沙 桐，王 洋，汪 聰，王少倫，吳 凡，韓衛(wèi)強(qiáng)，楊敬畏

(北京市市政工程設(shè)計研究總院有限公司，北京 100082)

近年來，隨著黑臭水體治理工程的穩(wěn)步實(shí)施，城市黑臭水體治理取得了階段性的成效[1]，并總結(jié)了豐富的經(jīng)驗(yàn)，但是仍存在一些比較突出的問題，特別是在水系發(fā)達(dá)的村鎮(zhèn)地區(qū)黑臭水體仍存在，嚴(yán)重破壞人居環(huán)境，影響村鎮(zhèn)的外在形象及可持續(xù)發(fā)展。目前，黑臭水體治理工程報道的案例覆蓋了城市[2-3]及城郊接合部[4]。然而，針對水系發(fā)達(dá)的村鎮(zhèn)地區(qū)的黑臭水體治理工程案例鮮有報道，需要進(jìn)一步總結(jié)黑臭水體成因獨(dú)特性和治理方案的代表性。

因此，本研究選取典型的珠江三角地區(qū)水系發(fā)達(dá)的某聯(lián)圍流域作為研究目標(biāo)。首先對某聯(lián)圍流域的概況及黑臭水體現(xiàn)狀進(jìn)行闡述。其次對技術(shù)路線進(jìn)行梳理，分析本研究區(qū)域的重難點(diǎn)問題，然后結(jié)合本研究流域的地域特征，探討黑臭水體綜合整治工程中的關(guān)鍵技術(shù)——控源截污技術(shù)，歸納截污納管不同布置形式的優(yōu)缺點(diǎn)，以及面源控制中合流制溢流(CSO)污染的控制對策和相應(yīng)參數(shù)的確定，同時介紹了本研究流域黑臭水體治理過程中具體的實(shí)施方式。最后，提出了適用于水系發(fā)達(dá)地區(qū)的黑臭水體治理經(jīng)驗(yàn)，以期為其他類似的地區(qū)水環(huán)境綜合整治工程在設(shè)計前期提供參考和借鑒。

1 研究區(qū)域概況及黑臭水體現(xiàn)狀

1.1 研究區(qū)域概況

本文研究流域由3個鎮(zhèn)區(qū)組成面積為118 km2、位于中順大圍以北、由北側(cè)雞鴉水道和南側(cè)小欖水道合圍而成的區(qū)域，總計205條河涌，總河長為289.84 km，河網(wǎng)密度達(dá)到2.4 km/km2，是中國河網(wǎng)密度較大的地區(qū)之一，具有珠三角地區(qū)典型的地域特征。項(xiàng)目完工后河涌水質(zhì)實(shí)現(xiàn)全面消除黑臭水體、基本消除劣V類水體的水質(zhì)目標(biāo)。

1.2 黑臭水體現(xiàn)狀

通過對研究區(qū)域內(nèi)黑臭水體情況摸底排查，共排查出重度黑臭河涌8條、黑臭河涌98條、劣V類河涌126條。經(jīng)過統(tǒng)計研究區(qū)域內(nèi)共計有26 942個排口，其中污水排口共15 927個，合流排口共7 306個，雨水排口共3 709個，大部分河涌受到周邊的居民生活、工業(yè)造成的點(diǎn)源污染、魚塘養(yǎng)殖及農(nóng)業(yè)面源的污染、河涌底泥積累的污染。本研究區(qū)域黑臭河涌、底泥積累河涌如圖1～圖2所示。

圖1 該研究區(qū)域黑臭河涌

圖2 該研究區(qū)域底泥積累河涌

2 技術(shù)路線梳理及重難點(diǎn)問題分析

2.1 技術(shù)路線梳理

近5年的黑臭水體治理工作中，雖然各地出現(xiàn)了不同的治理方法和思路，但廣東省住建廳始終堅(jiān)定不移地推行“控源截污、內(nèi)源治理”為主、“活水循環(huán)、生態(tài)修復(fù)”為輔的技術(shù)路線，控源截污和內(nèi)源治理是選擇其他技術(shù)類型的基礎(chǔ)與前提[5]。本工程同樣堅(jiān)持該技術(shù)路線，同時因地制宜、因河施策地開展治理工作。在堅(jiān)持該技術(shù)路線下，已取得了顯著的效果，如貴州省安順市的黑臭水體綜合治理實(shí)踐[6]。

2.2 重難點(diǎn)問題分析

本研究區(qū)域河涌縱橫交錯，各鎮(zhèn)區(qū)的中心區(qū)域建筑物成片狀分布，其他區(qū)域建筑物均沿河建設(shè)成帶狀分布，建筑物獨(dú)特的分布形式以及現(xiàn)狀條件使得黑臭水體綜合整治的技術(shù)適用性和限制因素與城市有所區(qū)別，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。(1)污水收集率低、外水入滲嚴(yán)重，污水管網(wǎng)覆蓋率低，同時普遍存在雨水管道混接、管道漏損、管養(yǎng)滯后，導(dǎo)致大量外水進(jìn)入管網(wǎng)內(nèi)，使得末端污水廠各項(xiàng)污染指標(biāo)濃度偏低，水廠一直以高水位運(yùn)行，經(jīng)過實(shí)測，工程區(qū)域內(nèi)某鎮(zhèn)污水廠的年均進(jìn)水CODCr質(zhì)量濃度為95 mg/L。根據(jù)調(diào)查，我國南方地區(qū)的管道地下水入滲量可達(dá)3 800～6 300 m3/(km2·d)，而德國僅為1 296 m3/(km2·d)，是德國的3～5倍，所以解決污水管網(wǎng)滲漏的問題非常關(guān)鍵[7]。(2)點(diǎn)源無序排放、分布廣而散，村鎮(zhèn)地區(qū)的生態(tài)發(fā)展空間有限，居民建筑雜亂分布，房屋后穿插著魚塘及農(nóng)田，遠(yuǎn)離河涌后排房屋的污水收集困難，后排房屋將污水排入魚塘內(nèi)，魚塘換水直接排入河涌對周邊的河涌造成嚴(yán)重的污染。(3)實(shí)施條件受限，施工困難，河涌兩側(cè)道路及河涌寬度較窄的條件下，加大了沿河及沿路鋪設(shè)新建截污管道的設(shè)計難度，同時施工難度大大增加。(4)工業(yè)廢水偷排嚴(yán)重，主要以加工產(chǎn)業(yè)為主的中小企業(yè)大部分分布在河涌沿線，工廠廢水偷排至河涌內(nèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

針對以上的重難點(diǎn)問題，本研究流域通過管道檢測與修復(fù)工程排查現(xiàn)狀管道的完整性并修復(fù)有缺陷的管道，錯混接改造工程解決雨水管道的混接現(xiàn)象。針對工業(yè)廢水偷排嚴(yán)重的現(xiàn)象，通過加強(qiáng)管理手段進(jìn)行監(jiān)督與控制；針對魚塘水排放的問題，廣東省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳下發(fā)《珠三角百萬畝養(yǎng)殖池塘升級改造綠色發(fā)展三年行動方案》的通知，通過養(yǎng)殖池塘升級改造和尾水治理，實(shí)現(xiàn)魚塘養(yǎng)殖綠色發(fā)展；針對點(diǎn)源污染分布廣而散、實(shí)施條件受限的問題，通過不同形式的截污管道的布置形式予以解決。

根據(jù)全國城市黑臭水體整治監(jiān)管平臺發(fā)布的消息，部分地區(qū)在具體實(shí)施黑臭水體治理過程中，截污納管設(shè)施設(shè)置不合理，導(dǎo)致在治理技術(shù)上走了彎路。針對城市建成區(qū)外(包括城鄉(xiāng)接合部、村鎮(zhèn)地區(qū)等)的面源污染控制工作仍存在諸多難點(diǎn)[8]。因此，本文重點(diǎn)分析截污納管不同的布置形式，比較分析其中的優(yōu)缺點(diǎn)，做到因地制宜，污染源應(yīng)收盡收，亦重點(diǎn)闡述合流制區(qū)域如何確定相關(guān)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)與完全分流制相同的污染物控制目標(biāo)，達(dá)到面源污染的有效控制。

3 控源截污技術(shù)的探討

根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》中明確城市黑臭水體的整治應(yīng)按照“控源截污、內(nèi)源治理；活水循環(huán)、清水補(bǔ)給；水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”的基本路線具體實(shí)施?？卦唇匚酆蛢?nèi)源治理是選擇其他技術(shù)類型的基礎(chǔ)與前提，因此，控源截污及內(nèi)源治理是水體綜合整治的關(guān)鍵技術(shù)，其中控源截污是取得水體綜合整治效果的關(guān)鍵。

控源截污技術(shù)即防止外來的各種污水、污染物等直接或隨雨水排入城市水體，主要包括截污納管和面源污染控制兩項(xiàng)技術(shù)。本文將結(jié)合實(shí)際工程內(nèi)容對控源截污技術(shù)重點(diǎn)闡述。

3.1 截污納管

本研究區(qū)域通過分析河涌現(xiàn)狀情況、河涌周邊建筑分布情況、河涌的自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)，提出幾種不同形式管道布置的方案進(jìn)行比較，截污方案綜合比較如表1所示。

表1 截污方案綜合比較

以上5種方案各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要因地制宜進(jìn)行設(shè)計截污管道，同時可以多方案進(jìn)行組合。本研究流域范圍內(nèi)，比較普遍的情況有3種。(1)河涌兩側(cè)分別有4～5 m寬的村路(具備施工條件)，在每家出戶的排水管的位置設(shè)置小方井收集生活污水，集中匯入至沿河涌兩側(cè)村路上布置的截污管道內(nèi)，此情況下采用的是方案一，如圖3所示。(2)河涌兩側(cè)村路狹窄(不具備施工條件)，考慮涌內(nèi)埋管的布置形式，此情況下采用的是方案二。(3)河涌兩側(cè)建筑臨河而建，建筑物另外一側(cè)有施工條件的村路，考慮在路上布置截污干管，直排河涌的排口通過掛管的形式收集污水，長度不宜超過100 m，同時每間隔20 m設(shè)置清掃口便于清掏，有條件的地方上岸后接入截污干管內(nèi)，此情況下采用的是方案四與方案五的組合，如圖4所示。由于本研究流域河涌寬度普遍較窄，方案三在涌內(nèi)設(shè)渠將侵占河道斷面并影響行洪，不適合在本工程中采用。

圖3 方案一的布管形式

圖4 方案四與方案五組合的布管形式

3.2 面源控制

根據(jù)對河涌流域污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析，項(xiàng)目流域CSO污水污染和初雨的面源污染是造成水質(zhì)污染的主要原因。本研究流域針對合流制排水系統(tǒng)溢流污染以源頭-過程-末端3個階段采取相應(yīng)的對策進(jìn)行控制。具體方式如下。

(1)源頭控制

污染發(fā)生源的對策，應(yīng)對雨水箅、垃圾存放處以及路面實(shí)施清掃，對相對污染較輕的屋頂雨水做好分離，已減少污染源隨地表徑流排入合流制排水系統(tǒng)。

雨水徑流控制的對策，利用儲存、滲透設(shè)施進(jìn)行流量控制也是合流制排水系統(tǒng)改善對策之一，可解決雨水內(nèi)澇并涵養(yǎng)地下水。儲存、滲透設(shè)施能控制雨水排入管道，減少未處理水的排放量和排放次數(shù)。

(2)過程控制

管道設(shè)施改善的對策，比如加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)管理、實(shí)施流量控制、截流系統(tǒng)的合理化、截流量的合理化等方法對合流制排水系統(tǒng)的改善。

儲存和滲透的對策，利用儲存、滲透設(shè)施進(jìn)行流量控制也是合流制排水系統(tǒng)改善對策之一，可解決雨水內(nèi)澇并涵養(yǎng)地下水。儲存、滲透設(shè)施能控制雨水排入管道，減少未處理水的排放量和排放次數(shù)。公園、操場、廣場等的公共設(shè)施和住宅區(qū)的空地、道路等都可實(shí)施儲存。

(3)末端控制

對雨天排放的合流污水進(jìn)行處理時，需考慮合流污水流出水量和水質(zhì)變動大(特別是降雨初期為高濃度)、流出持續(xù)時間不規(guī)律等的特性，采取對策和措施。

CSO調(diào)蓄池是實(shí)現(xiàn)過程控制的重要措施之一。CSO調(diào)蓄池在歐美發(fā)達(dá)國家是最常用的CSO污染控制措施，在其過去水環(huán)境治理中發(fā)揮了重要作用。根據(jù)國外經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出CSO調(diào)蓄池在投資經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)施性等方面具有較大優(yōu)勢。目前，國內(nèi)也有越來越多的城市通過建設(shè)CSO調(diào)蓄池來解決CSO污染控制的問題。

本研究流域確定以“分流制為主、合流制為輔”的排水體制，工業(yè)區(qū)、居住小區(qū)實(shí)施雨污分流及錯混接改造，根據(jù)實(shí)際情況無條件實(shí)施雨污分流的城中村采用合流制，盡可能縮小合流制區(qū)域?qū)嵭杏晡鄯至?。截污工程預(yù)期目標(biāo)為“旱季污水零排放，中雨小雨少溢流”。為達(dá)到該目標(biāo)，除了建設(shè)截污管網(wǎng)工程，根據(jù)調(diào)蓄目的、排水體制、管網(wǎng)布置、溢流管下游水位高程和周圍環(huán)境等綜合考慮后確定對難以進(jìn)行雨污分流改造的城中村建設(shè)CSO調(diào)蓄池，對CSO溢流污染進(jìn)行控制[9]。

3.2.1 調(diào)蓄池排空時間及規(guī)模確定

調(diào)蓄池排空時間與實(shí)際降雨間隔、污水處理能力有直接關(guān)系，通過實(shí)際降雨場次及降雨間隔數(shù)據(jù)的分析，中山市75%～80%的降雨間隔大于24 h，50%場降雨間隔大于48 h，為降低污水處理設(shè)施規(guī)模，調(diào)蓄池排空時間按24 h，如圖5所示。

圖5 典型年調(diào)蓄排空時間-控制場次關(guān)系圖

采用中山市典型年2010年降雨數(shù)據(jù)(1 min間隔數(shù)據(jù))作為典型降雨。一般2 mm以下降雨不產(chǎn)流，超過2 mm降雨場次為71場。全年總計降雨歷時355 h，降雨量為1 720 mm。平均降雨歷時5 h，雨后對管網(wǎng)的影響時長為3 h，每次降雨事件持續(xù)影響時長為8 h。因此，以單次降雨8 h進(jìn)水時長計算調(diào)蓄池規(guī)模。典型年降雨歷時統(tǒng)計如圖6所示。

圖6 典型年降雨歷時統(tǒng)計圖

根據(jù)中山市典型年2010年降雨數(shù)據(jù)確定調(diào)蓄池設(shè)計參數(shù)，同時也采用《城鎮(zhèn)雨水調(diào)蓄工程技術(shù)規(guī)范》合流制排水系統(tǒng)徑流污染控制時的計算公式進(jìn)行復(fù)核，安全系數(shù)取1.2，進(jìn)水時長取1 h，得到的調(diào)蓄規(guī)模與確定的規(guī)模接近。

3.2.2 截流倍數(shù)的確定

截流倍數(shù)對污水管網(wǎng)、污水處理廠、調(diào)蓄池等系統(tǒng)設(shè)施的規(guī)模有較大影響。為合理確定截流倍數(shù)，計算在不同截留倍數(shù)下，對應(yīng)的截流水比例(表2、圖7)，分析截流倍數(shù)取何值時，合流制對污染物的控制可達(dá)到分流制的效果，本研究流域以CODCr為典型指標(biāo)進(jìn)行分析，以此確定截流倍數(shù)，如圖8所示。

表2 截流倍數(shù)-截流水比例關(guān)系

圖8 合流制、分流制截污效果對比

由圖8可知，合流制截流比例在35%時，截留效果與分流制相當(dāng)。截流比例為35%對應(yīng)的截流倍數(shù)為3，因此，本研究流域合流制區(qū)域確定的截流倍數(shù)為3。旱季截流的污水送入污水處理廠，降雨期間管網(wǎng)收集的超過污水處理廠處理能力的污水調(diào)蓄池臨時儲存，降雨停止后送入污水廠進(jìn)行處理，以達(dá)到徑流污染控制目標(biāo)。部分工業(yè)廠區(qū)內(nèi)部、居住小區(qū)內(nèi)目前是合流制將由鎮(zhèn)區(qū)實(shí)施雨污分流改造，同時對污水管道未覆蓋的區(qū)域進(jìn)行市政道路上的支干管完善工程，以便工業(yè)廠區(qū)及居住小區(qū)雨污分流改造后接入市政污水管道內(nèi)。

4 結(jié)語

水環(huán)境整治工程為民生工程，始終堅(jiān)定不移地推行“控源截污、內(nèi)源治理”為主、“活水循環(huán)、生態(tài)修復(fù)”為輔的技術(shù)路線，設(shè)計思路上堅(jiān)持以人民為中心的發(fā)展思想，確保黑臭水體治理效果與群眾的切身感受相吻合，贏得群眾滿意。因此，工程技術(shù)上應(yīng)多策并舉，順應(yīng)“一河一策”“一湖一策”治理理念。

控源截污是黑臭水體治理的重要舉措，其中截污納管應(yīng)根據(jù)河涌綜合整治的要求、河涌現(xiàn)狀情況、河涌周邊建筑分布情況及河涌自身的形態(tài)結(jié)構(gòu)和風(fēng)格、風(fēng)貌等因素進(jìn)行考慮，切莫千篇一律，否則不但不能保證控源截污效果，反而會對河涌造成破壞，得不償失。

村鎮(zhèn)地區(qū)普遍存在可利用的建設(shè)用地有限、征地問題制約項(xiàng)目的推進(jìn)等問題，因此，排水體制的選擇是關(guān)鍵。本研究流域通過充分與鎮(zhèn)區(qū)對接后，確定的原則如下：居民區(qū)因地制宜，能分盡分；對于易分流區(qū)域沿河，設(shè)置污水收集管道；對于難分流區(qū)域采用截流式合流制解決近期污染物入河問題；對于現(xiàn)階段污水廠不能實(shí)現(xiàn)雨季全流程處理的，通過新建調(diào)蓄池控制溢流污染。