城市街區供排水系統水質安全事件分析及控制對策

侯云鶴,李 微,董紫君,孫曉輝,寧克明,寧雨陽

(1.沈陽建筑大學市政與環境工程學院,遼寧沈陽 110168;2.深圳大學土木與交通工程學院,廣東深圳 518060;3.中國市政工程西北設計研究院有限公司深圳分公司,廣東深圳 518027)

城市供排水系統安全問題關系民眾的健康,是重大社會安全問題。以往我國關于供排水系統的劃分和研究,主要是市政供排水系統和建筑供排水系統兩大類。近年來,伴隨著以新冠病毒為代表的疫情防控工作的推進,街區尺度的供排水安全保障凸顯出越來越重要的意義。街區(BLOCK)管理的概念源于美國,是一種較新的社區規劃和管理理論[1]。我國疫情防控就是以社區、街區為最小核心單元,街區制的網格化監管模式也已在我國城市和鄉村逐步推廣。街區供排水系統,既涉及建筑單體供排水,也包含部分市政供排水,是個交叉、橋梁的研究系統[1]。城市街區供排水系統包括街區供水、建筑供水、用戶終端用水、建筑排水、街區排水、市政雨水等多個單元,其復雜環境既可能是賦存了大量潛在高風險污染物的傳播源,也可能是促進污染物傳播的重要媒介。街區層面的供用水安全事件頻發,飲用水在進入市政管網時各項指標必須達到國家生活飲用水水質標準,但在供水末端,卻缺乏相應的標準及有效管理。本文在梳理涉及街區供排水系統標準、規范的基礎上,重點回顧了街區供排水系統水質安全事件,從污染原因、污染物類型、風險節點等方面進行了梳理分析,總結了街區供排水系統存在的主要安全問題及控制對策,期望為街區供排水系統的防控和日常運行維護提供技術指引,為政府決策提供理論支撐。

1 城市街區供排水系統安全的標準、規范、指南

在疫情暴發期間,存在病毒、致病菌等經由排水系統傳播污染環境,進而對住戶健康造成影響的案例。多個研究[2-3]報道在新冠肺炎患者糞便中發現新冠病毒。此外,疫情防控中抗疫化學品大量使用形成的化學污染物對環境健康也會帶來危害,例如采用含氯抗疫化學品等對環境介質進行消毒會產生高毒副產物,需要引起足夠警惕。在城市街區中,室外供排水管網、建筑內供排水管網、建筑小區供排水設施、景觀用水設施等都可能存在這些風險。因此,城市供排水系統安全運行是特殊時期人們防護和抗擊疫情的一道重要防線。針對街區尺度的供排水系統安全防范,我國尚沒有獨立的規范、指南,因此,需要綜合考慮涉及街區市政供排水以及建筑供排水的標準。為防范以新冠病毒為代表的病原微生物在供排水系統中的傳播,我國也頒布了多項應急指南。表1總結梳理了涉及我國城市街區供排水系統安全的標準、規范、指南(指引)。關于街區供排水系統安全的標準和規范主要有《城鎮給水排水技術規范》[4]、《建筑給水排水設計標準》[5]等。新冠疫情暴發以來,為保障城市供排水系統安全穩定運行,發揮城市供水、排水與污水處理系統正常功能,環保部率先緊急出臺了《應對新型冠狀病毒感染肺炎疫情應急監測方案》,提出在水質常規監測的基礎上,增加對供水系統病原菌和余氯等監測指標;住建部發布的《重大疫情期間城市排水與污水處理系統運行管理指南(試行)》則從城市排水系統從業人員的安全防護,以及排水系統的科學運行管理出發,充分考慮了是否接納疫情確診患者排水作為城市排水與污水設施風險等級劃分標準,是否將作業區從業人員接觸和吸入暴露風險作為不同工作場所的安全風險等級劃分標準等問題,有利于指導重大疫情期間城市排水與污水處理行業的精準防控;2020年,中國建筑學會發布了《辦公建筑應對“新型冠狀病毒”運行管理應急措施指南》,針對疫情期間辦公建筑人員較為密集、空間有限的特點,從通風空調、給水排水系統、系統清潔和保潔消毒、垃圾收集和暫存4個方面,給出有效的指導和建議。

表1 城市街區供排水系統安全的標準、規范、指南(指引)

地方政府、環保部門也因地制宜制定了相應的指南、指引。深圳市生態環境局聯合深圳市水務局發布了《關于進一步做好排水設施新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控工作通知》,組織編制了《深圳市新型冠狀病毒感染的肺炎疫情防控時期建筑與小區排水系統防范病原體傳播工作指引(試行)》等文件:重點抓好污水管網和38座水質凈化廠及26座分散式處理設施;要求污水管網作業人員做好安全防護,非緊急情況原則上避免人工下井作業;水質凈化廠及分散式處理設施要加強消毒,其中,水質凈化廠出水消毒工藝由1道調整為2道,即必須經過紫外線消毒和化學藥劑消毒;同時,每天監測進出水余氯及糞大腸菌群指標,強化運行監管,確保水質達標,以達到防疫全鏈條環境監管的效果。這些指南、指引的頒布,一方面為疫情期間,街區供排水系統防范新冠病毒傳播提供了有效的應急指導;另一方面,也將為供排水系統長期阻控病原微生物(如諾如病毒、軍團菌等)提供科學、系統的指南依據。

2 街區供排水安全事件回顧及分析

目前,國內外專門針對街區供排水安全事件的風險研究還較少,需要系統地回顧污染事件,研究相關文獻,識別重點污染物種類,分析風險強度,梳理風險分布情況,以構建系統化控制對策。

2.1 基礎資料來源

以“水污染”“水污染事件”“生活飲用水”作為關鍵詞,在中國知網和搜索引擎中檢索到“水污染事件調查”文獻及報道248篇,篩選去除非街區供排水水污染事件、綜述、分析類文獻113篇,得到有關我國街區供排水系統水污染事件135篇[6-42],作為本文分析研究的基礎資料。

2.2 水污染事件發生的主要原因

分析了135件水污染事件的主要原因,總結于表2。水污染事件發生的主要原因經過梳理分為外因(工業生產事故、降雨、污染物外泄)、管網(管道破裂、管道堵塞、管道錯接)、運營管理(制水故障、停水、工人檢修操作不當)。所有水污染事件中由于工業生產事故、降雨、污染物外泄引起的件數為23、12、11件,占總水污染事件的17.04%、8.89%、8.15%,管道破裂、管道堵塞、管道錯接導致的水污染事件有14、7、4件,占總水污染事件的10.37%、5.18%、2.97%;運營管理中工人檢修操作不當、制水故障、停水導致水污染事件分別為39、11、7件,占總水污染事件的28.89%、8.15%、5.18%。從表2的發生原因頻次排序可以看出,工人檢修操作不當造成的污染事件占比最多,因此,在日常供排水系統的管理中,應注意重點加強維修人員的專業知識和技能的培訓,避免錯接亂接管道、閥門造成供水安全事件。

表2 135件水污染事件發生的原因

2.3 水污染事件污染類型

135件水污染事件主要有化學污染和生物污染兩種類型,其中化學污染共64件,占總水污染事件的47.41%,生物污染66件,占總水污染事件的48.89%(表3)。化學污染的污染物主要有金屬、亞硝酸鹽,它們引起的水污染事件分別為15、11件,占比為11.11%、8.15%,其次是砷等有害物質、化學藥劑、揮發性酚類、苯及苯系物,它們引起的水污染事件分別為10、10、9、7件,占總水污染事件的7.41%、7.41%、6.67%、5.18%,主要是工業生產的污廢水污染水源水或者水池水/二次水箱設置不合理導致污染物污染水池水,而柴油、油漆引起的水污染事件為2件。細菌為污染物的生物污染事件共53件,占比為39.26%,是引起水污染事件最多的污染物,由病毒引起的有9件,占總水污染事件的6.67%,病毒主要有SARS病毒、諾如病毒、甲肝病毒和輪狀病毒,由紅蟲、藻類引起的水污染事件分別為3、1件,它們主要是通過污水排放系統傳播污染環境、管理盲點或者二次供水不當造成的水污染。從統計可以看出,細菌造成的污染事件最多,這也反映了亟需加強對建筑與小區供水系統生物風險識別與防控。

表3 135件水污染事件污染類型

2.4 水污染事件污染途徑及污染節點

表4為135件水污染事件污染途徑及污染節點,135件水污染事件中街區供水、建筑供水、建筑排水、街區排水水污染事件分別發生69、52、9、5件,占全部水污染事件的51.11%、38.52%、6.67%、3.70%,可以發現水污染事件多發生在供水系統。所有水污染事件中,發生在水源水和管網中較多,分別為49、36件,占總水污染事件的36.30%、26.67%。水源水被污染主要是選址不合理導致污染物進入水源水或者未經過處理直接供給,而管網水主要是由于管道破裂滋生細菌、病毒或者管道堵塞、老化、管道連接不合理使污廢水滲入被污染。有20件水污染事件發生在二次供水系統,占總水污染事件的14.81%,二次供水水池或水箱流動性差、一些小區做不到定期清洗,特別容易滋生細菌、病毒,導致水質變差,這也是二次供水系統發生水污染事件的原因。而發生在供水設備、地漏、垃圾存放處、閥門、化糞池的水污染事件則比較少,分別是5、2、2、2、1件,占比為3.71%、1.48%、1.48%、1.48%、0.74%。

表4 135件水污染事件污染途徑及污染節點

2.5 水污染事件時間分布特征

水污染事件季節分布中水污染事件在夏季發生次數最多,有42件,占31.11%,其次是秋季和春季,分別發生35、32件,占總水污染事件的25.93%、23.70%,冬季相對較少,發生水污染事件26件,占19.26%。這可能是因為夏季溫度較高,易燃、易爆、有毒害的化學物質不穩定,容易在運輸的過程中發生爆炸、泄漏等情況,有毒害的化學物質會滲透到地下水,進而影響給水水質;而且有些微生物在溫度高的條件下容易繁殖。因此,夏季、秋季時,管網、蓄水池、二次水箱容易滋生微生物,影響水質;其次,夏季、秋季雨水相對較多,容易引起污水管道污水的外泄,一些企業為了減少處理污水的資金投入,借助雨水稀釋水中污染物的濃度,污水處理不達標或者不處理直接進行排放,有毒有害的物質隨之流進水環境。因此,要著重注意夏季、秋季街區供排水系統的管理與維護,發現問題應盡快解決,保證居民的用水安全。

3 街區供排水系統存在的主要安全問題及控制對策

通過上文對街區供排水安全事件回顧及分析,總結了街區供排水系統控制點位,如圖1所示,需要特別關注的節點有水源水、管網、閥門、地漏存水彎、化糞池等。同時,整理了街區供排水系統存在的主要安全問題、易發生污染的節點以及控制對策,總結于表5。在街區供水系統中,飲用水經消毒后確保用水水質,管網和供水設備定期檢查及清理,并對工作人員進行相關培訓;對建筑供水管網、水池水箱、閥門進行定期排查,保障供水水質[43],建筑排水系統的管道和化糞池要定期排查,保證地漏、存水彎水封完好,阻斷下水管道內的污染氣體進入室內[43-44];街區排水系統要加強合流制排水管網溢流口的管控,避免污水冒溢事故,選擇質量合格的管道[44]。

圖1 街區供排水系統控制點位

表5 街區供排水系統存在的主要安全問題、易發生污染的節點以及控制對策

4 結論

針對街區及以下尺度的供排水系統風險防控研究,我國目前尚處于起步階段,面對新型污染風險,尤其是以新冠疫情為代表的重大風險,如何有效降低和控制風險、保護人民群眾的生命和財產安全,是街區供排水領域亟待解決的問題。今后的研究應以供排水系統重大風險防控為重點,開展面向街區供水系統、建筑給水排水系統、街區排水系統的風險預判和識別技術突破,并應構建基于街區排水系統污染分級阻控技術的城市街區多尺度精準響應技術體系,阻斷和控制重大風險傳播,為供排水系統改造與日常管理維護提供理論和技術支撐。