深圳市福永污水處理系統(tǒng)提質(zhì)增效案例分析

易升澤 湯維明 俞靜雯

(中電建生態(tài)環(huán)境集團有限公司,廣東 深圳 518100)

2007年我國城市的污水處理能力僅為0.78億m3/d,隨著污水處理設(shè)施的加快建設(shè),2019年我國城市的污水處理能力激增至2.28億m3/d,但是平均進廠污水COD和BOD5濃度卻呈現(xiàn)逐年下降趨勢[1-2]。因外水入污使得進廠污水總量增大、污水處理效能低下,一方面造成嚴重的浪費,另一方面導(dǎo)致雨天污水溢流入河,嚴重影響河道水質(zhì)的穩(wěn)定達標[3]。近年來,深圳市以雨污分流為目標,從源頭開始梳理城市排水管網(wǎng)系統(tǒng),通過工程改造、執(zhí)法整改等措施,糾正雨污水錯接亂排,完善小區(qū)及市政排水管網(wǎng)。尤其是2008年至今,深圳市各流域在水環(huán)境治理實施過程中陸續(xù)建設(shè)了沿河大型箱涵強化截流設(shè)施,對河流水質(zhì)好轉(zhuǎn)起到了明顯的作用,同時也產(chǎn)生了新的外水入污途徑與隱患[4-6]。為此,2020年2月,深圳市水污染治理指揮部印發(fā)《深圳市污水處理提質(zhì)增效行動實施方案(2020年—2021年)》,對全市水質(zhì)凈化廠進水BOD5平均濃度提出了明確的沖刺目標[7]。本文以福永水質(zhì)凈化廠(一期)為例,針對2020年以來開展的深圳市寶安區(qū)福永污水處理系統(tǒng)提質(zhì)增效工作,從概況分析、現(xiàn)狀評估、工作思路、分析排查、對策措施、實施成效等方面進行全過程復(fù)盤,為深圳市及其他類似城市污水系統(tǒng)提質(zhì)增效工作提供參考,也為當(dāng)下最新的城市水環(huán)境治理模式“源-網(wǎng)-廠-河-城”一體化積累實踐經(jīng)驗。

1 福永污水處理系統(tǒng)概況

1.1 區(qū)域概況

福永片區(qū)位于深圳市寶安區(qū)西部,包括福永和福海兩個街道,福永街道下轄福圍、懷德等6個社區(qū),福海街道位于新寶安地理中心,管轄新和、橋頭等6個社區(qū),福永、福海兩個街道面積約69.4km2,人口約92.5萬。福永片區(qū)地勢東高西低,東部平均海拔70～120m,地形以丘陵為主,西部為連片的海灘涂,平均海拔2m左右。福永片區(qū)屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,常年主導(dǎo)風(fēng)向為東南風(fēng)和東北風(fēng),臺風(fēng)是該地區(qū)的主要自然災(zāi)害,多年平均年降水量約1960mm。

1.2 污水處理廠現(xiàn)狀

2022年6月前,福永片區(qū)共建有3個污水處理廠。其中,福永水質(zhì)凈化廠(一期)在福洲大道以南,在灶下涌和蝦山涌之間,規(guī)模為12.5萬m3/d,占地面積為8.32hm2,污水處理服務(wù)范圍為福永、福海街道辦(深圳機場除外)區(qū)域,服務(wù)面積約56km2;福永片區(qū)污水應(yīng)急處理服務(wù)項目,規(guī)模為5萬m3/d;福永片區(qū)污水應(yīng)急處理擴容服務(wù)項目,規(guī)模為10萬m3/d。三個污水處理廠合計污水處理規(guī)模為27.5萬m3/d,設(shè)計出廠水質(zhì)均為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級A標準,2020年12月,三個污水廠均完成提標改造,污水出水水質(zhì)達到地表Ⅳ類水標準,2020—2021年,三個污水廠日處理水量較為平穩(wěn),基本都處于滿負荷運行狀態(tài)。

1.3 排水管網(wǎng)現(xiàn)狀

目前,福永片區(qū)排水管網(wǎng)為城市不同發(fā)展時期所建,采用了不同的排水體制,且分區(qū)明顯?？偟膩碚f,老城區(qū)基本沿用原雨污合流制管道,新建的城區(qū)大多采用雨污分流制排水系統(tǒng)。片區(qū)內(nèi)玻璃圍涌、坳頸涌、福永河等9條河涌均沿地勢由東向西流,沿途接納福永街道和福海街道絕大部分雨污水,片區(qū)現(xiàn)有2套污水主干管網(wǎng),分別是福園一路污水主干管(DN1200～DN2000)及福洲大道DN1600污水主干管,河流與污水系統(tǒng)呈犬牙交錯的狀態(tài)(見圖1)。據(jù)不完全統(tǒng)計,福永片區(qū)市政雨污水管道總長約423km,庭院雨污水管道總長約2317km。

1.4 現(xiàn)狀存在的問題

根據(jù)2019年運行數(shù)據(jù),福永水質(zhì)凈化廠(一期)前池的實際運行水位比設(shè)計水位4.60m顯著偏高,在設(shè)計運行工況下,年平均水位達6.30m,同時導(dǎo)致上游孖廟涌、坳頸涌截污系統(tǒng)雨季污水溢流現(xiàn)象頻發(fā),致使水質(zhì)惡化。另外,福永水質(zhì)凈化廠(一期)進水水質(zhì)波動大,在5—10月深圳市雨季期間,水位和水質(zhì)變化幅度尤為異常,雨天進廠污水BOD5濃度明顯偏低,存在大量雨水進入污水系統(tǒng)的可能。2019年,福永水質(zhì)凈化廠(一期)進廠污水BOD5平均濃度僅為79.9mg/L,低于深圳地區(qū)典型排水小區(qū)接入市政檢查井的平均污水BOD5濃度(150～260mg/L)[4],表明福永地區(qū)仍有明顯的外水入污現(xiàn)象。

1.5 治理目標

依托寶安區(qū)2019年全面消除黑臭水體工程(大空港片區(qū)),開展福永污水系統(tǒng)提質(zhì)增效行動,進一步完善福永片區(qū)雨、污水管網(wǎng),消除污水收集空白區(qū),基本實現(xiàn)片區(qū)內(nèi)雨、污分流全覆蓋,消除福永片區(qū)建成區(qū)生活污水直排口,2021年底,將福永水質(zhì)凈化廠(一期)進水BOD5濃度提升至110mg/L,全面實現(xiàn)福永片區(qū)污水處理系統(tǒng)的提質(zhì)增效。

2 工作思路

2.1 精細化排水分區(qū)

為便于合理安排溯源摸排、明確各參建單位及管理單位的責(zé)任劃分,將福永片區(qū)兩大污水系統(tǒng)按照污水收集范圍進一步細化分區(qū)。福永片區(qū)污水子系統(tǒng)劃分見圖2。由圖2可知,將福園一路污水系統(tǒng)劃分為寶安大道子系統(tǒng)(福永大道以北)、橋和路子系統(tǒng)、鳳塘大道子系統(tǒng)(寶安大道以西)、鳳塘大道子系統(tǒng)(寶安大道以東)、蠔業(yè)路子系統(tǒng)5個污水子系統(tǒng),福洲大道污水系統(tǒng)劃分為福永大道子系統(tǒng)(廣深公路以東)、福永大道子系統(tǒng)(廣深公路以西)、寶安大道子系統(tǒng)(福永大道以北)、寶安大道子系統(tǒng)(福永大道以南)4個污水子系統(tǒng)。

圖2 福永片區(qū)污水子系統(tǒng)劃分示意圖

2.2 堅持“抓大放小”“正逆結(jié)合”原則

堅持以降低進廠污水BOD5濃度為目標導(dǎo)向,集中力量對影響B(tài)OD5濃度的重點區(qū)域和重點問題開展排查整改工作,摸排重點為污水干管重要節(jié)點水質(zhì)及水量、小區(qū)總口錯接、截流井/棄流井、沿河截污管、總口、施工降水、工業(yè)排水、清潔基流去向等。

正向排查重點:污水管網(wǎng)存在塌陷、破損等各類結(jié)構(gòu)性缺陷,使得地下水有入滲通道,加之福永片區(qū)地下水位偏高,加重了地下水入滲的可能性;用水企業(yè)經(jīng)過處理達標的工業(yè)廢水排入污水系統(tǒng),稀釋污水BOD5濃度;雨水管錯接污水系統(tǒng)、未分流改造前保留的截流總口、沿河截污管總口、施工倒排水等,使得雨季產(chǎn)生大量雨水入污。

逆向排查重點:福永片區(qū)主要河流均為感潮河流,潮水通過沿河截污系統(tǒng)截流井倒灌進入污水系統(tǒng);部分河道存在總口截流河道基流現(xiàn)象。

外水入污正逆結(jié)合排查思路見圖3。

圖3 外水入污正逆結(jié)合排查思路

2.3 排查整改方法

充分利用管養(yǎng)單位的排水物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng),同時參照污水管網(wǎng)系統(tǒng)圖,在關(guān)鍵管段關(guān)鍵井位設(shè)監(jiān)測點,開展水質(zhì)和水量監(jiān)測,監(jiān)測內(nèi)容主要包括COD、BOD5、NH3-N、液位等,對監(jiān)測結(jié)果異常的管段,開展分析研究,并通過QV、CCTV等檢測設(shè)備再次現(xiàn)場摸排找出問題。根據(jù)確認存在的問題,列出問題清單,制定整改方案,繪制圖紙,明確整改責(zé)任人、督辦責(zé)任人及復(fù)核責(zé)任人,由施工單位負責(zé)整改落實,整改工程經(jīng)復(fù)核、驗收合格,且水質(zhì)復(fù)測合格后,將問題從“問題清單”中逐一銷號。

3 分析排查

3.1 污水處理廠處理能力不足

據(jù)相關(guān)資料顯示,深圳市人均綜合用水量約435.7L/d[4],據(jù)此推算福永片區(qū)污水量約40萬m3/d,考慮到福永片區(qū)存在大量工廠區(qū),以面積占比折算,預(yù)計福永片區(qū)實際污水量在30萬m3/d以上,而片區(qū)內(nèi)3個污水廠的設(shè)計污水處理能力僅27.5萬m3/d。此外,晴天經(jīng)常出現(xiàn)污水系統(tǒng)高水位運行的情況,據(jù)此推斷福永片區(qū)污水處理廠處理能力存在一定的缺口,亟待提升。

3.2 雨水入污問題

深圳雨季較長,降雨多為短時強降雨。以2021年6—8月降雨為例(見圖4),進廠BOD5濃度與日累計降雨量之間存在明顯的負相關(guān)性,進廠前的污水檢查井液位與日累計降雨量之間存在明顯的正相關(guān)性,提示可能存在大量的雨水入污;此外,在片區(qū)內(nèi)3個污水廠均保持滿負荷運行的前提下,降雨結(jié)束后,污水主干管液位需4天左右才能降低至降雨前的水平,再次提示污水處理廠處理能力可能有所欠缺。

圖4 福永一期雨季進廠BOD5濃度、檢查井液位與日累計降雨量的關(guān)系

經(jīng)系統(tǒng)摸排,發(fā)現(xiàn)雨水入污的主要途徑有雨水管道錯接入污水系統(tǒng)、沿河截污管截流雨污混流水、初雨棄流井、合流管道截流井等。共發(fā)現(xiàn)雨污混接點190處,沿河截污管未完成雨水剝離的混流點5處,合流管道截流井發(fā)現(xiàn)問題81個,需整改的初雨棄流井65個。其中雨污混接是福永片區(qū)雨水入污的主要問題。

3.3 河水入污問題

福永片區(qū)河網(wǎng)密布,主要有7條入海河流,且均為感潮河流,河流水系與污水管網(wǎng)系統(tǒng)呈復(fù)雜交織狀態(tài),存在大量穿河管和河流兩岸的涉水管、排口等。當(dāng)河涌水位較高時,河水可能通過排口、管網(wǎng)缺陷處等倒灌進入污水系統(tǒng)。通過穿河前后污水檢查井的污水水位、水質(zhì)監(jiān)測,未發(fā)現(xiàn)穿河管有明顯的河水入污現(xiàn)象。在坳頸涌發(fā)現(xiàn)1處河水通過排口、破損管道倒灌進福園一路、蠔業(yè)路污水管。此外,為保障主要河道水質(zhì)達標,在未全部完成上游的雨污分流整治前,在干流、支汊流設(shè)置了臨時截污總口22個。

3.4 地下水入污問題

福永片區(qū)平均海拔僅2m左右,尤其是福海街道地勢較低,地下水水位高、埋深較淺,平均埋深在1～2m,而片區(qū)內(nèi)污水管道尤其是污水干管埋深均在3～8m,地下水易通過管網(wǎng)缺陷處滲入污水系統(tǒng)。通過第三方CCTV檢測結(jié)果及管養(yǎng)單位提供的排查資料,福永片區(qū)污水系統(tǒng)共排查出缺陷管段約13.6km,結(jié)構(gòu)性、功能性缺陷1068處,包括暗接、變形、錯口、腐蝕、破裂、起伏、滲漏、脫節(jié)、異物穿入和支管暗接等,其中滲漏、異物穿入、破裂、錯口是發(fā)現(xiàn)的主要缺陷類型,占比分別為50%、17%、11%、5%。

3.5 其他外水入污問題

除上述外水入污問題外,其他主要外水主要來自低濃度工廠排水、施工降水、自來水廠及污水處理廠反沖洗水等。福永片區(qū)工業(yè)倉儲類排水小區(qū)共計159個,有工業(yè)企業(yè)1000余家,面積7.66km2,其生產(chǎn)廢水經(jīng)工廠自建污水處理設(shè)施處理后,排入市政排水系統(tǒng),由政府部門進行統(tǒng)一管理。部分工廠排水的氨氮、BOD5濃度很低,大多低于100mg/L,對污水系統(tǒng)的氨氮、BOD濃度起到了稀釋作用。片區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)6處地鐵、管廊等施工工地的施工降水排入污水系統(tǒng)。

4 對策措施

4.1 污水處理廠擴容

為適應(yīng)片區(qū)污水處理量需求,降低污水系統(tǒng)的運行水位,寶安區(qū)新建了福永水質(zhì)凈化廠(二期)工程,設(shè)計規(guī)模22.5萬m3/d,已于2022年6月投產(chǎn)試運行,試運行結(jié)束后,兩個福永應(yīng)急擴容項目隨即停止運行,至此,福永片區(qū)的污水處理能力增加至35.0萬m3/d。

4.2 完善排水系統(tǒng)雨污分流

糾正市政管道的雨污混接點,進一步深入開展未達到正本清源深度的排水小區(qū)的溯源摸排,創(chuàng)建污水零直排小區(qū),經(jīng)達標驗收后,將此類小區(qū)的雨污水總口與市政管網(wǎng)正確接駁,消除截流井,同時將現(xiàn)狀截流井上的排污口進行永久性封堵,避免雨水進入污水管道。對已建成的“截污總口”,完成其收水范圍雨污溯源摸排,并從源頭進行雨污分流改造后,取消“總口截污”設(shè)施,將生態(tài)基流釋放進河道。

4.3 棄流井改造

對于雨水排口收集范圍存在大量餐飲、垃圾站、洗車點等重點面源污染,確需進行初期雨水棄流的,或者難以完全實現(xiàn)雨污分流的老舊城中村,在進入棄流管道前須設(shè)置限流設(shè)施或調(diào)小棄流管管徑,以避免大量雨水混入污水系統(tǒng)。

4.4 沿河截污管改造

全面梳理片區(qū)內(nèi)8條沿河截污管,目前需要作為市政污水管使用的截污管,將雨水排口從其中剝離出來,實現(xiàn)雨水直排入河;作為備用市政污水管或者調(diào)蓄管使用的,將沿途小區(qū)完成雨污分流改造,污水通過其他路徑進入市政污水系統(tǒng),將雨水口從截污管中剝離,雨水直排入河,在截污管接入市政污水管處設(shè)閘,實現(xiàn)平時截污管空管狀態(tài)。

4.5 管網(wǎng)修復(fù)與翻建

為盡量減少管道過水?dāng)嗝娴倪B續(xù)變化、改善水力條件、防止繼發(fā)損壞,依據(jù)《城鎮(zhèn)公共排水管道非開挖修復(fù)技術(shù)規(guī)程》(DB44/T 1026—2012),對于同一管段出現(xiàn)3處及以上結(jié)構(gòu)性缺陷的,管段缺陷達到中等缺陷或缺陷密度指數(shù)達到0.5以上時,采用紫外光原位固化修復(fù)、熱塑原位固化修復(fù)、聚氨酯高分子噴涂等整體修復(fù)方法,其他管段采用樹脂固化法、聚氨酯高分子噴涂法等局部修復(fù)方法。同時,對嚴重錯口、破裂、脫節(jié)或有大量異物穿入等的嚴重缺陷段管道進行翻建處理。

4.6 工業(yè)生產(chǎn)廢水分類處理

建議對生產(chǎn)廢水進行有針對性的分類處理,提出以下兩種處置方案:一是針對有條件處理后排放地表水的,應(yīng)自建或提標改造污水處理設(shè)施,處理達標后排入地表水體;二是針對出水濃度高、達標難度大或單獨處理成本高的工業(yè)企業(yè),需在企業(yè)內(nèi)部或通過工業(yè)園區(qū)處理設(shè)施達到城市污水管網(wǎng)納入標準后,可收集至污水處理廠處理。

4.7 加強水政執(zhí)法與監(jiān)督

建議強化對城市施工降水或基坑排水排入城市污水收集管網(wǎng)的許可管理,加強對福永片區(qū)大型施工項目的監(jiān)督,對建筑工地發(fā)放臨時排水許可,避免施工降水進入污水系統(tǒng),且保證施工降水達標處理后進入雨水系統(tǒng)。同時加強對福永片區(qū)內(nèi)偷排漏排行為的查處。

5 實施成效

2020年以來,通過對福永片區(qū)污水處理系統(tǒng)開展的提質(zhì)增效工作,陸續(xù)實施完成上述一系列工程措施,并逐步落實相關(guān)管理措施,福永水質(zhì)凈化廠(一期)的進廠水量、BOD5、COD、NH3-N、TP濃度變化見圖5。受制于福永片區(qū)污水處理能力尚有一定缺口的影響,且隨著片區(qū)內(nèi)正本清源、雨污分流相關(guān)工程的實施,雨水從污水系統(tǒng)剝離的同時,污水也得以從雨水系統(tǒng)剝離,片區(qū)內(nèi)污水收集率不斷提高,再加上近年深圳國際會展中心陸續(xù)投入使用也為福永片區(qū)新增了一定的污水量,2020年、2021年進廠污水水量總體變化不大。對比兩年的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),除6月、7月之外,2021年進廠污水的BOD5、COD、NH3-N、TP濃度均明顯高于2020年,年平均濃度分別同比提高20%、19%、6%、8%,其中NH3-N濃度上升趨勢較小,與相關(guān)研究結(jié)論一致[1]。2021年6月、7月污水濃度相較于2020年同期較低,主要是因為福永片區(qū)在水環(huán)境治理過程中,為確保河道水質(zhì)達標,在2021年雨季來臨前,在其中5個支汊流新增設(shè)了截污總口,7月底完成其上游的溯源納污整治后,已將總口拆除。福永一期2019—2021年進廠污水水質(zhì)對比見表1。由表1可知,隨著福永片區(qū)內(nèi)提質(zhì)增效工作的不斷深入,福永水質(zhì)凈化廠(一期)的進廠年平均BOD5濃度已由2019年的79.89mg/L,提高到2020年的98.23mg/L和2021年的118.23mg/L,已完成福永片區(qū)污水處理系統(tǒng)的提質(zhì)增效目標。與此同時,福永片區(qū)雨季污水溢流現(xiàn)象得到大幅度改善,根據(jù)深圳市生態(tài)局公布的2021年河流水質(zhì)情況平均值結(jié)果,福永片區(qū)內(nèi)9條河流的透明度、溶解氧和COD、NH3-N、TP等的平均濃度2021年均達到地表Ⅴ類水標準以上。

表1 福永一期2019—2021年進廠污水水質(zhì)對比

圖5 福永污水系統(tǒng)提質(zhì)增效前后福永水質(zhì)凈化廠(一期)進廠水質(zhì)水量變化曲線

6 結(jié) 語

近幾年來,通過綜合整治、正本清源、全面消黑等一系列水環(huán)境治理工程的實施,福永片區(qū)排水系統(tǒng)已基本實現(xiàn)了雨污分流,污水收集率明顯提高,因此,存量污水管網(wǎng)的外水入污問題成了污水系統(tǒng)的突出問題。本研究已查明福永片區(qū)主要外水入污途徑是雨污混接、截污總口及管道缺陷,2021年底,外水入污問題的整改完成率已達90%以上,福永水質(zhì)凈化廠(一期)進廠年平均BOD5濃度已達到118.23mg/L。2022年,隨著外水入污問題的進一步整改,福永水質(zhì)凈化廠(一期、二期)進廠BOD5濃度維持在120mg/L左右,僅在小范圍波動。在此,對相似地區(qū)的污水系統(tǒng)提質(zhì)增效工作提兩點建議:

a.污水系統(tǒng)提質(zhì)增效工作的關(guān)鍵是開展系統(tǒng)調(diào)查、溯源摸排,可以采取細化污水系統(tǒng)分區(qū)的方法,堅持“抓大放小”“正逆結(jié)合”的原則,充分利用管養(yǎng)單位的排水物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng),同步開展污水系統(tǒng)關(guān)鍵點位的水位、水質(zhì)人工復(fù)核,集中力量對影響B(tài)OD5濃度的重點區(qū)域和重點問題開展排查整改工作。

b.外水入污摸排應(yīng)首先檢測、掌握現(xiàn)狀污水系統(tǒng)本身存在的問題,在此基礎(chǔ)上全面摸排雨水、河水、地下水、施工降水、工廠低濃度廢水、工藝反沖洗水等外水進入污水系統(tǒng)的路徑以及外水入污的水量大小,在此基礎(chǔ)上制定有針對性的整改措施。