致不達標外，其余時間河道水質(zhì)達到地表水環(huán)境質(zhì)量規(guī)范》GB38382002Ⅲ~Ⅴ類標準，透明度超越120cm或清澈見底）臭水溝”蝶變“美麗河”河道水質(zhì)變化趨勢詳見表3數(shù)據(jù)摘自海口市生態(tài)環(huán)境維護局網(wǎng)站）
2018年11月8日，鴨尾溪水環(huán)境綜合治理工程因為治理思路科學，治理效果顯著，被生態(tài)環(huán)境部官方微信公眾號點贊，并向全國進行推介。2019年1月16日，中央電視臺焦點訪談欄目對鴨尾溪的治水工作進行了專題報道。
5結(jié)語
黑臭在水里，根源在岸上，關(guān)鍵在排口，核心在管網(wǎng)。控源截污是治理黑臭水體的核心措施，只有實現(xiàn)有效控源截污，才干確保治理效果臨時穩(wěn)定。通過扎實的管網(wǎng)排查工作，查明排水系統(tǒng)拓撲關(guān)系、污水來源、管網(wǎng)運行水位、結(jié)構(gòu)性缺陷、功能性缺陷等重要信息，掌握雨污水管網(wǎng)的現(xiàn)狀底數(shù)，有助于制定針對性的控源截污方案，確保控源截污方案合理可靠。控源截污方案不合理，將可能適得其反，導(dǎo)致入河污水量越截越多，河道水質(zhì)越治越差，直接影響黑臭水體的治理效果。
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