李藝芳，許錦林，宮經成，林龍輝，劉 奇

(中國建筑一局(集團)有限公司，北京 100161)

1 項目背景

水環(huán)境質量是評價城鎮(zhèn)建設的重要指標，黑臭水體是我國目前突出的水環(huán)境問題，河岸的生活污水、工業(yè)廢水、生活垃圾隨意排放入河，超出水體自凈能力，微生物降解污染物消耗大量氧氣，使水體缺氧，從而發(fā)黑變臭。黑臭水體不僅影響市容市貌，降低空氣質量，還對周圍居民的生活造成極大不便。水環(huán)境生態(tài)系統被破壞，也不利于城市的發(fā)展，黑臭水體治理迫在眉睫。

控源截污是黑臭水體治理的核心，污水收集處理工作在城市污水治理過程中尤為重要。目前我國很多城鎮(zhèn)的污水處理廠、排水管網與河道都是各自獨立由不同部門分管。三者相互分離產生了一系列問題，污水收集與污水處理廠處理能力無法協調，導致排水系統無法正常發(fā)揮其功能，污水處理效率低下，河道水質不斷惡化。若要提高水環(huán)境綜合整治效率，必須采用廠網河一體化運營的系統性思維。廠網河一體化機制是將污水處理廠、排水管網、河道、調蓄池與污水泵站進行綜合考慮，統一運營，實現智能化管控，不僅能提高管理部門工作效率、降低管理成本、加快反應速度，還能提升城鎮(zhèn)排水系統的運行效率和管理效率，減少內河水環(huán)境污染，解決內澇問題，改善生態(tài)環(huán)境。

本研究以漳州市區(qū)內河水環(huán)境綜合整治PPP項目為實施案例，對采用廠網河一體化思路消除黑臭水體進行具體分析，并提出具體方案建議。

漳州市區(qū)內河水環(huán)境綜合整治項目包括河道截污工程、河道清淤工程、河道引水工程、水生態(tài)修復工程，農村污水收集與處理工程等，由于水環(huán)境治理多目標、多維度的特點，規(guī)劃、設計、建設和運營管理難度大、涉及專業(yè)多，需要將智慧化技術納入水環(huán)境治理全過程建設體系。本研究提出建立污水處理廠、排水管網、河道一體化協調運作機制，通過智能化管控治理市區(qū)內河水環(huán)境污染，使水體排放達到國家標準。

2 水體污染成因分析

2.1 排水管網

1)污水管網不完善 現狀污水管網主要集中在工業(yè)園區(qū)、老城區(qū)。漳州市老城區(qū)規(guī)劃市政污水干管510.65km，其中270.87km已建成，239.78km還未建設。污水管網主要分布于老城區(qū)、開發(fā)區(qū)及新區(qū)，其他區(qū)域污水管網覆蓋率低。

2)管道混搭錯接，老化破損嚴重 目前本項目所涉及漳州市區(qū)范圍內的排水體制多為雨污分流制，合流制區(qū)域主要集中在未改造區(qū)或城中村較為集中的區(qū)域。但由于缺少有效的監(jiān)管，位于分流制區(qū)域內的已建、在建和新建小區(qū)大部分沒有徹底進行源頭雨污分流，存在錯接、混接現象，并且許多管道破損、堵塞、滲水嚴重，導致在旱季時仍有一定數量的污水通過雨水管道或合流管道直接排入河道。

3)暴雨時污染加重 晴天時，污水管道中水流流速緩慢，污水中攜帶的污染物沉積在管道底部；雨季時，管道水量加大，水流變快，這些污染物便隨暴雨直接排入水體，造成水體反復黑臭。漳州市部分小區(qū)由于建成時間較早或地形條件限制等原因，其內部采用合流制排水系統，其污水有集中排口接入市政管網，雨季出現污水外溢現象。

排水管網系統中存在的這些問題使得污水收集率低下，未能收集的污水直排入河使水體黑臭問題更為嚴重。

2.2 污水處理廠

1)污水處理能力 排水管網存在的問題，使污水入管總量增加，使污水處理廠不能持續(xù)高效運行。規(guī)劃區(qū)部分已建的污水處理設施突出問題是進出水較少甚至沒有，成為“曬太陽”工程。汛期水量對污水處理廠造成極大負荷，污水處理廠處理能力不足，大量污水直排入河。

2)污水處理廠的污水處理能力與排水管網的污水收集能力不協調 排水管網隨著城市的發(fā)展同步建設，但污水處理廠并未隨之同步改建或擴建，造成超過污水處理廠處理能力的污水直接排入水體；污水處理廠按照規(guī)劃建成，但排水管網尚未完全接通，未收集進入處理廠的部分污水仍直接排入水體。

目前高新區(qū)已設置一處小型集中污水處理設施，規(guī)模為200m3/d，僅考慮該區(qū)局部居民區(qū)污水的納入處理。其余地區(qū)內尚未建成系統的污水處理廠，但由于規(guī)劃的污水處理廠剛通過污水廠選址論證，尚未進行污水廠及其配套管網設計，其處理廠的建設運行需要較長一段時間，高新區(qū)一帶的污水仍未得到有效收集處理。居民用水基本未經處理直接排入河道，河道污染比較嚴重。區(qū)內62個行政村約5.6萬人口生活污水及部分工業(yè)廢水直排入河，造成該區(qū)水環(huán)境污染日益加重，如在污水廠及其配套收集管網建成前再不對農村污水加以收集處理，而任其自由排放，勢必將對鎮(zhèn)區(qū)水環(huán)境造成更加嚴重的污染，乃至影響規(guī)劃區(qū)內居民的生活健康。

因此，污水處理廠與排水管網需要建立一體化運行機制，統一調度，統一管理，使城鎮(zhèn)排水系統能夠在黑臭水體治理中發(fā)揮更大的作用。

2.3 河道

1)河道沿街經營場所排污現象普遍。沿街商業(yè)經營場所(餐飲、洗車修車行、農貿市場等)排水管道私接嚴重，污水排放口比較分散，分別接入市政檢查井或直接排入雨水口；大部分農貿市場、水產批發(fā)市場、屠宰場也將污水、沖洗污廢水直排或通過地面匯流入河道。

2)開發(fā)區(qū)內企業(yè)雨污分流不到位，偷排漏排問題突出。開發(fā)區(qū)內有些市政雨污水管基本建設完善，但在企業(yè)園區(qū)內雨污水管仍有混接、個別企業(yè)偷排等現象，導致開發(fā)區(qū)支流水質長期黑臭或有刺激性氣味。

3)工業(yè)園區(qū)以外的零星工廠、小作坊、村內企業(yè)存在污水偷排。園區(qū)外企業(yè)隨機分布，難以監(jiān)管，污水直排河道造成污染嚴重。

污水直排、偷排偷放使河道受到嚴重污染，加大黑臭水體的治理難度。

2.4 防洪排澇系統

城市防洪排澇系統能力不足，對排水管網和污水處理廠造成極大負荷，也使城市水體受到面源污染。

Ⅰ 流域集雨面積100.5km2，澇片主要涵蓋工業(yè)區(qū)、城北片區(qū)、朝陽鎮(zhèn)及α區(qū)大部分地區(qū)，該澇片地勢西北高東南低，下游澇水難于自排，需采用泵排。Ⅱ 流域集雨面積17.4km2，Ⅲ 流域現狀集雨面積18.8km2，澇片主要涵蓋α區(qū)西部片區(qū)和β區(qū)東部。

3 總體方案建議

為了改變污水處理廠、排水管網、河道相互獨立使排水系統無法正常發(fā)揮其功能的現狀，提高水環(huán)境綜合整治的效果，提出廠網河一體化機制。

廠網河一體化機制是指對區(qū)域內所有的污水處理廠、排水管網、河道、調蓄池及污水泵站進行統一調度和綜合管理，從而實現各涉水要素智慧化自動運行，使城市排水系統充分發(fā)揮其功能，安全穩(wěn)定高效運轉，污水水質達標排放。污水處理廠、排水管網與河道一體化能夠做到科學預警，提高應急處理能力，建立聯合調度機制，提高設備使用效率，保障水環(huán)境治理項目有序開展、穩(wěn)定運行。

3.1 完善排水管網，對建成區(qū)管網進行普查改造修復

通過新建和改造污水收集管網，實現管網全覆蓋，進一步提高污水收集率。針對市政污水管網存在缺失、老化、淤堵、串接等問題，共新建、改造市政管網7 408m，分流店鋪污水549個，截流小區(qū)417個(截流倍數n0=1)。

Ⅰ流域沿路共改造店鋪錯接點157個，涉及店鋪共304家，小區(qū)截流85個(見表1)。通過道路沿線污水截流改造，Ⅰ流域減排污水入河約2 353m3/d。

表1 Ⅰ流域河道改造情況

Ⅱ流域沿路共改造店鋪錯接點118個，涉及店鋪共269家，小區(qū)截流148個(見表2)。通過道路沿線污水截流改造，Ⅱ流域減排污水入河約3 619m3/d。

表2 Ⅱ流域河道改造情況

Ⅲ流域店鋪錯接分流點274個，小區(qū)污水截流點184個(見表3)。通過道路沿線污水截流改造，Ⅲ流域減排污水入河約3 436m3/d。

表3 Ⅲ流域河道改造情況

3.2 對污水處理廠進行提標改造擴建

建立監(jiān)測預警系統，對污水處理廠的進水水質與水量進行實時監(jiān)測，超出監(jiān)測值時及時進行預報預警，從而確保污水處理廠能夠穩(wěn)定高效運行。同時也要確保污水處理廠的污水處理能力與排水管網的收集能力相協調。污水處理廠處理能力不足時，需對污水廠進行擴建，實現區(qū)域內污水全收集、全處理。西區(qū)污水處理廠2017年平均進水量2.2萬t/d，現狀規(guī)模4.0萬t/d，規(guī)劃遠期規(guī)模6.5萬t/d；東區(qū)污水處理廠2017年平均進水量10.0萬t/d，現狀規(guī)模13.0萬t/d，規(guī)劃遠期規(guī)模30.0萬t/d。

3.3 設置調蓄池

東區(qū)污水處理廠晴天和雨天截污水量如表4,5所示。

表4 晴天水量統計 (m3·d-1)

表5 雨天水量統計 (m3·d-1)

由表4可知，晴天水量約為2.57萬m3/d，因此，東區(qū)污水處理廠現有能力滿足截污水量增加后的處理。但雨天水量增加會對排水管網造成較大負荷，若直接將雨水管網收集到的初期雨水送往污水處理廠，也會對污水處理廠造成較大的沖擊負荷。雨天由于截流倍數的影響，水量約為4.6萬m3/d。因此，需采取必要的調蓄措施，從而減輕現狀污水處理廠的運行壓力。

調蓄池能夠在暴雨時暫儲雨水，將管道內的流量峰值削減至管道流量限值內，起到調節(jié)管道流量的作用。降雨初期的雨水污染程度較為嚴重，調蓄池暫儲初期雨水，能夠有效控制城市面源污染。調蓄池還能起到沉淀雨水中污染物的作用，降雨結束后，調蓄池中的雨水經處理后可以再利用。在合流制排水系統中，暴雨時雨水常常溢流，未經處理直接入河，對水體造成污染。調蓄池能夠對污水進行截留收集，避免溢流，保護水體。

因此在東區(qū)污水處理廠現狀服務范圍內不同河道上共設置8座調蓄池，總容積28 550m3。最終雨天進入污水處理廠的截污水量為17 422m3/d。降雨過后，調蓄池內續(xù)存水量需在規(guī)定時間內排空，就近排入市政管道進入污水處理廠或就地處理。根據計算，截污工程實施后污水處理廠處理負荷約為14.6萬m3/d，缺口1.6萬m3/d。因此，結合用地、水質、水量等因素，在有條件的點位對調蓄池蓄存雨水進行就地處理。

3.4 設置污水泵站

污水泵站在城市防洪排澇、污水運輸過程中起重要作用。排水管道與調蓄池收集到的污水通過污水泵站集中排放到污水處理廠，處理達標后再次利用或就近排入水體，保護水環(huán)境并實現水資源的循環(huán)利用。為此，內河水環(huán)境綜合整治項目增設了16個排水泵站，保證排水系統正常運行，污水達標排放。

3.5 建立廠網河一體化調度系統

排水系統涉及雨污水的收集、輸送、儲存、處理以及排放，是一個高復雜度的系統。市區(qū)內河水環(huán)境綜合整治項目包括 17個智能分流井、5個調蓄池、16個排水泵站以及管網建設等。這些設施和設備的實時聯控，將從系統化、全局化的層面，提高空間利用率和時序合理性，最大程度發(fā)揮價值，優(yōu)化利用率，減少合流制管網溢流，提高運維質量和效率，提升水環(huán)境綜合整治的效果。

廠網河一體化調度系統包含一個數據中臺和綜合展示系統、項目管理系統、資產管理系統、績效考核系統、聯合調度系統、預警及應急指揮系統和移動綜合 7個子系統，運用地理信息系統(GIS)、網絡通信、工業(yè)自動化控制、移動互聯及數字模擬等技術，構建具備信息處理、項目監(jiān)管、資產維護、效果評估、應急指揮、聯合調度等功能的智慧水務平臺，實現市區(qū)內河水環(huán)境綜合整治項目的智能管理和控制，提升水務設施的精細化管理水平。

該系統設置了黑臭水體專題模塊，實現了對黑臭水體治理情況的展示和監(jiān)控，該系統對治理區(qū)域所有黑臭河道的主要監(jiān)測指標實現了在線監(jiān)控，并按照考核辦法編制相關計算程序，建立了黑臭水體綜合考核體系，實現了對黑臭水體的全方位、精細化、自動化的考核評估，項目管理者能夠對黑臭水體的治理效果及時掌握，并可以實現逐級追溯，保障黑臭水體的治理效果。

4 結語

漳州市區(qū)排水系統是一個復雜、龐大的網絡體系，由于長期運行以及雨污混接、運行管理不善等原因，導致管網高負荷運行，極易造成排水管道內污泥沉積、結垢、腐蝕及破裂，影響其運行效果甚至造成城市內澇、溢流污染等事故。

廠網河一體化能夠充分有效地利用城市現有的水務資源，使城市中的黑臭水體問題得到極大改善，智慧化的水務系統可提高污水處理廠和污水管網的精細化管理水平，保證污水處理系統的穩(wěn)定性，提高污水處理效率，實現節(jié)能降耗、節(jié)能減排等重要功能。同時，智慧水務建設在提高效率、減少工作人員、降低勞動成本等方面也有積極作用。智慧水務平臺建設將提升水環(huán)境質量，緩解城市內澇，實現全過程的完整數據監(jiān)管，促進水務現代化管理與服務水平的快速提升。