城镇排水系统提质增效的全生命周期关键技术探讨

曹宏卫 周影烈

(1.东台市林场，江苏 东台 224200； 2.北京壹墨工程设计咨询有限公司，北京 101300)

1 现状排水系统存在主要问题

我国在之前的城市发展中一直“重地上、轻地下”，重视城市外表的规划与建设，完全不重视地下排水等配套设施建设，重视“数量”的建设，轻视“质量”的提升。

1.1 污水处理厂存在主要问题

近年来，随着国家对污水处理厂的重视，城镇污水处理规模不断增加，目前处理能力已由2010年的1.2亿m3/d提升到2亿m3/d，处理污水量接近600亿m3/年[1，2]，按已纳管地区折合的人均污水处理量远远高于人均产污系数，导致污水处理厂负荷率超过100%。但是，随着污水处理厂规模的不断增长，非但没有很好地解决黑臭水体的污染，反而出现规模持续不够，仍有源源不断的污水直排入水体。

满负荷低效率运行是我国污水处理厂存在的普遍问题，要想从根本上解决问题，单纯地通过提高处理厂规模、对处理厂进行提标改造只是杯水车薪，而应该从质上把外来水赶出去，提高进厂水浓度。《城市黑臭水体整治——排污口、管道及检查井治理技术指南》[3]中也明确指出：排水管道设在地下水位以下的地区，城市污水处理厂旱天进水COD浓度不低于260 mg/L，排水管道敷设在地下水位以上的地区，污水处理厂年均进水COD应不低于350 mg/L。

1.2 管网系统存在主要问题

管网是排水系统的核心，但是目前管网系统却存在着诸多问题。图1a)为排水系统正常运行图，由于管网缺陷、错接、雨污混接、清污不分、权属不一致等问题，大多数排水系统都无法正常运行，而以病害的状态运行，运行状态如图1b)所示。

2 排水系统提质增效关键技术

排水系统的提质增效是指以排水系统的问题和消除城市黑臭水体的目标为导向，通过构建健康的管网系统，由“规模增长”向“质量提升”转变，提升排水系统收集效能、处理效能，可分为三个阶段：完善排水设施，提高污水收集率，改良污水处理工艺；加强运营管理，管网排查修复，提高污水处理效能；加强污水系统资源化利用，实现智慧和绿色高质管理体系。

2.1 总体思路

排水系统提质增效是一项长期的系统性工程，兼顾工程性措施和非工程性措施。本文从“顶层设计—管网排查—管网修复—管网运营”四个层次，提出了基于提质增效的排水系统全生命周期管理理念，技术路线如图2所示。

2.2 排水系统顶层设计

排水系统顶层设计包括排水分区划分和排水体制确定。进行一厂一策排水系统提质增效的前提是一厂一策分区的合理性，首先分析各子分区的用地规划布局、地形地势、服务范围、工程规模、水系等，确定排水主干管的位置和走向，明确每个厂区的责任范围。

合理地选择排水体制，不仅从根本上影响排水系统提质增效的设计、施工和维护管理，同时也影响总投资以及后期的维护管理。从理论上来说，排水体制分为合流制、分流制和混合制，但实际上排水体制是雨水、污水、河湖水、山溪(泉)水、地下水等多水合一，管道高水位，雨天没有截流倍数，又与河道、地下水、沟(暗)渠相互贯通的“排水制度”。

基于排水系统提质增效，究竟采用分流制好，还是合流制好，并不能一概而论。尤其对于老城区的改造，应该结合建设周期、场地、管位、面源等特点，选择合理的排水体制，无需一味地进行“合改分”排水体制改造。只要把河水、地下水、山泉水等外来水从管网中赶出去，截流倍数内的初期雨水并不会占据太多管道和污水处理厂的容量，也不会因为处理初期雨水而降低进厂水COD浓度，反而可以削减部分面源污染。对于合流制溢流污染(CSO)，可以采用CSO调蓄池、生物滞留设施、深层隧道等灰色和绿色基础设施相结合的方式，进行综合整治以控制溢流污染。

2.3 基于海绵理念的径流污染控制技术

排水系统提质增效不光要进行污水系统的提质增效，雨水系统同样需要提质增效。污水系统提质增效可以通过截污、污水处理厂提标改造、雨污混接改造等措施。

东台黄海森林公园污水厂出水进入人工湿地，人工湿地由水平潜流湿地、垂直潜流湿地和表面流湿地组成。水平潜流湿地起到过滤细小悬浮物的作用，湿地填料和植物同时对污水中有机物具有一定的处理能力，降低后续处理的负荷。水平潜流湿地出水进入垂直潜流湿地，通过垂直潜流湿地中的物理、化学、生物三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解等作用，实现污水的高效净化。垂直潜流湿地出水进入表流湿地，表流湿地作为景观性湿地，同时对污染物具有一定的去除能力，达到削减污染物和打造生态环境的双重目的，最终达到Ⅴ类水后排放。

雨水系统提质增效重点在于初期雨水的截流净化，以减少雨水管道污染物质的堆积，大雨时再冲入河道而造成水体黑臭。海绵城市正是从“源头—过程—末端”布置低影响开发设施，径流总量和径流污染通过这一过程逐一控制。径流污染控制通过径流总量的削减而减少，也可通过植被、基质等作用而去除，通常通过重力分离(沉淀或沉降)、过滤、下渗、吸附、生物吸收、离子交换、化学转化等几种作用机理去除[4,5]。

2.4 管网问题溯源技术

管网问题溯源技术指的是借助在线监测的手段，对片区内管网进行水量水质定量化监测，对管网问题进行溯源分析，追究缺陷的根本，探索缺陷的源头，定位缺陷的具体位置，指导后续管网内窥检测或人工排查工作，目标旨在修复管道，使管网能够正常运行。管网问题溯源分析时，采用水量水质不平衡定量分析方法[6]。

2.5 满管流管网修复技术

由于管网渗漏、破裂等结构性缺陷，使得外水内渗，长期处于满管流状态的管道不在少数。但是目前的非开挖修复技术都是针对确定的管道缺陷进行修复，而满管流管道由于内窥技术的受限，无法明确缺陷类型和缺陷位置。

本文提出了“止水帷幕+气囊管堵+施工导水+常规修复工艺”的满管流排水管网修复技术。采用止水帷幕固化起到隔水作用，对于局部无法阻隔的漏点，钻孔并埋设导流管；通过在管头和支管处采用气囊管堵的方式，阻隔上游及支管水流入，并设置导水管越过施工管段直接排入下游；为减少越管排放的水量，可通过合理的建设时序，根据支管—干管—主干管的时序，先修复上游支管和干管，最后再修复主干管，使得上游的水以最小流量排入方沟。

2.6 智慧排水运营管理

智慧运营管理是排水系统高质量运营管理的解决途径和必然趋势，是实现排水设施全生命周期运营养护的最佳手段。

国内目前大部分智慧排水平台因操作复杂，数据缺失，功能综合性导致无法顺利进行推广应用。本文认为应该针对城市管网存在的问题针对性开发小而精致的智慧运营系统，智慧运营平台应该委托给专业公司管理，而不是由政府的排水管理处使用。经过细分后的智慧运营平台最终旨在实现四大目标：一是以管网提质增效、治理城市内涝和黑臭水体建设项目实施有效性为导向；二是以提升管网、河道运行安全性和决策管理水平为最终目标；三是全面发展水务智慧化建设；四是打造先进的行业信息化平台。

3 结论

排水系统提质增效不是一项一朝一夕的任务，而是一场攻坚持久战。提质增效过程中，应以排水系统的问题和消除城市黑臭水体的目标为导向，脚踏实地采取有效和有针对性的措施。提质增效要做到全生命周期的“质量提升”，要做到：

1)要进行排水系统的顶层设计。顶层设计是先决条件，摸清城市的现状，明确污水处理厂的责任范围；雨污分流改造要摸清现状有无实施条件，并不永远是正确的技术对策。

2)要进行海绵城市建设削减面源污染。提质增效要同时兼顾污水系统和雨水系统的提质增效，而针对雨水的面源污染，存在着污染源广、污染严重、无法集中处理等情况，可以通过建设海绵城市的自然滞蓄体，从源头削减污染，进行提质增效，这就是绿色设施的提质增效。

3)要对管道问题进行溯源分析。我国目前排水管道问题颇多，包括高龄、缺陷、混接等等。提质增效的核心是管网，要想彻底解决管道问题，一定要从问题溯源排查开始。

4)管网修复时比较棘手的是满管流的修复。满管流作为不同于结构性缺陷和功能性缺陷的一种缺陷，修复重点是止水隔水，使得管道水流恢复到可检测、可修复状态，再进行常规修复工艺。

5)要强化排水系统的智慧运营管理。目前排水系统最大的问题是运营管理问题。智慧运营管理要搭建小而精的运营管理平台，制定排水管网运营质量管控标准或者技术要点，管网运营养护需委托第三方专业化公司运作，可采用合资或者专业采购方式，实现“物业式”管理模式，未来行业也会出现越来越多专业化的排水设施运营养护公司。