南方水系發達區域村鎮水環境綜合治理關鍵技術與示范

沙 桐，王 洋，汪 聰，王少倫，吳 凡，韓衛強，楊敬畏

(北京市市政工程設計研究總院有限公司，北京 100082)

近年來，隨著黑臭水體治理工程的穩步實施，城市黑臭水體治理取得了階段性的成效[1]，并總結了豐富的經驗，但是仍存在一些比較突出的問題，特別是在水系發達的村鎮地區黑臭水體仍存在，嚴重破壞人居環境，影響村鎮的外在形象及可持續發展。目前，黑臭水體治理工程報道的案例覆蓋了城市[2-3]及城郊接合部[4]。然而，針對水系發達的村鎮地區的黑臭水體治理工程案例鮮有報道，需要進一步總結黑臭水體成因獨特性和治理方案的代表性。

因此，本研究選取典型的珠江三角地區水系發達的某聯圍流域作為研究目標。首先對某聯圍流域的概況及黑臭水體現狀進行闡述。其次對技術路線進行梳理，分析本研究區域的重難點問題，然后結合本研究流域的地域特征，探討黑臭水體綜合整治工程中的關鍵技術——控源截污技術，歸納截污納管不同布置形式的優缺點，以及面源控制中合流制溢流(CSO)污染的控制對策和相應參數的確定，同時介紹了本研究流域黑臭水體治理過程中具體的實施方式。最后，提出了適用于水系發達地區的黑臭水體治理經驗，以期為其他類似的地區水環境綜合整治工程在設計前期提供參考和借鑒。

1 研究區域概況及黑臭水體現狀

1.1 研究區域概況

本文研究流域由3個鎮區組成面積為118 km2、位于中順大圍以北、由北側雞鴉水道和南側小欖水道合圍而成的區域，總計205條河涌，總河長為289.84 km，河網密度達到2.4 km/km2，是中國河網密度較大的地區之一，具有珠三角地區典型的地域特征。項目完工后河涌水質實現全面消除黑臭水體、基本消除劣V類水體的水質目標。

1.2 黑臭水體現狀

通過對研究區域內黑臭水體情況摸底排查，共排查出重度黑臭河涌8條、黑臭河涌98條、劣V類河涌126條。經過統計研究區域內共計有26 942個排口，其中污水排口共15 927個，合流排口共7 306個，雨水排口共3 709個，大部分河涌受到周邊的居民生活、工業造成的點源污染、魚塘養殖及農業面源的污染、河涌底泥積累的污染。本研究區域黑臭河涌、底泥積累河涌如圖1～圖2所示。

圖1 該研究區域黑臭河涌

圖2 該研究區域底泥積累河涌

2 技術路線梳理及重難點問題分析

2.1 技術路線梳理

近5年的黑臭水體治理工作中，雖然各地出現了不同的治理方法和思路，但廣東省住建廳始終堅定不移地推行“控源截污、內源治理”為主、“活水循環、生態修復”為輔的技術路線，控源截污和內源治理是選擇其他技術類型的基礎與前提[5]。本工程同樣堅持該技術路線，同時因地制宜、因河施策地開展治理工作。在堅持該技術路線下，已取得了顯著的效果，如貴州省安順市的黑臭水體綜合治理實踐[6]。

2.2 重難點問題分析

本研究區域河涌縱橫交錯，各鎮區的中心區域建筑物成片狀分布，其他區域建筑物均沿河建設成帶狀分布，建筑物獨特的分布形式以及現狀條件使得黑臭水體綜合整治的技術適用性和限制因素與城市有所區別，主要體現在以下幾點。(1)污水收集率低、外水入滲嚴重，污水管網覆蓋率低，同時普遍存在雨水管道混接、管道漏損、管養滯后，導致大量外水進入管網內，使得末端污水廠各項污染指標濃度偏低，水廠一直以高水位運行，經過實測，工程區域內某鎮污水廠的年均進水CODCr質量濃度為95 mg/L。根據調查，我國南方地區的管道地下水入滲量可達3 800～6 300 m3/(km2·d)，而德國僅為1 296 m3/(km2·d)，是德國的3～5倍，所以解決污水管網滲漏的問題非常關鍵[7]。(2)點源無序排放、分布廣而散，村鎮地區的生態發展空間有限，居民建筑雜亂分布，房屋后穿插著魚塘及農田，遠離河涌后排房屋的污水收集困難，后排房屋將污水排入魚塘內，魚塘換水直接排入河涌對周邊的河涌造成嚴重的污染。(3)實施條件受限，施工困難，河涌兩側道路及河涌寬度較窄的條件下，加大了沿河及沿路鋪設新建截污管道的設計難度，同時施工難度大大增加。(4)工業廢水偷排嚴重，主要以加工產業為主的中小企業大部分分布在河涌沿線，工廠廢水偷排至河涌內現象較為嚴重。

針對以上的重難點問題，本研究流域通過管道檢測與修復工程排查現狀管道的完整性并修復有缺陷的管道，錯混接改造工程解決雨水管道的混接現象。針對工業廢水偷排嚴重的現象，通過加強管理手段進行監督與控制；針對魚塘水排放的問題，廣東省農業農村廳下發《珠三角百萬畝養殖池塘升級改造綠色發展三年行動方案》的通知，通過養殖池塘升級改造和尾水治理，實現魚塘養殖綠色發展；針對點源污染分布廣而散、實施條件受限的問題，通過不同形式的截污管道的布置形式予以解決。

根據全國城市黑臭水體整治監管平臺發布的消息，部分地區在具體實施黑臭水體治理過程中，截污納管設施設置不合理，導致在治理技術上走了彎路。針對城市建成區外(包括城鄉接合部、村鎮地區等)的面源污染控制工作仍存在諸多難點[8]。因此，本文重點分析截污納管不同的布置形式，比較分析其中的優缺點，做到因地制宜，污染源應收盡收，亦重點闡述合流制區域如何確定相關參數，實現與完全分流制相同的污染物控制目標，達到面源污染的有效控制。

3 控源截污技術的探討

根據《城市黑臭水體整治工作指南》中明確城市黑臭水體的整治應按照“控源截污、內源治理；活水循環、清水補給；水質凈化、生態修復”的基本路線具體實施。控源截污和內源治理是選擇其他技術類型的基礎與前提，因此，控源截污及內源治理是水體綜合整治的關鍵技術，其中控源截污是取得水體綜合整治效果的關鍵。

控源截污技術即防止外來的各種污水、污染物等直接或隨雨水排入城市水體，主要包括截污納管和面源污染控制兩項技術。本文將結合實際工程內容對控源截污技術重點闡述。

3.1 截污納管

本研究區域通過分析河涌現狀情況、河涌周邊建筑分布情況、河涌的自身的形態結構，提出幾種不同形式管道布置的方案進行比較，截污方案綜合比較如表1所示。

表1 截污方案綜合比較

以上5種方案各有優缺點，需要因地制宜進行設計截污管道，同時可以多方案進行組合。本研究流域范圍內，比較普遍的情況有3種。(1)河涌兩側分別有4～5 m寬的村路(具備施工條件)，在每家出戶的排水管的位置設置小方井收集生活污水，集中匯入至沿河涌兩側村路上布置的截污管道內，此情況下采用的是方案一，如圖3所示。(2)河涌兩側村路狹窄(不具備施工條件)，考慮涌內埋管的布置形式，此情況下采用的是方案二。(3)河涌兩側建筑臨河而建，建筑物另外一側有施工條件的村路，考慮在路上布置截污干管，直排河涌的排口通過掛管的形式收集污水，長度不宜超過100 m，同時每間隔20 m設置清掃口便于清掏，有條件的地方上岸后接入截污干管內，此情況下采用的是方案四與方案五的組合，如圖4所示。由于本研究流域河涌寬度普遍較窄，方案三在涌內設渠將侵占河道斷面并影響行洪，不適合在本工程中采用。

圖3 方案一的布管形式

圖4 方案四與方案五組合的布管形式

3.2 面源控制

根據對河涌流域污染現狀進行分析，項目流域CSO污水污染和初雨的面源污染是造成水質污染的主要原因。本研究流域針對合流制排水系統溢流污染以源頭-過程-末端3個階段采取相應的對策進行控制。具體方式如下。

(1)源頭控制

污染發生源的對策，應對雨水箅、垃圾存放處以及路面實施清掃，對相對污染較輕的屋頂雨水做好分離，已減少污染源隨地表徑流排入合流制排水系統。

雨水徑流控制的對策，利用儲存、滲透設施進行流量控制也是合流制排水系統改善對策之一，可解決雨水內澇并涵養地下水。儲存、滲透設施能控制雨水排入管道，減少未處理水的排放量和排放次數。

(2)過程控制

管道設施改善的對策，比如加強養護管理、實施流量控制、截流系統的合理化、截流量的合理化等方法對合流制排水系統的改善。

儲存和滲透的對策，利用儲存、滲透設施進行流量控制也是合流制排水系統改善對策之一，可解決雨水內澇并涵養地下水。儲存、滲透設施能控制雨水排入管道，減少未處理水的排放量和排放次數。公園、操場、廣場等的公共設施和住宅區的空地、道路等都可實施儲存。

(3)末端控制

對雨天排放的合流污水進行處理時，需考慮合流污水流出水量和水質變動大(特別是降雨初期為高濃度)、流出持續時間不規律等的特性，采取對策和措施。

CSO調蓄池是實現過程控制的重要措施之一。CSO調蓄池在歐美發達國家是最常用的CSO污染控制措施，在其過去水環境治理中發揮了重要作用。根據國外經驗總結得出CSO調蓄池在投資經濟性、可實施性等方面具有較大優勢。目前，國內也有越來越多的城市通過建設CSO調蓄池來解決CSO污染控制的問題。

本研究流域確定以“分流制為主、合流制為輔”的排水體制，工業區、居住小區實施雨污分流及錯混接改造，根據實際情況無條件實施雨污分流的城中村采用合流制，盡可能縮小合流制區域實行雨污分流。截污工程預期目標為“旱季污水零排放，中雨小雨少溢流”。為達到該目標，除了建設截污管網工程，根據調蓄目的、排水體制、管網布置、溢流管下游水位高程和周圍環境等綜合考慮后確定對難以進行雨污分流改造的城中村建設CSO調蓄池，對CSO溢流污染進行控制[9]。

3.2.1 調蓄池排空時間及規模確定

調蓄池排空時間與實際降雨間隔、污水處理能力有直接關系，通過實際降雨場次及降雨間隔數據的分析，中山市75%～80%的降雨間隔大于24 h，50%場降雨間隔大于48 h，為降低污水處理設施規模，調蓄池排空時間按24 h，如圖5所示。

圖5 典型年調蓄排空時間-控制場次關系圖

采用中山市典型年2010年降雨數據(1 min間隔數據)作為典型降雨。一般2 mm以下降雨不產流，超過2 mm降雨場次為71場。全年總計降雨歷時355 h，降雨量為1 720 mm。平均降雨歷時5 h，雨后對管網的影響時長為3 h，每次降雨事件持續影響時長為8 h。因此，以單次降雨8 h進水時長計算調蓄池規模。典型年降雨歷時統計如圖6所示。

圖6 典型年降雨歷時統計圖

根據中山市典型年2010年降雨數據確定調蓄池設計參數，同時也采用《城鎮雨水調蓄工程技術規范》合流制排水系統徑流污染控制時的計算公式進行復核，安全系數取1.2，進水時長取1 h，得到的調蓄規模與確定的規模接近。

3.2.2 截流倍數的確定

截流倍數對污水管網、污水處理廠、調蓄池等系統設施的規模有較大影響。為合理確定截流倍數，計算在不同截留倍數下，對應的截流水比例(表2、圖7)，分析截流倍數取何值時，合流制對污染物的控制可達到分流制的效果，本研究流域以CODCr為典型指標進行分析，以此確定截流倍數，如圖8所示。

表2 截流倍數-截流水比例關系

圖8 合流制、分流制截污效果對比

由圖8可知，合流制截流比例在35%時，截留效果與分流制相當。截流比例為35%對應的截流倍數為3，因此，本研究流域合流制區域確定的截流倍數為3。旱季截流的污水送入污水處理廠，降雨期間管網收集的超過污水處理廠處理能力的污水調蓄池臨時儲存，降雨停止后送入污水廠進行處理，以達到徑流污染控制目標。部分工業廠區內部、居住小區內目前是合流制將由鎮區實施雨污分流改造，同時對污水管道未覆蓋的區域進行市政道路上的支干管完善工程，以便工業廠區及居住小區雨污分流改造后接入市政污水管道內。

4 結語

水環境整治工程為民生工程，始終堅定不移地推行“控源截污、內源治理”為主、“活水循環、生態修復”為輔的技術路線，設計思路上堅持以人民為中心的發展思想，確保黑臭水體治理效果與群眾的切身感受相吻合，贏得群眾滿意。因此，工程技術上應多策并舉，順應“一河一策”“一湖一策”治理理念。

控源截污是黑臭水體治理的重要舉措，其中截污納管應根據河涌綜合整治的要求、河涌現狀情況、河涌周邊建筑分布情況及河涌自身的形態結構和風格、風貌等因素進行考慮，切莫千篇一律，否則不但不能保證控源截污效果，反而會對河涌造成破壞，得不償失。

村鎮地區普遍存在可利用的建設用地有限、征地問題制約項目的推進等問題，因此，排水體制的選擇是關鍵。本研究流域通過充分與鎮區對接后，確定的原則如下：居民區因地制宜，能分盡分；對于易分流區域沿河，設置污水收集管道；對于難分流區域采用截流式合流制解決近期污染物入河問題；對于現階段污水廠不能實現雨季全流程處理的，通過新建調蓄池控制溢流污染。