負壓排水技術在河道截污工程中的應用

張 健，許向閣，侯艷鋒，袁子雯，閆偉新

（1.萬若（北京）環境工程技術有限公司，北京 101318；2.南京萬若環境科技有限公司，南京 210006；3.北京萬若環境工程有限公司，北京 101318；4.北京碧圣聯合水務有限公司，北京 102488）

長期以來，我國城鄉基礎設施建設中，因經濟和社會發展水平限制，管網配套設施往往沒有全局規劃，從而導致相對滯后甚至空缺。目前，我國城鎮地下管網配套設施不夠完善，鄉村污水管網覆蓋率低，河道截污工程相對不足，直接造成水環境污染，給周邊居民生活帶來負面影響，降低河道景觀、人文等功能品質，也破壞整體環境風貌。因此，必要明確我國河道截污工程現狀，積極推廣新型排水模式，更好地將負壓排水技術應用在河道截污工程中。

1 我國河道截污工程現狀

目前，我國很多河道截污工程采用傳統排水模式（重力流），主要存在四大問題。一是新建截污槽或箱涵需要向河道內擴建，將縮減河道排洪面積。二是復雜岸邊環境導致管網建設靈活性差，污水收集難以全覆蓋。三是后期雨水與河水滲入、污水滲出等問題較為普遍，會對河道環境造成再次污染。四是岸邊排口性質及所處環境復雜，同時需要克服雨季雨污合流及潮汐（南方居多）等影響，往往導致傳統排水方式（或結合提升泵站）建設難度大、投資費用高、污水收集效益差及后期運維難等問題[1]。

水環境保護事關人民群眾切身利益，為深入打好污染防治攻堅戰，加強生態保護治理，切實改善水環境質量，2021年12月31日，國家發展和改革委員會印發了《“十四五”重點流域水環境綜合治理規劃》。在河道水環境綜合整治方面，該規劃明確提出，要因地制宜建設河道截污工程，這為適用于河道截污的新型排水模式提供了發展契機。

2 新型排水模式的解決方案

為破解傳統排水模式存在的問題，通過大量負壓排水技術開發與應用實踐，萬若（北京）環境工程技術有限公司（簡稱萬若環境）在國內首創河道截污收集器等諸多專利技術，利用負壓排水原理，成功實現岸邊截污。負壓排水系統利用負壓設備使排水管道內產生一定真空度，利用空氣壓差輸送介質。該系統適用于生活污水排放場景，尤其適用于排水點分散、排水距離較長、地勢環境復雜、地下水位高的區域[2]。負壓排水系統的優勢在于可以沖破傳統排水模式的壁壘，克服環境束縛，極大地降低建設難度，提高污水收集效益，節約建設成本，相對于傳統排水模式，它是很好的替代與補充。負壓排水系統一般主要分為三個單元，即收集器（前端）、負壓排水管網（中間）和負壓站（末端）[3]，如圖1所示。

圖1 河道截污工程負壓排水系統示意圖

2.1 收集器

河道截污領域，萬若環境在國內首創與岸邊排口對接的掛式負壓收集器。污水通過重力流匯集進入收集器并達到設定液位后，設備自動啟動，污水經負壓管道抽吸至負壓站。設備不需要外接電源，設計獨特，適用于各種岸邊復雜排口環境，施工便捷且周期短。設備內部配置大通徑真空閥，抗堵塞性能強。雨污難以分流時，短時間收集完初期雨水后，可遠程暫時關閉系統，結束后可遠程恢復，智慧收集。從相關專利來看，萬若環境在國內最早獨創專為岸邊截污開發的專利技術；萬若環境針對中國排水設備使用現狀，開發出滿足公共場所高頻次、耐久性、抗堵塞等使用要求的負壓閥產品（負壓排水系統的核心）。一是適用于河堤的掛式真空收集器及真空集排水系統，專利公開號為CN209456968U；二是負壓閥，專利公開號為CN301805526S；三是具有記憶功能的負壓控制開關電路及負壓開關控制系統，專利公開號為CN206411482U。

2.2 負壓排水管網

相對于傳統排水管網，負壓排水管網具有諸多優勢。一是可以擺脫重力束縛，靈活敷設，不受地形地貌條件限制，極大降低了施工難度，特別適用于對管道開挖或敷設有限制的巷道、河道等區域。二是管網具備自沖洗功能，無積垢，無跑冒滴漏，無異味。三是管徑細，埋深淺，開挖和回填少，無須做防護，施工對周邊擾動小，建設工期短。萬若環境在國內首創負壓排水管網監測站，智慧改善管網氣水比，當負壓排水系統主管道較長，高峰流量峰值突出，或者有較大的爬坡段時，使用本系統可以改善管網氣水比，從而有效輸送污水[4]。萬若環境開發了相關專利——設有負壓管網監控站的負壓輸送系統，專利公開號為CN212298580U。

2.3 負壓站

負壓站為負壓排水系統產生負壓，它可以保持一定真空度并暫時存儲污水，單套收集半徑為1.5～2.0 km，宜設置在地勢低點，結構形式可結合周邊景觀及建筑進行匹配，有地上、半地下及全地下等類型[5]。萬若環境具備不同收集規模的負壓站（小型、中型、中大型、大型、超大型），具備十年以上國內外大規模成熟的應用經驗，站內各機組設備均使用國內一流產品，滿足不同復雜工況需求。

3 國內工程應用案例

3.1 國內河道截污工程首次采用負壓排水系統的案例

靖江市某河道截污工程沿河住戶有32 戶，最大日排污量為30 m3/d，最大小時排污量為3.0 m3/h。住戶污水直排入河，房屋沿河岸一字排列，同時房屋建筑主體距離河道駁岸較近。傳統重力排水管道在岸上無法敷設，而在河道內鋪設污水管道，工程施工難度大、周期長，對周邊環境的影響大，同時削弱河道泄洪能力，且工程投資（措施費）高昂。負壓排水系統密閉收集污水，杜絕滲漏和異味，管徑和坡度小，埋深淺，布設靈活，施工對環境擾動小，在特殊地質條件下，施工費用低，可以實現污水的高效集中管理和分質收集，適用性強。因此，本工程經過比選后引入負壓排水方式。2018年投入運行后，系統無人運維至今，萬若環境在國內首創河道負壓截污模式，其成功運用為后續國內河道管網基礎設施的更新和改造提供了新思路。

3.2 廣州市增城區東江北干流一級支流水環境治理工程項目

廣州市增城區新塘鎮、仙村鎮及石灘鎮區域內，岸邊建筑原排水模式為污水直排河涌。因區域內排口和現場環境條件極為復雜，傳統截污模式的實施不具備條件。經方案綜合比選，項目方采用負壓排水方式對該區域排污管網進行改造，服務于仙村鎮的仙嚇涌，石灘鎮的龍地涌，新塘鎮的東洲涌、山羌涌、米場涌、白江涌和甘涌。本項目在勘查、設計與施工過程中出現一些問題，需要關注和規避。

一是趕工問題。7 條河涌負壓排水系統從初步勘查設計到系統竣工驗收的起止時間為2020年1月至2020年3月，短短兩個月的時間要完成331 節點的整治任務，給整個勘查-設計-施工過程帶來工期影響。結合已有案例評估，該工程至少需要半年工期來保障安裝效果。所以，工程施工要穩步進行，業主不能過分壓縮工期。二是勘查設計問題。短時間內的勘察工作不徹底，項目無法清楚排查隱蔽情況，除危房靠河一側外墻排口，房底仍有數量不明的暗排口，很多裸口并沒有排管，同時很多明渠暗溝雜排，雨污不分流，一年四季河涌水位線不一，后期低位排口浮出增多。負壓排水系統的設計至少需要提供戶數、水量、排口情況等背景資料，業主提供的相關資料不足，導致前期設計階段沒有勘察數據可依，設計文件不完善。三是潮汐河水倒灌問題。很多排口位于常年潮汐季節水位線以下，每年潮漲季河水淹沒排口，排水系統也因抽吸河水而癱瘓。這個問題是南部多雨地區需要關注的。

4 結論

負壓排水系統的優勢在于可以沖破傳統模式的壁壘，不受環境條件限制，極大地降低建設難度，提高污水收集效益，節約投資成本，相比傳統模式，它是一個很好的替代與補充方案，系統總體運維工作與常規模式相當。在河道截污工程中，負壓排水系統的實施需要可靠的勘查、設計和施工作為保障，前期工作的專業性與可靠性對系統運行效果起到決定性作用，只有全程有效把控，才能保障系統落地后實現水環境治理。