厂网河一体化在城市黑臭水体治理中的应用研究*

李艺芳，许锦林，宫经成，林龙辉，刘 奇

(中国建筑一局(集团)有限公司，北京 100161)

1 项目背景

水环境质量是评价城镇建设的重要指标，黑臭水体是我国目前突出的水环境问题，河岸的生活污水、工业废水、生活垃圾随意排放入河，超出水体自净能力，微生物降解污染物消耗大量氧气，使水体缺氧，从而发黑变臭。黑臭水体不仅影响市容市貌，降低空气质量，还对周围居民的生活造成极大不便。水环境生态系统被破坏，也不利于城市的发展，黑臭水体治理迫在眉睫。

控源截污是黑臭水体治理的核心，污水收集处理工作在城市污水治理过程中尤为重要。目前我国很多城镇的污水处理厂、排水管网与河道都是各自独立由不同部门分管。三者相互分离产生了一系列问题，污水收集与污水处理厂处理能力无法协调，导致排水系统无法正常发挥其功能，污水处理效率低下，河道水质不断恶化。若要提高水环境综合整治效率，必须采用厂网河一体化运营的系统性思维。厂网河一体化机制是将污水处理厂、排水管网、河道、调蓄池与污水泵站进行综合考虑，统一运营，实现智能化管控，不仅能提高管理部门工作效率、降低管理成本、加快反应速度，还能提升城镇排水系统的运行效率和管理效率，减少内河水环境污染，解决内涝问题，改善生态环境。

本研究以漳州市区内河水环境综合整治PPP项目为实施案例，对采用厂网河一体化思路消除黑臭水体进行具体分析，并提出具体方案建议。

漳州市区内河水环境综合整治项目包括河道截污工程、河道清淤工程、河道引水工程、水生态修复工程，农村污水收集与处理工程等，由于水环境治理多目标、多维度的特点，规划、设计、建设和运营管理难度大、涉及专业多，需要将智慧化技术纳入水环境治理全过程建设体系。本研究提出建立污水处理厂、排水管网、河道一体化协调运作机制，通过智能化管控治理市区内河水环境污染，使水体排放达到国家标准。

2 水体污染成因分析

2.1 排水管网

1)污水管网不完善 现状污水管网主要集中在工业园区、老城区。漳州市老城区规划市政污水干管510.65km，其中270.87km已建成，239.78km还未建设。污水管网主要分布于老城区、开发区及新区，其他区域污水管网覆盖率低。

2)管道混搭错接，老化破损严重 目前本项目所涉及漳州市区范围内的排水体制多为雨污分流制，合流制区域主要集中在未改造区或城中村较为集中的区域。但由于缺少有效的监管，位于分流制区域内的已建、在建和新建小区大部分没有彻底进行源头雨污分流，存在错接、混接现象，并且许多管道破损、堵塞、渗水严重，导致在旱季时仍有一定数量的污水通过雨水管道或合流管道直接排入河道。

3)暴雨时污染加重 晴天时，污水管道中水流流速缓慢，污水中携带的污染物沉积在管道底部；雨季时，管道水量加大，水流变快，这些污染物便随暴雨直接排入水体，造成水体反复黑臭。漳州市部分小区由于建成时间较早或地形条件限制等原因，其内部采用合流制排水系统，其污水有集中排口接入市政管网，雨季出现污水外溢现象。

排水管网系统中存在的这些问题使得污水收集率低下，未能收集的污水直排入河使水体黑臭问题更为严重。

2.2 污水处理厂

1)污水处理能力 排水管网存在的问题，使污水入管总量增加，使污水处理厂不能持续高效运行。规划区部分已建的污水处理设施突出问题是进出水较少甚至没有，成为“晒太阳”工程。汛期水量对污水处理厂造成极大负荷，污水处理厂处理能力不足，大量污水直排入河。

2)污水处理厂的污水处理能力与排水管网的污水收集能力不协调 排水管网随着城市的发展同步建设，但污水处理厂并未随之同步改建或扩建，造成超过污水处理厂处理能力的污水直接排入水体；污水处理厂按照规划建成，但排水管网尚未完全接通，未收集进入处理厂的部分污水仍直接排入水体。

目前高新区已设置一处小型集中污水处理设施，规模为200m3/d，仅考虑该区局部居民区污水的纳入处理。其余地区内尚未建成系统的污水处理厂，但由于规划的污水处理厂刚通过污水厂选址论证，尚未进行污水厂及其配套管网设计，其处理厂的建设运行需要较长一段时间，高新区一带的污水仍未得到有效收集处理。居民用水基本未经处理直接排入河道，河道污染比较严重。区内62个行政村约5.6万人口生活污水及部分工业废水直排入河，造成该区水环境污染日益加重，如在污水厂及其配套收集管网建成前再不对农村污水加以收集处理，而任其自由排放，势必将对镇区水环境造成更加严重的污染，乃至影响规划区内居民的生活健康。

因此，污水处理厂与排水管网需要建立一体化运行机制，统一调度，统一管理，使城镇排水系统能够在黑臭水体治理中发挥更大的作用。

2.3 河道

1)河道沿街经营场所排污现象普遍。沿街商业经营场所(餐饮、洗车修车行、农贸市场等)排水管道私接严重，污水排放口比较分散，分别接入市政检查井或直接排入雨水口；大部分农贸市场、水产批发市场、屠宰场也将污水、冲洗污废水直排或通过地面汇流入河道。

2)开发区内企业雨污分流不到位，偷排漏排问题突出。开发区内有些市政雨污水管基本建设完善，但在企业园区内雨污水管仍有混接、个别企业偷排等现象，导致开发区支流水质长期黑臭或有刺激性气味。

3)工业园区以外的零星工厂、小作坊、村内企业存在污水偷排。园区外企业随机分布，难以监管，污水直排河道造成污染严重。

污水直排、偷排偷放使河道受到严重污染，加大黑臭水体的治理难度。

2.4 防洪排涝系统

城市防洪排涝系统能力不足，对排水管网和污水处理厂造成极大负荷，也使城市水体受到面源污染。

Ⅰ 流域集雨面积100.5km2，涝片主要涵盖工业区、城北片区、朝阳镇及α区大部分地区，该涝片地势西北高东南低，下游涝水难于自排，需采用泵排。Ⅱ 流域集雨面积17.4km2，Ⅲ 流域现状集雨面积18.8km2，涝片主要涵盖α区西部片区和β区东部。

3 总体方案建议

为了改变污水处理厂、排水管网、河道相互独立使排水系统无法正常发挥其功能的现状，提高水环境综合整治的效果，提出厂网河一体化机制。

厂网河一体化机制是指对区域内所有的污水处理厂、排水管网、河道、调蓄池及污水泵站进行统一调度和综合管理，从而实现各涉水要素智慧化自动运行，使城市排水系统充分发挥其功能，安全稳定高效运转，污水水质达标排放。污水处理厂、排水管网与河道一体化能够做到科学预警，提高应急处理能力，建立联合调度机制，提高设备使用效率，保障水环境治理项目有序开展、稳定运行。

3.1 完善排水管网，对建成区管网进行普查改造修复

通过新建和改造污水收集管网，实现管网全覆盖，进一步提高污水收集率。针对市政污水管网存在缺失、老化、淤堵、串接等问题，共新建、改造市政管网7 408m，分流店铺污水549个，截流小区417个(截流倍数n0=1)。

Ⅰ流域沿路共改造店铺错接点157个，涉及店铺共304家，小区截流85个(见表1)。通过道路沿线污水截流改造，Ⅰ流域减排污水入河约2 353m3/d。

表1 Ⅰ流域河道改造情况

Ⅱ流域沿路共改造店铺错接点118个，涉及店铺共269家，小区截流148个(见表2)。通过道路沿线污水截流改造，Ⅱ流域减排污水入河约3 619m3/d。

表2 Ⅱ流域河道改造情况

Ⅲ流域店铺错接分流点274个，小区污水截流点184个(见表3)。通过道路沿线污水截流改造，Ⅲ流域减排污水入河约3 436m3/d。

表3 Ⅲ流域河道改造情况

3.2 对污水处理厂进行提标改造扩建

建立监测预警系统，对污水处理厂的进水水质与水量进行实时监测，超出监测值时及时进行预报预警，从而确保污水处理厂能够稳定高效运行。同时也要确保污水处理厂的污水处理能力与排水管网的收集能力相协调。污水处理厂处理能力不足时，需对污水厂进行扩建，实现区域内污水全收集、全处理。西区污水处理厂2017年平均进水量2.2万t/d，现状规模4.0万t/d，规划远期规模6.5万t/d；东区污水处理厂2017年平均进水量10.0万t/d，现状规模13.0万t/d，规划远期规模30.0万t/d。

3.3 设置调蓄池

东区污水处理厂晴天和雨天截污水量如表4,5所示。

表4 晴天水量统计 (m3·d-1)

表5 雨天水量统计 (m3·d-1)

由表4可知，晴天水量约为2.57万m3/d，因此，东区污水处理厂现有能力满足截污水量增加后的处理。但雨天水量增加会对排水管网造成较大负荷，若直接将雨水管网收集到的初期雨水送往污水处理厂，也会对污水处理厂造成较大的冲击负荷。雨天由于截流倍数的影响，水量约为4.6万m3/d。因此，需采取必要的调蓄措施，从而减轻现状污水处理厂的运行压力。

调蓄池能够在暴雨时暂储雨水，将管道内的流量峰值削减至管道流量限值内，起到调节管道流量的作用。降雨初期的雨水污染程度较为严重，调蓄池暂储初期雨水，能够有效控制城市面源污染。调蓄池还能起到沉淀雨水中污染物的作用，降雨结束后，调蓄池中的雨水经处理后可以再利用。在合流制排水系统中，暴雨时雨水常常溢流，未经处理直接入河，对水体造成污染。调蓄池能够对污水进行截留收集，避免溢流，保护水体。

因此在东区污水处理厂现状服务范围内不同河道上共设置8座调蓄池，总容积28 550m3。最终雨天进入污水处理厂的截污水量为17 422m3/d。降雨过后，调蓄池内续存水量需在规定时间内排空，就近排入市政管道进入污水处理厂或就地处理。根据计算，截污工程实施后污水处理厂处理负荷约为14.6万m3/d，缺口1.6万m3/d。因此，结合用地、水质、水量等因素，在有条件的点位对调蓄池蓄存雨水进行就地处理。

3.4 设置污水泵站

污水泵站在城市防洪排涝、污水运输过程中起重要作用。排水管道与调蓄池收集到的污水通过污水泵站集中排放到污水处理厂，处理达标后再次利用或就近排入水体，保护水环境并实现水资源的循环利用。为此，内河水环境综合整治项目增设了16个排水泵站，保证排水系统正常运行，污水达标排放。

3.5 建立厂网河一体化调度系统

排水系统涉及雨污水的收集、输送、储存、处理以及排放，是一个高复杂度的系统。市区内河水环境综合整治项目包括 17个智能分流井、5个调蓄池、16个排水泵站以及管网建设等。这些设施和设备的实时联控，将从系统化、全局化的层面，提高空间利用率和时序合理性，最大程度发挥价值，优化利用率，减少合流制管网溢流，提高运维质量和效率，提升水环境综合整治的效果。

厂网河一体化调度系统包含一个数据中台和综合展示系统、项目管理系统、资产管理系统、绩效考核系统、联合调度系统、预警及应急指挥系统和移动综合 7个子系统，运用地理信息系统(GIS)、网络通信、工业自动化控制、移动互联及数字模拟等技术，构建具备信息处理、项目监管、资产维护、效果评估、应急指挥、联合调度等功能的智慧水务平台，实现市区内河水环境综合整治项目的智能管理和控制，提升水务设施的精细化管理水平。

该系统设置了黑臭水体专题模块，实现了对黑臭水体治理情况的展示和监控，该系统对治理区域所有黑臭河道的主要监测指标实现了在线监控，并按照考核办法编制相关计算程序，建立了黑臭水体综合考核体系，实现了对黑臭水体的全方位、精细化、自动化的考核评估，项目管理者能够对黑臭水体的治理效果及时掌握，并可以实现逐级追溯，保障黑臭水体的治理效果。

4 结语

漳州市区排水系统是一个复杂、庞大的网络体系，由于长期运行以及雨污混接、运行管理不善等原因，导致管网高负荷运行，极易造成排水管道内污泥沉积、结垢、腐蚀及破裂，影响其运行效果甚至造成城市内涝、溢流污染等事故。

厂网河一体化能够充分有效地利用城市现有的水务资源，使城市中的黑臭水体问题得到极大改善，智慧化的水务系统可提高污水处理厂和污水管网的精细化管理水平，保证污水处理系统的稳定性，提高污水处理效率，实现节能降耗、节能减排等重要功能。同时，智慧水务建设在提高效率、减少工作人员、降低劳动成本等方面也有积极作用。智慧水务平台建设将提升水环境质量，缓解城市内涝，实现全过程的完整数据监管，促进水务现代化管理与服务水平的快速提升。