城市雨污分流的改造設(shè)計(jì)

高 翔,陳家平,丁曉濤

(云南省設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,昆明 650100)

0 引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,污水收集與處理設(shè)施也在不斷完善?！?018年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》數(shù)據(jù)表明,至2018年底,全國(guó)城鎮(zhèn)污水收集率為95.49%,污染物負(fù)荷收集率為61%[1]。但現(xiàn)階段,城鎮(zhèn)污水收集處理系統(tǒng)仍存在大量雨水混流、雨季污水管渠濃度低且運(yùn)行水位高、污水處理廠常年高負(fù)荷運(yùn)行、進(jìn)水濃度低、運(yùn)營(yíng)成本高、處理效能低下等問(wèn)題,雨水收集系統(tǒng)存在污水混入問(wèn)題,導(dǎo)致河道水質(zhì)惡化。

高原湖泊經(jīng)過(guò)多年的全域治理,水質(zhì)已經(jīng)逐漸好轉(zhuǎn)并趨于穩(wěn)定,但部分城市湖泊出水河道存在水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重的情況。超標(biāo)污染物主要包括氨氮、總磷、化學(xué)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(tǒng)不滿(mǎn)足直排湖泊的條件,沿湖建設(shè)排水主干系統(tǒng),系統(tǒng)雨污水管渠濃度接近,污水通過(guò)主干系統(tǒng)轉(zhuǎn)輸至湖泊下游污水處理廠,雨水通過(guò)主干系統(tǒng)轉(zhuǎn)輸至湖泊出水河道下游排放。而城市長(zhǎng)期面臨污水處理廠高負(fù)荷低濃度運(yùn)行、收納水體生態(tài)系統(tǒng)遭受?chē)?yán)重破壞等問(wèn)題。

以某高原湖泊城市為例,根據(jù)其排水系統(tǒng)運(yùn)行情況指出存在的問(wèn)題,結(jié)合雨污分流改造過(guò)程中的難點(diǎn),分析設(shè)計(jì)要點(diǎn),為類(lèi)似工程實(shí)踐提供參考。

1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題

1.1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

收集系統(tǒng):城市建成區(qū)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(qū)雨污分流率<50%。雨污水主干系統(tǒng):根據(jù)城市地形及主要河道劃分為北區(qū)、南區(qū)兩個(gè)片區(qū),分別沿河湖岸邊建設(shè)有排水雙艙箱涵(雨水艙與污水艙之間設(shè)置有隔墻),箱涵總長(zhǎng)12.76 km,城市建成區(qū)全部污水與部分雨水均通過(guò)箱涵轉(zhuǎn)輸至湖泊出水河道下游,雨水直排河道,污水進(jìn)入污水處理廠。城市建有2座污水處理廠。

1.2 存在的問(wèn)題及分類(lèi)

主要存在以下問(wèn)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(shè)的排水主干系統(tǒng)中,通過(guò)離線(xiàn)模型與在線(xiàn)模型法對(duì)雨污水量進(jìn)行規(guī)模預(yù)測(cè)及在線(xiàn)監(jiān)測(cè),根據(jù)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與規(guī)模預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析,得到城市北區(qū)與南區(qū)雨污主干系統(tǒng)平均日流量、平均日COD濃度與雨污水混流及清污混亂的預(yù)測(cè)情況詳見(jiàn)表1。②污水處理廠長(zhǎng)期高負(fù)荷、低效率運(yùn)行。根據(jù)污水處理廠水質(zhì)水量在線(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),2座污水處理廠運(yùn)行水量負(fù)荷分別為79.63%、94.67%,水廠COD進(jìn)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(zhǎng)期存在運(yùn)行負(fù)荷較高、進(jìn)水濃度偏低的情況。

表1 雨污水主干系統(tǒng)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(yù)測(cè)

通過(guò)上述數(shù)據(jù)分析可以看出,城市雨污水混流與清污混亂的情況較嚴(yán)重,大量清水與雨水混入污水收集系統(tǒng),導(dǎo)致污水收集系統(tǒng)與污水處理廠長(zhǎng)期處于高負(fù)荷、低效能的運(yùn)行工況。大量污水混入雨水收集系統(tǒng),末端直排收納水體,對(duì)城區(qū)水體生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。結(jié)合排水系統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)、管線(xiàn)初排情況及排水主干系統(tǒng)的服務(wù)范圍,將城市建成區(qū)共劃分為12個(gè)排水分區(qū),根據(jù)河湖沿岸主干系統(tǒng)與城區(qū)市政雨污水收集干管的水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及報(bào)告,對(duì)12個(gè)排水分區(qū)問(wèn)題進(jìn)行分級(jí),對(duì)問(wèn)題嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行管道清淤與CCTV全線(xiàn)檢測(cè)。通過(guò)深入摸排及對(duì)排水系統(tǒng)的評(píng)估分析,將主要問(wèn)題分為以下幾類(lèi):①老城區(qū)雨污分流不徹底、清水入滲嚴(yán)重。城市南區(qū)作為該城市最早的經(jīng)濟(jì)中心,大部分基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)時(shí)間較早,該片區(qū)排水系統(tǒng)的主要問(wèn)題為排水系統(tǒng)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(yán)重。排水檢查井基本是磚砌井,檢查井滲漏情況嚴(yán)重,南北片區(qū)現(xiàn)狀排水管道共發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性缺陷與功能性缺陷5998處。排水系統(tǒng)缺乏定期的維護(hù)管理,導(dǎo)致管網(wǎng)病態(tài)較嚴(yán)重,城區(qū)又緊鄰湖泊,地下水位較高,大量地表水、地下水通過(guò)破損的磚砌井、管道結(jié)構(gòu)性缺陷節(jié)點(diǎn)進(jìn)入管道內(nèi),導(dǎo)致污水收集系統(tǒng)長(zhǎng)期處于高運(yùn)行水位、低濃度的情況。②雨污分流片區(qū)錯(cuò)混接嚴(yán)重。北區(qū)開(kāi)發(fā)建設(shè)相對(duì)南區(qū)要晚,排水體制已基本實(shí)現(xiàn)了雨污分流,但通過(guò)排查分流制排水系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)存在大量的錯(cuò)混接,雨污分流管網(wǎng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)混接節(jié)點(diǎn)49處(不含庭院錯(cuò)混接),導(dǎo)致整個(gè)片區(qū)雨污水收集主系統(tǒng)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(diǎn)集中在老城區(qū),該區(qū)域以老舊小區(qū)及城中村為主,市政基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)時(shí)間早,已無(wú)法滿(mǎn)足城市的發(fā)展需求,地下管線(xiàn)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(xiàng)涉及范圍廣、地下空間利用高的工程,項(xiàng)目實(shí)施對(duì)自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)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(qū)改造,發(fā)揮綜合效能,節(jié)約成本,避免城市短期內(nèi)的反復(fù)開(kāi)挖,實(shí)現(xiàn)統(tǒng)籌協(xié)調(diào),提升城市居民的幸福感及獲得感。

設(shè)計(jì)方案以排查出的問(wèn)題及績(jī)效目標(biāo)為導(dǎo)向,通過(guò)對(duì)問(wèn)題的分級(jí),以工程措施為主要抓手,對(duì)問(wèn)題清單進(jìn)行逐項(xiàng)消除。結(jié)合各片區(qū)排查報(bào)告及診斷分析報(bào)告,對(duì)12個(gè)排水分區(qū)問(wèn)題進(jìn)行分級(jí),根據(jù)問(wèn)題等級(jí)、績(jī)效貢獻(xiàn)率及城市更新實(shí)施計(jì)劃進(jìn)行分項(xiàng)、分階段實(shí)施。城市北區(qū)已基本完成雨污分流,但存在錯(cuò)混接嚴(yán)重的情況,錯(cuò)混接節(jié)點(diǎn)大部分位于主干系統(tǒng),雖然問(wèn)題點(diǎn)位較分散,但改造難度較小,績(jī)效貢獻(xiàn)較高。南區(qū)主要問(wèn)題為合流系統(tǒng)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(yán)重,改造難度大且周期長(zhǎng)。結(jié)合問(wèn)題類(lèi)別及區(qū)域特點(diǎn),優(yōu)先實(shí)施績(jī)效貢獻(xiàn)率高、具有實(shí)施條件的市政道路雨污分流及錯(cuò)混接改造,再逐步推進(jìn)巷道及庭院雨污分流,從末端到源頭逐步推進(jìn)。

2.1 市政道路合流系統(tǒng)改造方案

市政道路合流系統(tǒng)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(jié)合系統(tǒng)分析及評(píng)估數(shù)據(jù)確定。結(jié)合系統(tǒng)內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(jiàn)圖1。

圖1 市政道路合流系統(tǒng)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(tǒng)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(xiàn),地下管線(xiàn)集中布設(shè)于人行道下,建筑物往人行道方向>2 m的地下空間均布設(shè)有管線(xiàn),行人道下已不具備埋設(shè)排水管道的條件。新建排水管道可選擇布設(shè)于非機(jī)動(dòng)車(chē)道或機(jī)動(dòng)車(chē)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(shè)施離溝槽太近,增加施工安全隱患及工程費(fèi)用。新系統(tǒng)建成后,可廢除人行道下原有系統(tǒng),并將該管位作為城市更新中其他管線(xiàn)的改造管位。

巷道。工程范圍內(nèi)現(xiàn)狀巷道寬度為4～8 m,巷道內(nèi)人車(chē)混行,周邊建筑緊鄰巷道,且周邊建筑以自建房及老舊小區(qū)為主,地下管線(xiàn)主要包括給水管線(xiàn)、燃?xì)夤艿兰芭潘芮?地下空間已基本被使用。針對(duì)巷道內(nèi)的雨污分流改造,采用以下幾種方式:可開(kāi)挖空間≥1.0 m,對(duì)現(xiàn)狀排水管渠進(jìn)行內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及結(jié)構(gòu)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(tǒng),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?？砷_(kāi)挖空間<1.0 m,現(xiàn)狀排水設(shè)施需進(jìn)行保留,通過(guò)修復(fù)或局部改造作為分流制污水收集系統(tǒng),污水收集系統(tǒng)不宜采用蓋板明渠,沿路側(cè)新建雨水收集邊溝。

2.3 特殊節(jié)點(diǎn)附屬設(shè)施的選擇

雨污分流過(guò)程常會(huì)受上下游控制點(diǎn)影響,導(dǎo)致雨污水管道標(biāo)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(jié)合上述情況,采用交匯井形式進(jìn)行處理,交匯方式如下:

標(biāo)高沖突且無(wú)法調(diào)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(shè)計(jì)要點(diǎn):橫穿排水管道在井內(nèi)不能有管道接口,橫穿管道應(yīng)靠檢查井一側(cè),且與井筒反向,方便后期檢修維護(hù)。交匯井需根據(jù)最大埋深管道設(shè)置沉泥槽。做法詳見(jiàn)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(diào)整檢查井尺寸,令管道直接從檢查井內(nèi)橫穿,檢查井流槽作為橫穿管道支墩[2]。

2.4 庭院出戶(hù)管的接駁

在市政道路雨污分流過(guò)程中,針對(duì)庭院出戶(hù)管的接駁,需集合庭院的分流情況進(jìn)行分類(lèi)改造:

D-1類(lèi):庭院已完成雨污分流,依據(jù)庭院雨污分流竣工資料及排查情況,將出戶(hù)管與市政道路分流后,對(duì)雨污水管網(wǎng)進(jìn)行正確接駁。

D-2類(lèi):庭院已經(jīng)分別建設(shè)雨污水系統(tǒng),但存在錯(cuò)混接的情況,雨污水正常接駁市政雨污水管道,雨水出戶(hù)管末端檢查井設(shè)置為截流井。結(jié)合老舊小區(qū)改造對(duì)庭院錯(cuò)混接節(jié)點(diǎn)改造,改造完成后將截流井內(nèi)污水截流管進(jìn)行封堵,拆除截留堰。

D-3類(lèi):庭院未分流,在現(xiàn)狀排水系統(tǒng)末端設(shè)置截流井,在庭院排口位置或庭院大門(mén)處預(yù)留雨水檢查井。結(jié)合老舊小區(qū)改造對(duì)庭院進(jìn)行雨污分流改造,改造完成后將截流井內(nèi)雨水溢流管進(jìn)行封堵,拆除截留堰,庭院雨水系統(tǒng)直接接駁市政雨污分流預(yù)留雨水井。

以D-1類(lèi)為例,改造如圖3所示。

圖3 D-1類(lèi)改造Fig.3 Category D-1 reform

庭院出戶(hù)管接駁難點(diǎn)在于如何判定庭院的分流情況,建議在人工摸排的基礎(chǔ)上結(jié)合QV、CCTV及水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)等情況,對(duì)庭院分流情況、出戶(hù)管屬性進(jìn)行準(zhǔn)確判定。

3 結(jié)束語(yǔ)

老城區(qū)雨污分流改造是一項(xiàng)精細(xì)化的工作,了解并摸清現(xiàn)狀是項(xiàng)目改造成功的重要前提,若發(fā)生錯(cuò)接或漏接,將導(dǎo)致項(xiàng)目成效大打折扣,嚴(yán)重影響進(jìn)度。雨污分流改造要保證達(dá)到提質(zhì)增效的目標(biāo),故嘗試采用CCTV檢測(cè)進(jìn)行項(xiàng)目驗(yàn)收,清楚掌握實(shí)施效果及質(zhì)量,提升驗(yàn)收質(zhì)量管控水平。