馬念,徐永新,李書鉞,陳林,孟捷,羅茜平,鄭驍奇
(1.林同棪國際工程咨詢<中國>有限公司,重慶 401121;2.西開普大學(xué)自然科學(xué)學(xué)院地球科學(xué)系,開普敦南非)
城市污水系統(tǒng)通常包括污水出戶管、市政污水管網(wǎng)和污水處理廠三大部分[1]。其中市政污水管網(wǎng)根據(jù)不同城市規(guī)模及其布局可分為一、二、三級市政污水管或更次級的市政污水管。
最近20多年,國家和地方政府逐年加大投資,通過新建和改造基本完善了主要大中城市的市政污水管網(wǎng)和污水處理系統(tǒng)。比如,重慶市從2000年開始,分階段完成了主城“兩江四岸”一級污水干管和兩座大型污水處理廠建設(shè),從江邊向城區(qū)延伸的二級污水干管,主城污水三級管網(wǎng)建設(shè),近年來針對市政污水管網(wǎng)系統(tǒng)的“錯接”“混接”等問題開展普查和改造,到2018年主城共建成城市污水管網(wǎng)超過4811km。西安市2013年開始城市排水體系的普查和雨污分流改造,到2018年雨污分流工作逐漸完成[4]。
城市污水管網(wǎng)的建設(shè)和改造極大促進了城市污水系統(tǒng)的完善,使源頭管道問題凸顯,特別是老舊城區(qū)街坊管道和建筑小區(qū)內(nèi)管道混接點仍然很多[5],是目前需要著重解決的問題[4]。
污水出戶管,與英文為household connections 概念接近。《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》(GB50015-2019,2019年版)稱為“排出管”(building drain,outlet pipe),并定義為“從建筑物內(nèi)至室外檢查井或排水溝渠的排水橫管段”[6]。這是較為狹義的定義。
從城市角度,“城市污水系統(tǒng)”是指“建筑污水管”之外的部分,包括污水出戶管、市政污水管網(wǎng)、和污水處理廠三部分。但從“建筑污水管”到“市政污水管”還有相當一段距離,因此“出戶管”可視為從建筑物室內(nèi)排出管一直到市政管道之間的那部分管道,這樣“污水出戶管”就包括“排出管”和“小區(qū)(街坊)污水管”,這是本文采用的廣義“污水出戶管”概念。
污水出戶管是銜接室內(nèi)外污水管道的關(guān)鍵段,是接入城市污水系統(tǒng)的“最后一公里(the last mile)”[1]。
老舊城區(qū)排水出戶管問題包括兩個方面。一是能“接入”。生活污水能否接入城市管網(wǎng)是個世界性問題[2];中國城市化速度極快,各地區(qū)發(fā)展不均衡,建筑與市政基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不同步且體制、標準不統(tǒng)一,雖然未見有權(quán)威數(shù)據(jù)公開,但調(diào)查中發(fā)現(xiàn)污水直排現(xiàn)象還是相當普遍,特別是中小城鎮(zhèn)。二是“正確接入”。盡管國內(nèi)采用合流制的城市并不多,但因為源頭分流不完全或市政雨污管混接而形成的實質(zhì)“混流”管網(wǎng)較為普遍。上海、西安部分地區(qū)不完全分流或雨污混接高達45%、79%[4,5]。出戶管不完善使生活污水不能接入或不能正確接入會導(dǎo)致污水收集率和處理率很低,這與世界其它國家和地區(qū)情況類似[1,2]。近年來,為促進居民污水有效接入,國內(nèi)一些主要城市開始重視建成區(qū)出戶管的改造工作,在實踐中對出戶管相關(guān)問題進行了探索。
①出戶管問題的根源
建筑和市政管網(wǎng)建設(shè)不同步,生活污水臨時接入雨水管道[5];沒有配備完整的雨污水管道[6];陽臺排水和雨水落水管共用一根管道,陽臺改變用途(改為廚房、廁所或置放洗衣機)后造成生活污、廢水接入雨水管道[5,7,8,9];獨立排水用戶、底層商戶等的錯接、混接[8];管理不善造成建筑與小區(qū)管道、小區(qū)管道與管道、小區(qū)與市政管道之間雨、污水混接[6]。
②出戶管改進行動
各地開展了各具特色的改進行動。杭州市拱墅區(qū)的“截污納管”使主城區(qū)成規(guī)模的住宅小區(qū)絕大部分地下管網(wǎng)實現(xiàn)雨污分流[7];深圳市政府的“排水管網(wǎng)清源”行動針對小區(qū)內(nèi)部錯接亂排進行整改[9];西安市針對多個老舊小區(qū)排水系統(tǒng),以雨污分流為原則制定從源頭上解決水污染問題的方案[4]。
③改進措施
包括:陽臺落水管和屋面雨水立管分離改造[5,8,9];對合流小區(qū)排水管網(wǎng)進行雨污分流改造[4,5];對化糞池等預(yù)處理構(gòu)筑物進行清理、完善,污水經(jīng)預(yù)處理后排至污水管道[4,8];對底層商戶和獨立排水戶管網(wǎng)進行整改[8];小區(qū)雨污水管道與市政雨污水管道的連接改造,并對市政管道銜接段進行清淤[9]。
④改進效果
出戶管的雨污分流改造,提高了污水收集率,緩解了雨水管道的壓力[8],完善了城市排水管網(wǎng)技術(shù)設(shè)施[9]。但是,出戶管雨污分流的改造難度很大,有的地區(qū)出戶管改造后混接率有明顯降低,但仍有混接現(xiàn)象[5],整體截污納管率仍不高[7]??梢?,出戶管改造的難度很大,除了技術(shù)和工程上的難度外,管理體制、意識和手段方面的不足是其根源,諸如政出多門、規(guī)劃滯后等問題,同時公眾環(huán)保意識缺乏、立法不完善及第三方服務(wù)市場培育不夠等問題也應(yīng)引起重視[7]。
⑤造價與資金來源
由于范圍界定、管理模式等差異,各地對造價的核算口徑并不一致。西安市部分老舊小區(qū)對幾種類型區(qū)域的出戶管改造費用約為21.99~71.07 萬元/ha 或800~5000 元/戶,雨污合流小區(qū)的改造費用最高[4]。在資金方面,深圳市利用中央財政補貼和市財政配套資金以財政補貼方式對改造項目提供資金[10];重慶市通過爭取中央專項資金、政策性金融機構(gòu)金融服務(wù)解決資金來源,并支持采用市場化模式,吸引社會資本參與投資、建設(shè)和運營[11];臺灣地區(qū)通過引入PPP模式,吸引私人資本參與出戶管改造及運營[1]。
出戶管接入作為“城市包容性環(huán)境衛(wèi)生”設(shè)施,受到全世界普遍關(guān)注[3]。最近兩年,國內(nèi)城市污水系統(tǒng)的“提質(zhì)增效”越來越受關(guān)注,污水出戶管在城市污水系統(tǒng)中的瓶頸效應(yīng)也越來越明顯。一些城市的實踐積累了各自的經(jīng)驗,但總體上可資參考的本底資料和案例仍相當有限;而對于中小城鎮(zhèn)來說,生活污水有效接入市政管網(wǎng)方面問題更突出。加之“出戶管”不屬于傳統(tǒng)“市政”設(shè)施范疇,涉及多方面的利益相關(guān)者,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取難度更大,決策和管理模式也很值得探討。本研究調(diào)查了重慶市江津區(qū)白沙鎮(zhèn)老舊城區(qū)污水出戶管問題,初步掌握了其技術(shù)、經(jīng)濟及社會方面的特點,并針對性提出了框架性的改進策略。
江津區(qū)白沙鎮(zhèn)面積約237 km2,是重慶市聯(lián)系川、黔兩省的區(qū)域性水陸中心。鎮(zhèn)區(qū)瀕臨長江,規(guī)劃總建設(shè)用地約15.6km2。白沙鎮(zhèn)是歷史名鎮(zhèn),排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對滯后,對長江及其支流驢溪河水環(huán)境和生態(tài)造成威脅。鎮(zhèn)區(qū)主要包括古鎮(zhèn)、老城、項埡、東山四個建成片區(qū),四個片區(qū)是西南地區(qū)城鎮(zhèn)化各階段特征的代表,以排水系統(tǒng)等為標志的城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施配置差異具有很強代表性。
2.1.1 古鎮(zhèn)片區(qū)
該片區(qū)瀕臨長江,面積0.42km2,整體為明、清及民國鄉(xiāng)鎮(zhèn)格局,保留完整的街巷有13條,總長8450m。布局依山就勢,臨江一側(cè)為吊腳樓,有各個歷史時期維修、改擴建、搭建的老舊民居建筑,土木結(jié)構(gòu)、建設(shè)密度較高。
2.1.2 老城片區(qū)
地勢較為平坦,面積0.29km2,沿長江及其支流驢溪河布局。主要建于上世紀80、90年代的數(shù)條街道,現(xiàn)為白沙鎮(zhèn)中心城區(qū)。沿街主要為經(jīng)營性建筑、公共建筑以及居住建筑,基本為磚混結(jié)構(gòu)。
2.1.3 項埡片區(qū)及東山片區(qū)
項埡片區(qū)及東山片區(qū)區(qū)域面積分別為1.06km2和1.05km2,是圍繞老城沿驢溪河兩岸的拓展區(qū)域。包括居住小區(qū)、學(xué)校企事業(yè)單位、小規(guī)模的工業(yè)建筑和自建、共建居住、商業(yè)建筑。由于地形變化大,道路蜿蜒,除企事業(yè)單位和一些較集中小區(qū)外,整體布局較為分散。建筑為1~8層磚混建筑,以2~4層為主,一樓多為商業(yè)門面。
圖1 研究區(qū)域示意圖
2.2.1 資料搜集
主要包括:市政管線物探資料(第三方提供);污水集中流量單位(工廠、企業(yè)、學(xué)校、建筑小區(qū))資料;已有建筑與小區(qū)的基本資料。
2.2.2 現(xiàn)場勘查
2.2.2.1 現(xiàn)場踏勘
對四個片區(qū)排水情況進行初步摸底,調(diào)查并記錄:建筑類型、排水類型、管網(wǎng)建設(shè)及運行情況等。
2.2.2.2 管線勘測
對現(xiàn)有出戶管及室內(nèi)、外排水管線進行位置、高程定位,其它地下管線勘測,水文地質(zhì)勘測,地形圖測繪。
2.2.3 古鎮(zhèn)片區(qū)入戶調(diào)查
古鎮(zhèn)片區(qū)歷史悠久、條件復(fù)雜,是白沙鎮(zhèn)排水及出戶管改造的重點和難點區(qū)域。針對古鎮(zhèn)片區(qū)作了大樣本抽樣入戶調(diào)查?;舅悸罚?/p>
①政府主導(dǎo),設(shè)計牽頭。與鎮(zhèn)、街或社區(qū)聯(lián)合組成調(diào)查工作小組,對白沙鎮(zhèn)共計4 個片區(qū)8個社區(qū)進行調(diào)研,完成宣傳、調(diào)研和數(shù)據(jù)匯總等工作。
②部門合作,責(zé)任明晰。聯(lián)合各管線產(chǎn)權(quán)單位(電力、通信、給水、燃氣)共同參與調(diào)研,便于現(xiàn)場識別和后期改造。
③二次調(diào)研,信息落實。根據(jù)一次調(diào)研分片摸排情況及產(chǎn)權(quán)單位反饋書面意見,設(shè)計單位制定初步改造方案。二次調(diào)研包括初步方案公示,方案匯報,征詢產(chǎn)權(quán)單位反饋意見,開展逐戶走訪。
④抽樣調(diào)查,數(shù)據(jù)科學(xué)。白沙鎮(zhèn)古鎮(zhèn)片區(qū)共2348 戶居民,抽樣樣本500 戶。設(shè)計了“白沙鎮(zhèn)排水管網(wǎng)現(xiàn)狀調(diào)查問卷表”,包括:基本信息、家庭衛(wèi)生器具及排水管網(wǎng)、用水量及衛(wèi)生習(xí)慣、其他設(shè)施及改造意愿等欄目。
表1 調(diào)查樣本設(shè)置表
⑤公眾參與,利于實施。通過調(diào)研活動進行環(huán)保科普宣傳,以項目啟動會、調(diào)研公告、方案公示、調(diào)查問卷等形式做到宣傳到戶,提高居民改造意愿。
老城片區(qū)共有現(xiàn)狀排水管道8087.7m,主要為沿城鎮(zhèn)道路布置的雨污混流圓形或矩形溝渠,且未完全覆蓋整個區(qū)域。管網(wǎng)未覆蓋部分建筑雨、污水出戶管沿公路、街道溝渠或驢溪河沿岸散排。
項埡片區(qū)、東山片區(qū)分別調(diào)查了112戶(樓棟或小區(qū))和17戶(棟)建筑。該片區(qū)雖然規(guī)劃為分流制,但市政管網(wǎng)、出戶管均不完善。沿市政道路的建筑或單位合流污水由支管收集后被沿長江截流管道輸送至污水處理廠;區(qū)域其它居住小區(qū)、校園等較為集中的雨污水均排入附近溝渠,由于沒有沿驢溪河截污管,最終排入河中;較分散的建筑無完善的排水接入系統(tǒng),污水通過散排或就近排入附近水體;即使有沿道路排水管渠,但是臨崖一側(cè)建筑很難將污水接入其中。
3.3.1 年收入與居住條件
經(jīng)濟狀況影響居住條件。本次調(diào)研古鎮(zhèn)片區(qū)共回收調(diào)查問卷449 份,各自份數(shù)及占樣本總數(shù)比例下表:
表2 居住條件統(tǒng)計
表3 不同戶年收入的居民居住條件統(tǒng)計
圖2 收入比例分布圖
古鎮(zhèn)片區(qū)居民的戶年收入水平普遍較低,超過98%在5萬元以下,而2018年江津區(qū)城、鄉(xiāng)居民人均可支配收入分別為36397 元、18248元[11];調(diào)查發(fā)現(xiàn)不同收入水平家庭居住條件差距較大,這影響用水等生活條件及設(shè)施的配置。
3.3.2 收入與衛(wèi)生器具配置情況
古鎮(zhèn)住戶衛(wèi)生器具包括洗滌盆、洗臉盆、便器、淋浴熱水器等衛(wèi)生器具和洗衣機等用水設(shè)施,但由于很多使用非標準的簡易器具設(shè)施,故未分類統(tǒng)計。
表4 古鎮(zhèn)片區(qū)居民收入與住房面積統(tǒng)計表
每戶都安裝至少一件基本用水設(shè)施以滿足基本的生活需求,同時就有污水排出;大多數(shù)居民用水設(shè)施簡陋;居民的收入越高,其配套生活用水設(shè)施也越完善。
表5 古鎮(zhèn)片區(qū)居民收入與用水器具配置統(tǒng)計表
3.3.3 建筑排水管配置
包括建筑雨污水排水管的設(shè)置情況,排水去向等。數(shù)據(jù)如下圖表:
表6 雨污水排水管設(shè)置情況統(tǒng)計
圖3 雨污水排水管配置比例圖
古鎮(zhèn)片區(qū)的土房、一層樓的磚房以及木質(zhì)結(jié)構(gòu)房屋都沒有設(shè)置雨水立管,但土房和一層樓的磚房中有接近一半的房屋設(shè)置了室內(nèi)污水管道;同時樓層數(shù)越高(也越新),雨污水管道設(shè)置的占比就越高;超過50%住戶污水沒有接入排水管道,污廢水就近散排(特別是沿江吊腳樓),沐浴及大小便便均在附近的公共廁所解決。
圖4 化糞池設(shè)置情況
古鎮(zhèn)片區(qū)共計有大小23座公廁,其糞水一部分由白沙環(huán)衛(wèi)部門統(tǒng)一收運,一部分被附近村民挑運用于施肥;除公廁,建筑內(nèi)污水一部分是直接排入污水管道或散排,另一種是排放至自家的化糞池(或糞坑,類似“自建專用環(huán)衛(wèi)設(shè)施”[3]),然后主要由村民用于施肥,少數(shù)由環(huán)衛(wèi)收運;建筑樓層越高,修建化糞池的比例也越高,與前面排水管配置情況對比可以發(fā)現(xiàn),古鎮(zhèn)片區(qū)的建筑隨著樓層數(shù)的增加(建筑年代趨近),其排水條件趨于完善。
3.3.4 公眾參與意識與改造意愿
通過調(diào)查活動與市民充分交流也了解了居民對排水出戶管改造的意愿。
①59.2%居民愿意對出戶管進行改造;明確表示不愿意的僅占15.6%,不愿者多數(shù)收入較低,估計出于對費用的擔(dān)憂。
②調(diào)查中,居民同時希望對垃圾收運、增設(shè)路燈、以及對電線、通信線路等設(shè)施進行改造,以改善生活條件,且意愿強烈。
表7 古鎮(zhèn)片區(qū)居民收入與改造意愿統(tǒng)計表
白沙鎮(zhèn)具有很典型的西南山地城鎮(zhèn)格局特征。由于城鎮(zhèn)化過程中各階段建設(shè)標準差異較大,白沙鎮(zhèn)建成區(qū)居民用水設(shè)施不完善,環(huán)境污染風(fēng)險較大。主要問題是:居民污水接入市政排水系統(tǒng)比例整體較低。合流區(qū)域(老城、古鎮(zhèn)片區(qū))有相當數(shù)量住戶沒有出戶管或出戶管沒有接入市政管道(古鎮(zhèn)片區(qū)接入率低于50%);雨污分流區(qū)(主要在項埡、東山片區(qū)),出戶管錯接、漏接仍然很普遍;公廁及化糞池污水污泥未及時清運會造成大量溢流,最終進入水體。加之市政管道并未完全覆蓋建成區(qū),污水收集率和處理率都很低。
長江大保護和老舊城區(qū)更新都要求完善城市環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施,改進排水系統(tǒng),特別是污水出戶管系統(tǒng)。在借鑒大城市經(jīng)驗基礎(chǔ)上,根據(jù)本次出戶管調(diào)查和研究成果,提出了白沙出戶管改造框架性改進策略:
①配合城市更新。居民對改善生活條件的愿望強烈,建議配合城鎮(zhèn)更新,把改善居民用水設(shè)施等生活條件作為排水出戶管改進的前提,提高居民的積極性。
②規(guī)劃優(yōu)先。白沙鎮(zhèn)要編制統(tǒng)一的排水系統(tǒng)更新規(guī)劃,應(yīng)同步完成市政排水管網(wǎng)分流和出戶管的改造。雨污合流片區(qū),要進行市政排水管的分流改造,同時改造污水出戶管,使之接入市政污水管;雨污分流區(qū)除改造市政管道的錯接、混接外,重點要對出戶管、陽臺落水管進行改造;提高城市排水管網(wǎng)覆蓋率。
③技術(shù)特點。制定針對山地城鎮(zhèn)空間特點的統(tǒng)一的技術(shù)方案。考慮到古鎮(zhèn)老式吊腳樓和城鎮(zhèn)臨崖建筑(“新吊腳樓”)的出戶管接入的需要,可采取棧橋式、懸掛式污水管道敷設(shè)方式,以最大限度提高污水收集率;可以采用一些新型的排水管材產(chǎn)品(比如,排水專用球墨鑄鐵管及專用檢修井)以節(jié)省安裝空間,達到經(jīng)久耐用效果;古鎮(zhèn)雨水管可采用暗溝方式淺埋敷設(shè),為污水系統(tǒng)改造提供空間。
④公眾參與。鼓勵居民積極參與出戶管改造??捎烧鲑Y完成市政污水管道、聚居區(qū)公共污水管道建設(shè)和改造,預(yù)留好接納檢查井;室內(nèi)(或小區(qū)內(nèi))排水管道的改造及與室外(或小區(qū)外)市政管道的銜接由用戶(居民或單位、小區(qū))按照統(tǒng)一方案自行負責(zé)實施,政府予以全額資助(普通居民)或提供一定的補貼(單位或小區(qū)),并制定按完成時間和效果予以獎勵或懲罰的制度;特別注意低收入家庭的衛(wèi)生條件的改善,可由政府補助配置符合一定標準的用水設(shè)施,通過改善用水條件來改善用水習(xí)慣。
⑤加強管理。城鎮(zhèn)規(guī)劃新區(qū)、開發(fā)區(qū)建設(shè),要制定相應(yīng)的技術(shù)標準,市政排水管網(wǎng)及出戶管建設(shè)要一次到位。特別注意西南地區(qū)居民普遍將家庭洗衣機放置在陽臺的生活習(xí)慣,避免陽臺排水與雨水落水管混接,陽臺排水應(yīng)進入室外污水管道。
本研究對國內(nèi)城市出戶管問題根源、改進策略和措施、造價和資金以及改進效果等方面進行了研究,通過對重慶市江津區(qū)白沙鎮(zhèn)城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)、特別是居民出戶管狀況的調(diào)查,提出了針對城鎮(zhèn)出戶管改進在技術(shù)、管理、資金來源等方面的策略。為控制城鎮(zhèn)水污染,打好“水污染防治攻堅戰(zhàn)”,各地先后出臺了“城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效行動實施方案”。加強城鎮(zhèn)居民污水出戶管建設(shè)是繼城市污水處理廠、市政污水管網(wǎng)建設(shè)后改善城鎮(zhèn)水環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施又一重點工作[9]。通過研究也得到一些啟示。
①由于城市結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和空間差異,出戶管又處于排水系統(tǒng)的末梢,非傳統(tǒng)市政設(shè)施范疇,信息獲取和改造實施難度都極大,很多城市對排水出戶管改造工作望而卻步,更容易傾向于采用“末端截排”,這不利于根本上改善城市排水基礎(chǔ)設(shè)施以提高污水接入率和處理率。
②居民出戶管改造,既是工程技術(shù)問題,也受經(jīng)濟、社會因素影響。一方面,為獲取準確信息,需針對城市特點采取合適的調(diào)查方法。本研究針對白沙鎮(zhèn)不同片區(qū)采取了不同的調(diào)查方法,并重點針對古鎮(zhèn)片區(qū)采用入戶調(diào)查,在活動中達到了宣傳、科普目的,為后期出戶管改造工作奠定了良好的基礎(chǔ)。另一方面,應(yīng)針對地方特點制定合理的技術(shù)方案和實施辦法。通過改善居民生活條件來改進排水基礎(chǔ)設(shè)施,使系統(tǒng)改造更具科學(xué)性并能激勵公眾參與。本項目的調(diào)查方法和相關(guān)成果可為類似城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)建設(shè)工作提供參考。
③鑒于出戶管系統(tǒng)改造資金需求較大,各地應(yīng)根據(jù)地區(qū)特點創(chuàng)新解決出戶管改造資金來源,臺灣地區(qū)采取的PPP模式[1],是可供參考的模式之一。
④改善城市基礎(chǔ)設(shè)施,管理問題亟待受到重視。一方面,排水系統(tǒng)很多現(xiàn)狀問題源于管理不善(比如雨污水管的錯接、漏接),需要管理意識加強,責(zé)任到位,把思維定式從“最后一公里”轉(zhuǎn)向“最后一米”[3];另一方面,新技術(shù)也為加強管理提供了新的思路及手段。城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的系統(tǒng)化管理(廠網(wǎng)一體)和信息化是各地“城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效行動實施方案”中的重要內(nèi)容[10],這有利于確保系統(tǒng)功能發(fā)揮,及在水環(huán)境治理中的有效性。