山区城市溢流污染控制技术探究

摘 要：本文对德化县水环境现状进行调查分析，结合德化县浐溪下游尾厝断面三类水达标目标，根据污染源调查结论，经过分析论证得出面源污染是造成尾厝断面未达标的主要原因，提出多种治理方案，经过技术经济比选，推荐采用初雨截流方案进行城市溢流污染控制。同时，根据山区城市特点，提出采用线型调蓄工艺，符合德化县山区城市特点，可以解决德化县水环境污染问题。

关键词：德化县；水环境；尾厝断面；污染源；溢流污染；线型调蓄

中图分类号：TU 992 文献标志码：A

国内大多数城市采用雨污分流制和合流制相结合的排水体制，导致雨季时污水和雨水混合排放，造成溢流污染，雨天溢流污染已成为制约城市水环境持续改善的瓶颈[1]。例如湖北省武汉市，雨污混合溢流污染已成为制约城市发展的一大难题。武汉市在机场河、南湖区等地实施了溢流污染控制工程建设，通过管网普查、雨污分流改造、初雨截流调蓄、智慧水务平台建设、提升末端污水处理能力等措施有效地改善了当地的水环境[2]。

德化县位于福建省中部，城区建成区面积约33km²。浐溪流经德化县城区，城区汇入浐溪的主要支流有盖德溪、丁溪等7条溪流，德化县域地表水体均须达到Ⅲ类功能区标准。随着德化县陶瓷产业蓬勃发展，城镇化速度加快，受雨污溢流、河道底泥内源污染物的缓慢释放、水体丧失自净功能等问题影响，各支流及浐溪均受到不同程度的污染，尽管采取多项措施进行治理，但浐溪下游的尾厝断面还是不能稳定达标。根据2021年逐月水质监测情况，尾厝断面的NH3-N、TP两项指标每月均出现超标情况，德化县水环境综合治理已成为一项紧迫任务。

1 现状区域排水情况

德化县城区雨污分流管网按“与污水厂同步适当超前”原则，总体规划，分期实施，基本覆盖城区建成区。目前，管网按分流制进行规划设计，老城区采用截流式合流制，截流倍数n=1；新建区或新建排水管采用分流制。德化县污水系统主干管为浐溪南北两岸的沿河截污干管，管网工程已经铺设DN500～DN1200污水干管约50km，DN500以下的次干管及支管约230km，沿线接受各片区污水支管后，末端进入德化污水处理厂集中处理。

德化县在浔中镇凤洋村深洋坂建有1座污水处理厂，总处理规模为6.0×104m3/d，出水执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准。

2 现状调查及污染源分析

2.1 点源污染调查

2021年12月初对浐溪主河道沿河排口进行排查及初勘，共发现排口61处，其中旱季排水37处，水量共计约8000m3/d，对盖德溪沿河排口进行排查及初勘，共发现排口5处，均为旱季排水，水量共计约500m3/d。对丁溪沿河排口进行排查及初勘，共发现排口34处，其中旱季排水22处，水量共计约5000m3/d。对缨溪沿河排口进行排查及初勘，共发现排口14处，其中旱季排水7处，水量共计约1500m3/d。

对大云溪沿河排口进行排查及初勘，共发现排口70处，其中旱季排水30处，水量共计约1000m3/d。其中，城后溪、宝美溪、后所溪按排口考虑，入河水量分别为1500m3/d、3000m3/d、1500m3/d。具体见表1。

2.2 面源污染调查

通过资料梳理及现场勘察，浐溪流域内面源污染主要类型分为绿地、城镇面源污染、工业面源污染、农业面源污染、农村生活面源污染、畜禽养殖面源污染。

2.2.1 城镇面源调查

经现场调研，流域（德化县城区）范围内分布大量生活居住小区、商业、学校、医院、机关单位等，范围内干沉降、垃圾堆放及转运、交通运输、人类活动等产生积累在路面上的污染物会以雨水径流为驱动力，通过排水管道直接排入河道，调查范围内城镇面源污染分布面积为15.92km2。

2.2.2 工业面源调查

经现场调研，流域内工业企业以陶瓷生产及其配套产业为主，主要分布在鹏祥产业园、宝美产业园、诗墩产业园及城东产业园等。园区内企业在生活生产过程中存在部分污染物散布在厂区及周边范围内，随着雨水径流排入河道影响水质，调查范围内工业面源污染分布面积为5.53km2。

2.2.3 农村生活面源调查

经现场调研，农村具有特定的自然景观和社会经济条件，在农村生产生活过程中也会产生一定的特定属性的污染物。农村雨、污水系统配套不完善，部分区域未修建相关系统，污水以散排为主，自然消亡为辅，地表富集大量污染物，随着降雨污染一定范围内的地下水及地表水。调查范围涉及龙浔镇、浔中镇、盖德镇及三班镇内的农村常住人口数约为1.5万人。

2.2.4 畜禽养殖面源调查

根据资料梳理及现场调查，流域范围内无规模化畜禽养殖厂，仍存在少量散养现象。生猪养殖清粪方式主要为水冲，污水未经处理或者简单处理后直排外环境，严重污染水环境。截至12月10日，龙浔镇、浔中镇、盖德镇、三班镇范围内目前清退剩余户数34户，生猪约1700头。

2.2.5 农业面源调查

经现场调研，农业种植需要定期施用化肥农药，化肥主要为氮磷肥，土壤中残留的氮、磷量较高，农田灌溉排水或者由降雨形成的地面径流携带氮磷污染物排入水环境，对水环境造成一定影响。流域范围内主要种植水稻、甘薯、马铃薯及蔬菜等，主要施用复合肥或者氮肥等，使用量约为20000kg/m2· a，灌溉方式为沟灌及人工浇水。调查范围涉及龙浔镇、浔中镇、盖德镇、三班镇内的农业面源污染分布面积约为4.2hm2。

2.3 内源污染调查

经现场调研，浐溪及其支流坡度较大，淤泥堆积主要存在于浐溪及丁溪拦水坝前部分段河道，面积约0.27km2。

2.4 污染物负荷估算

2.4.1 旱季入河污染物负荷估算

根据对各类污染源负荷进行估算，包括直排污水、污水厂污水、溢流污水、城镇面源、工业面源、农村面源、河道内源，得出浐溪流域内各类污染源污染负荷量。

除污水处理厂外，旱季约有2.2万t污水直排入河。

直排污水为入河氨氮、总磷、COD污染分别贡献了77%、71%和80%。如图1所示。

2.4.2 雨季入河污染物负荷估算

对各类污染源负荷进行估算，包括直排污水、污水厂污水、溢流污水、城镇面源、工业面源、农村面源、河道内源，得出浐溪流域内各类污染源污染负荷量。

氨氮指标：溢流污染（35.04%）gt;直排污水（28.04%）gt;城市面源（15.72%）gt;工业面源（8.62%）gt;污水厂尾水（7.53%）gt;农村面源（4.69%）gt;河道内源（0.37%）。

总磷指标：溢流污染（34.71%）gt;直排污水（23.84%）gt;城镇面源（16.92%）gt;污水厂尾水（9.71%）gt;工业面源（6.53%）gt;农村面源（5.85%）gt;河道内源（2.47%）。

COD指标：城镇面源（44.83%）gt;工业面源（30.31%）gt;溢流污染（11.33%）gt;直排污水（9.34%）gt;污水厂尾水（2.25%）gt;农村面源（1.87%）gt;河道内源（0.08%）。具体情况如图2所示。

2.4.3 入河污染物总量估算

直排污水在旱季对入河COD贡献最大，截流转输至污水厂处理，可有效降低旱季COD入河污染，以降低断面COD超标的风险；城镇面源在全年对入河COD贡献最大，结合溢流污水、工业面源，雨季COD入河污染量比旱季增长得多，需要有效收集处理，以降低断面COD超标风险。

直排污水在旱季对入河氨氮贡献超过75%，占全年贡献的1/2，无论旱季雨季均是最大的污染源，是导致尾厝断面超标的重要原因，需要有效收集处理，以提高断面氨氮达标的可能性；雨季面源污染和溢流污水对入河氨氮贡献不可忽视，需要配合污水直排同步收集处理，以提高断面氨氮达标的可能性。

直排污水无论旱季雨季均是入河TP最大的污染源，需要有效收集处理，以提高断面TP达标的可能性；雨季面源污染和溢流污水对入河TP贡献不可忽视，需要有效收集处理，以降低断面TP超标的风险。具体情况如图3所示。

3 尾厝国控断面水质分析

3.1 现场调查结果

为分析尾厝国考断面水质，对降雨时尾厝断面各项考核指标进行取样测量，结果见表2。

由尾厝断面2021年12月20—21日降雨监测数据分析可得，降雨开始至降雨结束，NH3-N、TP均超标；NH3-N指标在雨后48h未恢复达标，TP指标在雨后48h恢复达标。

3.2 调查结果分析

浐溪水质管理目标为地表水III类标准：NH3-N≤1mg/L，TP≤0.2mg/L，CODCr≤20mg/L。尾厝断面超标指标主要为NH3-N，其次是TP，全年每月均出现超标情况。降雨期主要超标因子为NH3-N，其次是TP；NH3-N、TP浓度高于旱季。

从盖德溪汇入处进入城区水质开始变差，在丁溪汇入处开始超标，随着城后溪、缨溪、宝美溪、后所溪及浐溪沿河排口的污染排入河道，水质恶化达到顶峰（氨氮劣V类）；尾厝断面处水质总体超标频繁且严重。浐溪主要支流除盖德溪、大云溪外均超标，缨溪V类水，丁溪劣V类，宝美溪NH3-N超标5倍，城后溪NH3-N超标10倍，后所溪NH3-N超标15倍。

旱季排口直排入河、雨季通过截流设施溢流入河的污染及直排的污水是断面不能达标的根本原因；污水厂尾水的排放标准较低、出水水质较差同样是断面不能稳定达标的原因。

现有排水系统存在错接混接，雨季易造成雨污混流，末端截流干管能力不足，最终导致合流水溢流污染。

4 治理方案

4.1 总体思路

对水环境治理常规措施进行对比分析，采取最经济的手段，在达成国控断面达标的同时，尽量减少不必要的子项，降低工程投入，如图4所示。

实施目标：浐溪尾厝断面国考水质指标年均达标（Ⅲ类），化学需氧量（COD）≤20mg/L，氨氮（NH3-N）≤1.0mg/L，总磷（TP）≤0.2mg/L。

实施策略：干流治理—旱季污水不入河，雨季污染受控制；支流治理—支流当作干流治；水厂改造—旱季不闲置，雨季有弹性。

4.2 方案比选

方案一：完全雨污分流方案。

方案二：截流+调蓄方案。

具体情况见表3。

从现状来看，老旧城区现有排水体制大都为雨污合流制，新建小区基本采用雨污分流制。如果近期将合流制排水全部改造为分流制，那么难度大，需要时间较长，并且中心区建筑密度大、街道狭窄，改造时涉及人数多，需要大面积破马路、拆迁，施工复杂，工程投资大，近期难以实现。

因此，规划区域内排水体制原则上为分流制排水体制，其中新建城区、开发区一律采用分流制，老城区通过旧城区改造，在现有截流式合流制基础上随城市改造逐步过渡为分流制。城市建设时，需要结合雨水收集与调蓄尽量截流初期雨水，降低土地开发对环境带来的负面影响[3]。

通过对比完全雨污分流方案和截流调蓄方案发现，截流调蓄方案在入河污染负荷削减方面作用稍弱（均可达标）的前提下，可以大幅减少工程投入，尤其在山区地形，在同等过流能力前提下，经济性更高。

综上分析，采用截流+调蓄方案解决德化县国控断面达标问题。

4.3 工程总体方案

4.3.1 截流系统

根据现况管线能力评估，北岸污水干线管径较小，转输能力比南岸差，且北岸存在较大面积老城区（合流制区域），雨季溢流严重，在浐溪北岸新建截流管涵干管，南侧充分利用现况干线剩余能力，不再新建截流干线，采取分段转输至北岸干线的方式；根据支流水质检测结果可知，丁溪、缨溪及宝美溪也存在管道转输能力不足的情况，在支流新建截流管。沿河新建智能截流井，精准控制雨季溢流收集量。

4.3.2 污水厂提标、扩容

根据对现况污水厂的评估结果，现况处理能力不足且难以达到地表水准IV标准，拟采取如下方案：扩建4万t污水处理系统，改造既有污水处理系统，处理规模达到10万t，出水稳定达到准IV类标准。

4.3.3 溢流污染调蓄设施

以尾厝断面水质达标为目标，考虑污染负荷目标削减率、下游排水系统运行负荷、系统原截流倍数和截流量占降雨量比例之间的关系等重要因素[4]，结合污水处理厂扩容方案，综合模拟计算确定调蓄设施规模为2万m3。

4.4 调蓄池方案对比

由于建设调蓄池选址与月亮湾湿地公园项目有冲突，需要占用月亮湾湿地用地，因此对2个调蓄方案进行对比，见表4。

经分析比较，在月亮湾湿地公园下建设调蓄池施工难度较大，造价较高，且会影响人工湿地景观，推荐采用方案二，即采用线性调蓄的方式，将20000m³的调蓄池改为在浐溪内（八中体育场～污水厂）建断面B×H=2.5×2.5和3.0×3.0，长度各为2km的线性调蓄箱涵，绕过月亮湾，最后接入污水厂，蓄水容积可满足20000m³。建设线型调蓄箱涵不仅节约投资，方便日后的运行维护，而且分段收集初雨，兼带污水转输功能，还能带来显著的环境效益和社会效果，改善了水质和生态环境，提升了居民的生活质量。

5 结语

综上所述，德化县溢流污染控制是当前城区水环境治理重要且紧迫的任务，通过采取智能截流系、线型箱涵调蓄以及末端污水处理系统提标扩容等工程措施，符合山区城市的特点，可以有效减少溢流污染，确保浐溪下游尾厝国控断面稳定达标，提升德化县城区水环境质量。未来，水环境治理政策和技术创新应深入实施污染防治攻坚战，加大水环境治理投入，加强区域协同治理，发展智慧水务、源头治理技术、生物修复技术，共同推动水环境治理工作的深入发展。

参考文献

[1]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.城镇雨水调蓄工程技术规范：GB 51174—2017[S].北京：中国计划出版社，2017：13-19.

[2]解清杰，吴春笃，殷晓中，等.城市合流管网溢流污染控制技术应用/水污染控制技术研究丛书[M].镇江：江苏大学出版社，2014.

[3]刘硕，王通，范科文，等.山地城市合流制溢流污染控制措施研究[J].给水排水，2024（4）：51-55.

[4]谢磊，解铭，薛江儒.调蓄池在排水系统中的应用及发展方向探讨[J].中国给水排水，2023（12）：35-4.