負壓排水技術(shù)在河道截污工程中的應(yīng)用

張 健，許向閣，侯艷鋒，袁子雯，閆偉新

（1.萬若（北京）環(huán)境工程技術(shù)有限公司，北京 101318；2.南京萬若環(huán)境科技有限公司，南京 210006；3.北京萬若環(huán)境工程有限公司，北京 101318；4.北京碧圣聯(lián)合水務(wù)有限公司，北京 102488）

長期以來，我國城鄉(xiāng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，因經(jīng)濟和社會發(fā)展水平限制，管網(wǎng)配套設(shè)施往往沒有全局規(guī)劃，從而導(dǎo)致相對滯后甚至空缺。目前，我國城鎮(zhèn)地下管網(wǎng)配套設(shè)施不夠完善，鄉(xiāng)村污水管網(wǎng)覆蓋率低，河道截污工程相對不足，直接造成水環(huán)境污染，給周邊居民生活帶來負面影響，降低河道景觀、人文等功能品質(zhì)，也破壞整體環(huán)境風(fēng)貌。因此，必要明確我國河道截污工程現(xiàn)狀，積極推廣新型排水模式，更好地將負壓排水技術(shù)應(yīng)用在河道截污工程中。

1 我國河道截污工程現(xiàn)狀

目前，我國很多河道截污工程采用傳統(tǒng)排水模式（重力流），主要存在四大問題。一是新建截污槽或箱涵需要向河道內(nèi)擴建，將縮減河道排洪面積。二是復(fù)雜岸邊環(huán)境導(dǎo)致管網(wǎng)建設(shè)靈活性差，污水收集難以全覆蓋。三是后期雨水與河水滲入、污水滲出等問題較為普遍，會對河道環(huán)境造成再次污染。四是岸邊排口性質(zhì)及所處環(huán)境復(fù)雜，同時需要克服雨季雨污合流及潮汐（南方居多）等影響，往往導(dǎo)致傳統(tǒng)排水方式（或結(jié)合提升泵站）建設(shè)難度大、投資費用高、污水收集效益差及后期運維難等問題[1]。

水環(huán)境保護事關(guān)人民群眾切身利益，為深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)，加強生態(tài)保護治理，切實改善水環(huán)境質(zhì)量，2021年12月31日，國家發(fā)展和改革委員會印發(fā)了《“十四五”重點流域水環(huán)境綜合治理規(guī)劃》。在河道水環(huán)境綜合整治方面，該規(guī)劃明確提出，要因地制宜建設(shè)河道截污工程，這為適用于河道截污的新型排水模式提供了發(fā)展契機。

2 新型排水模式的解決方案

為破解傳統(tǒng)排水模式存在的問題，通過大量負壓排水技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用實踐，萬若（北京）環(huán)境工程技術(shù)有限公司（簡稱萬若環(huán)境）在國內(nèi)首創(chuàng)河道截污收集器等諸多專利技術(shù)，利用負壓排水原理，成功實現(xiàn)岸邊截污。負壓排水系統(tǒng)利用負壓設(shè)備使排水管道內(nèi)產(chǎn)生一定真空度，利用空氣壓差輸送介質(zhì)。該系統(tǒng)適用于生活污水排放場景，尤其適用于排水點分散、排水距離較長、地勢環(huán)境復(fù)雜、地下水位高的區(qū)域[2]。負壓排水系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以沖破傳統(tǒng)排水模式的壁壘，克服環(huán)境束縛，極大地降低建設(shè)難度，提高污水收集效益，節(jié)約建設(shè)成本，相對于傳統(tǒng)排水模式，它是很好的替代與補充。負壓排水系統(tǒng)一般主要分為三個單元，即收集器（前端）、負壓排水管網(wǎng)（中間）和負壓站（末端）[3]，如圖1所示。

圖1 河道截污工程負壓排水系統(tǒng)示意圖

2.1 收集器

河道截污領(lǐng)域，萬若環(huán)境在國內(nèi)首創(chuàng)與岸邊排口對接的掛式負壓收集器。污水通過重力流匯集進入收集器并達到設(shè)定液位后，設(shè)備自動啟動，污水經(jīng)負壓管道抽吸至負壓站。設(shè)備不需要外接電源，設(shè)計獨特，適用于各種岸邊復(fù)雜排口環(huán)境，施工便捷且周期短。設(shè)備內(nèi)部配置大通徑真空閥，抗堵塞性能強。雨污難以分流時，短時間收集完初期雨水后，可遠程暫時關(guān)閉系統(tǒng)，結(jié)束后可遠程恢復(fù)，智慧收集。從相關(guān)專利來看，萬若環(huán)境在國內(nèi)最早獨創(chuàng)專為岸邊截污開發(fā)的專利技術(shù)；萬若環(huán)境針對中國排水設(shè)備使用現(xiàn)狀，開發(fā)出滿足公共場所高頻次、耐久性、抗堵塞等使用要求的負壓閥產(chǎn)品（負壓排水系統(tǒng)的核心）。一是適用于河堤的掛式真空收集器及真空集排水系統(tǒng)，專利公開號為CN209456968U；二是負壓閥，專利公開號為CN301805526S；三是具有記憶功能的負壓控制開關(guān)電路及負壓開關(guān)控制系統(tǒng)，專利公開號為CN206411482U。

2.2 負壓排水管網(wǎng)

相對于傳統(tǒng)排水管網(wǎng)，負壓排水管網(wǎng)具有諸多優(yōu)勢。一是可以擺脫重力束縛，靈活敷設(shè)，不受地形地貌條件限制，極大降低了施工難度，特別適用于對管道開挖或敷設(shè)有限制的巷道、河道等區(qū)域。二是管網(wǎng)具備自沖洗功能，無積垢，無跑冒滴漏，無異味。三是管徑細，埋深淺，開挖和回填少，無須做防護，施工對周邊擾動小，建設(shè)工期短。萬若環(huán)境在國內(nèi)首創(chuàng)負壓排水管網(wǎng)監(jiān)測站，智慧改善管網(wǎng)氣水比，當(dāng)負壓排水系統(tǒng)主管道較長，高峰流量峰值突出，或者有較大的爬坡段時，使用本系統(tǒng)可以改善管網(wǎng)氣水比，從而有效輸送污水[4]。萬若環(huán)境開發(fā)了相關(guān)專利——設(shè)有負壓管網(wǎng)監(jiān)控站的負壓輸送系統(tǒng)，專利公開號為CN212298580U。

2.3 負壓站

負壓站為負壓排水系統(tǒng)產(chǎn)生負壓，它可以保持一定真空度并暫時存儲污水，單套收集半徑為1.5～2.0 km，宜設(shè)置在地勢低點，結(jié)構(gòu)形式可結(jié)合周邊景觀及建筑進行匹配，有地上、半地下及全地下等類型[5]。萬若環(huán)境具備不同收集規(guī)模的負壓站（小型、中型、中大型、大型、超大型），具備十年以上國內(nèi)外大規(guī)模成熟的應(yīng)用經(jīng)驗，站內(nèi)各機組設(shè)備均使用國內(nèi)一流產(chǎn)品，滿足不同復(fù)雜工況需求。

3 國內(nèi)工程應(yīng)用案例

3.1 國內(nèi)河道截污工程首次采用負壓排水系統(tǒng)的案例

靖江市某河道截污工程沿河住戶有32 戶，最大日排污量為30 m3/d，最大小時排污量為3.0 m3/h。住戶污水直排入河，房屋沿河岸一字排列，同時房屋建筑主體距離河道駁岸較近。傳統(tǒng)重力排水管道在岸上無法敷設(shè)，而在河道內(nèi)鋪設(shè)污水管道，工程施工難度大、周期長，對周邊環(huán)境的影響大，同時削弱河道泄洪能力，且工程投資（措施費）高昂。負壓排水系統(tǒng)密閉收集污水，杜絕滲漏和異味，管徑和坡度小，埋深淺，布設(shè)靈活，施工對環(huán)境擾動小，在特殊地質(zhì)條件下，施工費用低，可以實現(xiàn)污水的高效集中管理和分質(zhì)收集，適用性強。因此，本工程經(jīng)過比選后引入負壓排水方式。2018年投入運行后，系統(tǒng)無人運維至今，萬若環(huán)境在國內(nèi)首創(chuàng)河道負壓截污模式，其成功運用為后續(xù)國內(nèi)河道管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的更新和改造提供了新思路。

3.2 廣州市增城區(qū)東江北干流一級支流水環(huán)境治理工程項目

廣州市增城區(qū)新塘鎮(zhèn)、仙村鎮(zhèn)及石灘鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)，岸邊建筑原排水模式為污水直排河涌。因區(qū)域內(nèi)排口和現(xiàn)場環(huán)境條件極為復(fù)雜，傳統(tǒng)截污模式的實施不具備條件。經(jīng)方案綜合比選，項目方采用負壓排水方式對該區(qū)域排污管網(wǎng)進行改造，服務(wù)于仙村鎮(zhèn)的仙嚇涌，石灘鎮(zhèn)的龍地涌，新塘鎮(zhèn)的東洲涌、山羌涌、米場涌、白江涌和甘涌。本項目在勘查、設(shè)計與施工過程中出現(xiàn)一些問題，需要關(guān)注和規(guī)避。

一是趕工問題。7 條河涌負壓排水系統(tǒng)從初步勘查設(shè)計到系統(tǒng)竣工驗收的起止時間為2020年1月至2020年3月，短短兩個月的時間要完成331 節(jié)點的整治任務(wù)，給整個勘查-設(shè)計-施工過程帶來工期影響。結(jié)合已有案例評估，該工程至少需要半年工期來保障安裝效果。所以，工程施工要穩(wěn)步進行，業(yè)主不能過分壓縮工期。二是勘查設(shè)計問題。短時間內(nèi)的勘察工作不徹底，項目無法清楚排查隱蔽情況，除危房靠河一側(cè)外墻排口，房底仍有數(shù)量不明的暗排口，很多裸口并沒有排管，同時很多明渠暗溝雜排，雨污不分流，一年四季河涌水位線不一，后期低位排口浮出增多。負壓排水系統(tǒng)的設(shè)計至少需要提供戶數(shù)、水量、排口情況等背景資料，業(yè)主提供的相關(guān)資料不足，導(dǎo)致前期設(shè)計階段沒有勘察數(shù)據(jù)可依，設(shè)計文件不完善。三是潮汐河水倒灌問題。很多排口位于常年潮汐季節(jié)水位線以下，每年潮漲季河水淹沒排口，排水系統(tǒng)也因抽吸河水而癱瘓。這個問題是南部多雨地區(qū)需要關(guān)注的。

4 結(jié)論

負壓排水系統(tǒng)的優(yōu)勢在于可以沖破傳統(tǒng)模式的壁壘，不受環(huán)境條件限制，極大地降低建設(shè)難度，提高污水收集效益，節(jié)約投資成本，相比傳統(tǒng)模式，它是一個很好的替代與補充方案，系統(tǒng)總體運維工作與常規(guī)模式相當(dāng)。在河道截污工程中，負壓排水系統(tǒng)的實施需要可靠的勘查、設(shè)計和施工作為保障，前期工作的專業(yè)性與可靠性對系統(tǒng)運行效果起到?jīng)Q定性作用，只有全程有效把控，才能保障系統(tǒng)落地后實現(xiàn)水環(huán)境治理。