城市街区供排水系统水质安全事件分析及控制对策

侯云鹤,李 微,董紫君,孙晓辉,宁克明,宁雨阳

(1.沈阳建筑大学市政与环境工程学院,辽宁沈阳 110168;2.深圳大学土木与交通工程学院,广东深圳 518060;3.中国市政工程西北设计研究院有限公司深圳分公司,广东深圳 518027)

城市供排水系统安全问题关系民众的健康,是重大社会安全问题。以往我国关于供排水系统的划分和研究,主要是市政供排水系统和建筑供排水系统两大类。近年来,伴随着以新冠病毒为代表的疫情防控工作的推进,街区尺度的供排水安全保障凸显出越来越重要的意义。街区(BLOCK)管理的概念源于美国,是一种较新的社区规划和管理理论[1]。我国疫情防控就是以社区、街区为最小核心单元,街区制的网格化监管模式也已在我国城市和乡村逐步推广。街区供排水系统,既涉及建筑单体供排水,也包含部分市政供排水,是个交叉、桥梁的研究系统[1]。城市街区供排水系统包括街区供水、建筑供水、用户终端用水、建筑排水、街区排水、市政雨水等多个单元,其复杂环境既可能是赋存了大量潜在高风险污染物的传播源,也可能是促进污染物传播的重要媒介。街区层面的供用水安全事件频发,饮用水在进入市政管网时各项指标必须达到国家生活饮用水水质标准,但在供水末端,却缺乏相应的标准及有效管理。本文在梳理涉及街区供排水系统标准、规范的基础上,重点回顾了街区供排水系统水质安全事件,从污染原因、污染物类型、风险节点等方面进行了梳理分析,总结了街区供排水系统存在的主要安全问题及控制对策,期望为街区供排水系统的防控和日常运行维护提供技术指引,为政府决策提供理论支撑。

1 城市街区供排水系统安全的标准、规范、指南

在疫情暴发期间,存在病毒、致病菌等经由排水系统传播污染环境,进而对住户健康造成影响的案例。多个研究[2-3]报道在新冠肺炎患者粪便中发现新冠病毒。此外,疫情防控中抗疫化学品大量使用形成的化学污染物对环境健康也会带来危害,例如采用含氯抗疫化学品等对环境介质进行消毒会产生高毒副产物,需要引起足够警惕。在城市街区中,室外供排水管网、建筑内供排水管网、建筑小区供排水设施、景观用水设施等都可能存在这些风险。因此,城市供排水系统安全运行是特殊时期人们防护和抗击疫情的一道重要防线。针对街区尺度的供排水系统安全防范,我国尚没有独立的规范、指南,因此,需要综合考虑涉及街区市政供排水以及建筑供排水的标准。为防范以新冠病毒为代表的病原微生物在供排水系统中的传播,我国也颁布了多项应急指南。表1总结梳理了涉及我国城市街区供排水系统安全的标准、规范、指南(指引)。关于街区供排水系统安全的标准和规范主要有《城镇给水排水技术规范》[4]、《建筑给水排水设计标准》[5]等。新冠疫情暴发以来,为保障城市供排水系统安全稳定运行,发挥城市供水、排水与污水处理系统正常功能,环保部率先紧急出台了《应对新型冠状病毒感染肺炎疫情应急监测方案》,提出在水质常规监测的基础上,增加对供水系统病原菌和余氯等监测指标;住建部发布的《重大疫情期间城市排水与污水处理系统运行管理指南(试行)》则从城市排水系统从业人员的安全防护,以及排水系统的科学运行管理出发,充分考虑了是否接纳疫情确诊患者排水作为城市排水与污水设施风险等级划分标准,是否将作业区从业人员接触和吸入暴露风险作为不同工作场所的安全风险等级划分标准等问题,有利于指导重大疫情期间城市排水与污水处理行业的精准防控;2020年,中国建筑学会发布了《办公建筑应对“新型冠状病毒”运行管理应急措施指南》,针对疫情期间办公建筑人员较为密集、空间有限的特点,从通风空调、给水排水系统、系统清洁和保洁消毒、垃圾收集和暂存4个方面,给出有效的指导和建议。

表1 城市街区供排水系统安全的标准、规范、指南(指引)

地方政府、环保部门也因地制宜制定了相应的指南、指引。深圳市生态环境局联合深圳市水务局发布了《关于进一步做好排水设施新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控工作通知》,组织编制了《深圳市新型冠状病毒感染的肺炎疫情防控时期建筑与小区排水系统防范病原体传播工作指引(试行)》等文件:重点抓好污水管网和38座水质净化厂及26座分散式处理设施;要求污水管网作业人员做好安全防护,非紧急情况原则上避免人工下井作业;水质净化厂及分散式处理设施要加强消毒,其中,水质净化厂出水消毒工艺由1道调整为2道,即必须经过紫外线消毒和化学药剂消毒;同时,每天监测进出水余氯及粪大肠菌群指标,强化运行监管,确保水质达标,以达到防疫全链条环境监管的效果。这些指南、指引的颁布,一方面为疫情期间,街区供排水系统防范新冠病毒传播提供了有效的应急指导;另一方面,也将为供排水系统长期阻控病原微生物(如诺如病毒、军团菌等)提供科学、系统的指南依据。

2 街区供排水安全事件回顾及分析

目前,国内外专门针对街区供排水安全事件的风险研究还较少,需要系统地回顾污染事件,研究相关文献,识别重点污染物种类,分析风险强度,梳理风险分布情况,以构建系统化控制对策。

2.1 基础资料来源

以“水污染”“水污染事件”“生活饮用水”作为关键词,在中国知网和搜索引擎中检索到“水污染事件调查”文献及报道248篇,筛选去除非街区供排水水污染事件、综述、分析类文献113篇,得到有关我国街区供排水系统水污染事件135篇[6-42],作为本文分析研究的基础资料。

2.2 水污染事件发生的主要原因

分析了135件水污染事件的主要原因,总结于表2。水污染事件发生的主要原因经过梳理分为外因(工业生产事故、降雨、污染物外泄)、管网(管道破裂、管道堵塞、管道错接)、运营管理(制水故障、停水、工人检修操作不当)。所有水污染事件中由于工业生产事故、降雨、污染物外泄引起的件数为23、12、11件,占总水污染事件的17.04%、8.89%、8.15%,管道破裂、管道堵塞、管道错接导致的水污染事件有14、7、4件,占总水污染事件的10.37%、5.18%、2.97%;运营管理中工人检修操作不当、制水故障、停水导致水污染事件分别为39、11、7件,占总水污染事件的28.89%、8.15%、5.18%。从表2的发生原因频次排序可以看出,工人检修操作不当造成的污染事件占比最多,因此,在日常供排水系统的管理中,应注意重点加强维修人员的专业知识和技能的培训,避免错接乱接管道、阀门造成供水安全事件。

表2 135件水污染事件发生的原因

2.3 水污染事件污染类型

135件水污染事件主要有化学污染和生物污染两种类型,其中化学污染共64件,占总水污染事件的47.41%,生物污染66件,占总水污染事件的48.89%(表3)。化学污染的污染物主要有金属、亚硝酸盐,它们引起的水污染事件分别为15、11件,占比为11.11%、8.15%,其次是砷等有害物质、化学药剂、挥发性酚类、苯及苯系物,它们引起的水污染事件分别为10、10、9、7件,占总水污染事件的7.41%、7.41%、6.67%、5.18%,主要是工业生产的污废水污染水源水或者水池水/二次水箱设置不合理导致污染物污染水池水,而柴油、油漆引起的水污染事件为2件。细菌为污染物的生物污染事件共53件,占比为39.26%,是引起水污染事件最多的污染物,由病毒引起的有9件,占总水污染事件的6.67%,病毒主要有SARS病毒、诺如病毒、甲肝病毒和轮状病毒,由红虫、藻类引起的水污染事件分别为3、1件,它们主要是通过污水排放系统传播污染环境、管理盲点或者二次供水不当造成的水污染。从统计可以看出,细菌造成的污染事件最多,这也反映了亟需加强对建筑与小区供水系统生物风险识别与防控。

表3 135件水污染事件污染类型

2.4 水污染事件污染途径及污染节点

表4为135件水污染事件污染途径及污染节点,135件水污染事件中街区供水、建筑供水、建筑排水、街区排水水污染事件分别发生69、52、9、5件,占全部水污染事件的51.11%、38.52%、6.67%、3.70%,可以发现水污染事件多发生在供水系统。所有水污染事件中,发生在水源水和管网中较多,分别为49、36件,占总水污染事件的36.30%、26.67%。水源水被污染主要是选址不合理导致污染物进入水源水或者未经过处理直接供给,而管网水主要是由于管道破裂滋生细菌、病毒或者管道堵塞、老化、管道连接不合理使污废水渗入被污染。有20件水污染事件发生在二次供水系统,占总水污染事件的14.81%,二次供水水池或水箱流动性差、一些小区做不到定期清洗,特别容易滋生细菌、病毒,导致水质变差,这也是二次供水系统发生水污染事件的原因。而发生在供水设备、地漏、垃圾存放处、阀门、化粪池的水污染事件则比较少,分别是5、2、2、2、1件,占比为3.71%、1.48%、1.48%、1.48%、0.74%。

表4 135件水污染事件污染途径及污染节点

2.5 水污染事件时间分布特征

水污染事件季节分布中水污染事件在夏季发生次数最多,有42件,占31.11%,其次是秋季和春季,分别发生35、32件,占总水污染事件的25.93%、23.70%,冬季相对较少,发生水污染事件26件,占19.26%。这可能是因为夏季温度较高,易燃、易爆、有毒害的化学物质不稳定,容易在运输的过程中发生爆炸、泄漏等情况,有毒害的化学物质会渗透到地下水,进而影响给水水质;而且有些微生物在温度高的条件下容易繁殖。因此,夏季、秋季时,管网、蓄水池、二次水箱容易滋生微生物,影响水质;其次,夏季、秋季雨水相对较多,容易引起污水管道污水的外泄,一些企业为了减少处理污水的资金投入,借助雨水稀释水中污染物的浓度,污水处理不达标或者不处理直接进行排放,有毒有害的物质随之流进水环境。因此,要着重注意夏季、秋季街区供排水系统的管理与维护,发现问题应尽快解决,保证居民的用水安全。

3 街区供排水系统存在的主要安全问题及控制对策

通过上文对街区供排水安全事件回顾及分析,总结了街区供排水系统控制点位,如图1所示,需要特别关注的节点有水源水、管网、阀门、地漏存水弯、化粪池等。同时,整理了街区供排水系统存在的主要安全问题、易发生污染的节点以及控制对策,总结于表5。在街区供水系统中,饮用水经消毒后确保用水水质,管网和供水设备定期检查及清理,并对工作人员进行相关培训;对建筑供水管网、水池水箱、阀门进行定期排查,保障供水水质[43],建筑排水系统的管道和化粪池要定期排查,保证地漏、存水弯水封完好,阻断下水管道内的污染气体进入室内[43-44];街区排水系统要加强合流制排水管网溢流口的管控,避免污水冒溢事故,选择质量合格的管道[44]。

图1 街区供排水系统控制点位

表5 街区供排水系统存在的主要安全问题、易发生污染的节点以及控制对策

4 结论

针对街区及以下尺度的供排水系统风险防控研究,我国目前尚处于起步阶段,面对新型污染风险,尤其是以新冠疫情为代表的重大风险,如何有效降低和控制风险、保护人民群众的生命和财产安全,是街区供排水领域亟待解决的问题。今后的研究应以供排水系统重大风险防控为重点,开展面向街区供水系统、建筑给水排水系统、街区排水系统的风险预判和识别技术突破,并应构建基于街区排水系统污染分级阻控技术的城市街区多尺度精准响应技术体系,阻断和控制重大风险传播,为供排水系统改造与日常管理维护提供理论和技术支撑。