高外江水位下合流制截流管網(wǎng)建設(shè)和運行問題探析

彭藝藝^1,2，左劍惡¹，干里里¹，劉廣釗²，孟憲翚²，陳柳旋²

(1.清華大學環(huán)境學院環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室，北京100084；2.柳州市

污水治理有限責任公司，廣西柳州545001)

對喀斯特地貌地區(qū)高外江水位下的城市截流式合流制管網(wǎng)，在建設(shè)和運行中存在的雨水溢流污染、管道滲漏污染和管道淤積等問題進行了系統(tǒng)分析和討論，有針對性地提出了源頭控制減少溢流雨水污染、優(yōu)化截流收集污染雨水、調(diào)蓄處理污染雨水、提高維修水平減少管道滲漏、加強維護管理減少管道淤積等措施，并對我國合流制截流管網(wǎng)建設(shè)和運行的發(fā)展前景進行了展望。

隨著社會對環(huán)境保護意識的加強，全國各地的城市及部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)，先后建起了污水收集系統(tǒng)和處理設(shè)施，最早的排水管網(wǎng)多是合流制系統(tǒng)，隨即發(fā)展成為截流式合流制，以期在短時間內(nèi)較大程度地實現(xiàn)污水的收集和輸送。污水收集系統(tǒng)的運行效率，對后續(xù)污水處理設(shè)施的正常運行和處理效果有極大影響。而污水收集系統(tǒng)的高效運行，則依賴于合理的設(shè)計、良好的工程建設(shè)質(zhì)量以及高效的維護保養(yǎng)。針對喀斯特地貌地區(qū)高外江水位影響下的柳州市合流制截流管網(wǎng)建設(shè)和運行中所存在的問題進行了初步探討并提出改進建議。

1 柳州市截流管網(wǎng)系統(tǒng)的概況

柳州市域面積為649 km²，市區(qū)人口179萬人，屬典型的喀斯特地貌。柳江穿城而過，合流制的城市污水均朝柳江方向就近排放并被截流收集。2003年下游紅花水電站建成投入使用，柳江的柳州市區(qū)段由此成為庫區(qū)，外江水位大幅抬升，水流減緩、自凈能力減弱，水體水質(zhì)有Ⅱ類轉(zhuǎn)向Ⅲ類的趨勢。柳州市目前建有3座二級污水廠，總處理規(guī)模達47.5×10⁴m³/d，城市污水處理率達85%。依地形建有三大沿江合流制截流管網(wǎng)，如圖1所示。

圖1 截污系統(tǒng)示意

2 截流管網(wǎng)系統(tǒng)的問題

2.1 合流制管網(wǎng)系統(tǒng)的溢流雨水污染問題

柳州市的截流管網(wǎng)對柳江市區(qū)段的原有污水直排口實現(xiàn)了截流，截流倍數(shù)為1，因此，在降雨強度較大時，會有大量雨污混合水通過溢流進入柳江。對截流井的溢流污水進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)其TSS、COD、NH₃-N、TP等均較生活污水的平均濃度高。由此可見，通過合流制排水系統(tǒng)雨天溢流的污染物對柳江水質(zhì)造成不利影響，導(dǎo)致夏天時有異味與水華現(xiàn)象的發(fā)生。近年來的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果表明，雖然柳江常規(guī)水質(zhì)指標的年均值能夠達到地方規(guī)劃要求的控制標準，但異味與藻類生長等感官問題，嚴重影響了水上活動的開展與沿江居民的正常生活。

2.2 合流制截流管網(wǎng)的滲漏嚴重

柳州市多數(shù)排往柳江并與截流管網(wǎng)連接的排水管網(wǎng)已使用20~50年，由于地處喀斯特地貌地區(qū)，這些排水管道處于發(fā)達的溶洞水系中。在形成庫區(qū)前，每年汛期柳江河的漲落水位差可達十幾米，水位上下漲落形成的張拉力，導(dǎo)致排水管網(wǎng)出現(xiàn)破損滲漏。自庫區(qū)蓄水之時起，這些破損的排水管網(wǎng)未能得到及時修復(fù)或更新，一直使用至今。形成庫區(qū)后，城市外江水位大幅抬升，原有老舊排水管網(wǎng)及截流管網(wǎng)的末端標高均低于外江水位，破損的污水管由此可能出現(xiàn)雙向滲漏，一方面污水外滲污染地下水，另一方面江水、地下水滲入管網(wǎng)，污水有機物濃度變低，使得城市污水廠內(nèi)的活性污泥系統(tǒng)難以維持正常運行,同時也額外增加了污水廠的運行負荷。由于管網(wǎng)埋深較深，難以對區(qū)域管網(wǎng)進行排查檢測，所以污水外滲與地下水內(nèi)滲量也難以估算。

由于截流管處于管網(wǎng)末端，埋深較大，當?shù)夭捎萌斯ぞ蜻M式頂管工藝施工時，易出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致管道接口處易出現(xiàn)錯位，也會導(dǎo)致滲漏問題的發(fā)生。

2.3 高外江水位導(dǎo)致合流制截流管網(wǎng)淤積嚴重

為避免高外江水位的影響，合流制截流干管的標高要求高于外江水位，而截流井的進水管、排河溢流管仍然使用原有管道，由此造成截流井深達10 m左右（見圖2）。污水溢流進入截流支管后匯入截流干管，截流支管與進水管的標高落差過大，造成截流深井及其進水管長期處于滿流狀態(tài)，底部淤積泥沙，水面堆積漂浮物，給截流管網(wǎng)的運行和維護帶來很大問題，大量的管道淤積物也會增大溢流雨水的污染負荷。由于排水管渠埋深較大，即使明知部分管道破損或滲漏十分嚴重，目前還難以找到合適的施工方法對其進行補漏或者更換，也難以找到合適有效的機械清理方式對其中的淤積物進行清理。

圖2 截流深井示意

3 分析與討論

3.1 源頭控制減少溢流雨水污染

3.1.1 增加透水地面等措施減少城市徑流

在城市建設(shè)過程中，一度出現(xiàn)過人行道、步行商業(yè)街鋪設(shè)花崗巖石材；廣場改造采用不透水硬化地面；新建小區(qū)修建大面積地下停車庫；使用混凝土路面等現(xiàn)象，這些不透水地面區(qū)域的擴增，減小了雨水的自然下滲量，增大了城市雨水徑流量，急劇增加了排水管渠收集雨水的速度和水量。因此，通過改造城市地面和增加透水地面等措施減少城市徑流，減少進入管渠的雨水流量，實現(xiàn)從源頭控制減少溢流雨水量的目標。

3.1.2 優(yōu)化截流管網(wǎng)系統(tǒng)運行，減少雨天溢流量

結(jié)合柳州市數(shù)字化城市建設(shè)，基于數(shù)字化排水管網(wǎng)系統(tǒng)，在主干渠增設(shè)水量或水位監(jiān)測儀器，根據(jù)在線監(jiān)測的各主干渠的剩余容量，合理調(diào)度沿途的提升泵站，通過泵站、管網(wǎng)、污水廠聯(lián)動調(diào)度，優(yōu)化截流管網(wǎng)系統(tǒng)運行，充分利用已建設(shè)施的有效容積，減少雨水溢流量。在有條件的地方，可考慮修建相鄰排水系統(tǒng)的連通管，實現(xiàn)不同排水收集系統(tǒng)之間的互補調(diào)度功能。

3.2 從合流制截流管網(wǎng)中調(diào)蓄收集處理雨水

目前已經(jīng)運行的污水處理廠的負荷率低于92%，因此，可以考慮將污染雨水在合流制截流管網(wǎng)中調(diào)蓄收集后，均勻輸送到污水廠進行處理，可減少雨天溢流對柳江造成的污染。在河東截污系統(tǒng)中，修建了初期雨水調(diào)蓄池，該池建在排水泵站內(nèi)，采用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)徑為68.0 m，內(nèi)底標高為73.5 m，內(nèi)頂標高為78.0 m，有效容積為16 300 m³。在雨季時將大于泵房提升能力的部分初期雨水儲存在池內(nèi)，當降雨減小或停止時，通過泵房將池內(nèi)的初期雨水送至下游的陽和污水廠處理。該調(diào)蓄池于2010年初建成運行，基本實現(xiàn)其調(diào)蓄收集初期受污染雨水的功能，但由于池體的自沖洗功能未達到預(yù)期效果，目前池底沉積了較多泥砂。

3.3 加強運行管理，提高養(yǎng)護維修水平，減少滲漏

加強合流制截流管網(wǎng)的運行管理，研究減緩或清理合流制截流管沉積物的專門技術(shù)，如管內(nèi)蓄水脈沖沖刷技術(shù)等;研發(fā)適合大埋深排水管道的清淤機械，減少管道及截流井內(nèi)的淤積物，提高排水管道的輸送能力，減少雨水溢流污染程度。通過提高管道養(yǎng)護維修水平，建立排水管道的缺陷狀況評價系統(tǒng)，定期對管道狀況進行摸底調(diào)查，開發(fā)經(jīng)濟易操作的管網(wǎng)修復(fù)手段，在不影響管渠使用功能的情況下，有效地對局部滲漏管渠進行修補或改建，減少管道滲漏。通過定期對管道進行檢測、清淤以及局部原位修復(fù)，使管道長期保持有效輸水能力，同時減少污水雙向滲漏量，實現(xiàn)污水管網(wǎng)排水效率的最大化，同時有效延長管網(wǎng)的使用壽命。

4 結(jié)論

①地處喀斯特地貌地區(qū)，又處在高外江水位下的柳州市合流制截流管網(wǎng)，在建設(shè)和運行中存在雨天溢流污染、管道滲漏污染和管道淤積等問題。

②應(yīng)通過增加透水地面以減少城市雨水徑流，優(yōu)化截流管網(wǎng)系統(tǒng)運行減少雨水溢流量，從源頭控制減少溢流雨水污染。

③可通過在合流制截流管網(wǎng)中建設(shè)雨水蓄水池等措施，調(diào)蓄收集雨水后均勻地送往污水廠處理后達標排放，在管網(wǎng)收集環(huán)節(jié)減少溢流雨水污染。

④研究管道沉積物的控制技術(shù)和手段，加強運行管理，減少管道淤積，減少溢流污染量。

⑤建立排水管道的缺陷狀況評價系統(tǒng)，開發(fā)經(jīng)濟、易操作的管網(wǎng)修復(fù)手段，減少管道滲漏污染。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第2期“述評與討論”欄目）

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