中小型城市雨污分流面临的问题及管网改造策略研究

2022-04-16郁辉

科技创新导报 2022年23期

郁辉

（济南城建集团有限公司设计研究院山东济南 250031）

雨污分流管网的改造是减少环境水污染的重要途径。如果雨水和污水汇合在一起，它将在很大程度上增加城市污水处理系统的工作负载，将消耗更多的资源。雨污分流管网的排水分为雨水管道和污水管道。污水处理产生的污水需排入污水处理厂处理，在满足一定要求后，会减少污水对河水的污染，有利于水质和环境的治理。雨水和污水的水质不同，对环境的影响也不同。因此，雨水和废水的排放是实现城市排水系统系统化和高效化的关键因素。在经济效益方面，雨水分流工程的实施可以充分发挥城市污水处理厂的作用，提高污水收集率、集中处理率和污水处理质量，最大限度地降低废水管理成本，改善城市水环境。城市雨水和污染分流不仅要着眼于改善城市环境，还要着眼于建设城市的生态未来。

1 城市管网雨水污染分流改造的必要性

城市能像海绵一样灵活应对城市洪涝，更好地适应自然环境，全面降低城市洪水风险，提高城市生态系统功能。在城市雨污水排放系统方面，中小城市的许多老城区都有汇流系统和分流系统，汇流系统占很大比例。一方面，大量高浓度废水直接排入河流，使城市污染难以控制；另一方面，城市的一些低洼地区经常被雨污水淹没，严重影响了城市居民的生活。因此，从根本上进行雨污水分流改造，合理收集雨水、科学处理污水、完善老城区雨污水排水系统是十分必要的。

2 城市雨水和污水系统的分类

根据城市排水现状，排水系统可分为封闭式联合排水系统、分流式排水系统和混合式排水系统。

2.1 封闭式联合排水系统

在城市建设中有许多老城区，由于老城区人口众多，道路狭窄，街道大多采用封闭合流排水系统，即只有一条合流排水通道。污水截流管道沿周边水源敷设，对污水进行截流汇合。当截流水体中含有磷时，截流装置自动将废水排入周围水体，污染水体，使污水处理厂的处理变得困难。

2.2 连接排水系统

在雨水和废水重定向过程中，废水可输送至污水处理厂，以基本防止废水污染周围水体；雨水排入周边水体，不输送至污水处理厂，水质水量可达到稳定状态。然而，由于雨水暴露在许多污染物中，直接排放也可能会导致水污染。

2.3 混合排水系统

混合排水系统一般建在老城区和新城的交汇处，但有时也建在分流区。但是，由于没有与住宅区和城市基础设施建设同步进行，管道混合现象更加严重。

3 雨污分流改造中存在的问题

目前，我国大部分城市排水管网是合流的。然而，在建设和技术上还有许多问题需要解决，如改造期间的交通影响、改造资金的计算、新建管道的位置和布局、初期雨水的拦截和处理等。

3.1 早期雨水成为水污染的重要来源

初期雨水是指雨水形成的地表径流开始时，降水形成的径流。国内外研究表明，由降水形成的初始出水携带大量污染物，其浓度与城市污水处理厂的进水水质相似，部分重金属浓度甚至超过城市污水处理厂的进水水质，这些污染物主要来自大气沉降、土壤废弃物积累、车辆排放和土壤侵蚀。如果将原有雨水直接排入水体，原有雨水就成为水污染的重要污染源［1］。

3.2 重建施工中的问题

由于受覆盖范围广、建设周期长、工程量大等因素的影响，雨污水分流改造将给城市交通和居民生活带来诸多不利影响。在实际项目开发中，从调查到雨污分流改造项目的实施，需要做大量的工作。对城市合流管网及各建筑物后续出水口进行清理，对城市排水系统和化粪池进行系统清理，然后，结合城市实际研究成果，对雨污水排水管网进行设计改造。此外，雨水和废水排放的修复还应考虑雨水和废水处理的实际容量，由于联合管网大部分位于老城区，该区域排水管网复杂、陈旧，不但建设难度大，而且可能无法满足改造的实际需要。

3.3 施工管理水平有待提高

雨污分流工程环境复杂，施工过程中易受管道影响，施工单位应在施工前与有关部门进行沟通，初步了解管道走向和布局。但在实际运行过程中，一些单位在质量管理知识和监督方面存在严重问题，主要是管理存在漏洞，工作监管强度不够。某段施工单位对管线走向把握不清，导致地下盲布电缆管线，危害严重，不利于人们的正常生活，甚至存在安全隐患等，造成安全事故。

3.4 重建项目耗时较长

由于集管内雨污分流改造量大，改造时间相对较长，不仅会影响城市居民的正常生活，还会影响城市经济的发展。同时，由于雨污分流工程比较特殊，需要对城市的每个区域乃至每栋建筑进行彻底的调查，这是改造的必要保证。如果重建区域的人口密度较低，则影响相对较小；如果重建地点位于城市中心或大型居住社区，不仅会影响人们的日常生活，甚至会导致交通系统瘫痪。即使不考虑上述因素，本项目的雨水和受污染的城市综合管网流量也可能达不到预期目标，这不仅会导致城市居民的不满，还会浪费大量的国家资源，对城市的整体发展非常不利。

4 城市管网雨污分流改造有效措施

4.1 有效处理初期雨水

首先，应该提高地面的透水性，这是减少地表径流的关键。同时，多孔木质材料也可以替代原有的硬化路面，这对减少初期雨水径流非常有利。实践证明，如果地面通透性符合相关标准，初始雨水中的金属含量甚至可以去除60%～80%，为后续的雨水和污水分流打下坚实的基础。

其次，人员可结合实际情况修建低洼绿地，有效调节早雨。然而，基于城市雨污分流的汇水管网，不同的绿地建设需要进一步增加周边地面，以保证绿地的低位，在有效挡水的基础上，可以显著减少径流，此外，低洼绿地的植物和土壤也可以去除污染物［2］。当雨水通过时，一方面可以提高雨水和污水的输送效率，另一方面也可以提供更多可用水资源的运行，留在绿地中的物质不会造成污染，它们通常在植物根部腐烂，为土壤提供更丰富的营养，促进植物健康生长。

4.2 采用管网监测新技术

雨污分流改造前，全面检查现有排水系统，明确雨污组合、渠道分布、管径、新旧坡度、平整度等，充分收集原有管道施工数据和后期运行数据，确定管道和井盖的位置和方向。不能直接观测的管道，应采用管道潜望镜、管道声呐进行监测。管道潜望镜是一种便携式管道快速监测设备，适用于人井和客井附近的管道；管道声呐采用声反射技术，管道内部采用声呐扫描，可用于监测管道损坏或与其他传感器结合进行综合监测［3］。

4.3 实现雨水资源的利用

未来，我国城市雨污水综合管网的转运改造为了更好地优化改造效果，往往需要关注雨水回用的影响，实现雨水的资源化利用率的提升，避免污染严重雨水的直接排放。在雨水资源的利用中，要注意雨水的利用，并制订可行方案，雨水可以替代生活用水，达到更好的节水效果。此外，景观用水可以依靠雨水，通过充分收集雨水资源，然后进行合理配置，优化各景观的用水效果［4］。另外，一些公共场所也可以充分利用雨水，例如，公共厕所的冲洗可以形成有效的改造。当然，在雨水资源的利用中，也需要注意对雨水的简单净化，避免直接利用严重污染的雨水。

4.4 为管道管理提供充足的财务支持

政府政策的支持是城市集水网雨污分流改造工程不可替代的重要条件。有关部门可以设立管道改造和维护专项资金，充分发挥管道在雨污分流中的良好作用。同时，各相关单位要及时明确各自的责任和义务，积极建立良好的沟通，确保大部分资金用于管网改造和建设。此外，在资金充足的情况下，还可以有效地处理小口径管道、材料老化和内部堵塞等问题，并引进先进的管道清洗设备，为雨污分流管道的检修和维护提供方便。基金的使用应尽可能透明，并能受到公众和其他部门的合理监督，以避免不当挪用资金。管网改造和建设应使用公共资金，并在建设过程中确保足够的资金。

4.5 施工阶段管理

在施工阶段，首先要保证施工道路可方便施工机械安全顺利进入施工现场，同时，在现场进行交通疏导，保证车辆和行人的正常通行，积极配合交通管理部门设置交通标志和夜间警示信号，减少和避免施工造成的交通堵塞和交通事故。在施工过程中，建设单位必须有效实施封闭标准的围挡管理，将施工现场与外部边界隔离，确保安全。此外，熟悉材料性能和施工工艺，尤其是新材料的结构要求，如有可能，必须邀请制造商（供应商）的专业技术人员到现场进行专门培训。

4.6 管道开挖施工管理方法

根据管道的具体情况，检查管道的位置，如果是已知管道，则必须通过开挖坑确定管道的准确位置和铺设深度，以避免损坏管道。在正式施工期间，可能需要明确道路线路的类型，以便采取有效的保护措施。沟槽开挖时，应注意确保沟槽两侧路堤的稳定性，不得过度开挖或水平影响，监视沟槽底部，挖掘过程中遇到坚硬物体时，应立即清除，回填时应使用沙子。在施工开挖和运输过程中，对开挖的淤泥进行清理，确保施工顺利进行。管道基坑施工必须全面熟悉施工前的管道铺设施工坑，执行建筑施工图纸说明，并与施工单位确认，基坑的安全检测必须满足控制部门的要求，避免对其他管线的损坏。如果开挖影响沟底，必须在距沟底约20～30cm处停止开挖，并在施工前进行人工清理。

4.7 增加雨水储存设施

利用管道系统的蓄水能力，管理和收集雨季雨水，降低峰值，控制雨水径流，减少雨水污染。污水处理厂回用后，将这部分雨水储存起来进行处理，以去除雨水中的污染物。同时，根据城市现状，雨水储能可作为绿化用水或水源补充，提高城市水资源利用率，在这方面，城内雨污水排水改造可以借鉴国外先进的理念和方法。例如，德国采用综合工厂技术处理雨水沟，将排水系统分为污水沟、道路雨水沟、庭院排水管、屋顶排水管等，提倡合理利用雨水进行地下回注。控制建筑物外雨水的排放，避免雨水污染城市水体，实行就近雨水管理。

5 雨污分流措施在城市排水系统中的应用

在城市排水系统中，进行后期管理、雨水和废水排放管理，以确保其城市排水运行系统的效率。为了解重建区雨水和废水的排放情况，整合部分建筑的独立排水系统管理，并从污水排放源出发，有必要进行新的雨水立管建设。为了将建筑物屋顶上的雨水收集分开，并将建筑物内原有的一些汇流管作为污水管，从而调节施工污水的排放和处理，通过分流雨水和污水，实现对污水排放的有效管理，污水分流措施改造了城市排水系统，清理或废弃了原有的汇流管［5］。结合对城市排水系统管网分布和测图点的分析，雨污水混合管网布局过于混乱，在恶劣地区，必须放弃原有的分配器，进行新的雨水和废水处理，并设计和建造导流管道系统，以达到雨水和废水分开排放和管理的效果。同时，也可以针对独立雨水渠道的存在，但排水渠道与市政排水系统和管道、市政污水管道和管道相结合，重新进入污水管道的建设，实现雨水和废水的排放，在节约建筑材料的同时，取得更好的废水排放和管理效果。此外，在重新设计城市排水系统、区域场地、蓄水结构、湿地分布等方面，必须采取雨水和废水排放措施，以充分利用其有效资源。新建雨水管道和改造区的低地、流域、水库，采用连接材料和湿地，充分发挥其调节和蓄水池功能，加快雨水排放，解决城市内涝问题，利用自然循环水增加景观用水量，优化城市生活环境，促进城市建设和发展［6］。