城市雨污分流的改造設計

高 翔,陳家平,丁曉濤

(云南省設計院集團有限公司,昆明 650100)

0 引言

隨著城市建設的發展,污水收集與處理設施也在不斷完善。《2018年城鄉建設統計年鑒》數據表明,至2018年底,全國城鎮污水收集率為95.49%,污染物負荷收集率為61%[1]。但現階段,城鎮污水收集處理系統仍存在大量雨水混流、雨季污水管渠濃度低且運行水位高、污水處理廠常年高負荷運行、進水濃度低、運營成本高、處理效能低下等問題,雨水收集系統存在污水混入問題,導致河道水質惡化。

高原湖泊經過多年的全域治理,水質已經逐漸好轉并趨于穩定,但部分城市湖泊出水河道存在水質超標嚴重的情況。超標污染物主要包括氨氮、總磷、化學需氧量,原因主要是城市雨污分流不徹底,面源污染得不到有效控制,雨水系統不滿足直排湖泊的條件,沿湖建設排水主干系統,系統雨污水管渠濃度接近,污水通過主干系統轉輸至湖泊下游污水處理廠,雨水通過主干系統轉輸至湖泊出水河道下游排放。而城市長期面臨污水處理廠高負荷低濃度運行、收納水體生態系統遭受嚴重破壞等問題。

以某高原湖泊城市為例,根據其排水系統運行情況指出存在的問題,結合雨污分流改造過程中的難點,分析設計要點,為類似工程實踐提供參考。

1 排水系統現狀及其存在的問題

1.1 排水系統現狀

收集系統:城市建成區已建分流制污水收集管61.1 km,分流制雨水收集管62.1 km,合流收集管渠32.1 km,城市建成區雨污分流率<50%。雨污水主干系統:根據城市地形及主要河道劃分為北區、南區兩個片區,分別沿河湖岸邊建設有排水雙艙箱涵(雨水艙與污水艙之間設置有隔墻),箱涵總長12.76 km,城市建成區全部污水與部分雨水均通過箱涵轉輸至湖泊出水河道下游,雨水直排河道,污水進入污水處理廠。城市建有2座污水處理廠。

1.2 存在的問題及分類

主要存在以下問題:①雨污分流與清污分流不徹底。城市污水均排至沿河湖岸邊建設的排水主干系統中,通過離線模型與在線模型法對雨污水量進行規模預測及在線監測,根據水質水量監測數據與規模預測數據對比分析,得到城市北區與南區雨污主干系統平均日流量、平均日COD濃度與雨污水混流及清污混亂的預測情況詳見表1。②污水處理廠長期高負荷、低效率運行。根據污水處理廠水質水量在線監測數據,2座污水處理廠運行水量負荷分別為79.63%、94.67%,水廠COD進水平均濃度分別為218.38 mg/L、219.19 mg/L,BOD濃度分別為80.8 mg/L、81.10 mg/L,污水處理廠長期存在運行負荷較高、進水濃度偏低的情況。

表1 雨污水主干系統平均日流量、平均日COD濃度與雨污水混流及清污混亂情況預測

通過上述數據分析可以看出,城市雨污水混流與清污混亂的情況較嚴重,大量清水與雨水混入污水收集系統,導致污水收集系統與污水處理廠長期處于高負荷、低效能的運行工況。大量污水混入雨水收集系統,末端直排收納水體,對城區水體生態系統造成嚴重破壞。結合排水系統GIS數據、管線初排情況及排水主干系統的服務范圍,將城市建成區共劃分為12個排水分區,根據河湖沿岸主干系統與城區市政雨污水收集干管的水質水量監測數據及報告,對12個排水分區問題進行分級,對問題嚴重的區域進行管道清淤與CCTV全線檢測。通過深入摸排及對排水系統的評估分析,將主要問題分為以下幾類:①老城區雨污分流不徹底、清水入滲嚴重。城市南區作為該城市最早的經濟中心,大部分基礎設施建設時間較早,該片區排水系統的主要問題為排水系統以合流制為主(合流制占比>50%),排水管道管材以鋼筋混凝土管道為主,大口徑管道為平口管,接口脫落情況嚴重。排水檢查井基本是磚砌井,檢查井滲漏情況嚴重,南北片區現狀排水管道共發現結構性缺陷與功能性缺陷5998處。排水系統缺乏定期的維護管理,導致管網病態較嚴重,城區又緊鄰湖泊,地下水位較高,大量地表水、地下水通過破損的磚砌井、管道結構性缺陷節點進入管道內,導致污水收集系統長期處于高運行水位、低濃度的情況。②雨污分流片區錯混接嚴重。北區開發建設相對南區要晚,排水體制已基本實現了雨污分流,但通過排查分流制排水系統發現存在大量的錯混接,雨污分流管網發現錯混接節點49處(不含庭院錯混接),導致整個片區雨污水收集主系統濃度基本一樣。

2 改造方案

雨污分流與清污分流的核心及難點集中在老城區,該區域以老舊小區及城中村為主,市政基礎配套設施建設時間早,已無法滿足城市的發展需求,地下管線繁多雜亂,巷道地下空間已基本全部使用。雨污分流改造是一項涉及范圍廣、地下空間利用高的工程,項目實施對自然環境、社會環境都有一定的影響,需同步分析雨污分流改造與城市更新改造及老舊小區改造,發揮綜合效能,節約成本,避免城市短期內的反復開挖,實現統籌協調,提升城市居民的幸福感及獲得感。

設計方案以排查出的問題及績效目標為導向,通過對問題的分級,以工程措施為主要抓手,對問題清單進行逐項消除。結合各片區排查報告及診斷分析報告,對12個排水分區問題進行分級,根據問題等級、績效貢獻率及城市更新實施計劃進行分項、分階段實施。城市北區已基本完成雨污分流,但存在錯混接嚴重的情況,錯混接節點大部分位于主干系統,雖然問題點位較分散,但改造難度較小,績效貢獻較高。南區主要問題為合流系統占比較大、排水溝渠占比較高、管渠及檢查井破損滲漏情況嚴重,改造難度大且周期長。結合問題類別及區域特點,優先實施績效貢獻率高、具有實施條件的市政道路雨污分流及錯混接改造,再逐步推進巷道及庭院雨污分流,從末端到源頭逐步推進。

2.1 市政道路合流系統改造方案

市政道路合流系統分流改造影響因素較多,方案的確定不能盲目考慮新建污水管道或雨水管道,需結合系統分析及評估數據確定。結合系統內澇風險評估情況、管渠破損情況及城市更新市政道路要求,制定改造方案見圖1。

圖1 市政道路合流系統分流改造方案Fig.1 Diversion reconstruction scheme of municipal road confluence system

2.2 管位與雨污水收集系統形式的選擇

城市主次干道與支路。道路周邊建筑緊鄰道路紅線,地下管線集中布設于人行道下,建筑物往人行道方向>2 m的地下空間均布設有管線,行人道下已不具備埋設排水管道的條件。新建排水管道可選擇布設于非機動車道或機動車道下,管道與路緣石凈距宜≥1.5 m,防止燈桿及交通桿件等地上設施離溝槽太近,增加施工安全隱患及工程費用。新系統建成后,可廢除人行道下原有系統,并將該管位作為城市更新中其他管線的改造管位。

巷道。工程范圍內現狀巷道寬度為4～8 m,巷道內人車混行,周邊建筑緊鄰巷道,且周邊建筑以自建房及老舊小區為主,地下管線主要包括給水管線、燃氣管道及排水管渠,地下空間已基本被使用。針對巷道內的雨污分流改造,采用以下幾種方式:可開挖空間≥1.0 m,對現狀排水管渠進行內澇風險評估及結構性破損分析,若可保留使用,將其保留作為分流制雨水或污水收集系統,再新建一根排水管道,若不具備保留條件,則將其廢除,并新建雨污水管道。可開挖空間<1.0 m,現狀排水設施需進行保留,通過修復或局部改造作為分流制污水收集系統,污水收集系統不宜采用蓋板明渠,沿路側新建雨水收集邊溝。

2.3 特殊節點附屬設施的選擇

雨污分流過程常會受上下游控制點影響,導致雨污水管道標高沖突的情況,或因巷道可使用空間狹窄,雨污水管道緊鄰,管道與檢查井位置沖突。結合上述情況,采用交匯井形式進行處理,交匯方式如下:

標高沖突且無法調整的,新建豎向交匯井,小口徑排水管道從交匯井中橫穿,交匯井則作為大口徑管道的沉泥井。該交匯井需注意以下設計要點:橫穿排水管道在井內不能有管道接口,橫穿管道應靠檢查井一側,且與井筒反向,方便后期檢修維護。交匯井需根據最大埋深管道設置沉泥槽。做法詳見圖2。

圖2 交匯井做法Fig.2 Convergent well pattern

管位空間有限,排水管道之間存在管道與檢查井沖突的情況,采用平行交匯井,調整檢查井尺寸,令管道直接從檢查井內橫穿,檢查井流槽作為橫穿管道支墩[2]。

2.4 庭院出戶管的接駁

在市政道路雨污分流過程中,針對庭院出戶管的接駁,需集合庭院的分流情況進行分類改造:

D-1類:庭院已完成雨污分流,依據庭院雨污分流竣工資料及排查情況,將出戶管與市政道路分流后,對雨污水管網進行正確接駁。

D-2類:庭院已經分別建設雨污水系統,但存在錯混接的情況,雨污水正常接駁市政雨污水管道,雨水出戶管末端檢查井設置為截流井。結合老舊小區改造對庭院錯混接節點改造,改造完成后將截流井內污水截流管進行封堵,拆除截留堰。

D-3類:庭院未分流,在現狀排水系統末端設置截流井,在庭院排口位置或庭院大門處預留雨水檢查井。結合老舊小區改造對庭院進行雨污分流改造,改造完成后將截流井內雨水溢流管進行封堵,拆除截留堰,庭院雨水系統直接接駁市政雨污分流預留雨水井。

以D-1類為例,改造如圖3所示。

圖3 D-1類改造Fig.3 Category D-1 reform

庭院出戶管接駁難點在于如何判定庭院的分流情況,建議在人工摸排的基礎上結合QV、CCTV及水質水量監測等情況,對庭院分流情況、出戶管屬性進行準確判定。

3 結束語

老城區雨污分流改造是一項精細化的工作,了解并摸清現狀是項目改造成功的重要前提,若發生錯接或漏接,將導致項目成效大打折扣,嚴重影響進度。雨污分流改造要保證達到提質增效的目標,故嘗試采用CCTV檢測進行項目驗收,清楚掌握實施效果及質量,提升驗收質量管控水平。