南方城市污水提質(zhì)增效方案與實踐
——以漳州市為例

吳志強，栗玉鴻，侯愛月，馬步云，沈 峰

[1.中規(guī)院（北京）規(guī)劃設(shè)計有限公司，北京市100044；2.漳州市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局，福建 漳州363005]

0 引言

2019年4月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)改委聯(lián)合印發(fā)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019-2021年）》[1]（以下簡稱《方案》），《方案》中提出了明確的目標：經(jīng)過3年努力，地級及以上城市建成區(qū)基本無生活污水直排口，基本消除城中村、老舊城區(qū)和城鄉(xiāng)結(jié)合部生活污水收集處理設(shè)施空白區(qū)，基本消除黑臭水體，城市生活污水集中收集效能顯著提高。

漳州市于2018年10月，成功申報成為黑臭水體治理示范城市，結(jié)合《方案》目標要求及黑臭水體整治實踐，漳州市明確了“源頭治理、標本兼治、表里如一”的治水思路，將城市黑臭水體治理與污水處理提質(zhì)增效工作統(tǒng)籌推進。

1 工程概況

漳州位于臺灣海峽西岸，福建省東南部。氣候?qū)倌蟻啛釒夂?，年降水?560 mm 左右。市區(qū)內(nèi)河網(wǎng)密布，共有3 大水系、25 條內(nèi)河，總長度達106 km。

漳州市區(qū)地處九龍江西溪和北溪之間的漳州平原，整體地形平坦。市區(qū)共有2 個污水系統(tǒng)：東墩污水處理系統(tǒng)和西區(qū)污水處理系統(tǒng)。受地形、河網(wǎng)及污水處理廠分布影響，漳州市區(qū)污水系統(tǒng)采取多級泵站接續(xù)提排的方式來實現(xiàn)污水的收集、轉(zhuǎn)輸。

近年來，隨著黑臭水體治理控源截污工程的推進，市區(qū)污水收集量顯著增加。以東墩污水處理廠為例，東墩污水處理廠服務(wù)區(qū)域58.75 km2，服務(wù)人口47.1 萬人，設(shè)計處理能力13 萬t/d，2018年日均污水處理量10.6 萬t/d，2019年增長至12.2 萬t/d，運行負荷率92.3%，尤其是雨季已滿負荷運行，見圖1。

圖1 2018—2019年東墩污水處理廠進水量

排水體制方面，漳州市現(xiàn)狀排水體制以分流制為主，主要的合流制區(qū)域分布在城中村（75 個）、老舊小區(qū)（59 個）、農(nóng)貿(mào)市場（3 座）等區(qū)域，面積13.88 km2，占現(xiàn)狀建成區(qū)總面積的20.48%。

分流制片區(qū)域內(nèi)，由于早期排水管網(wǎng)建設(shè)管理存在一定問題，雨污水混錯接情況突出。根據(jù)排查，漳州市建成區(qū)內(nèi)雨污水混錯接問題主要集中在兩個方面：（1）排水戶與市政管網(wǎng)接駁口混錯接，共發(fā)現(xiàn)675處，以沿街商鋪、居住小區(qū)和企事業(yè)單位接駁口為主；（2）排水戶（如居住小區(qū)、公建單位）內(nèi)部混錯接，354 個分流制居住小區(qū)中284 個內(nèi)部排水管網(wǎng)存在不同程度混錯接，33 個分流制農(nóng)貿(mào)市場均存在混錯接的情況，8.5 km2公建單位混錯接嚴重。

2 現(xiàn)狀污水系統(tǒng)主要問題

漳州市污水處理提質(zhì)增效建設(shè)背景具有與多數(shù)南方城市類似的特點：

（1）年降雨量大且年內(nèi)分布不均，主要降水集中在6～9月份，單次降雨以中小降雨為主。

（2）域內(nèi)河網(wǎng)密布，老舊建筑多臨水而建，水環(huán)境質(zhì)量差。

（3）水資源較為豐富，河水、地下水水位高，山泉水豐富。

同時，在污水處理提質(zhì)增效方面也面臨與其他南方城市相似的問題。

2.1 污水流失、雨水入管，嚴重降低影響水環(huán)境質(zhì)量

2018年開始，為加快消除城市黑臭水體、消除沿河污水直排口，漳州市首先考慮采取截污的方式推進水環(huán)境整治。

截污方式主要有兩種：門口截污和末端截污。門口截污就是在排水戶出口支管設(shè)置截流井及截流支管，就近將雨水管道或合流管道中的污水截流進入市政污水管道排放。末端截污則是在雨水、合流管渠入河前設(shè)置截流井及沿河污水管道，將較大片區(qū)內(nèi)的污水截流后統(tǒng)一排至污水管道。

門口截污相較于沿河末端截污工程量小，投資小，不受制于征地及沿河拆遷進度的影響，可以避免河水倒灌情況的發(fā)生。漳州市主要通過設(shè)置門口截污的方式截留污水。至2018年末，針對合流區(qū)域污水直排、分流區(qū)域混錯接等問題，全市共設(shè)置281 處“門口截污”措施，截留管徑以DN200、DN300 為主，有效解決了旱天污水入河的問題。但同時，雨天截流也對污水系統(tǒng)產(chǎn)生了很大影響：小雨時，截污措施持續(xù)截流雨水，不發(fā)生溢流，截流雨水量大。大雨時，雨水自污水系統(tǒng)源頭迅速充滿整個污水系統(tǒng)，加之污水提升泵站、污水處理廠能力有限，截流雨水將污水系統(tǒng)持續(xù)維持在高水位運行狀態(tài)，導致大量生活污水無法收集處理，污水流失與雨水截流量大，嚴重降低生活污水集中收集效能，影響水環(huán)境質(zhì)量。2018年、2019年市區(qū)污水集中收集率分別為43.9%、44.2%，進水BOD5濃度均值分別為77.7 mg/L、71.2 mg/L，雨天影響突出。

根據(jù)2017、2018、2019年污水處理廠月均進水BOD5濃度數(shù)據(jù)，污水處理廠進水濃度在6～9月份出現(xiàn)明顯下降。同時，隨著黑臭水體治理截污工作的推進，2019年較2017年，污水處理廠月均進水BOD5濃度曲線波動明顯增大（見圖2），表明截污工作實施后，旱、雨天污水處理廠進水濃度差異愈加明顯，雨季污水系統(tǒng)截留雨水量增大。

圖2 2017—2019年東墩污水處理廠月均進水BOD5 濃度

根據(jù)2019年降雨情況，選取3月5—10 日、5月15—21 日、6月14—19 日連續(xù)降雨時污水廠進水數(shù)據(jù)作為雨天工況，選取未發(fā)生降雨的11月污水廠進水數(shù)據(jù)作為旱天工況。雨天污水廠進廠BOD 濃度均值為58.5 mg/L，進廠污水量均值14 萬t/d；旱天時污水廠進廠BOD 濃度均值為90.8 mg/L，進廠污水量均值12.1 萬t/d。根據(jù)污染物平衡估算，雨季生活污水溢流量約為2.4 萬t/d，截污措施截流雨水量約為4.3 萬t/d。

2.2 外水入流入滲量大，降低了污水處理廠進水BOD5濃度

旱天進入污水系統(tǒng)的外水主要有河水、地下水、山泉水、施工降水、自來水等。漳州具有典型的南方城市河水、地下水水位高，山泉水豐富的特點，導致污水系統(tǒng)入流入滲外水量大，降低污水集中收集效能。

2.2.1 河水倒灌

對于漳州，河水倒灌進入污水系統(tǒng)主要有兩個途徑：（1）自雨水排口、溢流口倒灌至截污措施，從而進入污水系統(tǒng)；（2）自污水過河管破損倒灌進入污水系統(tǒng)。

對此，首先結(jié)合河道常水位與沿河排口高程，分析識別出內(nèi)河沿岸淹沒出流排口共計259 個（見圖3）。通過對淹沒排口對應(yīng)排水管網(wǎng)調(diào)查、配合沿河污水干管降水位，未發(fā)現(xiàn)明顯排口倒灌情況。其次，結(jié)合管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)，對全市60 處污水管道過河段開展排查，共發(fā)現(xiàn)1 處污水倒虹吸管破損導致河水倒灌。

圖3 九十九灣排口與河道常水位高程關(guān)系圖

2.2.2 地下水入滲

地下水入滲主要是通過管道缺陷位置進入污水管網(wǎng)。首先，根據(jù)排水管網(wǎng)清淤檢測結(jié)果，明確市區(qū)排水管網(wǎng)缺陷點位置；其次，結(jié)合地下水埋深分布情況、污水管道埋深、管網(wǎng)破損點分布等因素識別出片區(qū)地下水入侵高風險區(qū)域。第三，采用夜間最小流量法估算地下水入滲量：選取居民生活區(qū)下游污水管網(wǎng)節(jié)點安裝在線水量監(jiān)測設(shè)備，通過分析連續(xù)旱天生活污水變化情況，得出分散點位上游管網(wǎng)地下水入滲量（見圖4），并計算得到不同區(qū)域單位長度管段入滲率。最終估算出市區(qū)污水管網(wǎng)地下水入滲量2.7 萬t，地下水入滲占比24%。同時，查閱其他城市地下水入滲資料：深圳市福田區(qū)地下水入滲占比約為25%[2]；德國34 個污水處理廠服務(wù)區(qū)域的地下水滲入量平均值為35%；日本26 個排水區(qū)域污水總量中滲入量與雨水流入量的統(tǒng)計結(jié)果,平均滲入量占污水總量的25.9%[3]。參考相關(guān)城市情況，結(jié)合管網(wǎng)檢測及水量平衡計算，認為計算所得地下水入滲量較為合理。

圖4 管網(wǎng)水量監(jiān)測數(shù)據(jù)

2.2.3 山泉水截流

通常情況下，山泉水通過溝渠排入城市內(nèi)河。水環(huán)境整治過程中，部分近期無法全面源頭改造的區(qū)域，為控制水環(huán)境污染，現(xiàn)狀在暗渠出口設(shè)置末端截污，將暗渠來水截流進入污水系統(tǒng)。由于暗渠內(nèi)污水、雨水、清水混雜，大量清水、雨水截入污水系統(tǒng)，降低污水廠進廠BOD5濃度，增加能耗。

首先依據(jù)現(xiàn)狀地形，對研究片區(qū)進行水文分析，明確片區(qū)產(chǎn)匯流情況。結(jié)合現(xiàn)場調(diào)查，共發(fā)現(xiàn)山泉水截流點2 處，截流山水量1300 t/d。

3 整治措施

清水入流入滲、雨水截流以及雨天污水溢流是造成漳州市區(qū)污水集中收集效能不高的主要因素。因此，市區(qū)污水處理提質(zhì)增效重點是推進“清污分離”、“雨污分離”，控制排水管網(wǎng)“雨天溢流”。

“清污分離”、“雨污分離”主要通過修復及完善排水管網(wǎng)系統(tǒng)來實現(xiàn)。

控制排水管網(wǎng)“雨天溢流”主要是針對合流制或截流式分流制區(qū)域，一般而言有兩種方式：

一種是通過增加管網(wǎng)、泵站、污水廠處理能力，建設(shè)調(diào)蓄設(shè)施等措施建立完善的溢流污染控制系統(tǒng)，減少污水流失，從而提高污水集中收集效能。如日本東京都地區(qū)合流制比例82%，為應(yīng)對雨天合流制排水系統(tǒng)流量變化，對污水處理廠一級處理進行改造，雨天處理能力達到旱天的3～4 倍[4]。德國大部分城市保留了合流制的排水系統(tǒng)，從20 世紀70年代開始建設(shè)大量不同類型的雨水調(diào)蓄設(shè)施，在保障污水處理效能的情況下，對雨水及溢流污水的分散調(diào)蓄以及過流凈化處理，成為德國合流制溢流控制的重要技術(shù)策略[5]。

一種是通過雨污分流改造、管網(wǎng)混錯接改造，建立較為完全的分流制排水系統(tǒng)，實現(xiàn)“雨污分離”，減少污水系統(tǒng)中截流雨水量，騰出充分空間轉(zhuǎn)輸污水，從而避免雨天污水溢流。

漳州市現(xiàn)狀排水系統(tǒng)以截流式分流制為主，雨季降雨集中、河網(wǎng)密布。若采用第一種方式，需要配套建設(shè)大量調(diào)蓄設(shè)施或大規(guī)模增加污水處理能力，投入多、占地大。同時，此種方式將雨水、清水、污水全部接入污水處理廠處理，降低污水廠進水BOD5濃度，影響污水集中收集效能。因此，要控制雨天溢流、實現(xiàn)“雨污分離”，重點在于全面推進雨污分流、混錯接改造等源頭治理，構(gòu)建盡可能完全的分流制排水系統(tǒng)。對于少量近期保留的合流區(qū)域，通過提升廠站能力的方式，完善合流制溢流污染控制措施。

綜合上述方案，提出排水單元源頭改造、管網(wǎng)改造修復、清污分流改造、污水廠擴建等工程措施。

3.1 排水單元源頭改造

為保障源頭治理全面徹底，便于責任落實、資金組織以及實現(xiàn)改造片區(qū)總體達標運維，按照市區(qū)鎮(zhèn)街行政邊界，結(jié)合城市路網(wǎng)將市區(qū)劃分為179 個排水單元、1391 個排水戶，各排水單元根據(jù)規(guī)劃排水體制及排水戶性質(zhì)開展排查、設(shè)計、建設(shè)、驗收、移交及運維。通過排水單元與市政接駁口排水達標情況進行片區(qū)總體驗收及達標運維標準（見圖5）。

圖5 東環(huán)城河片區(qū)排水單元排查情況

3.1.1 沿街店面

按照沿街商鋪分布的集中程度分類改造：

（1）集中商鋪：針對沿街店面分布較集中的街道，沿街新建污水支管，將店鋪污水統(tǒng)一收集。為方便商鋪污水出戶管接入，新建污水收集支管每1～2 個店面設(shè)置1 座檢查井，現(xiàn)狀未排污店鋪預留接戶井。

（2）分散商鋪：就近改接入市政污水管道。

截至目前，已實施9 條市政道路、33 條背街小巷沿街店面納管改造。

3.1.2 居住小區(qū)

針對排查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部存在混錯接排水的小區(qū)全面推進源頭改造，改造內(nèi)容主要包括建筑立管和室外排水管網(wǎng)改造。

室外排水管網(wǎng)改造方面，結(jié)合小區(qū)室外排水管網(wǎng)實際情況，確定翻建或混錯接改造方案。針對建筑周邊散水溝污水橫流的問題，取消散水溝設(shè)計，通過調(diào)整豎向及布置雨水口收集雨水，避免后期住戶改造污水立管時私自接入散水溝造成混接。同時，將污水管道設(shè)置于靠近建筑的一側(cè)，雨水管道設(shè)置于污水管道外側(cè)，杜絕后期住戶污水出戶管錯接。

建筑立管改造方面，9 層以上建筑立管改造較難實施，采用單根立管底部截流或多根立管分片區(qū)截流的方式進行改造；9 層及以下建筑，原混接立管作為污水立管，新設(shè)雨水立管并實施斷接，優(yōu)先接入綠地、生態(tài)草溝等海綿設(shè)施，實現(xiàn)雨水“地上走”，污水“地下走”，控制徑流污染，方便后期巡查維護。

截至目前，已實施217 個小區(qū)源頭排水系統(tǒng)改造。

3.1.3 城中村

漳州市區(qū)59 個城中村污水結(jié)合城建計劃進行分類整治：

十四五規(guī)劃拆遷的城中村共48 個，設(shè)計這些城中村近期保留末端截流，待拆遷完成后，嚴格按照雨污分流制新建雨污水管網(wǎng)。

十四五規(guī)劃保留的城中村共11 個，其中古城核心保護區(qū)的芳華里和龍眼營不具備改造施工的條件，設(shè)計保留合流系統(tǒng)；剩余9 個城中村進行雨污分流改造。

3.2 管網(wǎng)修復

根據(jù)市政排水管道檢測出的6214 處管網(wǎng)缺陷（其中，Ⅲ、Ⅳ級結(jié)構(gòu)性缺陷531 處，Ⅲ、Ⅳ級功能性缺陷較221 處），結(jié)合城建計劃，優(yōu)先推進Ⅲ級以上缺陷管網(wǎng)翻建及開挖修復工作。

截至目前，修復改造管網(wǎng)總長度為16.5 km，其中非開挖修復管道總長度為5.8 km，開挖修復管道總長度為10.7 km。管道修復的同時將現(xiàn)狀磚砌污水檢查井改造為預制裝配式或模塊式檢查井。

3.3 清污分流改造

以開發(fā)區(qū)支渠為例，為避免末端截污將清水截流進入污水系統(tǒng)，在開發(fā)區(qū)支渠上游新建水庫泄洪渠2.4 km，將開發(fā)區(qū)支渠上游水庫清水引至下游東墩排洪渠，初步進行清水、污水的分流。同步實施藍田開發(fā)區(qū)源頭分流改造工程，實現(xiàn)暗涵內(nèi)雨污分流。

3.4 污水廠擴建

根據(jù)用水量折算，至2021年東墩污水廠預測污水量為11.6 萬m3/d。外水入侵量按平均日綜合生活污水總量的15%計算，東墩污水廠外水入侵量為1.7 萬m3/d。同時，至2021年底合流制排水體制面積5.5 km2。綜合考慮漳州市人口分布特征和用水習慣，考慮按《室外排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定的截流倍數(shù)下限取2 倍計算雨季截流水量。

經(jīng)核算，東墩污水處理廠近期擴建規(guī)模至19.5 萬m3/d。擴建后，旱天污水廠規(guī)模運行余量為6.2 萬m3/d，雨天接近滿負荷運行，可基本滿足污染控制要求。

4 實踐成效

隨著漳州市污水處理提質(zhì)增效工作的集中推進，市區(qū)污水集中收集效能有了明顯提升。以市區(qū)城市生活污水處理廠為例（含東墩和西區(qū)污水處理廠），2017年市區(qū)兩座污水廠進水總量為4563.4 萬t，至2020年進水總量達到5906.6 萬t，比增29.4%；2017年市區(qū)兩座污水廠平均進水BOD 濃度63.4 mg/L，經(jīng)過兩年整治，2020年兩廠平均進水BOD 濃度達到78.8 mg/L，比增24.2%；2020年污水集中收集率53.5%，較2017年（集中收集率31.2%）提升22.3 個百分點，見表1。

表1 漳州市區(qū)污水集中收集情況

5 總結(jié)與思考

漳州市作為南方多雨城市，在協(xié)同推進城市黑臭水體治理與污水處理提質(zhì)增效工作中，采用“臨時門口截污+ 源頭改造”的治理模式，在實踐中取得了較為明顯的成效，從實施難度、投資的經(jīng)濟性等方面也有一定的優(yōu)勢，可以為類似城市提供借鑒。同時，排水系統(tǒng)治理“三份靠治理、七分靠管理”，徹底的源頭治理必須輔之以嚴格的源頭管理。目前，漳州市正在逐步推進“廠- 網(wǎng)- 河”一體化管理，通過專業(yè)化管理隊伍日常巡查，可以有效的減少源頭混錯接的發(fā)生。通過構(gòu)建污染源溯源執(zhí)法機制，落實污染源管理行政執(zhí)法工作，將進一步推進城市排水系統(tǒng)的完善。