城鎮排水系統提質增效的全生命周期關鍵技術探討

曹宏衛 周影烈

(1.東臺市林場，江蘇 東臺 224200； 2.北京壹墨工程設計咨詢有限公司，北京 101300)

1 現狀排水系統存在主要問題

我國在之前的城市發展中一直“重地上、輕地下”，重視城市外表的規劃與建設，完全不重視地下排水等配套設施建設，重視“數量”的建設，輕視“質量”的提升。

1.1 污水處理廠存在主要問題

近年來，隨著國家對污水處理廠的重視，城鎮污水處理規模不斷增加，目前處理能力已由2010年的1.2億m3/d提升到2億m3/d，處理污水量接近600億m3/年[1，2]，按已納管地區折合的人均污水處理量遠遠高于人均產污系數，導致污水處理廠負荷率超過100%。但是，隨著污水處理廠規模的不斷增長，非但沒有很好地解決黑臭水體的污染，反而出現規模持續不夠，仍有源源不斷的污水直排入水體。

滿負荷低效率運行是我國污水處理廠存在的普遍問題，要想從根本上解決問題，單純地通過提高處理廠規模、對處理廠進行提標改造只是杯水車薪，而應該從質上把外來水趕出去，提高進廠水濃度。《城市黑臭水體整治——排污口、管道及檢查井治理技術指南》[3]中也明確指出：排水管道設在地下水位以下的地區，城市污水處理廠旱天進水COD濃度不低于260 mg/L，排水管道敷設在地下水位以上的地區，污水處理廠年均進水COD應不低于350 mg/L。

1.2 管網系統存在主要問題

管網是排水系統的核心，但是目前管網系統卻存在著諸多問題。圖1a)為排水系統正常運行圖，由于管網缺陷、錯接、雨污混接、清污不分、權屬不一致等問題，大多數排水系統都無法正常運行，而以病害的狀態運行，運行狀態如圖1b)所示。

2 排水系統提質增效關鍵技術

排水系統的提質增效是指以排水系統的問題和消除城市黑臭水體的目標為導向，通過構建健康的管網系統，由“規模增長”向“質量提升”轉變，提升排水系統收集效能、處理效能，可分為三個階段：完善排水設施，提高污水收集率，改良污水處理工藝；加強運營管理，管網排查修復，提高污水處理效能；加強污水系統資源化利用，實現智慧和綠色高質管理體系。

2.1 總體思路

排水系統提質增效是一項長期的系統性工程，兼顧工程性措施和非工程性措施。本文從“頂層設計—管網排查—管網修復—管網運營”四個層次，提出了基于提質增效的排水系統全生命周期管理理念，技術路線如圖2所示。

2.2 排水系統頂層設計

排水系統頂層設計包括排水分區劃分和排水體制確定。進行一廠一策排水系統提質增效的前提是一廠一策分區的合理性，首先分析各子分區的用地規劃布局、地形地勢、服務范圍、工程規模、水系等，確定排水主干管的位置和走向，明確每個廠區的責任范圍。

合理地選擇排水體制，不僅從根本上影響排水系統提質增效的設計、施工和維護管理，同時也影響總投資以及后期的維護管理。從理論上來說，排水體制分為合流制、分流制和混合制，但實際上排水體制是雨水、污水、河湖水、山溪(泉)水、地下水等多水合一，管道高水位，雨天沒有截流倍數，又與河道、地下水、溝(暗)渠相互貫通的“排水制度”。

基于排水系統提質增效，究竟采用分流制好，還是合流制好，并不能一概而論。尤其對于老城區的改造，應該結合建設周期、場地、管位、面源等特點，選擇合理的排水體制，無需一味地進行“合改分”排水體制改造。只要把河水、地下水、山泉水等外來水從管網中趕出去，截流倍數內的初期雨水并不會占據太多管道和污水處理廠的容量，也不會因為處理初期雨水而降低進廠水COD濃度，反而可以削減部分面源污染。對于合流制溢流污染(CSO)，可以采用CSO調蓄池、生物滯留設施、深層隧道等灰色和綠色基礎設施相結合的方式，進行綜合整治以控制溢流污染。

2.3 基于海綿理念的徑流污染控制技術

排水系統提質增效不光要進行污水系統的提質增效，雨水系統同樣需要提質增效。污水系統提質增效可以通過截污、污水處理廠提標改造、雨污混接改造等措施。

東臺黃海森林公園污水廠出水進入人工濕地，人工濕地由水平潛流濕地、垂直潛流濕地和表面流濕地組成。水平潛流濕地起到過濾細小懸浮物的作用，濕地填料和植物同時對污水中有機物具有一定的處理能力，降低后續處理的負荷。水平潛流濕地出水進入垂直潛流濕地，通過垂直潛流濕地中的物理、化學、生物三重協同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物分解等作用，實現污水的高效凈化。垂直潛流濕地出水進入表流濕地，表流濕地作為景觀性濕地，同時對污染物具有一定的去除能力，達到削減污染物和打造生態環境的雙重目的，最終達到Ⅴ類水后排放。

雨水系統提質增效重點在于初期雨水的截流凈化，以減少雨水管道污染物質的堆積，大雨時再沖入河道而造成水體黑臭。海綿城市正是從“源頭—過程—末端”布置低影響開發設施，徑流總量和徑流污染通過這一過程逐一控制。徑流污染控制通過徑流總量的削減而減少，也可通過植被、基質等作用而去除，通常通過重力分離(沉淀或沉降)、過濾、下滲、吸附、生物吸收、離子交換、化學轉化等幾種作用機理去除[4,5]。

2.4 管網問題溯源技術

管網問題溯源技術指的是借助在線監測的手段，對片區內管網進行水量水質定量化監測，對管網問題進行溯源分析，追究缺陷的根本，探索缺陷的源頭，定位缺陷的具體位置，指導后續管網內窺檢測或人工排查工作，目標旨在修復管道，使管網能夠正常運行。管網問題溯源分析時，采用水量水質不平衡定量分析方法[6]。

2.5 滿管流管網修復技術

由于管網滲漏、破裂等結構性缺陷，使得外水內滲，長期處于滿管流狀態的管道不在少數。但是目前的非開挖修復技術都是針對確定的管道缺陷進行修復，而滿管流管道由于內窺技術的受限，無法明確缺陷類型和缺陷位置。

本文提出了“止水帷幕+氣囊管堵+施工導水+常規修復工藝”的滿管流排水管網修復技術。采用止水帷幕固化起到隔水作用，對于局部無法阻隔的漏點，鉆孔并埋設導流管；通過在管頭和支管處采用氣囊管堵的方式，阻隔上游及支管水流入，并設置導水管越過施工管段直接排入下游；為減少越管排放的水量，可通過合理的建設時序，根據支管—干管—主干管的時序，先修復上游支管和干管，最后再修復主干管，使得上游的水以最小流量排入方溝。

2.6 智慧排水運營管理

智慧運營管理是排水系統高質量運營管理的解決途徑和必然趨勢，是實現排水設施全生命周期運營養護的最佳手段。

國內目前大部分智慧排水平臺因操作復雜，數據缺失，功能綜合性導致無法順利進行推廣應用。本文認為應該針對城市管網存在的問題針對性開發小而精致的智慧運營系統，智慧運營平臺應該委托給專業公司管理，而不是由政府的排水管理處使用。經過細分后的智慧運營平臺最終旨在實現四大目標：一是以管網提質增效、治理城市內澇和黑臭水體建設項目實施有效性為導向；二是以提升管網、河道運行安全性和決策管理水平為最終目標；三是全面發展水務智慧化建設；四是打造先進的行業信息化平臺。

3 結論

排水系統提質增效不是一項一朝一夕的任務，而是一場攻堅持久戰。提質增效過程中，應以排水系統的問題和消除城市黑臭水體的目標為導向，腳踏實地采取有效和有針對性的措施。提質增效要做到全生命周期的“質量提升”，要做到：

1)要進行排水系統的頂層設計。頂層設計是先決條件，摸清城市的現狀，明確污水處理廠的責任范圍；雨污分流改造要摸清現狀有無實施條件，并不永遠是正確的技術對策。

2)要進行海綿城市建設削減面源污染。提質增效要同時兼顧污水系統和雨水系統的提質增效，而針對雨水的面源污染，存在著污染源廣、污染嚴重、無法集中處理等情況，可以通過建設海綿城市的自然滯蓄體，從源頭削減污染，進行提質增效，這就是綠色設施的提質增效。

3)要對管道問題進行溯源分析。我國目前排水管道問題頗多，包括高齡、缺陷、混接等等。提質增效的核心是管網，要想徹底解決管道問題，一定要從問題溯源排查開始。

4)管網修復時比較棘手的是滿管流的修復。滿管流作為不同于結構性缺陷和功能性缺陷的一種缺陷，修復重點是止水隔水，使得管道水流恢復到可檢測、可修復狀態，再進行常規修復工藝。

5)要強化排水系統的智慧運營管理。目前排水系統最大的問題是運營管理問題。智慧運營管理要搭建小而精的運營管理平臺，制定排水管網運營質量管控標準或者技術要點，管網運營養護需委托第三方專業化公司運作，可采用合資或者專業采購方式，實現“物業式”管理模式，未來行業也會出現越來越多專業化的排水設施運營養護公司。