海綿城市理念下高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效策略研究
【濟(jì)南純水設(shè)備 http://shengtaishoes.com】污水提質(zhì)增效是海綿城市建設(shè)的重要組成部分。以高密度城區(qū)為研究對(duì)象,分析污水系統(tǒng)效能現(xiàn)狀和存在問題,借鑒國(guó)際及國(guó)內(nèi)城市污水提質(zhì)增效成功經(jīng)驗(yàn),結(jié)合海綿城市建設(shè)要求,提出高密度城區(qū)污水系統(tǒng)完善、排水管網(wǎng)排查、雨污分流改造和合流制暗涵整治等方面策略,以期對(duì)高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效有一定的指導(dǎo)意義。
當(dāng)前,我國(guó)城鎮(zhèn)污水收集處理系統(tǒng)普遍存在質(zhì)量不高、效能偏低等突出問題,具體有城市地表水體長(zhǎng)期黑臭和部分城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水濃度長(zhǎng)期偏低等外部表征。2019年5月,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于印發(fā)城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案(2019-2021年)的通知》,科學(xué)把握城鎮(zhèn)污水收集處理基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的規(guī)律性和時(shí)代發(fā)展需求,明確要求加快補(bǔ)齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設(shè)施短板濟(jì)南純水設(shè)備,盡快實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理,加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)、提質(zhì)增效污水系統(tǒng)能力已經(jīng)提升到國(guó)家戰(zhàn)略高度層面。
另一方面,高密度城區(qū)一般是城市中的各種空間、環(huán)境和人員等要素最密集、最復(fù)雜的區(qū)域,對(duì)城市水環(huán)境和城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)要求高,但也是存在合流、混接區(qū)域的部分污水直排,陽(yáng)臺(tái)清洗、沿街商鋪的部分污水直排,以及一些小作坊污水的無(wú)序排放等問題,存在末端截流引起雨水、污水、倒灌海水、地下水大量截流到污水處理廠,造成污水處理廠進(jìn)水污染物濃度偏低、處理壓力大,沿線污水管道“滿管流”等問題。
因此,在新形勢(shì)下,無(wú)論從國(guó)家政策層面,還是高密度城區(qū)自身的發(fā)展需求,都必須要堅(jiān)持系統(tǒng)化思維與規(guī)律性把握并重,堅(jiān)持污水治理和生態(tài)供給并行,堅(jiān)持提質(zhì)增效和能力建設(shè)并舉,結(jié)合高密度城區(qū)城市規(guī)劃建設(shè)情況、海綿城市建設(shè)要求和污水系統(tǒng)存在實(shí)際問題,保障污水處理的“提質(zhì)增效”。本文以廈門市高密度城區(qū)思明區(qū)為例,剖析城市水環(huán)境和污水系統(tǒng)存在問題的基礎(chǔ)上,借鑒國(guó)內(nèi)外其他城市經(jīng)驗(yàn),結(jié)合海綿城市建設(shè)要求,提出高密度城區(qū)污水提質(zhì)增效的實(shí)施策略。
1研究對(duì)象概況
思明區(qū)是廈門市的經(jīng)濟(jì)、政治、文化、金融中心,主導(dǎo)功能包括高端服務(wù)、金融商務(wù)、文化、旅游會(huì)展等,三面臨海,與小金門諸島和漳州大陸隔海相望,城市內(nèi)有鼓浪嶼-萬(wàn)石山國(guó)家風(fēng)景名勝區(qū)、筼筜湖公園、環(huán)島路帶狀公園、仙岳山-狐尾山山體公園等富有吸引力的旅游景點(diǎn),自然資源景觀特征顯著,生態(tài)格局表現(xiàn)為城在海上,海在城中,山海之城。
思明區(qū)城市化水平高,人均GDP達(dá)中等發(fā)達(dá)國(guó)家水平濟(jì)南純水設(shè)備,第三產(chǎn)業(yè)成為支柱產(chǎn)業(yè),主要經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)位列廈漳泉地區(qū)甚至全省前列,主要民生經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)在廈漳泉13區(qū)排名第一。城市建成區(qū)面積約為55 km2,常住人口約105萬(wàn)人,常住人口集中在西部地區(qū),中山路、廈港老城片區(qū)、廈禾路及蓮前路兩側(cè)區(qū)域人口密度較高。人均城市建設(shè)用地面積約52 m2,建成區(qū)人口密度達(dá)1.9萬(wàn)人/km2,城市化建設(shè)基本完成。城區(qū)中舊城區(qū)面積大、建筑密集,舊城環(huán)境日漸衰敗,公共空間缺乏營(yíng)造。
2 現(xiàn)狀及存在問題
2.1 城市水環(huán)境
筼筜湖是思明區(qū)重要水體,也是廈門島內(nèi)最大的海水湖泊,水域面積為1.37 km2、總有效湖水容量為390.19萬(wàn)m3,周邊匯水區(qū)面積為37.1 km2。據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)顯示,2019年1~8月,筼筜湖湖區(qū)水體主要超標(biāo)污染物為無(wú)機(jī)氮和無(wú)機(jī)磷,其余監(jiān)測(cè)指標(biāo)基本符合第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),具體詳見表1。
思明區(qū)的近岸海域水環(huán)境存在水體富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象,達(dá)到中度至重度等級(jí),海水中主要超標(biāo)污染要素仍為無(wú)機(jī)氮和活性磷酸鹽。
2.2 供水現(xiàn)狀
思明區(qū)和湖里區(qū)(統(tǒng)稱“本島”)人口和用地規(guī)模相近,統(tǒng)一由高殿給水廠供水,日均供水量為58.29萬(wàn)m3/d,約占全市售水量的50%,產(chǎn)銷差率1.16,人均綜合用水量0.243 m3/(k·d),人均居民生活用水量0.128 m3/(k·d),人均綜合生活用水量0.216 m3/(k·d),工業(yè)用水比例11.1%。
2.3 排水體制現(xiàn)狀
思明區(qū)早期的排水體制為雨污合流,1982年編制的廈門筼筜湖排水規(guī)劃確定筼筜湖北岸采用雨污分流制,筼筜湖南岸從湖西路起至湖中路和老市區(qū)一帶仍按原有排水體制“合流制”外,其余區(qū)域采用雨污分流制具體情況如圖1所示。
為摸底思明區(qū)雨污分流情況,選取筼筜湖北岸約0.35 km2的區(qū)域進(jìn)行排水管道排查,采用封堵、抽水、疏通、清淤、CCTV和QV管道潛望鏡檢測(cè)方法,自建筑樓宇室外地面第一口檢查井至市級(jí)管網(wǎng)排口的管網(wǎng)長(zhǎng)度共計(jì)9 131 m,雨污水管網(wǎng)混接點(diǎn)超過100個(gè),實(shí)際為混流制。
2.4 污水處理廠
思明區(qū)現(xiàn)狀有2座大型污水處理廠,分別為筼筜污水處理廠和前埔污水處理廠。
(1)筼筜污水處理廠規(guī)模為30萬(wàn)m3/d,服務(wù)范圍為廈門島西部,總面積為36.99 km2,其中思明區(qū)面積為24.9 km2。2014~2018年度進(jìn)水平均水質(zhì)指標(biāo)和日均污水處理量見圖2。
(2)前埔污水處理廠規(guī)模20萬(wàn)m3/d,服務(wù)范圍為本島整個(gè)東部地區(qū),包括西水東調(diào)的污水量,北至航空城,南至廈港與廈大,西至江頭一帶和鐵路沿線,東至東海岸線,總服務(wù)面積達(dá)68.19 km2,其中思明區(qū)面積為32.1 km2。2014~2018年度進(jìn)水平均水質(zhì)指標(biāo)和日均水質(zhì)指標(biāo)和日均污水處理量見圖3。
2.5 管網(wǎng)系統(tǒng)
筼筜污水處理廠的污水管網(wǎng)系統(tǒng)由3部分組成。其中:一部分來(lái)自廈禾路污水泵站13萬(wàn)m3/d,污水主干管徑2-DN1 000;一部分來(lái)自湖濱北3#污水泵站10.6萬(wàn)m3/d,污水主干管徑為2-DN1 000;另一部分來(lái)自湖濱南4#污水泵站13.8萬(wàn)m3/d,污水主干管徑為DN1 200。
前埔污水處理廠的污水管網(wǎng)系統(tǒng)由3部分組成濟(jì)南純水設(shè)備。其中一部分來(lái)自蔡坑泵站15萬(wàn)m3/d和呂嶺泵站6.5萬(wàn)m3/d,污水主干管徑D1 800;一部分來(lái)自浦口泵站8.2萬(wàn)m3/d和前埔泵站2萬(wàn)m3/d,污水主干管徑D1 200;另一部分來(lái)自黃厝泵站12萬(wàn)m3/d,污水主干管徑為DN1 000。
2.6 截流系統(tǒng)
筼筜湖截污工程共歷經(jīng)4期整治,所有入湖的排洪管(溝)已經(jīng)全部截污,基本實(shí)現(xiàn)晴天污水不入湖。建設(shè)情況梳理如圖4所示。
廈門全島(含思明區(qū)和湖里區(qū))截流改造涉及排水口共109個(gè),截流點(diǎn)截流的合流制污水約21.66萬(wàn)m3/d,雨水量約40.76萬(wàn)m3/d。
2.7 存在問題分析
(1)筼筜污水處理廠進(jìn)水污染物濃度逐年降低,前埔污水處理廠進(jìn)水污染物濃度長(zhǎng)期偏低。
2014~2018年的筼筜污水理廠進(jìn)水污染物濃度數(shù)據(jù)可以看出,隨著周邊排水口越來(lái)越多通過截流的方式進(jìn)入筼筜污水處理廠,導(dǎo)致BOD5的進(jìn)水濃度從2014年的157 mg/L下降到2018年的121 mg/L,表明污水收集系統(tǒng)存在嚴(yán)重問題,導(dǎo)致筼筜污水處理廠的處理效能下降。
前埔污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)的城市建成區(qū)建設(shè)時(shí)間較晚,理論上城市排水管道的建設(shè)技術(shù)和質(zhì)量都應(yīng)優(yōu)于筼筜污水處理廠,但是由于“低價(jià)中標(biāo)”等一系列原因,導(dǎo)致排水管道的建設(shè)質(zhì)量低于早期建設(shè)質(zhì)量。此外,五緣灣大截排、環(huán)灣大箱涵、鼻子溝以及湖邊水庫(kù)的環(huán)湖截流大箱涵等,施工質(zhì)量不高、滲水嚴(yán)重等一系列原因也是導(dǎo)致前埔污水處理廠進(jìn)水BOD5 112 mg/L較低的原因。
(2)前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠都存在超負(fù)荷運(yùn)行問題。
近年來(lái),隨著片區(qū)快速發(fā)展和截流污水的大量匯入,前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠存在超負(fù)荷運(yùn)行問題,導(dǎo)致截流管道高水位運(yùn)行,部分截流井污水在晴天時(shí)溢流至筼筜湖或海域,對(duì)水體和海域環(huán)境影響很大。
(3)污水有效收集率偏低。
根據(jù)《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50014-2006,2011年版)人均日生活污染物排放量確定為45 g/(人·d),基于2018年前埔污水處理廠和筼筜污水處理廠平均進(jìn)水污染物濃度、污水處理廠處理量等數(shù)據(jù),本島人口按200萬(wàn)人計(jì)劃,計(jì)算得出本島污水有效收集率只有63%。
(4)雨污管道混接嚴(yán)重。
筼筜湖流域市政道路混錯(cuò)接點(diǎn)達(dá)到278個(gè),其中232個(gè),約83.45%的混接、錯(cuò)接點(diǎn)位于筼筜湖南岸。其中,南12~南17作為主要的混錯(cuò)接區(qū)域,按照普查混錯(cuò)點(diǎn)測(cè)算,進(jìn)入排洪溝污水量達(dá)到3.5萬(wàn)m3/d,雨季隨降雨一同溢流至筼筜湖,未發(fā)揮該分流區(qū)域污水管網(wǎng)的作用。根據(jù)官任社區(qū)初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,0.3 km2雨污混接點(diǎn)大概62個(gè)(含市政道路和小區(qū)內(nèi)部的雨污水混接),以此測(cè)算,思明區(qū)城市建設(shè)區(qū)內(nèi)的雨污水混接點(diǎn)約為11 700個(gè)。
(5)截流系統(tǒng)末端排口存在海水倒灌、溢流嚴(yán)重等問題。
由于截流系統(tǒng)及排??谖唇ǚ雷o(hù)措施,高潮期部分排口海水倒灌進(jìn)入污水系統(tǒng),外來(lái)水入滲截污管網(wǎng),占據(jù)污水空間,加劇溢流;同時(shí)存在不同程度的溢流問題,溢流嚴(yán)重區(qū)域主要為老舊城區(qū)、村莊。
3 案例借鑒
3.1 國(guó)外城市經(jīng)驗(yàn)
19世紀(jì)中葉以后,發(fā)達(dá)國(guó)家的一些城市開始建造排水管道系統(tǒng)。經(jīng)過上百年的建設(shè),發(fā)達(dá)國(guó)家城市普及了排水管道系統(tǒng),并進(jìn)行了大量的改善和優(yōu)化。20世紀(jì)后半葉,隨著人們對(duì)城市非點(diǎn)源污染控制及水環(huán)境保護(hù)的重視,越來(lái)越多的國(guó)家和地區(qū)提倡將原有合流制排水系統(tǒng)改為分流制,一方面可以解決合流制溢流污染問題,另一方面有助于優(yōu)化污水處理廠的運(yùn)行。從20世紀(jì)80年代以后,瑞典、美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家在很大程度上放棄了“合改分”的思路和做法,發(fā)達(dá)國(guó)家提出了一些新的城市雨洪管理理念,如“低影響開發(fā)”(LID)和“綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施”(GSI)。
3.2 國(guó)內(nèi)城市經(jīng)驗(yàn)
(1)上海市。
2019年2月,上海市提出了“開展上海市雨污混接綜合整治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見”,以全力推進(jìn)雨污混接整治工作,減少雨污混接對(duì)水環(huán)境的影響,改善水環(huán)境質(zhì)量。工作目標(biāo)是到2019年底,全面消除建成區(qū)分流制地區(qū)市政混接,全面完成沿街商戶混接、企事業(yè)單位混接和其他混接整治,住宅小區(qū)雨污混接改造工作完成率超過60%;到2020年底,基本完成建成區(qū)分流制地區(qū)住宅小區(qū)雨污混接改造,健全長(zhǎng)效監(jiān)管機(jī)制。
(2)蘇州市。
蘇州市中心城區(qū)于2015年已基本消除黑臭水體,但是仍存在個(gè)別河道水質(zhì)不佳、整體水環(huán)境不夠穩(wěn)定的問題。蘇州于2016年開展清水工程,對(duì)以往中心城區(qū)改造難度較大的區(qū)域(約占城區(qū)總面積10%的污水管網(wǎng)未覆蓋區(qū)域和合流制管網(wǎng)區(qū)域)進(jìn)行重點(diǎn)攻堅(jiān)克難,實(shí)施截污、分流、清淤,優(yōu)化活水方案,發(fā)揚(yáng)“蘇繡精神”持續(xù)開展了一系列精細(xì)化控源截污措施。
(3)廣州市。
與不少城市類似,廣州市以往的治水思路主要采取末端截污、末端補(bǔ)水、環(huán)村截污等方式,主要以做工程為主。2016年以來(lái),市委是政府提出推進(jìn)“3-4-5”治水路線,即,“源頭減污,源頭截污、源頭雨污分流”的“3項(xiàng)原則”,持續(xù)推進(jìn)“4洗清源行動(dòng)”,堅(jiān)持“控源、截污、清淤、補(bǔ)水、管理”的5條技術(shù)路線濟(jì)南純水設(shè)備。
3.3 可借鑒經(jīng)驗(yàn)
避開當(dāng)前城市污水提質(zhì)增效的需求,不去解決當(dāng)前污水處理設(shè)施建設(shè)不平衡不充分的問題,不去償還“重地上、輕地下”、“重面子、輕里子”的歷史欠債,而單獨(dú)去講“排水體制”是不科學(xué)的,也缺少必要論證。
思明區(qū)近期要在認(rèn)真做好問題排查的前提下(真實(shí)地調(diào)查清楚)截污水,實(shí)現(xiàn)污水全收集、全處理;清污分流,把不是污水的清水分出去,提高污水處理廠進(jìn)水污染物濃度;趕外水,把不是雨水的外水趕出去,實(shí)現(xiàn)合流制管道旱天低水位,雨水管無(wú)外水,保證能夠把管道淤泥清出來(lái),確保水體下雨不黑;把源頭管好,知行合一把雨水徑流管控好,減少?gòu)搅骱腿牍芩亢臀廴疚铩?/span>
4 總體思路與技術(shù)路線
思明區(qū)屬于高密度城區(qū),污水收集和處理系統(tǒng)已基本成型,從污水直排、雨污混接排查與改造等入手,識(shí)別主要問題,明確工作重點(diǎn),結(jié)合海綿城市理念和污水提質(zhì)增效要求,采用“截直排、改混接、治倒灌、堵滲水、削溢流、補(bǔ)空白和規(guī)范沿街商業(yè)”等手段,明確設(shè)施排查、工程建設(shè)和改造建設(shè)重點(diǎn)及建設(shè)時(shí)序安排,建立污水處理提質(zhì)增效長(zhǎng)效管理機(jī)制。具體技術(shù)路線如圖5所示。
5 污水提質(zhì)增效策略
5.1 污水系統(tǒng)完善
綜合考慮到思明區(qū)污水量,統(tǒng)籌全島污水系統(tǒng)布局,本島北部新建1座污水處理廠,形成東部、西部、北部3個(gè)較為均衡的污水格局系統(tǒng),收水面積分別為56.6 km2,29.2 km2和38.1 km2,新建高崎污水處理廠50萬(wàn)m3/d,擴(kuò)建前埔污水處理廠至50萬(wàn)m3/d,本島總處理規(guī)模達(dá)到130萬(wàn)m3/d。
5.2 排水管網(wǎng)排查
排水管網(wǎng)排查主要目的就是加強(qiáng)管網(wǎng)的建設(shè)和改造,逐步消除市政和小區(qū)的雨污混接,彌補(bǔ)我市污水工程建設(shè)的歷史欠債,并且能夠切實(shí)有效指導(dǎo)下一步的工程建設(shè)。
首先,制定清淤計(jì)劃,組織開展對(duì)轄區(qū)內(nèi)排水管渠進(jìn)行全面清淤,確保排水管渠積泥深度不高于管內(nèi)徑或渠凈高度的1/5。其次,以排水口為起點(diǎn),查清所有排水戶污染源;對(duì)存在污水的雨水接戶管進(jìn)行水質(zhì)、水位、水量檢測(cè),并錄入GIS系統(tǒng),對(duì)合流、混流、分流這3種區(qū)域進(jìn)行劃區(qū)。再次,采用管道潛望鏡(QV)、管道機(jī)器人CCTV和聲納等對(duì)現(xiàn)狀管網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)檢測(cè),查清結(jié)構(gòu)性與功能性缺陷,列出整改問題清單。
思明區(qū)排水管網(wǎng)總長(zhǎng)度約為1 600 km(包括市政道路和建筑小區(qū)內(nèi)分雨污水管網(wǎng))按照排水管網(wǎng)排查綜合單價(jià)50元/m(含清淤、CCTV和混接排查等費(fèi)用),投資約8 000萬(wàn)元。
5.3 雨污分流改造
針對(duì)思明區(qū)雨污分流改造存在的困難和問題,結(jié)合海綿城市建設(shè)理念,分別從源頭(建筑)、過程(收集管網(wǎng))和城市管理等方面作出具體要求,以期探索出一套符合實(shí)際、成效較好的雨污分流改造模式。一是源頭應(yīng)優(yōu)先利用雨水走地表、污水走地下的方式;二是排水單元宜將合流管作為污水管、新建雨水收集系統(tǒng);三是市政道路宜將合流管作為雨水管、新建污水收集系統(tǒng);四是接駁口應(yīng)由市政園林行政主管部門審批位置、防止產(chǎn)生新的混接。
參照上海市和漳州市雨污分流改造模式,雨污分流改造項(xiàng)目按照5 000萬(wàn)元/km2初步估算,雨污混接點(diǎn)按照360個(gè)/km2(官任片區(qū)數(shù)據(jù)),總投資約27.3億元。
5.4 合流制暗涵整治
由于早期的城市建設(shè),思明區(qū)建成區(qū)的原河道、排洪渠等逐漸變成暗涵,全部為混流有城市污水,并且暗涵底部存在大量生活和建筑垃圾濟(jì)南純水設(shè)備。筼筜湖和近岸排水口設(shè)有總閘,通過總口截污的方式將混流污水截至市政污水系統(tǒng),然后雨季開閘時(shí),暗涵內(nèi)的大量污染物將進(jìn)入下游河道,嚴(yán)重影響筼筜湖和近岸海域水環(huán)境。
結(jié)合城市排水防澇和生態(tài)空間需求,首先進(jìn)行清污分流,對(duì)各河流域?qū)嵤┡盼劭谒菰醇叭笔Ч芫W(wǎng)完善,針對(duì)溯源的結(jié)果在岸上解決污水進(jìn)入雨水系統(tǒng)的問題,針對(duì)污水管網(wǎng)缺失的位置實(shí)施管網(wǎng)完善工程,條件允許時(shí)結(jié)合城市景觀、功能、文化及親水等需求逐步恢復(fù)為生態(tài)廊道。
高密度建成區(qū)人口密度、建筑密度和開發(fā)強(qiáng)度均相對(duì)較高,是人、水矛盾突出的地方,特別是在早期“重地上輕地下”、“重面子輕里子”的發(fā)展觀念下,地下排水管線建設(shè)長(zhǎng)期投入不足,導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施生活污染物收集效率不高、局部生活污水直排、溢流污染控制不到位等問題,污水處理系統(tǒng)效能大打折扣。因此,高密度建成區(qū)應(yīng)在對(duì)城鎮(zhèn)污水收集、處理系統(tǒng)進(jìn)行全面而有重點(diǎn)的排查的基礎(chǔ)上,以完善生活污水收集管網(wǎng)為重點(diǎn),通過系統(tǒng)、綜合的措施實(shí)現(xiàn)污水處理系統(tǒng)質(zhì)量和處理效能的提升。。濟(jì)南水處理設(shè)備,濟(jì)南去離子水設(shè)備。 濟(jì)南純水設(shè)備
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