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    茅洲河經驗:城鎮排水系統如何“擠外水”
    發布時間:2021.03.31    新聞來源:給水排水   瀏覽次數:
          分流制污水管網的外水侵入是造成管網高水位運行、河道溢流污染主要原因之一。在全國城鎮污水處理提質增效行動中,各地積極探索“擠外水”對策研究。深圳茅洲河流域屬珠江水系三角洲水系,受地下水位偏高、河道感潮、管網建設年代跨度大等因素影響,污水收集片區普遍存在外水侵入情況。依托茅洲河流域水環境綜合治理工程,在全面排查管網問題的基礎上,對流域內某污水收集片區管網的雨污混接、結構性缺陷、河潮水倒灌進行系統治理。在創新的“六邊”實施模式保障下,外水得到有效控制,提質增效取得了良好效果。

          城鎮排水系統的穩定高效運行是保障黑臭水體治理成效的前提之一,尤其是降雨量充沛、水系發達、居住密度高的南方城市,對排水系統的健康水平有著更高要求。隨著城市老城區的排水系統改造、土地用途變更以及新城擴張,出現了管網底帳不清、系統不銜接、私搭亂接等一系列問題,管網維護工作也普遍落后于管網建設。對污水系統查漏補缺時,需要在系統摸排-問題診斷-方案設計-修復驗收等各環節前后緊密銜接,這也決定了此類項目在技術路線和實施模式方法上與傳統給排水工程存在較大差異。茅洲河流域某片區污水收集管網長期存在高水位運行情況,經過系統排查與梳理,診斷存在較嚴重的外水侵入情況,針對性開展了一系列治理措施,取得較好成效,可為此類工程的開展提供模式和方案借鑒。

          1 某片區污水收集情況

          某污水收集片區位于茅洲河流域下游,總服務面積22.4 km2,服務人口約35萬人,區域內工業企業眾多,部分河道受珠江口潮汐作用,屬于感潮河段。經過近年的雨污分流管網工程建設,片區內基本形成了分流制排水體制。污水通過2個次干管收集子片區和2個沿河截污管子片區收集,輸送至石巖污水干管,利用中途污水提升泵站轉輸,然后連同其他片區污水輸送至末端水質凈化廠處理。

          石巖排污渠是水質凈化廠的污水收集主干管之一,中途提升泵站前的石巖排污渠分為DN1 000~1 500的上游管道段和DN2 400×1 300的中游箱涵段。中途泵站設計抽排污水量15萬m3/d,末端水質凈化廠總處理規模50萬m3/d,排放標準為《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)準Ⅳ類。



          2 存在問題

          2.1 石巖排污渠長期高水位運行

          根據2018年運行數據,中途污水提升泵站前池的實際運行水位比設計水位的4.2 m顯著偏高,在設計運行工況下,年平均液位為4.9 m,全年超設計水位運行天數達334天,同時導致上游新橋河和上寮河沿河截污系統的雨季溢流現象頻發,致使水質惡化。此外,下游水質凈化廠前的臺封污水提升泵站也存在前池液位偏高現象,尤其在5月至10月深圳市的雨季期間,水位情況和波動幅度尤為異常。

          2.2 末端水質凈化廠進水水量、水質波動大

          如圖3所示,將水質凈化廠進水監測數據與附近雨量觀測站的觀測數據對比分析可以發現,2019年7月至9月雨季期間,進廠BOD5濃度與日累計降雨量直接存在滯后負相關性,存在大量雨水進入污水系統的可能,拉低污水廠的運行負荷。另一方面,2019年雨季月份的平均進廠BOD5濃度為62.7 mg/L,而旱季月份也僅為69.3 mg/L,而深圳地區典型排水小區接入市政檢查井的平均污水BOD5濃度在150~260 mg/L,表明除了雨水外,污水收集系統仍有較大比例其他外水匯入。


          3 分析排查

          為了對片區污水管網外水入侵情況系統排查,首先對片區污水量進行分析。由于缺乏實測資料,片區污水量根據供水量折算推算,并通過深圳市人均綜合用水量435.7 L/d結合產污系數推算驗證。經計算片區污水量約為13萬m3/d,中途泵站15萬m3/d的提升能力可滿足污水轉輸需求,且石巖排污渠的過流能力符合設計要求。因此,片區污水管網高水位運行和末端水質凈化廠水質水量波動與外水入侵有關。

          3.1 雨水管線混接摸排

          為評估石巖排污渠的雨水侵入情況,2019年2至3月期間對石巖排污渠在中途泵站前的檢查井進行水位持續監測,分析檢查井水位與雨水侵入關系。如圖4所示,檢查井水位變化與日累計降雨量顯著相關,存在雨水侵入污水系統情況。


          因此,對片區內石巖排污渠及子片區次干管展開物探排查,核查管線接入情況,共排查出13處主要大管徑雨水管錯接點,其中DN1 000的雨水管接入2處、DN800的雨水管接入3處。管網錯混接導致大量雨水混入,是造成石巖排污渠高水位運行的主要原因之一。

          3.2 管網缺陷檢測

          由于片區污水管網前期的建設、管理主體分散,管網維護以應急性維修為主,缺乏定期養護,而本工程管網處于珠江口東岸,地勢低洼,地下水位較高因此,一旦出現結構缺陷,地下水入滲問題較為突出。因此,對整個水質凈化廠污水系統管網開展清淤、檢測、評估。

          借助CCTV檢測技術,在水質凈化廠收水管網共發現存在結構性缺陷的管段12.5 km,共1 239處,片區范圍內的污水管普遍存在滲漏、破裂、脫節、錯口等結構性缺陷,見圖5。參照《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》分類,一級缺陷占36.8%,其中滲漏、脫節和錯口是發現的主要問題。


          3.3 河、潮水倒灌排查

          由于本片區屬于珠江口河道感潮區域,而沿河截污系統與片區內河道排口連通,存在河(潮)水倒灌風險。通過水文數據與管網設計資料核查(見圖6),片區內某感潮河道的河底高程在-2.6~-0.1 m,調查其沿河排口并分析潮位后發現,在平均潮位線以下的排口有11個,占19.6%,其中沿河截污溢流排口7個;而20年一遇洪水位以下的排口達到82.1%。對片區內所有排口進行梳理,共找出存在高潮位下倒灌風險的排口83處。


          3.4 沿河截污管截流過量雨水

          合流制時期,片區內建設了較多沿河截污系統,而隨著近年片區雨污分流改造的完善,目前沿河截污管的實際收集對象旱季零星漏排污水和初期污染雨水。但由于合流制時期設計的截流標準較高,降雨期間,大量清潔雨水被截流送往水質凈化廠,出現了沿河截污系統截流能力與水質凈化廠處理能力不匹配的問題。

          4 對策措施

          綜合考慮問題的復雜性和緊迫性,現階段對片區內雨水管線混接、地下水入滲、河潮水倒灌問題進行整治,將沿河截污系統的功能改造列入后續實施計劃。

          4.1 實施模式

          考慮到管網排查結果時效性,同時減少重復工作量、提高效率,在進行管網問題分析排查時,就確定采用“六邊”模式進行,即“邊清淤、邊檢測、邊修復、邊管理、邊驗收、邊移交”的六邊方式實施。實施時做到業主、設計監理、設計、施工監理、施工單位、權屬單位同時到位,以貫徹“六邊”模式的實施。

          4.2 整改措施

          (1)雨水管線遷改。對于錯接入片區干支管的雨水管進行溯源,參照《深圳市面源污染整治管控技術路線及技術指南(試行)》的劃分標準,調查雨水路徑是否流經D類重點面源污染地塊。若經過,則增設棄流設施,復核過流能力后,就近接入雨水箱涵或河道;若不經過,則直接新建管線接入自然水體。

          (2)污水管道修復、翻建。本次整治對管道存在的結構性缺陷以非開挖修復為主,同時對嚴重缺陷段管道,諸如嚴重脫節、錯口的管道進行翻建處理。

          按照《城鎮排水管道檢測與評估技術規程》規定的參數技術方法,按以下標準確定修復范圍及方法。


          (3) 排口改造。對現場調查中發現存在倒灌問題或風險的排水口加裝鴨嘴閥或進行歸并,完善排口檔案,遠期結合沿河截污系統改造進行系統性改造。

          (4)沿河截污改造?紤]到當前污水收集系統仍存在部分漏排污水,沿河截污管作為污水入河的最后一道防線,仍發揮著重要作用。因此,沿河截污管的改造放在后期污水收集系統全面完善后實施。改造思路是將片區內已建沿河截污管可分為三類。一類截污管為有調蓄價值的截污管,可利用其作為管涵調蓄,增設溢流、限流措施,對初期雨水進行收集和錯峰排放;二類截污管為無調蓄價值的截污管,針對此類沿河截污管,可根據河道的合流管流經的下墊面面源污染等級情況,在截污管旁增設調蓄池、溢流、限流等設施達到對初期雨水進行調蓄的目的。三類為其他沿河截污管,可廢棄或改造為市政污水管網。

          5 實施效果

          雨水管線遷改、污水管道修復、翻建和排口改造等第一階段的提質增效工作在2019年5月底基本實施完成。為驗證實施效果,對雨季的中途泵站的前池每日9:00點的水位高程進行分析。結果表明,與去年同期相比,同等抽排量情況下,泵站前池平均水位高程從5.6 m下降到4.4 m,且波動收窄,降雨量與水位的變化關系不顯著,說明該片區外水剝離效果顯著。


          第二階段工作將在深入上游摸排雨污混接的基礎上,通過改造沿河系統,加裝精準截流、限流裝置,使沿河截污系統的功能轉變為初期雨水收集調蓄系統,在進一步剝離清潔后期雨水的同時,控制雨水面源污染,持續推進污水系統的持續提質增效。

          6 結語

          分流制地區污水系統的提質增效,在努力提高污水收集率的同時,要重點關注存量污水管網的外水侵入問題,在全面掌握污水收集系統存在問題的基礎上,排查雨水、河水、地下水的進入管網的路徑和程度。從源頭-遷移-末端各環節剝離外水;其次,排水系統的穩定運行離不開專業的運維管理,需要并加強管道水位排查與排水戶管理,并通過日常管養和科學調度彌補系統性問題,使城市排水系統高效運轉、水環境長制久清。
     
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