海綿城市理念下高密度城區污水提質增效策略研究
【天津純水設備http://www.50558.cn】污水提質增效是海綿城市建設的重要組成部分。以高密度城區為研究對象，分析污水系統效能現狀和存在問題，借鑒國際及國內城市污水提質增效成功經驗，結合海綿城市建設要求，提出高密度城區污水系統完善、排水管網排查、雨污分流改造和合流制暗涵整治等方面策略，以期對高密度城區污水提質增效有一定的指導意義。
當前，我國城鎮污水收集處理系統普遍存在質量不高、效能偏低等突出問題，具體有城市地表水體長期黑臭和部分城鎮污水處理廠進水濃度長期偏低等外部表征。2019年5月，住房和城鄉建設部、生態環境部、發展改革委聯合發布《關于印發城鎮污水處理提質增效三年行動方案（2019-2021年）的通知》，科學把握城鎮污水收集處理基礎設施發展的規律性和時代發展需求，明確要求加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板天津純水設備，盡快實現污水管網全覆蓋、全收集、全處理，加強生態環境保護、打好污染防治攻堅戰、提質增效污水系統能力已經提升到國家戰略高度層面。
另一方面，高密度城區一般是城市中的各種空間、環境和人員等要素最密集、最復雜的區域，對城市水環境和城市排水管網系統要求高，但也是存在合流、混接區域的部分污水直排，陽臺清洗、沿街商鋪的部分污水直排，以及一些小作坊污水的無序排放等問題，存在末端截流引起雨水、污水、倒灌海水、地下水大量截流到污水處理廠，造成污水處理廠進水污染物濃度偏低、處理壓力大，沿線污水管道“滿管流”等問題。
因此，在新形勢下，無論從國家政策層面，還是高密度城區自身的發展需求，都必須要堅持系統化思維與規律性把握并重，堅持污水治理和生態供給并行，堅持提質增效和能力建設并舉，結合高密度城區城市規劃建設情況、海綿城市建設要求和污水系統存在實際問題，保障污水處理的“提質增效”。本文以廈門市高密度城區思明區為例，剖析城市水環境和污水系統存在問題的基礎上，借鑒國內外其他城市經驗，結合海綿城市建設要求，提出高密度城區污水提質增效的實施策略。
1研究對象概況
思明區是廈門市的經濟、政治、文化、金融中心，主導功能包括高端服務、金融商務、文化、旅游會展等，三面臨海，與小金門諸島和漳州大陸隔海相望，城市內有鼓浪嶼-萬石山國家風景名勝區、筼筜湖公園、環島路帶狀公園、仙岳山-狐尾山山體公園等富有吸引力的旅游景點，自然資源景觀特征顯著，生態格局表現為城在海上，海在城中，山海之城。
思明區城市化水平高，人均GDP達中等發達國家水平，第三產業成為支柱產業，主要經濟發展指標位列廈漳泉地區甚至全省前列，主要民生經濟數據在廈漳泉13區排名第一。城市建成區面積約為55 km2，常住人口約105萬人，常住人口集中在西部地區，中山路、廈港老城片區、廈禾路及蓮前路兩側區域人口密度較高。人均城市建設用地面積約52 m2，建成區人口密度達1.9萬人/km2，城市化建設基本完成。城區中舊城區面積大、建筑密集，舊城環境日漸衰敗，公共空間缺乏營造。
2 現狀及存在問題
2.1 城市水環境
筼筜湖是思明區重要水體，也是廈門島內最大的海水湖泊，水域面積為1.37 km2、總有效湖水容量為390.19萬m3，周邊匯水區面積為37.1 km2。據水質監測顯示，2019年1~8月，筼筜湖湖區水體主要超標污染物為無機氮和無機磷，其余監測指標基本符合第四類海水水質標準，具體詳見表1。
思明區的近岸海域水環境存在水體富營養化現象天津純水設備，達到中度至重度等級，海水中主要超標污染要素仍為無機氮和活性磷酸鹽。
2.2 供水現狀
思明區和湖里區（統稱“本島”）人口和用地規模相近，統一由高殿給水廠供水，日均供水量為58.29萬m3/d，約占全市售水量的50%，產銷差率1.16，人均綜合用水量0.243 m3/(k·d)，人均居民生活用水量0.128 m3/(k·d)，人均綜合生活用水量0.216 m3/(k·d)，工業用水比例11.1%。
2.3 排水體制現狀
思明區早期的排水體制為雨污合流，1982年編制的廈門筼筜湖排水規劃確定筼筜湖北岸采用雨污分流制，筼筜湖南岸從湖西路起至湖中路和老市區一帶仍按原有排水體制“合流制”外，其余區域采用雨污分流制具體情況如圖1所示。
為摸底思明區雨污分流情況，選取筼筜湖北岸約0.35 km2的區域進行排水管道排查，采用封堵、抽水、疏通、清淤、CCTV和QV管道潛望鏡檢測方法，自建筑樓宇室外地面第一口檢查井至市級管網排口的管網長度共計9 131 m，雨污水管網混接點超過100個，實際為混流制。
2.4 污水處理廠
思明區現狀有2座大型污水處理廠，分別為筼筜污水處理廠和前埔污水處理廠。
(1)筼筜污水處理廠規模為30萬m3/d，服務范圍為廈門島西部，總面積為36.99 km2，其中思明區面積為24.9 km2。2014～2018年度進水平均水質指標和日均污水處理量見圖2。
(2)前埔污水處理廠規模20萬m3/d，服務范圍為本島整個東部地區，包括西水東調的污水量，北至航空城，南至廈港與廈大，西至江頭一帶和鐵路沿線，東至東海岸線，總服務面積達68.19 km2，其中思明區面積為32.1 km2。2014~2018年度進水平均水質指標和日均水質指標和日均污水處理量見圖3。
2.5 管網系統
筼筜污水處理廠的污水管網系統由3部分組成。其中：一部分來自廈禾路污水泵站13萬m3/d，污水主干管徑2-DN1 000；一部分來自湖濱北3#污水泵站10.6萬m3/d，污水主干管徑為2-DN1 000；另一部分來自湖濱南4#污水泵站13.8萬m3/d，污水主干管徑為DN1 200。
前埔污水處理廠的污水管網系統由3部分組成。其中一部分來自蔡坑泵站15萬m3/d和呂嶺泵站6.5萬m3/d，污水主干管徑D1 800；一部分來自浦口泵站8.2萬m3/d和前埔泵站2萬m3/d，污水主干管徑D1 200；另一部分來自黃厝泵站12萬m3/d，污水主干管徑為DN1 000。
2.6 截流系統
筼筜湖截污工程共歷經4期整治，所有入湖的排洪管（溝）已經全部截污，基本實現晴天污水不入湖。建設情況梳理如圖4所示。
廈門全島（含思明區和湖里區）截流改造涉及排水口共109個，截流點截流的合流制污水約21.66萬m3/d，雨水量約40.76萬m3/d。
2.7 存在問題分析
(1)筼筜污水處理廠進水污染物濃度逐年降低，前埔污水處理廠進水污染物濃度長期偏低。
2014~2018年的筼筜污水理廠進水污染物濃度數據可以看出，隨著周邊排水口越來越多通過截流的方式進入筼筜污水處理廠，導致BOD5的進水濃度從2014年的157 mg/L下降到2018年的121 mg/L，表明污水收集系統存在嚴重問題，導致筼筜污水處理廠的處理效能下降。
前埔污水處理廠服務范圍內的城市建成區建設時間較晚，理論上城市排水管道的建設技術和質量都應優于筼筜污水處理廠，但是由于“低價中標”等一系列原因，導致排水管道的建設質量低于早期建設質量。此外，五緣灣大截排、環灣大箱涵、鼻子溝以及湖邊水庫的環湖截流大箱涵等，施工質量不高、滲水嚴重等一系列原因也是導致前埔污水處理廠進水BOD5 112 mg/L較低的原因。
(2)前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠都存在超負荷運行問題。
近年來，隨著片區快速發展和截流污水的大量匯入天津純水設備，前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠存在超負荷運行問題，導致截流管道高水位運行，部分截流井污水在晴天時溢流至筼筜湖或海域，對水體和海域環境影響很大。
(3)污水有效收集率偏低。
根據《室外排水設計規范》（GB 50014-2006，2011年版）人均日生活污染物排放量確定為45 g/（人·d），基于2018年前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠平均進水污染物濃度、污水處理廠處理量等數據，本島人口按200萬人計劃，計算得出本島污水有效收集率只有63%。
(4)雨污管道混接嚴重。
筼筜湖流域市政道路混錯接點達到278個，其中232個，約83.45%的混接、錯接點位于筼筜湖南岸。其中，南12~南17作為主要的混錯接區域，按照普查混錯點測算，進入排洪溝污水量達到3.5萬m3/d，雨季隨降雨一同溢流至筼筜湖，未發揮該分流區域污水管網的作用。根據官任社區初步統計結果顯示，0.3 km2雨污混接點大概62個（含市政道路和小區內部的雨污水混接），以此測算，思明區城市建設區內的雨污水混接點約為11 700個。
(5)截流系統末端排口存在海水倒灌、溢流嚴重等問題。
由于截流系統及排海口未建防護措施，高潮期部分排口海水倒灌進入污水系統，外來水入滲截污管網，占據污水空間，加劇溢流；同時存在不同程度的溢流問題，溢流嚴重區域主要為老舊城區、村莊。
3 案例借鑒
3.1 國外城市經驗
19世紀中葉以后，發達國家的一些城市開始建造排水管道系統。經過上百年的建設，發達國家城市普及了排水管道系統，并進行了大量的改善和優化。20世紀后半葉，隨著人們對城市非點源污染控制及水環境保護的重視，越來越多的國家和地區提倡將原有合流制排水系統改為分流制，一方面可以解決合流制溢流污染問題，另一方面有助于優化污水處理廠的運行。從20世紀80年代以后，瑞典、美國、德國、日本等國家在很大程度上放棄了“合改分”的思路和做法，發達國家提出了一些新的城市雨洪管理理念，如“低影響開發”（LID）和“綠色雨水基礎設施”（GSI）。
3.2 國內城市經驗
（1）上海市。
2019年2月，上海市提出了“開展上海市雨污混接綜合整治攻堅戰的實施意見”，以全力推進雨污混接整治工作，減少雨污混接對水環境的影響，改善水環境質量。工作目標是到2019年底，全面消除建成區分流制地區市政混接，全面完成沿街商戶混接、企事業單位混接和其他混接整治，住宅小區雨污混接改造工作完成率超過60%；到2020年底，基本完成建成區分流制地區住宅小區雨污混接改造，健全長效監管機制天津純水設備
蘇州市中心城區于2015年已基本消除黑臭水體，但是仍存在個別河道水質不佳、整體水環境不夠穩定的問題。蘇州于2016年開展清水工程，對以往中心城區改造難度較大的區域（約占城區總面積10%的污水管網未覆蓋區域和合流制管網區域）進行重點攻堅克難，實施截污、分流、清淤，優化活水方案，發揚“蘇繡精神”持續開展了一系列精細化控源截污措施。
（3）廣州市。
與不少城市類似，廣州市以往的治水思路主要采取末端截污、末端補水、環村截污等方式，主要以做工程為主。2016年以來，市委是政府提出推進“3-4-5”治水路線，即，“源頭減污，源頭截污、源頭雨污分流”的“3項原則”，持續推進“4洗清源行動”，堅持“控源、截污、清淤、補水、管理”的5條技術路線。
3.3 可借鑒經驗
避開當前城市污水提質增效的需求，不去解決當前污水處理設施建設不平衡不充分的問題，不去償還“重地上、輕地下”、“重面子、輕里子”的歷史欠債，而單獨去講“排水體制”是不科學的，也缺少必要論證。
思明區近期要在認真做好問題排查的前提下（真實地調查清楚）截污水，實現污水全收集、全處理；清污分流，把不是污水的清水分出去，提高污水處理廠進水污染物濃度；趕外水，把不是雨水的外水趕出去，實現合流制管道旱天低水位，雨水管無外水，保證能夠把管道淤泥清出來，確保水體下雨不黑；把源頭管好，知行合一把雨水徑流管控好，減少徑流和入管水量和污染物。
4 總體思路與技術路線
思明區屬于高密度城區，污水收集和處理系統已基本成型，從污水直排、雨污混接排查與改造等入手，識別主要問題，明確工作重點，結合海綿城市理念和污水提質增效要求，采用“截直排、改混接、治倒灌、堵滲水、削溢流、補空白和規范沿街商業”等手段，明確設施排查、工程建設和改造建設重點及建設時序安排，建立污水處理提質增效長效管理機制。具體技術路線如圖5所示。
5 污水提質增效策略
5.1 污水系統完善
綜合考慮到思明區污水量，統籌全島污水系統布局，本島北部新建1座污水處理廠，形成東部、西部、北部3個較為均衡的污水格局系統，收水面積分別為56.6 km2，29.2 km2和38.1 km2，新建高崎污水處理廠50萬m3/d，擴建前埔污水處理廠至50萬m3/d，本島總處理規模達到130萬m3/d。
5.2 排水管網排查
排水管網排查主要目的就是加強管網的建設和改造，逐步消除市政和小區的雨污混接，彌補我市污水工程建設的歷史欠債，并且能夠切實有效指導下一步的工程建設。
首先，制定清淤計劃，組織開展對轄區內排水管渠進行全面清淤，確保排水管渠積泥深度不高于管內徑或渠凈高度的1/5。其次，以排水口為起點，查清所有排水戶污染源；對存在污水的雨水接戶管進行水質、水位、水量檢測，并錄入GIS系統，對合流、混流、分流這3種區域進行劃區。再次，采用管道潛望鏡（QV）、管道機器人CCTV和聲納等對現狀管網進行系統檢測，查清結構性與功能性缺陷，列出整改問題清單。
思明區排水管網總長度約為1 600 km（包括市政道路和建筑小區內分雨污水管網）按照排水管網排查綜合單價50元/m（含清淤、CCTV和混接排查等費用），投資約8 000萬元。
5.3 雨污分流改造
針對思明區雨污分流改造存在的困難和問題，結合海綿城市建設理念，分別從源頭（建筑）、過程（收集管網）和城市管理等方面作出具體要求，以期探索出一套符合實際、成效較好的雨污分流改造模式。一是源頭應優先利用雨水走地表、污水走地下的方式；二是排水單元宜將合流管作為污水管、新建雨水收集系統；三是市政道路宜將合流管作為雨水管、新建污水收集系統；四是接駁口應由市政園林行政主管部門審批位置、防止產生新的混接。
參照上海市和漳州市雨污分流改造模式天津純水設備，雨污分流改造項目按照5 000萬元/km2初步估算，雨污混接點按照360個/km2（官任片區數據），總投資約27.3億元。
5.4 合流制暗涵整治
由于早期的城市建設，思明區建成區的原河道、排洪渠等逐漸變成暗涵，全部為混流有城市污水，并且暗涵底部存在大量生活和建筑垃圾。筼筜湖和近岸排水口設有總閘，通過總口截污的方式將混流污水截至市政污水系統，然后雨季開閘時，暗涵內的大量污染物將進入下游河道，嚴重影響筼筜湖和近岸海域水環境。
結合城市排水防澇和生態空間需求，首先進行清污分流，對各河流域實施排污口溯源及缺失管網完善，針對溯源的結果在岸上解決污水進入雨水系統的問題，針對污水管網缺失的位置實施管網完善工程，條件允許時結合城市景觀、功能、文化及親水等需求逐步恢復為生態廊道。
高密度建成區人口密度、建筑密度和開發強度均相對較高，是人、水矛盾突出的地方，特別是在早期“重地上輕地下”、“重面子輕里子”的發展觀念下，地下排水管線建設長期投入不足，導致城鎮污水收集處理設施生活污染物收集效率不高、局部生活污水直排、溢流污染控制不到位等問題，污水處理系統效能大打折扣。因此，高密度建成區應在對城鎮污水收集、處理系統進行全面而有重點的排查的基礎上，以完善生活污水收集管網為重點，通過系統、綜合的措施實現污水處理系統質量和處理效能的提升。天津純水設備，天津水處理設備，天津去離子水設備。
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