开发应用于城市河道综合整治中超大地下空间一体化工程技术研究

2022-08-16张义周马永志

低碳世界 2022年5期

张义周，马永志，朱磊

（中建生态环境集团有限公司，北京 100037）

0 引言

由于城市不断发展，市政设施用地逐渐局促，规划建设中大型、集中的污水处理站在用地上已经难以得到保证和落实。随着污水处理工艺的不断进步，目前分散式地下调蓄池及水质净化站逐步在国内外许多城市普及，如珠海、厦门等城市，且应用效果较好。分散式调蓄池和水质净化站通过与城市公共绿地、公园等公共设施合理衔接，可完全避免大型污水处理厂对周边居民及环境的影响，同时由于新工艺的应用，新的污水处理工艺占地面积较传统工艺大幅减小。由于占地少，且为完全地下式，用地选址较为简单，因此，分散式地下调蓄池及水质净化站是城市河道综合整治发展的总体趋势。

对城市化建设进程中的城市雨水调蓄能力下降、易出现洪涝以及雨水利用率低等问题，提供一种可以规避城市雨水洪峰、实现雨水循环利用、避免初期雨水污染受纳水体的分散调蓄系统。传统的雨污水调蓄技术的排水系统无法满足地面排水需要，会造成降雨时雨水排出不畅、易出现洪涝等问题。

调蓄池类型根据收集的水体类型可以分为混合污水调蓄池和雨水调蓄池。混合污水调蓄池设置于合流制排水系统中，用于临时贮存合流制排水系统收集的混合污水，减少混合污水溢流入河；降雨过后，调蓄池中的混合污水排至截污干管中，输送至污水厂进行处理，经处理后排入水体。雨水调蓄池设置于完全分流制的雨水排水系统中，临时贮存暴雨后期雨水排水系统中的清洁雨水，规避城市雨水洪峰；降雨过后，调蓄池中的清洁雨水可用于城市道路清洁用水和园林景观浇洒用水，从而提高雨水利用率[1]。

1 工程设计特点

污染的初期雨水进入河道是造成河道水质污染的重要原因之一，调蓄池则是处理初期雨水污染的重要措施。本文以深圳市坪山河综合整治工程为例，提出在坪山河沿河新建7座分散式调蓄池收集前30 min的初期雨水，减少初期雨水溢流对河道的污染，并进行初期雨水收集率及污染物削减率分析。调蓄池水一部分通过沿河截污系统输送至污水处理厂，一部分通过净化站处理后直接回补河道，为沿河景观、净水公园及人工湿地等提供用水。初期雨水调蓄池在削减污染物入河量以及改善流域水环境等方面发挥了重要作用，同时本工程初期雨水治理方式也将为以后类似项目提供有意义的借鉴[2]。

坪山河治理采用全地埋式调蓄池（22万m3）及净化站（4万m3）（图1），为共计26万m3的超大地下空间一体化工程。水质净化站采用A2O+MBR工艺，每个净化站处理规模为2万m3/d，共4万m3，与下游既有上洋污水处理厂形成均衡布局。通过精准截污系统收集污水，将污水就近输送至水质净化站处理，避免污水处理全部集中在下游，减少下游净化站的压力。调蓄池为控制截污系统真正收集到的前30 min污染负荷较高的初雨水，在坪山河干流沿线及支流河口新建7座调蓄池，总调蓄容积为22万m3。采用分散调蓄模式，打破了传统“大截排，全截污，集中调蓄，集中处理”模式，减轻了下游水质净化站的处理负荷，同时减少了占地，节省了投资[3]。

分散式调蓄池及净化站可分区域、分段对水量和水质进行实时监测，根据每个区域、每条支流不同的水量和水质变化情况进行有针对性的控制收集，做到有的放矢。一方面可以最大限度收集污染物浓度高的污水，另一方面可以最大限度降低无效的收集。根据以上思路，本工程在干流沿河所有较大的排放口设置了水质在线监测设备及水质闸门，并在每个调蓄池入口设置了水质在线监测设备及水质闸门。通过这些措施，可以实现对主要排放口在整个降雨过程中水量和水质变化的实时监测，并通过中控平台实现远程自动化控制和精准截污。

2 关键技术

2.1 首创水质闸门，精准截流初期雨水

按照“精准截污，分散调蓄，分布处理，就近回用”的总体思路，通过“水质闸门+在线水质仪表”实现精准截污。建设分散式调蓄池和分布式水质净化站，构建“截流-调蓄-处理-回用”的水质达标体系，旱季污水和雨季初期雨水处理达标后就近回补河道。

2.2 调蓄池及净化站联动

调蓄池水一部分通过沿河截污系统输送至污水处理厂，一部分通过净化站处理后直接回补河道、沿河景观和人工湿地用水。其中碧岭调蓄池及净化站上方为碧岭净水公园，锦龙调蓄池全位于河道河床底部，汤坑调蓄池上方为坪山公园，南布净化站上方为南布净水公园，南布调蓄池上方为南布湿地，墩子河调蓄池上方为墩子河湿地，石井调蓄池上方为石井湿地，上洋调蓄池上方为坪山湿地公园。实现了地下空间与地上景观一体化建设，通过截污系统、补水系统及智慧平台一体化实现了河道全流域联动。

2.3 新型垂直流人工湿地群

调蓄池及净化站上方采用8块垂直流人工湿地群技术，创新优化湿地填料，深度处理原有上洋污水厂一级A出水，水质达地表水Ⅳ类标准后，就近回补河道，确保维持河道生态基流，实现水资源的再利用，既节约用地，又美化景观。

2.4 首创全流域水务设施远程集中管控，构建智慧水务平台，更高效利用地下空间

智慧平台一体化如图2所示。

3 主要创新点

（1）采用地埋式分散调蓄池系统，减少了占地，提高了土地利用率[4]。配合城市地下排水系统设置，其规模、大小、数量根据排水系统的服务范围、城市发展规模、降雨量等情况综合考虑，用于提高地下排水系统中混合污水和雨水的收集，减少混合污水入河，规避城市雨水洪峰，提高雨水利用率，并通过水位传感器检测进水结合井及调蓄池的水位，以实现调蓄池自动调控运行。

（2）调蓄池及净化站配合城市分流制雨水排水系统设置，用于收集城市雨水，规避雨水洪峰。调蓄池中的清洁雨水及净化站处理水可用于城市道路清洁用水及园林景观浇洒用水，提高雨水利用率。

（3）调蓄池配套结合井及调蓄池中的液位传感器监测进水结合井和调蓄池中的水位，实现自动调控调蓄池的运行及清洗，最大限度发挥分散调蓄池系统的作用。

（4）调蓄池进出水共用进出水间，节约占地，不会产生栅渣、沉砂等附属垃圾；无须另外安排人力清渣清砂；最大限度利用调蓄池功能，操作简便；调蓄池出水时对沉积在进出水间的少量泥沙具有一定的自动冲洗作用。

（5）调蓄池及净化站配合城市合流制地下排水系统设置，用于提高城市雨污混合污水的收集，避免混合污水溢流入河以及初期雨水对受纳水体的污染，发挥联动效应，使地下空间利用率最大化。

（6）超大地下空间一体化工程技术将分散调蓄池及净化站系统应用在深圳市坪山河干流综合整治及水质提升工程中，打破了传统“大截排”，采取分散调蓄，有效调节了支流的污水流量，减小了对下游流水质净化站的冲击负荷。

4 社会效益

4.1 节能减排

基于各地区代表性污水处理厂典型工艺运行数据的分析及实际监测，检测数据低于常规深度处理方式14.4%。根据计算，8块人工湿地群较传统污水厂尾水深度净化工艺每年可减排CO2约1566 t，节省电量692.58万kW·h，节约电费约616.4万元。

工程沿河截污系统采用精准截污措施，每年可减少入截污系统的清洁基流及中后期雨水约1776万m3，助力污水系统提质增效，同时可减排CO2约5.5万t，节省电量515.04万kW·h，节约电费约463.4万元，减少燃煤消耗106.82万t，为国家实现碳达峰献力。

本工程采用的城市河道综合整治超大地下空间一体化工程技术对流域水环境治理、削减入河污染物、减少碳排放等方面有着重要的作用和意义，为探索生态环保领域的“双碳”改革提供了有价值的参考。

4.2 土地价值

城市河道综合整治超大地下空间一体化工程技术对景观提升、城市魅力提升、土地价值提升影响巨大[5]。

坪山河综合治理后经济效益、社会效益及生态环保效益显著，主要表现在城市面貌变化、河道环境改善、人口数量及素质提高等。治理后河道的水清、岸绿、景美，使河道流域内的土地价值提高到了约3000亿元（2020年测算），用地主要包括商业用地、工业用地、居住用地等，实现了坪山河建设目标——“发展的城市·流动的公园”。河道流域土地价值量如表1所示。