重慶某城市污水處理系統雨污分流改造效果評價

蒲貴兵，謝 天，楊 梅，邵 川

(重慶市住房和城鄉建設技術發展中心，重慶 401122)

長期以來，雨污合流溢流問題[1-6]一直是城市排水系統不可回避且亟待解決的重要問題，受到了廣泛關注。雨水進入污水系統擠占污水空間，稀釋污水造成污水廠進水濃度過低，并導致污水不能很好地得到有效收集而產生溢流，進而污染水體甚至導致黑臭[7-8]；而污水混入雨水系統通過雨水排口直排水體，導致水體污染嚴重。近年來，尤其是污水處理提質增效工作開展以來，重慶市將雨污分流工作作為城市排水管網系統完善的重要工作，尤其是針對城市污水廠低濃度[生化需氧量(BOD5)質量濃度低于100 mg/L]進水情況，以雨污分流、清污分流等為主要措施開展了“一廠一策”專項整改。盡管取得了積極成效，但各自效果參差不齊，投入產出是否合理、長效機制是否建立等仍缺科學評價。為持續推進污水處理提質增效工作，深入打好水污染防治攻堅戰，有必要對已經開展雨污分流的區域進行效果評價，構建評價指標體系，總結成效，發現問題。本文以重慶某城市污水系統為例，對其分流改造前后進行對比分析，為分流效果評價提供參考及該污水系統進一步提質增效提供支撐。

1 評價背景

1.1 排水系統概況

該城區污水經沿河干管(D500～D1800)收集后進入污水廠集中處理。2019年8月前，污水廠設計處理能力為30 000 m3/d；2019年8月—2021年8月，設計處理能力為45 000 m3/d；2021年9月起，設計處理能力為75 000 m3/d。服務城區面積為23.42 km2，規劃服務人口約為20萬人，污水廠采用改良型氧化溝工藝及二氧化氯消毒方式，出水穩定達到一級A標排放標準。

雨水主要通過道路上鋪設的排水邊溝或雨水管網收集，就近分散排入水體，根據地形及排水走向，該城區可分為20個雨水排水分區。

1.2 改造前排水系統主要問題

1.2.1 污水廠進水濃度低、長期超負荷運行

2018年，該污水廠進水化學需氧量(COD)平均質量濃度為165.69 mg/L，BOD5平均質量濃度為84.77 mg/L；2019年，進水CODCr平均質量濃度為166.75 mg/L，BOD5平均質量濃度為82.50 mg/L(圖1)。進水水質嚴重低于重慶典型生活污水濃度(CODCr質量濃度為350～400 mg/L；BOD5質量濃度為150～200 mg/L[7])，且雨季(5月—10月)普遍低于旱季(1月—4月及11月、12月)，說明有雨水進入污水系統。同時，污水廠長期超負荷運行，2018年其水量負荷率為156.11%，2019年為146.34%。

1.2.2 市政管網雨污合流嚴重

根據分流改造前的管線勘測資料，已建成市政道路長度為92.86 km、市政雨污水管網長度為225.48 km，僅在51.64 km的城市道路上布設有完整的雨污水分流管網(覆蓋率僅為55.61%)，合流制管網的市政道路長度為41.22 km(覆蓋率為44.39%)。同時，在該污水廠服務范圍內，僅約2/3的區域覆蓋有污水管網，尚余1/3的區域缺少市政污水管網(此時污水通過雨水管網排入下游水體，或在雨水排口末端截留但雨季溢流現象普遍)。

1.2.3 源頭雨污混錯接嚴重

根據分流改造前的小區混流調查報告，該排水系統共排查小區484個，其中混流小區385個(涉及1 329棟建筑，28 114戶，約10萬人)，混流小區比例達79.5%，混流嚴重。

1.2.4 雨水排口旱季有污水排出

通過晴天現場踏勘，共摸排主河道兩側56個排口(≤D300排口不計入統計)，其中30個排口無排水現象，26個排口存在排水現象。經取樣，開展CODCr、氨氮、總磷水質監測，其中25個排口出水水質指標均超過地表水V類水質限值，氨氮指標質量濃度多在8～25 mg/L，判斷為上游污水混入雨水所致。

1.2.5 管網混錯接破損等病患嚴重

根據該片區市政排水管網內窺(CCTV)檢測報告，改造前存在雨污混接現象，交叉路口尤為嚴重，雨水錯接污水86處，污水錯接雨水45處。排水管道結構性及功能性缺陷較多，共2 325處，其中變形、破裂、沉積、障礙物為主要的缺陷類型，變形和破裂最為嚴重，變形缺陷和破裂缺陷分別達到了結構性缺陷的50.2%和40.5%，沉積和障礙物分別占功能性缺陷的54.9%和29.1%。

1.3 雨污分流工作概況

1.3.1 改造思路

(1)經綜合性評價該區域排水系統現狀，鑒于該系統為首次全面排查整改，充分比較合流制和分流制在該排水系統的優劣，考慮資金壓力及短期見成效的目標，結合發現的排水系統主要問題，采取分流為主、分期實施的做法。第一期(2019年)，以雨污分流為原則，在市政道路和小區地塊補建缺失管網，重點解決雨污管網有無問題，同步開展部分混錯接改造，大幅提升污水集中收集率；第二期(2021年)，視情況逐步開展混錯接、破損等病患排水管網改造，解決質量問題。

(2)市政雨污分流改造。按雨污分流原則以補齊市政雨污管網為主，主要針對市政道路上只有一套合流管道的情況。采用把原合流管作為雨水系統，另新建一套污水管網的做法，以實現市政道路雨污管道的完善，做到對小區排出污水有效收集，避免污水通過雨水排出口排入河道。

(3)建筑小區雨污分流改造。分為對小區內部雨污水管網的改造、小區建筑立管的改造、小區化糞池的清掏修復、商業門市污水收集。a)小區內部雨污管網改造：廢除現狀尺寸大小不合理、現狀損壞嚴重的合流管溝，在原合流位置針對小區建筑每棟樓的排水情況，新建管徑為D300～D500的雨水管網及D300～D400的污水管網，分別接入市政道路雨水、污水系統。b)建筑立管改造：在原雨水斗下面截斷立管，接新建雨水立管，新建雨水立管雨水、陽臺廢水以及冷凝管合用接地面雨水檢查井；原立管排污水，陽臺廢水接地面污水檢查井。c)小區化糞池清掏、修復：小區所有化糞池都清掏，化糞池破損嚴重、氣味嚴重影響人們生活的、容量較小無法正常使用的全部新建或者修復。d)商業門市污水收集：在門市門前新建1條D300污水管線，接入市政污水管網。

1.3.2 改造內容

本次改造將該排水管網系統劃分為16個雨污分流整改分區，分塊實施，網格化管理，每個分區內從主管到支管再到小區管網實行全面整改，力求實現雨污水各行其道。改造區域內共新建市政雨污水管網長度為38.5 km；小區內雨污分流改造新建雨水管網長度為68.4 km，新建污水管網長度為38 km，商業門市接戶管長度為61 km，建筑立管長度為82 km；另外，對809座化糞池進行了清掏及修復。

2 評價體系

2.1 評價指標選取

考慮到本次改造以排水管網系統雨污分流、提升污水集中收集率為主要目標，為科學評價分流成效，結合污水處理提質增效相關要求,根據污水廠進出水端現有監測數據及排水管網系統的建設情況，選取運行成效、環境經濟效益、管網系統建設、管理制度4大類11個指標(表1)進行評價。

表1 雨污分流效果評價指標及評價結果Tab.1 Evaluation Indices and Results of Effect on Rain and Wastewater Seperated System

(1)運行成效指標：為方便評價，以排水管網末端監測數據作為評價指標，選取進水水量、水質、排水口為重點，細化到污水廠處理水量(進水量)、污水集中收集率(通過進水BOD5計算)、進廠水CODCr、進廠水BOD5、主河道排水口污水排放率5個指標，其中進水水量指標1個，進水水質指標2個，排口指標1個。在進水水質上，鑒于總氮、總磷、氨氮等與CODCr有較大相關性，考慮提質增效對進水BOD5的關注，為簡便評價，本次僅選CODCr、BOD5作為水質指標。

(2)環境經濟效益指標：在環境效益上，以進出城區主河道水質變化、污水廠CODCr削減量2個指標作為評價因子；在經濟效益上，以投入產出效率(萬元投入增加的污染物收集量)作為評價指標，與原管網系統的投入產出相比，從經濟上衡量本次投入是否值得。

(3)管網系統建設指標：為衡量本次分流改造雨污缺失管網補建情況，選擇建成區排水管網密度、市政道路分流管網覆蓋率2個評價指標。

(4)管理制度指標：管理制度上，主要以是否建立并落實排水管網規劃、建設、運維的長效機制為評價指標。

2.2 評價基本參數

(1)改造前(2019年底前)：城市建成區面積為13.78 km2，人口約為18萬人，建成市政道路長度為92.86 km(僅51.64 km道路上布設有雨污分流管網)，市政雨污水管網長度為225.48 km，主河道排水口56個(25個旱季有污水排出)，排水管網工程投資費用約為6.086億元。

(2)改造后(2021年)：城市建成區面積為14.56 km2，人口約為20萬人，已建成市政道路長度為100.52 km(92.65 km道路上布設有雨污分流管網)，市政雨污水管網長度為264 km，主河道排水口56個(5個旱季有污水排出)，分流改造工程投資費用約為2.845億元。

(3)改造前后污水廠進水水量、水質如圖1～圖3、表2所示。

圖1 污水處理廠進水濃度Fig.1 Influent Concentration of WWTP

圖2 污水處理廠進水水量及CODCr削減量變化Fig.2 Changes of Influent Flow and CODCr Reduction in a WWTP

圖3 污水處理廠旱季、雨季進水水質變化Fig.3 Changes of Influent Water Quality of WWTP in Dry Season and Rainy Season

表2 改造前后旱季雨季進水濃度對比Tab.2 Comparison of Influent Concentration in Dry Season and Rainy Season before and after Reconstruction

2.3 效果評價

評價時重點以2021年與2019年進行對比，2020年作為中間過渡，評價結果如表1所示。從整體上來說，本次雨污分流改造取得了較好成效，運行成效顯著提高，環境經濟效益明顯，排水系統建設逐漸完善，管理管控長效機制初步形成。

2.3.1 運行成效評價

對比改造前后5個指標，2021年比2019年均有顯著改善，分流改造運行成效目標完成較好。

(1)污水廠處理水量。由圖2可知，分流改造后，污水廠處理水量顯著增加。2019年—2021年進水總量分別為18 827 300、21 301 200、24 450 000 m3/a。相比改造前，增長29.86%，扣除2021年增加服務的2萬人產生的污水量(約2 200 000 m3，考慮20%的混流情況)，增長18.18%。從水量來看，說明分流改造增大了污水的收集。

(2)污水廠進水水質。由圖1可知，改造后，進水CODCr、BOD5呈整體增加趨勢。2019年—2021年，進水CODCr平均質量濃度分別為166.75、201.87、225.14 mg/L，累計增長35.02%；進水BOD5平均質量濃度分別為82.50、103.51、111.87 mg/L，累計增長35.60%，實現提質增效進水BOD5質量濃度高于100 mg/L的目標。同時，從圖3及表2來看，無論是旱季還是雨季，改造后進水濃度均顯著高于改造前，且旱季水質高于雨季，但改造后旱季、雨季濃度差小于改造前旱季、雨季濃度差；改造后各年旱季濃度差和雨季濃度差均在減小。進水濃度的提高，帶來了污水集中收集率的顯著提高，2019年—2021年污水集中收集率分別為59.10%、78.96%、83.26%，累計增長40.88%。并且，相比水量增長，水質增長約為水量增長的2倍，也說明分流改造增大了污水的有效收集。

(3)主河道排水口污水排放率。2021年，通過現場踏勘及水質取樣，主河道56個排水口中，尚有5個旱季有污水排出(氨氮質量濃度在5～20 mg/L)。相比改造前的25個有顯著減少，減少了80%。末端排水口污水混流排放的顯著減少說明了分流改造取得了顯著效果。

2.3.2 環境經濟效益評價

(1)環境效益評價。從進出城區主河道水質變化、污水廠CODCr削減量2個指標來看，分流改造取得了較好的環境效益。改造后，與進城端檢測斷面相比，出城端檢測斷面水質未惡化，且呈向好趨勢。從圖2來看，改造后，CODCr削減量顯著增加，2019年—2021年CODCr削減量分別為2 829.27、3 963.18、5 120.01 t/a。相比改造前增長80.97%，扣除2021年增加服務的2萬人產生的污染物量(約500 t)，增長63.29%。從CODCr削減量來看，分流改造大大減少了進入土壤及水體的污染物量，對服務區域環境改善起到了非常積極的作用。

(2)經濟效益評價。經測算，改造前后，投入產出效率分別為25.40、40.91 kg/萬元，增長61.06%，說明本次分流改造每萬元投入增加的污染物收集量(以BOD5計)顯著高于改造前，具有更好的經濟產出效益。

2.3.3 管網系統建設評價

改造前后，建成區排水管網密度分別為16.36、18.13 km/km2，增長10.82%，高于《2020年重慶市住房和城鄉建設系統統計年鑒》反映的重慶市主城區(15.1 km/km2)及渝西片區(15.66 km/km2)的平均水平。改造前后市政道路分流管網覆蓋率分別為55.61%、92.17%，增長65.74%。2個評價指標的顯著增加說明本次分流改造極大地完善了市政雨污管網基礎設施短板。

2.3.4 管理制度評價

2019年，該污水廠所在轄區成立以區政府分管副區長為組長的污水管網建設攻堅工作領導小組，統籌推進管網更新改造工作；建設、財政等各相關部門、轄區平臺公司為成員，合力推進管網完善改造。并在原有管理制度的基礎上，以查漏補缺為原則，從強化排水源頭管理、過程監管及運維管理角度出發，補充出臺了《關于進一步加強因工程建設需要拆除、改動、遷移排水和污水處理設施審核管理工作的通知》《關于開展城鎮排水許可相關手續辦理的通知》，分別對拆改移排水和污水處理設施從規劃設計到施工驗收及信息建檔的全過程管理以及排水戶的源頭管理工作進行了規范；出臺了《關于進一步加強城市排水管網工程建設質量管理工作的通知》，對排水管網工程設計審查、管材、施工質量、竣工驗收、抽查、內窺全過程進行相關要求；出臺了《關于城鎮建成區排水管網運維職責劃分的通知》《關于規范雨污分流改造范圍小區內部管網管理的通知》，明確各方運維責任，加強日常維護，建立健全排水設施運行維護管理長效機制。

2.4 典型經驗做法

(1)整改內容上抓主要矛盾。在排水管網系統存在的合流、混錯接、破損等眾多問題中，本次改造以雨污分流為主，污水集中收集率提升到83.26%，取得了較好成效。

(2)工程做法上分階段全域實行雨污分流改造。按照“摸底調查-專項設計-分區整改-已分流小區治理-后期運營維護”的整體思路，分階段、有重點地推進全域雨污分流改造。工作重點在于補齊雨污管網，先市政干道再支路再源頭小區，實現一根污水、一根雨水管網的覆蓋，基本達到分流制。

(3)分流改造率先全域進小區。針對全域排查出的385個混流小區，在重慶全市范圍內，率先從陽臺立管、地面雨污管道到化糞池清掏，全面、徹底地進行小區雨污分流改造。

(4)創新嘗試網格化分區改造。在防止大開大挖、統一工作思路、統一標準的原則下，嘗試將城區分為16個施工分區進行網格化管理，分區域精細管理保障了管網改造工作的迅速推進，提高了管理能效。

(5)率先探索建設效果量化評價。在雨污分流改造后，為及時總結和反思，聘請第三方技術團隊，通過資料查閱、現場踏勘的方式，對雨污分流改造的效果進行定量化評價，實現從以前的總結工作到知道所做工作產生定量化效果的轉變。

2.5 存在的主要問題

(1)雨污混流仍然存在。從圖3及表2旱季、雨季水質差異來看，仍然存在雨污混流現象。分析該片區改造后管網資料，存在雨污水混接現象，雨水錯接污水26處，污水錯接雨水15處。

(2)管網破損等病患嚴重。根據CCTV資料，雨污水管道缺陷情況較為嚴重，共有缺陷2 325處，其中變形、破裂、沉積、障礙物等管網缺陷個數占比較高。

(3)部分排水口旱季仍有污水排出。主河道排查的56個排口中仍有5個排口(其中2個為箱涵截流)晴天有污水排出，說明仍有污水混入雨水現象。同時，對支流排水口尚未開展排查。

(4)存在上分下不分(末端截流)現象。沿河現場走訪發現，前期河道治理時，對部分雨水排水口末端采取了截流甚至大截流措施，影響了上游分流效果。

3 結論與建議

3.1 結論

(1)根據雨污分流改造前后的實際情況，選取運行成效、環境經濟效益、管網系統建設、管理制度4大類11個指標進行分流效果評價是可取的。

(2)總體評價結果認為，本次雨污分流效果顯著。

a)運行成效上，污水廠處理水量由18 827 300 m3/a增長到24 450 000 m3/a，進水CODCr質量濃度從166.75 mg/L增長到225.14 mg/L(增長35.02%)；進水BOD5質量濃度從82.50 mg/L增長到111.87 mg/L(增長35.60%)，污水集中收集率由59.10%增長到83.26%，提質增效效果明顯；主河道56個排水口中，旱季有污水排出的排水口數量由25個減少到了5個。

b)環境效益顯著，主河道出城端檢測斷面水質優于進城端檢測斷面水質；污水廠CODCr削減量由2 829.27 t/a增長到5 120.01 t/a。

c)經濟效益較好，投入產出效率由25.40 kg/萬元增長到40.91 kg/萬元，本次投入產生的污染物收集效果更佳。

d)雨污分流管網系統基本建成，建成區排水管網密度由16.36 km/km2增長到18.13 km/km2；市政道路分流管網覆蓋率由55.61%增長到92.17%。

e)通過查漏補缺，基本建成了覆蓋規劃、建設、運維的排水管網長效機制。

3.2 下一步工作建議

(1)本次評價，相關數據時間跨度較短，建議后續加強對進水水量、水質的分析，并按照《重慶市城鎮排水管網監測技術導則》，設置并不斷優化收集系統監測點位、監測指標、監測方式等監測排查布局，加強多指標分析，持續關注雨污分流整改成效。

(2)針對排水管網系統當前存在的主要問題，建議科學分析，以污水更有效收集為出發點，合理評價各類問題對污水收集產生的影響。判斷雨水排水口末端截流、混錯接與管網病患產生的影響哪種更大、管網各種病患中哪類病患對污水收集影響更大。緊抓當前主要矛盾，下一步仍然以優先解決主要問題為主，持續推進管網改造，提升污水集中收集率，提高投入產出效率。

(3)對旱季仍有污水排出的排水口，往上游逐一溯源，進行錯混接點改造。同時，針對采取了截流措施的雨水排水口，科學評價整改后，逐步打開排水口恢復其雨水排放功能，并開展支流排水口排查整改工作。在排水口排查整改時，優先解決污水量大的排水口。

(4)對今后新建項目，加強工程建設源頭管控，一方面嚴格實施雨污分流，避免新增合流、混流；另一方面，項目要嚴格落實海綿城市管控要求，在源頭削減徑流峰值與控制徑流污染。