唐雅雯，陳旺旺

(1.深圳市龍崗區(qū)水務(wù)工程建設(shè)管理中心，廣東 深圳 518008；2.深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東 深圳 518008)

水環(huán)境治理是生態(tài)文明建設(shè)的一項(xiàng)重要工作，2015年國務(wù)院頒布實(shí)施的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(“水十條”)中明確指出，以城市人民政府牽頭，實(shí)現(xiàn)全國城市建成區(qū)黑臭水體消除。廣東省深圳市以往存在水環(huán)境惡化，城市建設(shè)、舊城改造問題錯(cuò)綜復(fù)雜，區(qū)域洪(潮)澇災(zāi)害、水污染現(xiàn)象交錯(cuò)影響等問題，這些已成為制約城市發(fā)展的瓶頸。

縱觀國內(nèi)外，水環(huán)境治理一直受到政府部門和眾多學(xué)者的重視。1971年日本頒布《水污染控制法》，制定嚴(yán)格的污水處理方式和排放標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過30余年才使日本琵琶湖污染得到有效控制[1]。20世紀(jì)60年代，德國為改善萊茵河水質(zhì)，深入調(diào)查萊茵河污染源頭和污染程度，結(jié)合實(shí)況提出防污具體措施[2]。1858年英國為整治泰晤士河，運(yùn)用截污排污、生物氧化等措施，同時(shí)保證水資源按自然規(guī)律進(jìn)行合理、有效保護(hù)和開發(fā)利用[3-4]。國內(nèi)也積極實(shí)施水環(huán)境治理措施[5-7]，2003年大連市深入分析當(dāng)?shù)刈匀粭l件和社會需求，逐步開展生態(tài)型河道治理，包含水源地與流域環(huán)境保護(hù)、地下水開采控制等手段[8]。2006年底至2015年深圳市開展排水管網(wǎng)清淤行動(dòng)，以雨污分流、水環(huán)境改善為目標(biāo)，從用戶開始梳理城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)，通過工程改造、執(zhí)法整改、行動(dòng)動(dòng)員等措施，糾正雨污水錯(cuò)接亂排，完善小區(qū)及市政排水管網(wǎng)[9]。2008年至今，深圳市各流域在水環(huán)境治理中相繼建設(shè)沿河大型箱涵強(qiáng)化截流設(shè)施[10-11]。

近年來雖然研究了很多水環(huán)境整治對策，但由于深圳市局部排水系統(tǒng)不完善，存在排水盲區(qū)，導(dǎo)致混流污水依然直接進(jìn)入河道截流系統(tǒng)。河流水質(zhì)達(dá)標(biāo)不穩(wěn)定，老舊排水系統(tǒng)存在外水入滲使得污水處理廠進(jìn)水濃度低，對此本文提出在深圳市水環(huán)境治理中應(yīng)用三水分離工程的治理方案，結(jié)合深圳市龍崗河流域水質(zhì)提升及污水處理提質(zhì)增效工程，旨在為深圳市水環(huán)境整治提出一種有效的治理措施[12-15]。

1 流域概況

龍崗河流域位于深圳市東北部，發(fā)源于梧桐山北麓，流經(jīng)深圳市龍崗區(qū)所轄的橫崗、園山、龍崗、龍城、坪地、坑梓等街道，從坑梓街道沙田村的北面開始，成為深圳市與惠州市的界河。龍崗河流域名錄內(nèi)總共37條河流，總長138.81 km，龍崗河的一級支流主要包括梧桐山河、大康河、愛聯(lián)河、龍西河、南約河、丁山河、黃沙河等(圖1)。

圖1 龍崗河流域水系

2 龍崗河流域雨污管網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

2.1 排水體制現(xiàn)狀

針對工業(yè)廢水、生活污水和自然降水三大類排水，主要的排水制度分為合流制和分流制2種類型。首先是合流制排水系統(tǒng)(圖2)，這也是最傳統(tǒng)的排水方式，即將所有類型的污水混合直接通過一種排水管道排走。2015年以前龍崗片區(qū)除一些新建工業(yè)區(qū)、住宅小區(qū)、市政道路外，基本都采用合流制排水系統(tǒng)，通過直排式合流管渠，將雨水和生活污水排入附近水體，污水直排導(dǎo)致水體污染，并因此影響城鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境。

第二類為分流制排水系統(tǒng)(圖3)，它是指污水排水和雨水排水完全分開，由2套完全獨(dú)立的排水管道實(shí)現(xiàn)排放。2016—2018年龍崗區(qū)雨污分流管網(wǎng)工程和正本清源工程的建設(shè)，以及2019年龍崗河流域(龍崗片區(qū))消除黑臭及河流水質(zhì)保障工程一階段和增補(bǔ)階段項(xiàng)目的實(shí)施，2020年龍崗河流域內(nèi)市政道路實(shí)現(xiàn)雨污分流的分流率為74%，工業(yè)倉儲、公共建筑、商業(yè)住宅地塊的大部分小區(qū)已初步實(shí)現(xiàn)雨污分流。

圖3 分流制排水體制

2.2 污水處理設(shè)施現(xiàn)狀

龍崗河流域現(xiàn)狀分橫崗、橫嶺兩大污水服務(wù)區(qū)，服務(wù)范圍分別為43.2、110.9 km2。橫崗片區(qū)(園山、橫崗、龍城街道)片區(qū)內(nèi)有污水處理廠2座，分別為橫崗一期、橫崗二期，主要收集橫崗街道、園山街道范圍內(nèi)污水，污水處理能力為20萬m3/d；橫嶺片區(qū)(龍城、龍崗、寶龍、坪地街道)片區(qū)內(nèi)有污水處理廠2座，分別為橫嶺一期、橫嶺二期，主要收集龍城街道、龍崗街道、坪地街道、寶龍街道范圍內(nèi)污水，污水處理能力為60萬m3/d。

由表1數(shù)據(jù)可知，龍崗河流域污水處理廠除橫崗污水處理廠(二期)外，其余污水處理廠進(jìn)水BOD濃度均低于設(shè)計(jì)濃度，這是由于一方面該片區(qū)現(xiàn)狀仍存在合流制排水，末端采取截流方式進(jìn)入污水管，另一方面4—9月份屬于深圳的雨季，污水處理廠排水系統(tǒng)內(nèi)有大量外水進(jìn)入。另外橫崗污水處理廠(一期)、橫崗污水處理廠(二期)、橫嶺污水處理廠(一期)、橫嶺污水處理廠(二期)汛期的COD、NH3-N、BOD進(jìn)廠濃度均比非汛期低，主要影響因素是雨季降雨量增大，污水處理廠的超負(fù)荷運(yùn)行，可能會導(dǎo)致污水的溢流，對河道造成污染。針對以上問題，龍崗河流域急需實(shí)施剝離污水管道中外水的措施。

表1 龍崗河流域污水處理廠進(jìn)水濃度統(tǒng)計(jì)(2018年汛期、非汛期、差值)

2.3 污水收集系統(tǒng)現(xiàn)狀

根據(jù)流域內(nèi)現(xiàn)狀正本清源及總口設(shè)置情況，除2019年全面消黑工程實(shí)施正本清源全覆蓋的大康河沙河路上游、梧桐山河敬老院橋上游、新生排水渠、龍崗中學(xué)排水渠、南約河干流、沙背瀝、茅湖水、寶龍工業(yè)區(qū)、丁山河左岸(龍崗大道以北)、黃沙河石豹水、石壁水流域外，流域內(nèi)其他片區(qū)合流污水均通過沿河截污系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)蓄池。

龍崗河現(xiàn)狀實(shí)施污水整治的河道共32條，污水截流標(biāo)準(zhǔn)n=2.0的河道有27條，截流標(biāo)準(zhǔn)為7 mm/1.5 h的河道有5條?；佚埡釉搭^段、南約河流域沿河截污系統(tǒng)和市政系統(tǒng)未實(shí)現(xiàn)相互獨(dú)立，截污系統(tǒng)末端接駁至橫嶺污水處理廠配套市政干管。龍崗河流域河道周邊正本清源及雨污分流未完全覆蓋，沿河截污系統(tǒng)規(guī)模不足以收集初小雨水，雨季合流區(qū)存在溢流污染風(fēng)險(xiǎn)。

由于龍崗河流域各片區(qū)初小雨直接進(jìn)入河道或通過沿河截污管收集，龍崗河干流363個(gè)排放口中有134個(gè)仍在晴天排放污水入沿河截污箱涵。龍西河干流、丁山河干流等擁有2套系統(tǒng)的河道混流口均通過截污井截流至市政污水干管，溢流水再通過沿河截污管截流，造成污水干管混流初小雨及上游大面積混流管入滲外水進(jìn)入污水干管，擠壓污水轉(zhuǎn)輸空間，降低污水濃度。由此可見，流域內(nèi)還未實(shí)現(xiàn)三水分離。

3 龍崗河流域提質(zhì)增效方案思路

根據(jù)龍崗區(qū)2020年“提升污水處理廠進(jìn)水BOD濃度”的治水目標(biāo)，2020年底前，污水處理廠BOD濃度要求達(dá)到100 mg/L。2019年市政管網(wǎng)完善、正本清源及雨污分流等工程的實(shí)施后，龍崗河流域污水處理廠進(jìn)廠BOD濃度尚未達(dá)到100 mg/L，與2020年目標(biāo)仍存在差距。主要原因是點(diǎn)截流和沿線截流并存，沒有與市政污水管道剝離，另外截流倍數(shù)低，控制溢流污染能力弱，強(qiáng)降雨時(shí)段截流系統(tǒng)中雨水混入污水管，稀釋進(jìn)廠BOD濃度。綜上評估，提出三水分離貫通系統(tǒng)，通過該工程的實(shí)施可有效剝離外水，提升污水處理廠進(jìn)水濃度。

3.1 三水分離總體思路

三水分離以排水口為中心，以重點(diǎn)排口溯源分流、截污點(diǎn)改造為手段，實(shí)現(xiàn)清潔基流釋放。三水分離工程后形成“封閉的污水系統(tǒng)、開放的雨水系統(tǒng)以及高效的截流系統(tǒng)”(圖4)。封閉的污水系統(tǒng)減少外水進(jìn)入，管內(nèi)流量穩(wěn)定，雨水系統(tǒng)前端通過水土保持、海綿城市建設(shè)等措施，雨水進(jìn)入雨水系統(tǒng)時(shí)排除大部分污染沉積物，獨(dú)立的截流系統(tǒng)解決(路面)面源污染，收集的初(小)雨在調(diào)蓄池中沉淀。三水分離工程可以有效解決管道沉積物溢流、污水處理廠提質(zhì)增效、強(qiáng)化管網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)維調(diào)度的問題。

圖4 三水分離排水系統(tǒng)

3.2 三水分離總體方案

工程三水分離主要圍繞污水、雨水、初(小)雨水三大水體，以河道為中心、管網(wǎng)為基礎(chǔ)、排口為單元、按問題和目標(biāo)雙導(dǎo)向，圍繞“提升河道水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)、提升污水進(jìn)廠BOD濃度”的目標(biāo)，按照“上分、中通、下改”設(shè)計(jì)理念，梳理出龍崗河流域雨污混流量大的高濃度排口與水量大濃度低的低效排放口，溯源分析其匯水范圍實(shí)施正本清源改造。同時(shí)，通過對有條件的沿河截污管道貫通，對重點(diǎn)排口實(shí)施精準(zhǔn)截流。根據(jù)深圳市降雨數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)以及污水處理廠運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，按照10 mm/1.5 h初期雨水收集標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)初雨調(diào)蓄池的容積，調(diào)蓄池起到初雨收集、截流和調(diào)蓄的作用，既解決城市徑流污染，也減少管道沉積物溢流現(xiàn)象。污水系統(tǒng)與初雨系統(tǒng)互聯(lián)互通檢修及清污分離工程，達(dá)到提高河道水質(zhì)保證率，提升水質(zhì)凈化廠進(jìn)水濃度的目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)三水分離的目標(biāo)。三水分離設(shè)計(jì)思路見表2。

表2 三水分離設(shè)計(jì)思路

續(xù)表2 三水分離設(shè)計(jì)思路

通過排口溯源改造、清污分流、沿河截污管貫通、精準(zhǔn)截流布置、互聯(lián)互通檢修五大措施實(shí)現(xiàn)三水分離，即形成封閉的污水系統(tǒng)、開放的雨水系統(tǒng)以及高效的截流系統(tǒng)(圖5、6)。

圖5 三水分離總體方案

圖6 三水分離工程措施與效果

3.3 方案實(shí)施效果分析

2020年三水分離工程的實(shí)施既是2019年龍崗河流域全面消黑成果的延續(xù)，也是治理目標(biāo)的進(jìn)一步提升。龍崗河流域污水處理廠2020年底進(jìn)廠BOD濃度需達(dá)到100 mg/L，通過比對龍崗河流域4座污水處理廠2019、2020年進(jìn)水濃度數(shù)值，分析三水分離工程的實(shí)施效果。

橫崗一期污水處理廠2019年1—12月進(jìn)水BOD濃度平均值為62.5 mg/L，距離目標(biāo)差值37.5 mg/L；橫崗二期污水處理廠2019年1—12月進(jìn)水BOD濃度平均值為108.0 mg/L，BOD濃度年均值雖已達(dá)到100 mg/L濃度要求，但部分時(shí)間段還達(dá)不到100 mg/L；橫嶺一期污水處理廠2019年1—12月進(jìn)水BOD濃度平均值為71.5 mg/L，距離目標(biāo)差值28.5 mg/L；橫嶺二期污水處理廠2019年1—12月進(jìn)水BOD濃度平均值為57.5 mg/L，距離目標(biāo)差值42.5 mg/L。

由圖7可以看出，龍崗河流域4座污水處理廠進(jìn)水BOD5濃度整體趨勢為4—9月較低，10—12、1—3月較高。2019年4月雨季開始后，BOD5濃度呈現(xiàn)波動(dòng)式下降的趨勢，主要是因?yàn)樵撈瑓^(qū)實(shí)施了各類沿河截污工程，河道增設(shè)了大量總口截污措施，使得河水和雨水混入污水系統(tǒng)，降低了入廠濃度。

a)橫崗一期

相比2019年，龍崗河流域4座水質(zhì)凈化廠進(jìn)廠濃度在2020年下半年逐漸提升(受疫情影響，2020年2、3月水質(zhì)數(shù)據(jù)不作參考)，尤其是橫崗一期污水處理廠改造成果顯著。這是由于隨著三水分離工程的實(shí)施，2020年底貫通了龍崗河流域沿河截流系統(tǒng)，完善了雨污水干支管網(wǎng)，并對雨污錯(cuò)混接進(jìn)行整改，提高了污水管內(nèi)的污水濃度，進(jìn)入污水處理廠的外水減少，污水處理廠進(jìn)水BOD5濃度得到提升。

c)橫嶺一期

根據(jù)圖8分析可知，龍崗河流域4座污水處理廠2019年的年平均進(jìn)水BOD5濃度分別為62.5、108.0、71.5、57.5 mg/L；2020年的年平均進(jìn)水BOD5濃度分別為70.7、119.4、73.8、60.3 mg/L(受疫情影響，2020年2、3月水質(zhì)數(shù)據(jù)不作參考)。對數(shù)據(jù)分析得到：通過三水分離工程的實(shí)施，龍崗河流域污水處理廠進(jìn)水濃度總體上升，其中橫崗一期污水處理廠進(jìn)水BOD5濃度提升最高，提升率為13%。因此，三水分離工程的實(shí)施對龍崗河流域的水環(huán)境治理非常有必要。

圖8 2019、2020年污水處理年平均進(jìn)水濃度

4 結(jié)論

a)排水體制的選擇應(yīng)根據(jù)城市規(guī)劃、城市建設(shè)的實(shí)際情況、當(dāng)?shù)亟涤昵闆r和污水排放標(biāo)準(zhǔn)、原有排水設(shè)施、污水處理和利用情況、地形和水體等條件綜合考慮確定。排水體制對城市的規(guī)劃和環(huán)境的保護(hù)影響深遠(yuǎn)，同時(shí)也影響排水系統(tǒng)的投資和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

b)水環(huán)境治理的主要措施在于確保污水進(jìn)入污水系統(tǒng)，初小雨進(jìn)入沿河截污系統(tǒng)，潔凈雨水進(jìn)入河道，實(shí)現(xiàn)濃淡污水分離進(jìn)入污水處理廠，進(jìn)一步提升河道水質(zhì)，建立完善長效管護(hù)機(jī)制，全面消除黑臭水體。

c)基于三水分離總體方案，通過排口溯源改造、清污分流、沿河截污管貫通、精準(zhǔn)截流布置、互聯(lián)互通檢修五大措施，消除了大量河道排口排污情況，釋放了清潔基流入河，將外水從污水系統(tǒng)中剝離，提高了污水管內(nèi)的濃度，使得2020年龍崗河流域污水處理廠進(jìn)水BOD濃度明顯上升。

d)基于深圳市龍崗河流域水質(zhì)提升及污水處理提質(zhì)增效工程，提出三水分離工程的治理方案，鑒于深圳市屬于典型的濱海城市，其在快速發(fā)展的同時(shí)排水系統(tǒng)建設(shè)相對成熟，這也為三水分離工程的運(yùn)用提供改造前提。若三水分離總體方案運(yùn)用在其他城市，需結(jié)合當(dāng)?shù)厮廴局卫砘A(chǔ)設(shè)施的建設(shè)程度調(diào)整改造措施，同時(shí)不同地區(qū)降雨類型、降雨強(qiáng)度不同，初小雨截流系統(tǒng)也要根據(jù)當(dāng)?shù)亟亓鳂?biāo)準(zhǔn)和截流規(guī)模計(jì)算。