混合制城市排水系统污水溢流成因与对策

2023-01-03王磊波杨建明李冠贵

环境保护与循环经济 2022年1期

王磊波杨建明李冠贵

（1. 寿光市市政公用事业服务中心，山东寿光 262700；2. 寿光市宏建市政设施养护管理有限责任公司，山东寿光 262700；3. 山东龙建设计集团有限公司，山东寿光 262700）

1 引言

理论上排水系统分为合流制和分流制，实际上伴随雨污分流工作的开展，形成了混合制排水系统。特别是老城区地下管线已成型，建筑密集，市政路面狭窄，雨污分流改造难度很大，所以混合制城市排水系统短时间内不会消失。

随着城市化进程加快和规模的扩大，排水基础设施建设、污水的处理能力及管理水平滞后于城市发展速度，使得混合制城市排水系统雨天污水溢流现象频繁发生。污水溢流严重影响了受纳水体环境质量，因此，需对混合制城市排水系统污水溢流形成原因进行研究，进一步探索解决雨天污水溢流问题的对策，以便有效控制污水溢流。

2 混合制城市排水系统污水溢流形成原因

混合制城市排水系统的污水溢流分为3 种形式：一是上游合流制管网混合污水溢流至雨水管网；二是主污水管道末端污水量超出污水处理厂处理能力的溢流；三是污水管道局部低洼检查井地面溢流。

2.1 截留倍数设计偏低

截留倍数是排水系统截留雨水能力的重要参数。我国新规范GB 50014—2021《室外排水设计标准》中截流倍数为2.0～5.0，现有排水系统一般用0.5～1.0，总体来说，我国以前排水系统的截流倍数取值偏小，增加了污水溢流概率和水量。对于混合制排水系统来说，若截流倍数取小值，则会导致上游合流制管网混合污水溢流至雨水管网，污水量增大；若截留倍数取大值，则导致主污水管网水量剧增，主污水管网局部检查井污水由地面溢流，或管网末梢污水量超出污水处理厂的处理能力而产生污水溢流现象，同时主污水管网和污水处理厂规模就要增大，基本投资、运行成本也将增大。总之，我国截流倍数取偏小值，使得混合制城市排水系统雨天污水溢流水量极大增加。

2.2 径流系数不断变大

伴随城市化进程的加快，综合径流系数迅速变大，在降雨量相同的情况下，更多的雨水形成径流进入城市排水系统，使得混合污水量急剧增加，极大增加了污水溢流的概率。

2.3 城市排水系统雨污分流改造不彻底

将城市合流制排水系统改造成分流制排水系统，理论上需要排水单位同步进行雨污分流改造，才能达到理想的效果。城市排水系统雨污分流改造不彻底主要表现在：一是沿途排水单位内部雨污分流改造不彻底。在改造实施过程中通常会造成大量路面、绿化带等已有设施的破坏，会消耗大量物力和人力，更需要巨大的经济投入，故排水单位对内部进行分流改造在思想上比较抵触。另外，有些排水单位内部管网建设年代久远，建筑物密集，路面狭窄，完全不具有雨污分流改造的条件。基于以上原因，建设单位及施工单位为了自己的工作好开展，在雨污分流改造过程中将排水单位合流制排水管道直接接入市政污水管道，市政污水管道仅接收来自城市路面的雨水，使雨污分流改造效果大打折扣。二是城市排水系统雨污分流改造过程中存在错接现象，使得大量雨水进入污水管网，增大了污水溢流概率。

2.4 城市排水系统养护管理不到位

大部分城市排水系统的养护管理一直都处在“堵了通，塌了修”和“你不理，我不管”的状态。无管理状态下的城市排水系统，存在以下污水溢流的原因：一是排水单位私自乱接。排水单位为降低投资而将合流制排水系统私自接入市政污水系统，降雨时排水单位内的雨水全部进入污水系统，使污水量急剧增加，导致污水外溢［1］。二是雨污水管网的串联。雨污水管网经过多年运行后，因建设质量及养护管理不到位等，经常会出现串联现象，通常情况下污水管道高程低于雨水管道，晴天时很难发现串联问题，降雨时雨水首选流进污水管道，使污水管道内水量增加发生溢流。三是未对排水管网内水量进行连续监控。日常水量数据是确定排水量呈规律变化的依据，通过对以往排水量数据的预判分析，可以及时确定增加污水处理厂处理能力，既降低发生污水溢流的可能，又避免盲目增加污水处理能力带来的重大经济损失。四是排水泵站无组织开启。排水泵站以上游水位高低为启动信号，不考虑收纳排水内水量和水位，极容易导致下游管网水量剧增而发生污水溢流。

3 混合制城市排水系统污水溢流控制措施

从20 世纪60 年代起，美国、德国及日本等国家就开展了研究，已经形成较完善的控制污水溢流的体系，例如低影响开发、最佳管理措施和可持续排水系统等［2］。总的来说，控制混合制城市排水系统污水溢流的措施包括非工程措施和工程措施。通过源头控制、雨污水管道分流改造、推进海绵城市建设、完善管理制度、建设存储调蓄设施等综合措施能够有效控制污水溢流。

3.1 非工程措施

3.1.1 健全雨污分流改造工程管理体系

实现城市排水系统雨污分流的彻底改造，需要健全严谨科学的管理体系。一是雨污分流改造工程设计阶段就需要与沿途排水单位对接。将排水单位接入口设计在雨污分流改造的图纸上，同时，对排水单位排水方案进行确定。对排水单位内部具备雨污分流改造条件的，坚决要求其在城市排水分流改造过程中同步实施雨污分流；对排水单位内部不具备雨污分流改造条件的，经联合仲裁鉴定后，允许其以截流式合流制方式接入市政排水系统，同时出具鉴定书并存档。二是在雨污分流改造工程实施过程中，要求沿途排水单位同步接入分流后的市政排水系统。排水单位雨污分流改造经验收合格后，方可在城市雨污分流改造工程实施过程同步接入市政排水系统，并严格督促排水单位办理许可。三是明确各方权责，健全雨污分流改造工程完工后的交接制度。工程完工未交接前，由建设单位负责新建工程养护管理；工程完成交接后，由接收即运营养护单位负责日常养护管理。工程交接时建设单位需向养护管理单位提供完整的施工图纸、标有排水单位接入位置的图纸、工程验收证明、排水单位雨污分流改造验收证明及图纸、同意其以截流式合流制方式接入城市排水系统的鉴定书、排水许可等材料后，方能进行工程交接。养护管理单位要根据图纸现场进行检查落实，并将相关材料进行备案收档，对符合要求的出具同意接收证明。

3.1.2 城市排水系统养护管理要到位

改变城市排水系统养护管理“堵了通，塌了修”和“你不理，我不管”的状态，要求养护管理单位加强日常的巡查、养护、管理，最大程度上降低发生溢流的概率。一是加强排水单位接管管理。在雨污分流区域，严格要求新排水单位内部彻底实行雨污分流后接入市政雨污水管道。在合流区域，也要求新排水单位内部实行雨污分流后暂时接入合流制管道，在该区域实施雨污分流改造时，同步改入对应市政管道。二是严格落实排水许可制度。依据《城镇排水与污水处理条例》（国务院令第641 号）和《城镇污水排入排水管网许可管理办法》（建设部令第21 号）等规章制度，对排水单位进行管理，保证城市排水系统正常运行，不出现污水溢流现象。三是加强日常排水管网的巡查。市政排水管道的养护管理单位要建立健全巡查制度，建立台账，确保及时发现私接乱接、雨污串流、雨污混排问题。四是严格对主管排水流量进行监控。通过对排水流量数据的分析判断，推测水量变化规律，能够从宏观上确定是否出现私接乱接、雨污串联、集中偷排现象，为提前增加污水处理能力提供数据支持，同时根据排水量数据可以科学调配排水管网的水量，降低污水溢流的可能。五是建立泵站之间、污水处理及排水管网之间的联动机制，降低污水外溢概率，确保污水处理厂能正常处理运行。六是提升养护管理智能化程度。在发达国家，很多大城市利用计算机技术对城市排水系统进行实时监控，综合调度系统中的各种控制、调节设施及流量，以实现消除地面污水外溢，减少污水溢流频率、水量，均衡污水处理厂进水量等多重目标。通过对排水系统各控制点的降雨量、管道流量等信息以及泵站和闸门等设备遥测和遥控，利用计算机技术确定最佳的调度方案。七是建立专业化运营维护队伍。国家发展和改革委员会、住房和城乡建设部、生态环境部联合编制的《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》中提出，建立立足本地、人员稳定的专业化队伍，建立常态化建设管养机制，严格按照相关标准定额实施运行维护。

3.2 工程措施

控制混合制城市排水系统污水溢流的工程措施包括源头控制、管路控制、末端处理3 类。

3.2.1 源头控制

源头控制是减少进入排水管道的雨水径流量，能有效降低污水溢流频率和水量，同时降低处理构筑物所需规模。源头控制就是降低综合径流系数，通过构建低影响开发雨水系统能有效降低综合径流系数［3］。详见住房和城乡建设部出台的《海绵城市建设技术指南——低影响开发雨水系统构建》。

3.2.2 管路控制

（1）因地制宜地实施雨污水分流改造工程。进行雨污分流改造能有效减少进入污水系统的雨水量，降低受纳水体污染。通常进行雨污分流改造要具备以下条件：一是建筑内部卫生设备完善，方便实现雨污分流；二是城市街道横断面有足够的位置，允许设置因改造成分流制而增加的管道［4］。

（2）合理选取截流倍数。截流倍数选取需综合考虑受纳水体对水质的要求、受纳水体的纳污能力、污水处理厂处理能力等因素。从控制污水溢流方面考虑，应采用较大的截流倍数，但也要考虑截流倍数增大后，是否会超出污水处理厂处理能力，所以需要权衡上述因素后方能合理选取截流倍数。

3.2.3 末端处理

对溢流污水进行处理，能够有效控制对受纳水体的污染。溢流污水处理可分为两类：一是直接将溢流污水处理达标后排放至自然水体。目前对溢流污水处理的工艺较多，人工湿地技术、强化混凝沉淀技术、高效过滤技术、消毒技术等都有成功应用；二是在污水溢流处设置暂时存蓄池，降雨时将溢流污水暂时存蓄，晴天后将暂存污水再调至污水处理厂进行处理［5］。