基于黑臭水体治理的城市排水系统的优化建议.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：王莉（1990），华蓝设计（集团）有限公司，工程师职称，从事市政工程水污染控制及水环境治理研究工作。-54-基于黑臭水体治理的城市排水系统的优化建议 王 莉 谭昌久 覃 章 华蓝设计（集团）有限公司，广西 南宁 530000 摘要：摘要：“十三五”以来各地区逐步推进黑臭水体整治行动，至今已取得初步成效，但仍难以彻底消除黑臭，部分地区甚至存在返黑返臭现象，黑臭水体的治理仍然任重道远。本文通过分析城市黑臭水体污染的成因及危害，总结了不同类型的黑臭水体治理措施，对黑臭水体治理中排水系统的优化途径进行了研究。为改善水环境中的黑臭问题提供新的思路和方法。关键词：关键词：黑臭水体；治理技术；排水系统 中图分类号：中图分类号：TV 0 引言 随着我国城镇化进程的加速以及国家对工业的大力发展，一些地区的水环境发生了一定程度的富营养化，当没有得到及时有效处理时将进一步形成黑臭水体。“十三五”以来各地区逐步推进黑臭水体整治行动，至今已取得初步成效，但仍难以彻底消除黑臭，部分地区甚至存在返黑返臭现象，黑臭水体的治理仍然任重道远。1 黑臭水体污染的成因 1.1 城市黑臭水体产生原因 要想解决好城市黑臭问题，必须深入研究其形成原因，提升城市黑臭水体的治理效率。1.1.1 污水收集处理设施建设不完善 近年来，无论是国家还是地方政府，都十分重视城市污水的处理，但由于城市污水收集处理系统不够完善，污水处理厂的功能没有充分发挥出来。作为污水处理系统的核心，排水管网的建设不能满足城市污水治理的需求，管网覆盖率低、污水收集率低、进厂污水负荷低。不少城市还存在着雨污管网混接、错接等问题，最终使污水排入河湖中，造成水体污染。1.1.2 城市地表径流超出负荷能力 近几年来，我国城市生态环境仍面临严峻的考验，许多城市采用合流制排水体制，雨天雨水与污水混合输送，但排水管网承载能力有限，一旦降雨量超出了其承载量，将会溢流至城市水环境中，影响城市水体水质。1.1.3 城市水体自净能力不足、缺乏活水源头 中国国土面积大，人均占有量少，是个缺水大国，水资源开发不易，同时也存在着一些不够科学的区域水资源调配和水电开发等问题，对河道的生态环境造严重破坏，甚至导致江河、溪流断流、干枯。由于缺少流动性，导致城市水体自净能力下降，且很多地区河道依赖于污水处理厂的尾水，很难重建河道径流，无法保证水体功能。2 不同类型的黑臭水体治理措施 按其污染源特点，城市黑臭水体可以将其划分为四种来源：面源污染、点源污染、内源污染、其他污染。针对各种来源的黑臭水体，应针对性采取不同的治理措施。2.1 面源污染及治理措施 雨水混杂着地表的各种污染物，地表污染随降雨径流、农业排水等方式进入水体，造成水环境污染。据有关资料显示，面源污染中含有丰富的氮、磷等营养物质，加剧水体富营养化，最终导致黑臭。因面源污染导致黑臭的河流大多属于季节性河流，雨季对河流生态系统的干扰性强，因此控制排口溢流是关键。一方面引入“海绵城市”理念，通过“渗-滞-蓄-净-用-排”等组合方式，从源头上减少面源污染入河量；另一方面，在入河排口末端进行截污，辅以智能分流措施，将污水精准截入污水厂。2.2 点源污染及治理措施 大部分河流的黑臭都是由大量的污染物输入造成的。近年来，我国城镇污水收集处理率逐渐提高，但 中国科技期刊数据库 工业 A-55-表 1 城镇污水处理厂排放标准与地表水环境标准限值（部分摘取）单位为 mg/L*注：一级 A 标准数据来源地表水环境质量标准（GB3838-2002），地表水 V 类及地表水 IV 类数据来源于城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）。仍有相当数量的生活污水及工业废水未经处理，经排口直接入河。针对这类污染源，截污纳管是最直接有效的措施。对于分流制排水系统，沿河、环湖设置截污干管，将排口污水收集接至污水处理厂；对于合流制排口，在河湖沿岸排口设置溢流控制装置，控制雨天溢流污染。2.3 内源污染及治理措施 城市内源污染主要为水体底泥中的污染以及水生动植物形成的腐败物、岸边垃圾、水中悬浮物以及漂浮物等。生物残体、岸边垃圾、漂浮物等内源污染需长期清理维护和监管。河床中的泥沙沉积严重时，需要定期进行清淤疏浚。在清淤疏浚过程中，应注处理深度，过深将影响河床底水生生态系统的平衡，过浅则影响治理效果。实施了河流内源污染治理措施，当水体水质改善，河道边界条件稳定后，要及时进行水体生态修复。2.4 其他污染及治理措施 其他污染种比较常见的是污水处理厂尾水超标，在北方许多缺水城市，除了河流的自然降雨外，河道内主要水源是污水处理厂排出的尾水，同时，城镇污水处理厂污染物排放一级 A 标准，尤其是总氮，远远达不到地表水 IV 类或 V 类标准（见表 1）。污水处理厂尾水的水环境容量小，承载能力有限，目前的处理方法主要有以下几种：（1）通过对城市污水处理厂尾水进行提标改造，达到地表水 IV 类标准；（2）以低影响开发理念为指导，充分利用雨水的补给功能，形成集蓄、净化与利用于一体的河流；（3）采用人工湿地等生态方式从河道内取水进行生态净化，保持河道水质。3 黑臭水体治理中排水系统的优化途径 3.1 科学应用黑臭水体治理技术 3.1.1 外源阻断技术 外源阻断技术主要是控源截污，文章从控制面源和截污纳管两方面进行分析。面源污染控制主要从城市面源污染控制进行阐述。因城市功能分区及下垫面的差异性，城市面源污染面临着监控困难、复杂多变等诸多困难，通过源头减量、过程控制、末端处理等多点治理，以“海绵城市”为契机，引入低影响开发理念，控制和处理初期雨水径流污染，控制合流制溢流污染，加强监管、加大环保教育宣传普及，在控制治理技术和政策制度上双管齐下，实现城市面源污染防治目标。截污纳管是目前国内对水环境污染最直接、最有效的处理方法。一般是在沿河、沿湖两岸铺设截污管道，将污水截流至污水处理系统。对于雨污合流的区域，还需增设防溢流、防倒灌措施，防止雨天合流制污染溢流及雨水倒灌。截污可往前端溯源，最好是在小区出口就将污水截流至污水处理厂。3.1.2 内源治理技术 内源治理技术除了垃圾、漂浮物清理外，重点在于底泥治理，底泥的治理方法主要有异位治理技术和原位治理技术。垃圾清理和清运。整治垃圾乱堆乱放，取缔河湖沿岸垃圾临时堆放，规范垃圾收集堆放。加强巡河巡查工作，加强日常监管维护，对水体周边生活垃圾、水面漂浮物及时清理，防止垃圾腐烂引起水体污染。底泥异位治理。底泥清淤是典型的异位治理措施，对大部分黑臭水体都有较好的处理效果，特别是对某些严重黑臭的底层污染物，能迅速减少内源污染负荷。可采取的清淤方法有：排干清淤、水下清淤、环保绞吸式清淤等。在清淤工作开始前，需对河道底部的污染状况进行细致的调查评估，结合底泥监测评估报告确定清淤的范围和深度，保证清除污染源的同时确保水下生态系统的稳定和完整。清理出来的底泥成分复杂、含水率高，易引起二次污染，需全面评估确定后续处置方式。基本控制项目 一级 A 标准 地表水 V 类 地表水 IV 类 化学需氧量（COD）50 40 30 生化需氧量（BOD5）10 10 6 石油类 1 1 0.5 总氮（以 N 计）15 2 1.5 氨氮（以 N 计）5（T12时为 8）2 1.5 总磷（以 P 计）0.5 0.4（湖、库 0.2）0.3（湖、库 0.1）中国科技期刊数据库 工业 A-56-底泥原位治理。底泥原位治理主要包含原位曝气、底泥覆盖、投加药剂、微生物修复等技术。底泥覆盖投加的材料有改变河床底坡、减少水体库容、污染物再次释放等风险。药剂的投加能将底泥中污染物通过化学反应转化为低毒性或无毒形态，存在增加底泥厚度、增加水体毒性、改变水环境生态的风险，一般仅用于应急。原位曝气、微生物修复技术可增加水体溶解氧含量、促进水体流动交换、构建完善的水生生态系统，应用较为广泛。3.1.3 生态修复技术 生态修复技术主要有河岸修复、人工增添、生态治理等措施。（1）河岸修复。对硬质护岸进行生态恢复，有效控制水体污染，采用生态护岸、生物滞留设施、雨水调蓄设施、透水铺装等措施，使岸线成为截断污染物入河的强有力的保护线，实现对污染的有效控制。（2）人工增氧。一般用于流速缓慢的河段，通过增强水体紊动，加速水体富氧，促进污染物分解，以及防止水体因缺氧导致返黑返臭。通过化学增氧（如过氧化钙、过氧碳酸钠、过氧化氢等）、机械增氧（如微孔曝气、射流曝气、叶轮曝气等）、生物增氧（种植水生植物）等方式增加水中的溶氧，按照科学、合理的原理，在实现人工增氧的同时，增加水体的自流能力。（3）生态治理。通过构建水生生态体系，对水中污染物的持续净化，改善水生态环境。采用人工湿地、水下森林、生态浮岛等措施，通过水生植物和微生物的代谢作用，实现对水体中有机物、氮磷等污染物的有效去除。3.1.4 城市水循环技术 水循环缓慢时，水体自净能力弱，容易产生黑臭。可以通过安装提升泵、加强水系连通来提高流动性，达到活水循环的目的。雨水、地表水、污水厂尾水、再生水等都可作为补给水源，弥补水资源短缺的不足，充分利用海绵措施，强化对地表径流的滞留、调蓄和净化功能，通过活水循环技术将城市水系合理连通，改善水动力条件，提升水体自净能力，增强环境容量，实现水资源的循环利用。3.2 因地制宜进行排水系统优化改造 在进行黑臭水体治理时，除采取科学、合理治理措施外，还需因地制宜对排水系统进行优化改造。通过对污水收集方式、污水处理工艺等进行优化，采取控源截污措施实现水环境综合治理。3.2.1 雨水分流改造 城市排水系统普遍存在管网覆盖率低、污水收集率低及处理能力不足的问题，未能收集的污水直接排放，成为导致黑臭水体的要因。因此提高污水管网覆盖率、收集率及完善相应污水处理系统是当前首要任务。大部分城市的老城区均为合流制系统，雨季溢流污染严重，是造成水体黑臭的重要因素。应加速雨污水分流改造，将雨污分流与城市更新有机结合起来，对难以解决的区域，以问题为导向，着重解决既有排水系统存在的问题，适当增设截流廊道，有效遏制溢流污染，提高环境承载力。3.2.2 错混接改造 通过对排污口及污染源普查，找出污染源，制订防治对策，是中国大城市水污染控制的基本思路。在污染源普查中，发现有污水接入雨水管或雨水接入污水管的，应及时采取相应的错接、混接整改措施，将雨水、污水分别接入雨、污水管网系统，实现清污分流。对河湖沿岸排口进行调查，发现排口有污水入河的，从该排口往上游排水管网溯源，找出污染源及错混接位置，精准改造。溯源排查分两步，先进行市政管网普查，再逐步推进对小区地块内部管网进行普查，排查到户，逐步彻底解决错混接问题。3.2.3 初雨污染控制 受多种因素影响，部分城市在进行初期雨水蓄存时未经处理直接排入水体，为水体黑臭创造了条件。许多排放标准已经把初期雨水纳入管控范围，因此，在进行城市排水管网优化设计时，将城市初期雨水调蓄设施作为一个功能单位，纳入到城市排水处理系统中，要求将初期雨水达标排放。在进行初雨调蓄设计时，先从源头上进行控制，在雨水汇流前端设置海绵措施，从源头上对初雨进行减量、净化；再考综合虑用地性质及汇流面积科学选址，以防汇流区域太大影响调控效果；同时结合模型模拟数据，选取合适的初雨调蓄量，控制调蓄池容积，增加经济效益；最后采用“灰绿结合”的方式，将灰色初雨调蓄池与绿色海绵调蓄设施（如人工湿地、雨水花园等）互相结合，实现污染治理目标。为区分污染程度较高的初期雨水与降雨历程中后期较清洁雨水，宜配置智能分流设施中国科技期刊数据库 工业 A-57-精准截污，将初期雨水收集储存，待雨停后逐步排入污水处理厂；将降雨历程中后期较清洁雨水分流至简化处理线，在线处理排放。调蓄池宜配置自清洁功能及智慧控制功能，便于动态监控及管网优化调度。4 黑臭水体控源截污治理技术在工程实践中的应用 控源截污是控制河流黑臭的前提和基础。深圳市宝安区咸水涌黑臭水体治理工程设计中，将居民排口污水收集管设置于沿河挡土墙上，汇集后再接现状入涵排水管，达到对居民分散排口生活污水的收集；同时，在混流口处设置截流井，将混流口的污水引入现状污水管网中，从而达到截流旱天污水和雨天初期雨水的目的，有效减少外源污染。南宁市心圩江环境综合整治工程中，在心圩江上游、黄泥沟、西津渠沿岸建设截污管约28.7公里，完成了近两百处错混接改造，将污水及初期雨水收集纳入污水处理厂进行处理，避免旱天污水和初期雨水直接排入河中。九江市琵琶湖黑臭水体治理及景观提升工程设计中，采用小区域雨污分流的策略，对沿湖排口进行截流，并设置初期雨水调蓄池，出水经提升泵站排入污水处理厂，同时，因地制宜进行小范围环湖区域雨污分流改造。随着黑臭水体治理的逐步推进，现阶段黑臭水体治理已开始步入小区内部进行治理，以实现每栋建筑的雨水和污水分离为目的，从源头上对老旧小区、城中村等老社区进行“治污清源”，贯彻“从源头治理”的技术思路。小区居民楼排水“正本清源”系统如图 1所示。图 1 小区居民楼排水“正本清源”系统 5 结束语 在水资源短缺的严峻形势下，黑臭水体的形成加速了区域水资源短缺和水生态环境的恶化。因成因复杂、历史旧账多、长效机制不完善等特点，导致黑臭水体治理难度大。自“十三五”以来，黑臭水体治理已逐步取得成效，但部分地区黑臭水体治理治标不治本，出现返黑返臭现象。因此，黑臭水体的治理是一项长期的系统工程，必须坚持科学、系统治理，坚持源头治理，同步优化现有排水系统，统筹兼顾，实现水环境的长治久清。参考文献 1张列宇.详查污染成因着重生态治理-黑臭水体治理实施方案重点解读J.城乡建设,2018(11):121-124.2吴泽昊.城市黑臭河道治理技术路线及存在问题浅析J.资源节约与环保,2018(10):136-139.3张卿;龙柯胜;吴春雷;杨淑芳;林玉鹏;张健君.黑臭水体治理技术探讨以深圳宝安咸水涌为例J.给水排水,2018,54(07):30-34.4李玲;许运良;徐振军;唐冰;李强;苏庆凤;张峰.九江市琵琶湖黑臭水体治理及景观提升工程设计J.中国给水排水,2018,34(14):58-62.5王维新.城市黑臭水体治理与水质长效改善保持技术分析J.环境与发展,2018(10):119-121.6张列宇,王浩,李国文,熊瑛.城市黑臭水体治理技术及其发展趋势J.环境保护,2017,45(5):62-65 7吴智,卢挺,梁银春等.全流域全要素治理模式下南宁市心圩江水环境综合治理案例分析 J.广西城镇建设,2023,(03):44-52.