高 翔,陳家平,丁曉濤

(云南省設計院集團有限公司,昆明 650100)

0 引言

隨著城市建設的發(fā)展,污水收集與處理設施也在不斷完善。《2018年城鄉(xiāng)建設統計年鑒》數據表明,至2018年底,全國城鎮(zhèn)污水收集率為95.49%,污染物負荷收集率為61%[1]。但現階段,城鎮(zhèn)污水收集處理系統仍存在大量雨水混流、雨季污水管渠濃度低且運行水位高、污水處理廠常年高負荷運行、進水濃度低、運營成本高、處理效能低下等問題,雨水收集系統存在污水混入問題,導致河道水質惡化。

高原湖泊經過多年的全域治理,水質已經逐漸好轉并趨于穩(wěn)定,但部分城市湖泊出水河道存在水質超標嚴重的情況。超標污染物主要包括氨氮、總磷、化學需氧量,原因主要是城市雨污分流不徹底,面源污染得不到有效控制,雨水系統不滿足直排湖泊的條件,沿湖建設排水主干系統,系統雨污水管渠濃度接近,污水通過主干系統轉輸至湖泊下游污水處理廠,雨水通過主干系統轉輸至湖泊出水河道下游排放。而城市長期面臨污水處理廠高負荷低濃度運行、收納水體生態(tài)系統遭受嚴重破壞等問題。

以某高原湖泊城市為例,根據其排水系統運行情況指出存在的問題,結合雨污分流改造過程中的難點,分析設計要點,為類似工程實踐提供參考。

1 排水系統現狀及其存在的問題

1.1 排水系統現狀

收集系統:城市建成區(qū)已建分流制污水收集管61.1 km,分流制雨水收集管62.1 km,合流收集管渠32.1 km,城市建成區(qū)雨污分流率<50%。雨污水主干系統:根據城市地形及主要河道劃分為北區(qū)、南區(qū)兩個片區(qū),分別沿河湖岸邊建設有排水雙艙箱涵(雨水艙與污水艙之間設置有隔墻),箱涵總長12.76 km,城市建成區(qū)全部污水與部分雨水均通過箱涵轉輸至湖泊出水河道下游,雨水直排河道,污水進入污水處理廠。城市建有2座污水處理廠。

1.2 存在的問題及分類

主要存在以下問題:①雨污分流與清污分流不徹底。城市污水均排至沿河湖岸邊建設的排水主干系統中,通過離線模型與在線模型法對雨污水量進行規(guī)模預測及在線監(jiān)測,根據水質水量監(jiān)測數據與規(guī)模預測數據對比分析,得到城市北區(qū)與南區(qū)雨污主干系統平均日流量、平均日COD濃度與雨污水混流及清污混亂的預測情況詳見表1。②污水處理廠長期高負荷、低效率運行。根據污水處理廠水質水量在線監(jiān)測數據,2座污水處理廠運行水量負荷分別為79.63%、94.67%,水廠COD進水平均濃度分別為218.38 mg/L、219.19 mg/L,BOD濃度分別為80.8 mg/L、81.10 mg/L,污水處理廠長期存在運行負荷較高、進水濃度偏低的情況。

表1 雨污水主干系統平均日流量、平均日COD濃度與雨污水混流及清污混亂情況預測

通過上述數據分析可以看出,城市雨污水混流與清污混亂的情況較嚴重,大量清水與雨水混入污水收集系統,導致污水收集系統與污水處理廠長期處于高負荷、低效能的運行工況。大量污水混入雨水收集系統,末端直排收納水體,對城區(qū)水體生態(tài)系統造成嚴重破壞。結合排水系統GIS數據、管線初排情況及排水主干系統的服務范圍,將城市建成區(qū)共劃分為12個排水分區(qū),根據河湖沿岸主干系統與城區(qū)市政雨污水收集干管的水質水量監(jiān)測數據及報告,對12個排水分區(qū)問題進行分級,對問題嚴重的區(qū)域進行管道清淤與CCTV全線檢測。通過深入摸排及對排水系統的評估分析,將主要問題分為以下幾類:①老城區(qū)雨污分流不徹底、清水入滲嚴重。城市南區(qū)作為該城市最早的經濟中心,大部分基礎設施建設時間較早,該片區(qū)排水系統的主要問題為排水系統以合流制為主(合流制占比>50%),排水管道管材以鋼筋混凝土管道為主,大口徑管道為平口管,接口脫落情況嚴重。排水檢查井基本是磚砌井,檢查井滲漏情況嚴重,南北片區(qū)現狀排水管道共發(fā)現結構性缺陷與功能性缺陷5998處。排水系統缺乏定期的維護管理,導致管網病態(tài)較嚴重,城區(qū)又緊鄰湖泊,地下水位較高,大量地表水、地下水通過破損的磚砌井、管道結構性缺陷節(jié)點進入管道內,導致污水收集系統長期處于高運行水位、低濃度的情況。②雨污分流片區(qū)錯混接嚴重。北區(qū)開發(fā)建設相對南區(qū)要晚,排水體制已基本實現了雨污分流,但通過排查分流制排水系統發(fā)現存在大量的錯混接,雨污分流管網發(fā)現錯混接節(jié)點49處(不含庭院錯混接),導致整個片區(qū)雨污水收集主系統濃度基本一樣。

2 改造方案

雨污分流與清污分流的核心及難點集中在老城區(qū),該區(qū)域以老舊小區(qū)及城中村為主,市政基礎配套設施建設時間早,已無法滿足城市的發(fā)展需求,地下管線繁多雜亂,巷道地下空間已基本全部使用。雨污分流改造是一項涉及范圍廣、地下空間利用高的工程,項目實施對自然環(huán)境、社會環(huán)境都有一定的影響,需同步分析雨污分流改造與城市更新改造及老舊小區(qū)改造,發(fā)揮綜合效能,節(jié)約成本,避免城市短期內的反復開挖,實現統籌協調,提升城市居民的幸福感及獲得感。

設計方案以排查出的問題及績效目標為導向,通過對問題的分級,以工程措施為主要抓手,對問題清單進行逐項消除。結合各片區(qū)排查報告及診斷分析報告,對12個排水分區(qū)問題進行分級,根據問題等級、績效貢獻率及城市更新實施計劃進行分項、分階段實施。城市北區(qū)已基本完成雨污分流,但存在錯混接嚴重的情況,錯混接節(jié)點大部分位于主干系統,雖然問題點位較分散,但改造難度較小,績效貢獻較高。南區(qū)主要問題為合流系統占比較大、排水溝渠占比較高、管渠及檢查井破損滲漏情況嚴重,改造難度大且周期長。結合問題類別及區(qū)域特點,優(yōu)先實施績效貢獻率高、具有實施條件的市政道路雨污分流及錯混接改造,再逐步推進巷道及庭院雨污分流,從末端到源頭逐步推進。

2.1 市政道路合流系統改造方案

市政道路合流系統分流改造影響因素較多,方案的確定不能盲目考慮新建污水管道或雨水管道,需結合系統分析及評估數據確定。結合系統內澇風險評估情況、管渠破損情況及城市更新市政道路要求,制定改造方案見圖1。

圖1 市政道路合流系統分流改造方案Fig.1 Diversion reconstruction scheme of municipal road confluence system

2.2 管位與雨污水收集系統形式的選擇

城市主次干道與支路。道路周邊建筑緊鄰道路紅線,地下管線集中布設于人行道下,建筑物往人行道方向>2 m的地下空間均布設有管線,行人道下已不具備埋設排水管道的條件。新建排水管道可選擇布設于非機動車道或機動車道下,管道與路緣石凈距宜≥1.5 m,防止燈桿及交通桿件等地上設施離溝槽太近,增加施工安全隱患及工程費用。新系統建成后,可廢除人行道下原有系統,并將該管位作為城市更新中其他管線的改造管位。

巷道。工程范圍內現狀巷道寬度為4～8 m,巷道內人車混行,周邊建筑緊鄰巷道,且周邊建筑以自建房及老舊小區(qū)為主,地下管線主要包括給水管線、燃氣管道及排水管渠,地下空間已基本被使用。針對巷道內的雨污分流改造,采用以下幾種方式:可開挖空間≥1.0 m,對現狀排水管渠進行內澇風險評估及結構性破損分析,若可保留使用,將其保留作為分流制雨水或污水收集系統,再新建一根排水管道,若不具備保留條件,則將其廢除,并新建雨污水管道?？砷_挖空間<1.0 m,現狀排水設施需進行保留,通過修復或局部改造作為分流制污水收集系統,污水收集系統不宜采用蓋板明渠,沿路側新建雨水收集邊溝。

2.3 特殊節(jié)點附屬設施的選擇

雨污分流過程常會受上下游控制點影響,導致雨污水管道標高沖突的情況,或因巷道可使用空間狹窄,雨污水管道緊鄰,管道與檢查井位置沖突。結合上述情況,采用交匯井形式進行處理,交匯方式如下:

標高沖突且無法調整的,新建豎向交匯井,小口徑排水管道從交匯井中橫穿,交匯井則作為大口徑管道的沉泥井。該交匯井需注意以下設計要點:橫穿排水管道在井內不能有管道接口,橫穿管道應靠檢查井一側,且與井筒反向,方便后期檢修維護。交匯井需根據最大埋深管道設置沉泥槽。做法詳見圖2。

圖2 交匯井做法Fig.2 Convergent well pattern

管位空間有限,排水管道之間存在管道與檢查井沖突的情況,采用平行交匯井,調整檢查井尺寸,令管道直接從檢查井內橫穿,檢查井流槽作為橫穿管道支墩[2]。

2.4 庭院出戶管的接駁

在市政道路雨污分流過程中,針對庭院出戶管的接駁,需集合庭院的分流情況進行分類改造:

D-1類:庭院已完成雨污分流,依據庭院雨污分流竣工資料及排查情況,將出戶管與市政道路分流后,對雨污水管網進行正確接駁。

D-2類:庭院已經分別建設雨污水系統,但存在錯混接的情況,雨污水正常接駁市政雨污水管道,雨水出戶管末端檢查井設置為截流井。結合老舊小區(qū)改造對庭院錯混接節(jié)點改造,改造完成后將截流井內污水截流管進行封堵,拆除截留堰。

D-3類:庭院未分流,在現狀排水系統末端設置截流井,在庭院排口位置或庭院大門處預留雨水檢查井。結合老舊小區(qū)改造對庭院進行雨污分流改造,改造完成后將截流井內雨水溢流管進行封堵,拆除截留堰,庭院雨水系統直接接駁市政雨污分流預留雨水井。

以D-1類為例,改造如圖3所示。

圖3 D-1類改造Fig.3 Category D-1 reform

庭院出戶管接駁難點在于如何判定庭院的分流情況,建議在人工摸排的基礎上結合QV、CCTV及水質水量監(jiān)測等情況,對庭院分流情況、出戶管屬性進行準確判定。

3 結束語

老城區(qū)雨污分流改造是一項精細化的工作,了解并摸清現狀是項目改造成功的重要前提,若發(fā)生錯接或漏接,將導致項目成效大打折扣,嚴重影響進度。雨污分流改造要保證達到提質增效的目標,故嘗試采用CCTV檢測進行項目驗收,清楚掌握實施效果及質量,提升驗收質量管控水平。