山區(qū)城市溢流污染控制技術(shù)探究

摘 要：本文對德化縣水環(huán)境現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查分析，結(jié)合德化縣浐溪下游尾厝斷面三類水達(dá)標(biāo)目標(biāo)，根據(jù)污染源調(diào)查結(jié)論，經(jīng)過分析論證得出面源污染是造成尾厝斷面未達(dá)標(biāo)的主要原因，提出多種治理方案，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選，推薦采用初雨截流方案進(jìn)行城市溢流污染控制。同時，根據(jù)山區(qū)城市特點(diǎn)，提出采用線型調(diào)蓄工藝，符合德化縣山區(qū)城市特點(diǎn)，可以解決德化縣水環(huán)境污染問題。

關(guān)鍵詞：德化縣；水環(huán)境；尾厝斷面；污染源；溢流污染；線型調(diào)蓄

中圖分類號：TU 992 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

國內(nèi)大多數(shù)城市采用雨污分流制和合流制相結(jié)合的排水體制，導(dǎo)致雨季時污水和雨水混合排放，造成溢流污染，雨天溢流污染已成為制約城市水環(huán)境持續(xù)改善的瓶頸[1]。例如湖北省武漢市，雨污混合溢流污染已成為制約城市發(fā)展的一大難題。武漢市在機(jī)場河、南湖區(qū)等地實(shí)施了溢流污染控制工程建設(shè)，通過管網(wǎng)普查、雨污分流改造、初雨截流調(diào)蓄、智慧水務(wù)平臺建設(shè)、提升末端污水處理能力等措施有效地改善了當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境[2]。

德化縣位于福建省中部，城區(qū)建成區(qū)面積約33km2。浐溪流經(jīng)德化縣城區(qū)，城區(qū)匯入浐溪的主要支流有蓋德溪、丁溪等7條溪流，德化縣域地表水體均須達(dá)到Ⅲ類功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。隨著德化縣陶瓷產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，城鎮(zhèn)化速度加快，受雨污溢流、河道底泥內(nèi)源污染物的緩慢釋放、水體喪失自凈功能等問題影響，各支流及浐溪均受到不同程度的污染，盡管采取多項(xiàng)措施進(jìn)行治理，但浐溪下游的尾厝斷面還是不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。根據(jù)2021年逐月水質(zhì)監(jiān)測情況，尾厝斷面的NH3-N、TP兩項(xiàng)指標(biāo)每月均出現(xiàn)超標(biāo)情況，德化縣水環(huán)境綜合治理已成為一項(xiàng)緊迫任務(wù)。

1 現(xiàn)狀區(qū)域排水情況

德化縣城區(qū)雨污分流管網(wǎng)按“與污水廠同步適當(dāng)超前”原則，總體規(guī)劃，分期實(shí)施，基本覆蓋城區(qū)建成區(qū)。目前，管網(wǎng)按分流制進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，老城區(qū)采用截流式合流制，截流倍數(shù)n=1；新建區(qū)或新建排水管采用分流制。德化縣污水系統(tǒng)主干管為浐溪南北兩岸的沿河截污干管，管網(wǎng)工程已經(jīng)鋪設(shè)DN500～DN1200污水干管約50km，DN500以下的次干管及支管約230km，沿線接受各片區(qū)污水支管后，末端進(jìn)入德化污水處理廠集中處理。

德化縣在潯中鎮(zhèn)鳳洋村深洋坂建有1座污水處理廠，總處理規(guī)模為6.0×104m3/d，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級A標(biāo)準(zhǔn)。

2 現(xiàn)狀調(diào)查及污染源分析

2.1 點(diǎn)源污染調(diào)查

2021年12月初對浐溪主河道沿河排口進(jìn)行排查及初勘，共發(fā)現(xiàn)排口61處，其中旱季排水37處，水量共計(jì)約8000m3/d，對蓋德溪沿河排口進(jìn)行排查及初勘，共發(fā)現(xiàn)排口5處，均為旱季排水，水量共計(jì)約500m3/d。對丁溪沿河排口進(jìn)行排查及初勘，共發(fā)現(xiàn)排口34處，其中旱季排水22處，水量共計(jì)約5000m3/d。對纓溪沿河排口進(jìn)行排查及初勘，共發(fā)現(xiàn)排口14處，其中旱季排水7處，水量共計(jì)約1500m3/d。

對大云溪沿河排口進(jìn)行排查及初勘，共發(fā)現(xiàn)排口70處，其中旱季排水30處，水量共計(jì)約1000m3/d。其中，城后溪、寶美溪、后所溪按排口考慮，入河水量分別為1500m3/d、3000m3/d、1500m3/d。具體見表1。

2.2 面源污染調(diào)查

通過資料梳理及現(xiàn)場勘察，浐溪流域內(nèi)面源污染主要類型分為綠地、城鎮(zhèn)面源污染、工業(yè)面源污染、農(nóng)業(yè)面源污染、農(nóng)村生活面源污染、畜禽養(yǎng)殖面源污染。

2.2.1 城鎮(zhèn)面源調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，流域（德化縣城區(qū)）范圍內(nèi)分布大量生活居住小區(qū)、商業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院、機(jī)關(guān)單位等，范圍內(nèi)干沉降、垃圾堆放及轉(zhuǎn)運(yùn)、交通運(yùn)輸、人類活動等產(chǎn)生積累在路面上的污染物會以雨水徑流為驅(qū)動力，通過排水管道直接排入河道，調(diào)查范圍內(nèi)城鎮(zhèn)面源污染分布面積為15.92km2。

2.2.2 工業(yè)面源調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，流域內(nèi)工業(yè)企業(yè)以陶瓷生產(chǎn)及其配套產(chǎn)業(yè)為主，主要分布在鵬祥產(chǎn)業(yè)園、寶美產(chǎn)業(yè)園、詩墩產(chǎn)業(yè)園及城東產(chǎn)業(yè)園等。園區(qū)內(nèi)企業(yè)在生活生產(chǎn)過程中存在部分污染物散布在廠區(qū)及周邊范圍內(nèi)，隨著雨水徑流排入河道影響水質(zhì)，調(diào)查范圍內(nèi)工業(yè)面源污染分布面積為5.53km2。

2.2.3 農(nóng)村生活面源調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，農(nóng)村具有特定的自然景觀和社會經(jīng)濟(jì)條件，在農(nóng)村生產(chǎn)生活過程中也會產(chǎn)生一定的特定屬性的污染物。農(nóng)村雨、污水系統(tǒng)配套不完善，部分區(qū)域未修建相關(guān)系統(tǒng)，污水以散排為主，自然消亡為輔，地表富集大量污染物，隨著降雨污染一定范圍內(nèi)的地下水及地表水。調(diào)查范圍涉及龍潯鎮(zhèn)、潯中鎮(zhèn)、蓋德鎮(zhèn)及三班鎮(zhèn)內(nèi)的農(nóng)村常住人口數(shù)約為1.5萬人。

2.2.4 畜禽養(yǎng)殖面源調(diào)查

根據(jù)資料梳理及現(xiàn)場調(diào)查，流域范圍內(nèi)無規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖廠，仍存在少量散養(yǎng)現(xiàn)象。生豬養(yǎng)殖清糞方式主要為水沖，污水未經(jīng)處理或者簡單處理后直排外環(huán)境，嚴(yán)重污染水環(huán)境。截至12月10日，龍潯鎮(zhèn)、潯中鎮(zhèn)、蓋德鎮(zhèn)、三班鎮(zhèn)范圍內(nèi)目前清退剩余戶數(shù)34戶，生豬約1700頭。

2.2.5 農(nóng)業(yè)面源調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，農(nóng)業(yè)種植需要定期施用化肥農(nóng)藥，化肥主要為氮磷肥，土壤中殘留的氮、磷量較高，農(nóng)田灌溉排水或者由降雨形成的地面徑流攜帶氮磷污染物排入水環(huán)境，對水環(huán)境造成一定影響。流域范圍內(nèi)主要種植水稻、甘薯、馬鈴薯及蔬菜等，主要施用復(fù)合肥或者氮肥等，使用量約為20000kg/m2· a，灌溉方式為溝灌及人工澆水。調(diào)查范圍涉及龍潯鎮(zhèn)、潯中鎮(zhèn)、蓋德鎮(zhèn)、三班鎮(zhèn)內(nèi)的農(nóng)業(yè)面源污染分布面積約為4.2hm2。

2.3 內(nèi)源污染調(diào)查

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，浐溪及其支流坡度較大，淤泥堆積主要存在于浐溪及丁溪攔水壩前部分段河道，面積約0.27km2。

2.4 污染物負(fù)荷估算

2.4.1 旱季入河污染物負(fù)荷估算

根據(jù)對各類污染源負(fù)荷進(jìn)行估算，包括直排污水、污水廠污水、溢流污水、城鎮(zhèn)面源、工業(yè)面源、農(nóng)村面源、河道內(nèi)源，得出浐溪流域內(nèi)各類污染源污染負(fù)荷量。

除污水處理廠外，旱季約有2.2萬t污水直排入河。

直排污水為入河氨氮、總磷、COD污染分別貢獻(xiàn)了77%、71%和80%。如圖1所示。

2.4.2 雨季入河污染物負(fù)荷估算

對各類污染源負(fù)荷進(jìn)行估算，包括直排污水、污水廠污水、溢流污水、城鎮(zhèn)面源、工業(yè)面源、農(nóng)村面源、河道內(nèi)源，得出浐溪流域內(nèi)各類污染源污染負(fù)荷量。

氨氮指標(biāo)：溢流污染（35.04%）gt;直排污水（28.04%）gt;城市面源（15.72%）gt;工業(yè)面源（8.62%）gt;污水廠尾水（7.53%）gt;農(nóng)村面源（4.69%）gt;河道內(nèi)源（0.37%）。

總磷指標(biāo)：溢流污染（34.71%）gt;直排污水（23.84%）gt;城鎮(zhèn)面源（16.92%）gt;污水廠尾水（9.71%）gt;工業(yè)面源（6.53%）gt;農(nóng)村面源（5.85%）gt;河道內(nèi)源（2.47%）。

COD指標(biāo)：城鎮(zhèn)面源（44.83%）gt;工業(yè)面源（30.31%）gt;溢流污染（11.33%）gt;直排污水（9.34%）gt;污水廠尾水（2.25%）gt;農(nóng)村面源（1.87%）gt;河道內(nèi)源（0.08%）。具體情況如圖2所示。

2.4.3 入河污染物總量估算

直排污水在旱季對入河COD貢獻(xiàn)最大，截流轉(zhuǎn)輸至污水廠處理，可有效降低旱季COD入河污染，以降低斷面COD超標(biāo)的風(fēng)險；城鎮(zhèn)面源在全年對入河COD貢獻(xiàn)最大，結(jié)合溢流污水、工業(yè)面源，雨季COD入河污染量比旱季增長得多，需要有效收集處理，以降低斷面COD超標(biāo)風(fēng)險。

直排污水在旱季對入河氨氮貢獻(xiàn)超過75%，占全年貢獻(xiàn)的1/2，無論旱季雨季均是最大的污染源，是導(dǎo)致尾厝斷面超標(biāo)的重要原因，需要有效收集處理，以提高斷面氨氮達(dá)標(biāo)的可能性；雨季面源污染和溢流污水對入河氨氮貢獻(xiàn)不可忽視，需要配合污水直排同步收集處理，以提高斷面氨氮達(dá)標(biāo)的可能性。

直排污水無論旱季雨季均是入河TP最大的污染源，需要有效收集處理，以提高斷面TP達(dá)標(biāo)的可能性；雨季面源污染和溢流污水對入河TP貢獻(xiàn)不可忽視，需要有效收集處理，以降低斷面TP超標(biāo)的風(fēng)險。具體情況如圖3所示。

3 尾厝國控?cái)嗝嫠|(zhì)分析

3.1 現(xiàn)場調(diào)查結(jié)果

為分析尾厝國考斷面水質(zhì)，對降雨時尾厝斷面各項(xiàng)考核指標(biāo)進(jìn)行取樣測量，結(jié)果見表2。

由尾厝斷面2021年12月20—21日降雨監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可得，降雨開始至降雨結(jié)束，NH3-N、TP均超標(biāo)；NH3-N指標(biāo)在雨后48h未恢復(fù)達(dá)標(biāo)，TP指標(biāo)在雨后48h恢復(fù)達(dá)標(biāo)。

3.2 調(diào)查結(jié)果分析

浐溪水質(zhì)管理目標(biāo)為地表水III類標(biāo)準(zhǔn)：NH3-N≤1mg/L，TP≤0.2mg/L，CODCr≤20mg/L。尾厝斷面超標(biāo)指標(biāo)主要為NH3-N，其次是TP，全年每月均出現(xiàn)超標(biāo)情況。降雨期主要超標(biāo)因子為NH3-N，其次是TP；NH3-N、TP濃度高于旱季。

從蓋德溪匯入處進(jìn)入城區(qū)水質(zhì)開始變差，在丁溪匯入處開始超標(biāo)，隨著城后溪、纓溪、寶美溪、后所溪及浐溪沿河排口的污染排入河道，水質(zhì)惡化達(dá)到頂峰（氨氮劣V類）；尾厝斷面處水質(zhì)總體超標(biāo)頻繁且嚴(yán)重。浐溪主要支流除蓋德溪、大云溪外均超標(biāo)，纓溪V類水，丁溪劣V類，寶美溪NH3-N超標(biāo)5倍，城后溪NH3-N超標(biāo)10倍，后所溪NH3-N超標(biāo)15倍。

旱季排口直排入河、雨季通過截流設(shè)施溢流入河的污染及直排的污水是斷面不能達(dá)標(biāo)的根本原因；污水廠尾水的排放標(biāo)準(zhǔn)較低、出水水質(zhì)較差同樣是斷面不能穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的原因。

現(xiàn)有排水系統(tǒng)存在錯接混接，雨季易造成雨污混流，末端截流干管能力不足，最終導(dǎo)致合流水溢流污染。

4 治理方案

4.1 總體思路

對水環(huán)境治理常規(guī)措施進(jìn)行對比分析，采取最經(jīng)濟(jì)的手段，在達(dá)成國控?cái)嗝孢_(dá)標(biāo)的同時，盡量減少不必要的子項(xiàng)，降低工程投入，如圖4所示。

實(shí)施目標(biāo)：浐溪尾厝斷面國考水質(zhì)指標(biāo)年均達(dá)標(biāo)（Ⅲ類），化學(xué)需氧量（COD）≤20mg/L，氨氮（NH3-N）≤1.0mg/L，總磷（TP）≤0.2mg/L。

實(shí)施策略：干流治理—旱季污水不入河，雨季污染受控制；支流治理—支流當(dāng)作干流治；水廠改造—旱季不閑置，雨季有彈性。

4.2 方案比選

方案一：完全雨污分流方案。

方案二：截流+調(diào)蓄方案。

具體情況見表3。

從現(xiàn)狀來看，老舊城區(qū)現(xiàn)有排水體制大都為雨污合流制，新建小區(qū)基本采用雨污分流制。如果近期將合流制排水全部改造為分流制，那么難度大，需要時間較長，并且中心區(qū)建筑密度大、街道狹窄，改造時涉及人數(shù)多，需要大面積破馬路、拆遷，施工復(fù)雜，工程投資大，近期難以實(shí)現(xiàn)。

因此，規(guī)劃區(qū)域內(nèi)排水體制原則上為分流制排水體制，其中新建城區(qū)、開發(fā)區(qū)一律采用分流制，老城區(qū)通過舊城區(qū)改造，在現(xiàn)有截流式合流制基礎(chǔ)上隨城市改造逐步過渡為分流制。城市建設(shè)時，需要結(jié)合雨水收集與調(diào)蓄盡量截流初期雨水，降低土地開發(fā)對環(huán)境帶來的負(fù)面影響[3]。

通過對比完全雨污分流方案和截流調(diào)蓄方案發(fā)現(xiàn)，截流調(diào)蓄方案在入河污染負(fù)荷削減方面作用稍弱（均可達(dá)標(biāo)）的前提下，可以大幅減少工程投入，尤其在山區(qū)地形，在同等過流能力前提下，經(jīng)濟(jì)性更高。

綜上分析，采用截流+調(diào)蓄方案解決德化縣國控?cái)嗝孢_(dá)標(biāo)問題。

4.3 工程總體方案

4.3.1 截流系統(tǒng)

根據(jù)現(xiàn)況管線能力評估，北岸污水干線管徑較小，轉(zhuǎn)輸能力比南岸差，且北岸存在較大面積老城區(qū)（合流制區(qū)域），雨季溢流嚴(yán)重，在浐溪北岸新建截流管涵干管，南側(cè)充分利用現(xiàn)況干線剩余能力，不再新建截流干線，采取分段轉(zhuǎn)輸至北岸干線的方式；根據(jù)支流水質(zhì)檢測結(jié)果可知，丁溪、纓溪及寶美溪也存在管道轉(zhuǎn)輸能力不足的情況，在支流新建截流管。沿河新建智能截流井，精準(zhǔn)控制雨季溢流收集量。

4.3.2 污水廠提標(biāo)、擴(kuò)容

根據(jù)對現(xiàn)況污水廠的評估結(jié)果，現(xiàn)況處理能力不足且難以達(dá)到地表水準(zhǔn)IV標(biāo)準(zhǔn)，擬采取如下方案：擴(kuò)建4萬t污水處理系統(tǒng)，改造既有污水處理系統(tǒng)，處理規(guī)模達(dá)到10萬t，出水穩(wěn)定達(dá)到準(zhǔn)IV類標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.3 溢流污染調(diào)蓄設(shè)施

以尾厝斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)為目標(biāo)，考慮污染負(fù)荷目標(biāo)削減率、下游排水系統(tǒng)運(yùn)行負(fù)荷、系統(tǒng)原截流倍數(shù)和截流量占降雨量比例之間的關(guān)系等重要因素[4]，結(jié)合污水處理廠擴(kuò)容方案，綜合模擬計(jì)算確定調(diào)蓄設(shè)施規(guī)模為2萬m3。

4.4 調(diào)蓄池方案對比

由于建設(shè)調(diào)蓄池選址與月亮灣濕地公園項(xiàng)目有沖突，需要占用月亮灣濕地用地，因此對2個調(diào)蓄方案進(jìn)行對比，見表4。

經(jīng)分析比較，在月亮灣濕地公園下建設(shè)調(diào)蓄池施工難度較大，造價較高，且會影響人工濕地景觀，推薦采用方案二，即采用線性調(diào)蓄的方式，將20000m3的調(diào)蓄池改為在浐溪內(nèi)（八中體育場～污水廠）建斷面B×H=2.5×2.5和3.0×3.0，長度各為2km的線性調(diào)蓄箱涵，繞過月亮灣，最后接入污水廠，蓄水容積可滿足20000m3。建設(shè)線型調(diào)蓄箱涵不僅節(jié)約投資，方便日后的運(yùn)行維護(hù)，而且分段收集初雨，兼帶污水轉(zhuǎn)輸功能，還能帶來顯著的環(huán)境效益和社會效果，改善了水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境，提升了居民的生活質(zhì)量。

5 結(jié)語

綜上所述，德化縣溢流污染控制是當(dāng)前城區(qū)水環(huán)境治理重要且緊迫的任務(wù)，通過采取智能截流系、線型箱涵調(diào)蓄以及末端污水處理系統(tǒng)提標(biāo)擴(kuò)容等工程措施，符合山區(qū)城市的特點(diǎn)，可以有效減少溢流污染，確保浐溪下游尾厝國控?cái)嗝娣€(wěn)定達(dá)標(biāo)，提升德化縣城區(qū)水環(huán)境質(zhì)量。未來，水環(huán)境治理政策和技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)深入實(shí)施污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)，加大水環(huán)境治理投入，加強(qiáng)區(qū)域協(xié)同治理，發(fā)展智慧水務(wù)、源頭治理技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)，共同推動水環(huán)境治理工作的深入發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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