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老城区合流制排水系统的分流制改造必要性探讨


老城区合流制排水系统的分流制改造必要性探讨
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摘  要:城市水体质量直接影响着城市整体人居环境,老城区合流制排水系统直接导致大量污水直排进入城市水系,导致城市黑臭水体大量涌现。控制城市黑臭水体的根本措施是实行雨污分流。目前针对雨污分流的改造措施及设计要点已有大量研究成果,但对其必要性及效益性报道尚不多见。本文简要阐述了合流制系统的形成原因及当前现状,针对建筑单体合流系统、建筑小区合流系统及市政合流系统的形成原因及现状分别提出了相应的改造措施及防治对策;提出了合流制系统导致的河道水系黑臭、河道整治后返黑返臭等环境问题,并从经济、环境和社会效益方面论述了进行雨污分流改造的必要性。最后,从政策措施、质量管控、长效机制方面提出了保证分流制排水系统的对策建议,以供参考。
关键词:雨污分流改造;必要性;效益性;老城区
0引言
随着城市化进程的加速推进,市政排水问题愈加凸显。由于历史原因及经济条件所限,大多数城市老城区目前仍采用合流制或混流排水系统,其主要缺陷有:一方面合流管径偏大,晴天时仅有污水排放,水量较小流速较低。当管内流速经常低于0.6m/s时易产生淤积[[[] GB 50014-2021,室外排水设计标准[S].]],影响管道正常运行及维护;其次,直排式系统直接排放大量污水进入自然水体,超过自然水体环境承载力造成大面积水体污染,截留式系统截留大量雨水进入污水管网、污水处理厂造成水厂管网等运行异常。社会生产力的不断发展极大的改善了全体人民生活品质,但造成水资源的严重紧缺,国家进一步要求提高整体人居环境、提升河流水质治理和水资源的重复利用、提升全社会居民的整体生活环境品质。国家同时也颁布了相应法律规章,如2015年国务院发布的《水污染防治行动计划》指出要在全国范围进一步完善市政配套管网建设,针对城中村、老城区及城乡结合部要逐步完成雨污管网改造工程,完善污水收集系统,提高污水收集率;已建成合流制排水系统且确有困难难以改造的,因地制宜采取新建截流干管进行污水截流或就地修建调蓄池、小型污水处理设施进行就地处理排放等措施。另有“城市黑丑水体整治专项行动”、“城市排水防涝补短板实施方案”等专项工作加速推进,市政排水系统逐步进行分流制改造势在必行[[[] 杨正,车伍,赵杨. 城市"合改分"与合流制溢流控制的总体策略与科学决策[J]. 中国给水排水, 2020, 36(14):10.]]。
1合流制系统的病害及改造方法
1.1老城区排水现状及改造措施
由于我国雨污分流制实施较晚,相关法律条文及措施与城市发展不协调,导致现状排水管网存在诸多问题。
①室内排水系统
首先,二十世纪七八十年代时期为了节约造价,建设的建筑大部分采用雨污合流制系统,仅有一根排水立管同时排放屋面雨水与室内污水;九十年代中后期,排水规范修改后新建的小区大部分采用雨污分流式系统,但阳台排水仍汇入雨水立管内。随着生活水平的提高,如阳台增设洗衣机、洗衣池等设施,也会导致阳台污水排入雨水立管,造成雨污混排现象[[[] 赵伟业, 王洋, 李张卿,等. 基于某城市旧城区雨污分流改造的若干问题与思考[J]. 净水技术, 2020, 39(9):5.]],洗衣废水中含有大量含磷洗衣粉进入水体,是诱发水体富营养化的主要因素。其次,居民进行户内装修改造时由于缺乏专业知识或对原始建筑排水系统不了解不熟悉等因素,可能出现私拉乱接造成厨房废水甚至卫生间污水接入雨水立管内一同排入水体。各建筑单体是小区污水排放的源头,其改造是否彻底将直接影响整体改造成效,应予以足够重视。
针对此类问题,需进行详尽的前期调查,充分了解各栋单体建筑的排水管网情,制定整改方案。由于用户私接问题难以入户逐个调查,故一般整改方法是新增屋面雨水排水立管,原有立管用作污水立管,并对排出管进行对应雨污分流改造。
②室外排水系统
与室内排水系统类似,由于经济历史等原因,大量老旧小区室外排水系统同样仅有一套合流管网,生活污废水与雨水合流排入附近河道。另外,根据工程经验,诸多新建小区图纸虽设计为雨污分流系统,但施工过程中的粗制滥造、监管不力等导致的雨污混接现象时有发生,后期维护管理不善导致管网堵塞后私自改造导致混接错接现象亦屡见不鲜。笔者曾在合肥某小区施工现场发现,设计图纸是雨污分流制系统,现场施工队伍对图纸理解错误甚至不看图纸,按以往经验或随意放线接驳,造成多点雨污混接,交付后雨水管网被大量固体污物堵塞,造成管井冒水,不得不进行拆改。
对于仅有一套管网的老旧小区,在配合单体建筑分流制改造的同时,需同步新建小区雨水管网,彻底进行分流制改造。针对新建小区施工过程需严格管控质量,加强施工队伍专业素养,确保按图施工,不仅可以避免雨污混接,而且可节省后期二次整改费用,便于管网维护管理。

图1 小区分流制改造示意图
③市政排水系统
城镇化进程的迅速发展,使得城市住房面积及规模不断扩大,但作为城市基础设施的地下排水系统却难以跟上城镇化发展的步伐,出现严重滞后现象,人们只往往关心城市的面子工程,一再忽视城市的隐蔽基础设施建设。一些城镇道路甚至只建设一根污水管网,导致新建小区雨水管网无处排放,或者接入污水系统,这必将导致污水管网排水压力增大甚至发生污水反溢现象,严重影响居住环境。
解决市政管网不完善问题,目前主要有两种途径。其一,可新建雨水管网接纳小区分流制雨水管网并就近排入水体,此方案可大幅度减少溢流混合污水对水体的污染,是较为彻底的改造方案,且后期无需进行再次改造,经济环境效益较好,但初期投资大。其二,对于部分地区经济条件所限、地形因素导致施工困难或城市街道断面空间不足等原因难以短期内实施完全分流改造,可暂时保留合流管道,沿河道或受纳水体上游修建截流干管,但这种系统不能杜绝污水对受纳水系的污染,溢流的混合污水不仅含污水而且夹带管底沉积物,仍会对水体造成严重污染。解决办法是设置局部处理设施对溢流污水进行处理后排放,但由于局部处理设施处理工艺简单,一般仅为在线过滤或者旋流沉淀等措施,处理效果有限且存在维护不及时甚至停滞废弃等现象。而溢流的生活污水溶解性污染物浓度高且含有大量N、P等易导致水体富营养化的物质,因此仍存在一定风险。
1.2 水体污染严重
雨污分流不彻底导致大量生产、生活污水溢流或直排进入河流水体,河道水质逐步恶化直至发生黑臭,其次雨天污水处理厂进水异常波动导致工艺运行异常,排水水质不达标,进一步污染下游受纳水体。
①形成黑臭水体
生产生活污水进入水体后,携带大量有机污染,有机农药,难降解有机物及氮磷钾等营养物质,当其含量长时间超过水体最大承载负荷时,水体无法通过自净能力降解这些有机物,有机物便在水体中慢慢储存积累。随着无法降解有机物浓度逐渐增大,水体中溶解氧含量逐步下降,水体无法再次恢复到清洁带,水体进入缺氧或厌氧环境(溶解氧低于0.2mg/L),厌氧菌大量增殖,有机物被厌氧菌降解产生大量胺类、硫化氢及氨气等刺激性气体,另外水体中溶解氧浓度低也将促进水中低价金属离子(如二价铁、锰等)与S2-等生成大量硫化物沉淀,以FeS等为主的不溶微粒悬浮于水中,最终形成黑臭水体[[[] 翟乐天. 基于黑臭水体治理的城市雨污分流改造技术研究[D].太原理工大学,2020.]]。
②底泥二次污染
水体形成黑臭后,使水体透光性及氧气溶解度下降,水生植物难以存活,后续进入水体的污染物不能被及时吸收或降解,跟随泥沙或微生物残骸、死亡的水生植物残骸一起逐步沉积形成底泥。当河流水量季节性变化产生较大水流冲击,底泥被水体卷起,有机物被再度释放后对水体形成二次污染。另外,大量底泥沉积使水深变浅,河道底坡减小,水流速度下降会大大降低水体自行复氧能力,从而使水体进一步缺氧而加剧水体黑臭。
针对已经形成的黑臭水体需及时进行治理,如河道清淤、换水或引入活水,种植水生植物或增设生态浮岛,设置水下曝气充氧设备等措施。
1.3 河道治理后重新返黑返臭
根据住建部和生态环境部联合发布的《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》,全国各省市经过坚实努力,城市黑臭水体治理取得了喜人成果。截至2020年末,国家生态环境部数据显示全国地市级及以上城市黑臭水体消除比例已经达到95%以上,成果显著。黑臭水体治理攻坚战已经初战告捷。
然而,污染在水里,根源在岸上。中央生态环保督察组在长春和菏泽督查发现,表面上这里已按要求消灭了黑臭水体,但由于缺乏持久性工作措施,河流返黑返臭的情况层出不穷。据报道,黑臭水体治理工作“治标不治本”现象随处可见,例如长春市黑臭水体治理工作面临验收时基本达到要求,但管网建设滞后,分流制度不彻底、政府监督管理机制落实不到位等问题仍然多见,水体返黑返臭出现大面积返黑返臭。山东菏泽治理黑臭水体方式简单粗暴,仅依靠“河道清淤、局部截污、换水等”表面方式,管网分流改造、控源截污等有效措施未彻底贯彻实施,水体返黑返臭问题不断出现就不难理解了。
因此,若要实现长久环境治理,彻底消除水体黑臭现象,需对排水系统进行彻底改造,对进入自然水体的污水排口进行封堵,彻底杜绝污水进入水体。
2分流制改造的效益分析
2.1经济效益
尽管排水系统的雨污分流改造初期投资较大,需改建扩建大量现状管网,但从长远发展来看,它将从根本上解决水环境污染问题,有益于降低整体环境治理成本。
据调查,2021年3月以来,山东菏泽市水体返黑返臭现象此起彼伏,仅仅4月份山东全省就有6条河道出现返黑返臭问题,其中菏泽市就有4条,达到了总量的2/3之多。为了重新消除黑臭水体,菏泽市需对城区11条黑臭水体重新进行投资整治。如此反复投资却治标不治本,无疑造成财政的极大浪费。而进行雨污分流改造后杜绝了污水进入水体,仅需对黑臭水体进行一次性适当治理,如清淤、换水等措施,使水体复氧,由氧垂曲线可看出经过一段时间后水体也能自行恢复且不会反弹,可节约大笔整治及维护资金。
其次,调查发现由于管网普及不到位,污水收集量不足,目前仍有相当数量的城镇污水处理厂建成后束之高阁或低负荷低流量运行。一方面水量不足,污水中有机质含量低给污水处理厂的稳定运行造成困难,出水水质不稳定,而且已建成设备长期闲置,造成资源严重浪费;另一方面,若污水得以完全收集,经过污水厂处理后还可以收集大量沼气等二次能源,达到良好的经济效益。
2.2环境效益
一方面分流制改造后,可保证城市生产生活污水完全输送至污水处理厂且可保证污水中营养物质浓度,保障实现处理达标后排放,不仅充分利用污水处理厂的处理能力,而且避免了雨天水量变化对污水厂的冲击,保证污水处理厂的正常运行且可避免排放后二次污染。其次,杜绝污水溢流污染河道水体,根治水体黑臭现象,改善水生态系统,提升整体人居环境。最后,分流制系统可保证雨水系统的安全运行,雨天快速排除地面雨水,减轻城市内涝风险。雨水回收利用工程中,回收雨水经过初沉、沉淀、过滤消消毒处理后,可进一步用于小区或市政公园绿化,城市道路及广场清洗浇洒,冲洗地库停车位、洗车或补充景观水体等,可实现水资源循环利用,减轻日趋严重的淡水资源压力。
2.3社会效益
    生活环境的好坏已逐步成为全体居民以及投资商等重点关注的问题,雨污分流工程改造完成后可实现河流水体清澈宜人,水体黑臭消失,不仅提升水体环境质量使水生植物得以健康生长,还有益于提升空气质量和整体城市品质,推进打赢环保部要求的“蓝天碧水”保卫战。其次,城市整体环境质量得以提升给人焕然一新之感,可改善城市营商环境,吸引更多优质投资进入并创造更多就业机会。
3结论及建议
综上分析,对原有合流制及混流制排水系统实行分流制改造是控制城市水环境污染的必然举措,也是克服水资源匮乏、加强淡水资源循环利用、实现高质量发展的前提条件。在改造过程中有以下几点建议:
1完善相关法律法规政策,加强监督。行政职能部门在监督及验收过程中应摈弃偏重面子工程,切实加强管网改造及排污口整改工作;尤其需要避免避重就轻,建造大面积绿化景观工程,而忽视管网改造等隐蔽工程。
2改造过程中,应对现状建筑、小区及市政管网进行详细勘察并与相关规划和设计图纸进行比对核实,加强工程队伍人员技能素养。验收过程严格把控工程质量,避免改造中产生二次错接。建成管网需定期维护检查,确保管网排水通畅及完好,避免堵塞防溢造成污染,避免私自改造导致混接。
3因城施策,针对个别难以实施改造或经济确实困难的地区可暂且保留合流管网,实行截留调蓄、局部处理后排放等措施,但应登记在册,便于后期改造。对处理设施应及时维护管理,保证设备正常运行。
4抛弃毕其功于一役思想,建立长效动态核查机制,对重点水域的排口进行在线检测与定期采样检测相结合,落实责任,确保排放水质无污染风险。
参考文献:
[1] GB 50014-2021,室外排水设计标准[S].
[2] 杨正,车伍,赵杨. 城市"合改分"与合流制溢流控制的总体策略与科学决策[J]. 中国给水排水, 2020, 36(14):10.
[3] 赵伟业, 王洋, 李张卿,等. 基于某城市旧城区雨污分流改造的若干问题与思考[J]. 净水技术, 2020, 39(9):5.
[4] 翟乐天. 基于黑臭水体治理的城市雨污分流改造技术研究[D].太原理工大学,2020.

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