基于黑臭水体治理的城市雨污分流改造技术研究

张 东

(辽宁润中供水有限责任公司，辽宁 沈阳 110170)

0 引言

随着城市开发进程的加速，城区占用水系空间问题严重，环境污染问题日益突出，城市水环境的治理尤为重要，其中黑臭水体的存在是一个不可忽视的问题[1-2]。黑臭水体的形成主要是由于水体中有机物、氨氮等物质的含量过高，导致水体缺氧，加大了水系污染负荷，从而产生黑臭物质。此外，城市雨污合流也是导致黑臭水体形成的重要原因之一[3]。黑臭水体不仅严重影响了城市环境质量，也威胁到了人民的身体健康[4]。为了有效治理黑臭水体，需要对城市排水系统进行改造，实现雨污分流，对黑臭水体进行治理，以减轻水体污染压力。在实际工作中，需要结合当地实际情况，选择合适的改造技术。其中，最为常见的改造技术包括：排水系统的清淤和修复、雨水收集系统的建设、污水处理和再利用等[5-6]。

基于黑臭水体治理的城市雨污分流改造技术是当前城市化进程中一个重要的研究方向，本文以贵阳市城区某城市雨污管网分流改造为研究对象，在分析城区现状雨污管网系统问题的基础上，对城区不同雨污合流工况下的管道进行技术改造，以实现城市环境的改善和人民生活水平的提高，为城市的可持续发展做出积极贡献，研究成果可应用老旧小区管网改造、城市雨污管网技术改造和城市水环境治理。

1 工程概况

某城市雨污管网覆盖老城区约52km2，涉及的区域包括居民区、商业区等，建设内容包括雨污水排水系统建设、雨水收集系统建设、污水处理和再利用系统等，项目的总投资额达到10亿元，建设周期为3年。其中，雨污水排水系统的建设内容主要包括新建管道、对现有的排水管道进行全面的检查和清理，清除管道中的污染物和障碍物，修复管道破损和漏水等问题，新建管道包括主干道、次干道和支路的排水管道，建设污水主管道总长约141km，雨水主管道总长125km，涉及的排水管网主要采用PE管、波纹管和混凝土管等具有良好耐腐蚀性、抗压能力的材料；雨水收集系统建设主要为了实现雨水的有效利用，收集的雨水可用于绿化浇灌、冲厕所等用途，减轻排水系统的负担促进水资源的可持续发展，雨水收集系统的设计总容积为50万m3，设计流量为每小时200m3；污水处理和再利用系统主要新建污水处理厂10座，占地面积为2.82万m2，配备泵站15个，单泵设计流量为每小时500m3，污水处理系统对服务面积内的生活污水和工业废水进行处理，通过先进的生物处理和膜处理技术相结合，污水净化效率达到90%以上，处理后的污水可以转化为可再利用的水资源，如用于工业冷却水、城市绿化用水等。

2 城区雨污管网系统现状分析

综合城区雨污管网的现场调研，城市的老城区由于历史原因，人口稠密、基础设施逐渐趋于老化，使得一些老旧管道未能及时进行更新，排水系统偏低，同时新建管道的敷设速度也无法与城市扩张相匹配，导致排水系统的建设和改善在实际操作中相对滞后，进而成为了城市基础设施建设中的瓶颈[7-8]。根据最近的管网普查数据，建设范围内的雨水管网系统普遍存在混乱状态，合流制排水区域的规模较大，污水和雨水管道混接乱接现象严重，老城片区市政道路上的雨污混接乱接问题尤为显著，雨污混接乱接点竟多达200余处，导致雨污混流现象严重，成为了亟待解决的问题[9]。城区现状的雨污排水方式如图1所示。

图1 城区现状的雨污排水方式

3 城区雨污管网分流改造技术

针对城区雨污管网的分流改造，应根据目前道路中雨污管网的实际布置情况、管道规格和破损情况进行有针对性的施工设计[10-12]。对于合流管径满足雨水排放要求且直径大于等于1000mm、有污水管道管位且存在管道破损情况是，宜对现状的合流管道进行清理和修补，并充分利用现有管道作为雨水管道再利用，而对于合流管径不能满足雨水排放要求或者管径小于1000mm，存在破损时宜进行清淤和破损修复，不存在破损时，保留作为污水管网再利用，同时新建雨水管网。具体根据雨污管网分布和街区现状，可以分为3种不同的分流改造工况，分别是工况A(街区雨污分流)、工况B(街区雨污合流且短期内可实现分流)、工况C(街区雨污合流且短期内无法实现分流)。

在工况A条件下，现状街区内的雨水管和污水管网为分流状态，只是进入到市政道路中时经过雨污合流管道进行排水，这种工况下的雨污分流改造较为简单，改造方法为在市政道路内新建雨水管道，预留街区雨水接口，原来的合流管道保留为污水管道，街区内的雨水和污水分别排入市政道路的雨水管道和污水管道中，即可实现雨污分流，如图2所示。

图2 工况A条件下雨水管网分流改造示意图

在工况B条件下，现状街区内的雨水管和污水管网为合流状态，进入到市政道路中时也经过雨污合流管道进行排水，由于这种工况下街区内的合流排水管道错综复杂，污水与雨水混合排入雨水管道的负面影响远大于污水与雨水混合排入污水管网的负面影响，因此，污分流改造需在市政道路和街区内均新建雨水管道，市政道路中的雨水管道预留街区雨水接口，原来的合流管道保留为污水管道，街区内的雨水和污水分别排入市政道路的雨水管道和污水管道中，即可实现雨污分流，如图3所示。

图3 工况B条件下雨水管网分流改造示意图

在工况C条件下，现状街区内的雨水管和污水管网为合流状态，进入到市政道路中时也经过雨污合流管道进行排水，同时在近期条件下街区无法实现雨污分流，在这种工况下的雨污分流改造需在市政道路内均新建1套雨水管道，市政道路中的雨水管道预留街区雨水接口，原来的合流管道保留为污水管道，同时街区雨污合流管道出口预留截流井，使得污水在无降雨时得到截流，防止污水排入雨水管道，如图4所示。

图4 工况C条件下雨水管网分流改造示意图

4 城市雨污分流改造后黑臭水体的处理效果研究

为了研究城市雨污改造后黑臭水体的处理效果，对污水处理厂中进出水氨氮浓度、BOD浓度、总氮浓度和总磷浓度进行观测，结果如图5—8所示，见表1。图中1—8月数据为雨污分流改造前浓度，9—12月数据为雨污分流改造后浓度。从图5—8可以看出，在雨污分流改造前后，以9月份为分界线，黑臭水体进出水氨氮浓度、BOD浓度、总氮浓度和总磷浓度均呈现明显的下降，表明雨污分流改造技术对黑臭水体的治理起到了良好的作用。

表1 雨污分流改造前后黑臭水体各指标浓度对比

图5 雨污分流改造前后黑臭水体COD浓度对比

图6 雨污分流改造前后黑臭水体氨氮浓度对比

图7 雨污分流改造前后黑臭水体总氮浓度对比

图8 雨污分流改造前后黑臭水体总磷浓度对比

5 结论

以某城市雨污管网分流改造为研究对象，通过分析城区现状雨污管网系统现状，开展技术改造，得到以下结论。

(1)城市的老城区人口稠密、基础设施逐渐趋于老化，老旧管道未能及时更新，雨水管网系统普遍存在混乱状态，合流制排水区域的规模较大，污水和雨水管道混接乱接现象严重。

(2)针对街区雨污分流、街区雨污合流且短期内可实现分流、街区雨污合流且短期内无法实现分流，提出相对应的分流改造技术措施，有效解决了城区雨污管网合流现象。

(3)雨污分流改造前后，黑臭水体进出水氨氮浓度、BOD浓度、总氮浓度和总磷浓度均呈现明显下降，表明雨污分流改造技术对黑臭水体的治理效果良好。