一廠一策：廣州城鎮(zhèn)污水處理提質增效案例
針對廣州市增城區(qū)石灘污水處理系統(tǒng)污水濃度不穩(wěn)定、管道高水位運行及服務范圍內仍存在河涌黑臭的現狀，通過從排水源頭、管網、泵閘站以及污水處理廠各環(huán)節(jié)分析摸查，對現狀污水系統(tǒng)進行剖析，建立工作整治臺賬，采取有針對性的工程和非工程性措施，制定“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案，其中重點整治外水入侵，完善污水收集設施，改善現有排水系統(tǒng)質量及河涌水質。本研究堅持的“清源頭、補短板、提質效、強制監(jiān)”工作原則更好的指導城鎮(zhèn)生活污水處理系統(tǒng)提質增效工作有效的進行。
0引言
近年來，我國城市水處理廠數量激增，污水日處理能力從2007年的0.78億m3/d增加到2019年的2.28億m3/d，但也出現了一個怪現象，即污水處理規(guī)模逐年增長，平均進水COD和BOD濃度卻逐年下降。廣州市增城區(qū)也不例外，存在污水處理廠進水濃度降低和進水總量增大的問題，污水處理效能低下，造成浪費。
為此，廣州市增城區(qū)于2019年7月通過了《增城區(qū)城鎮(zhèn)污水處理提質增效三年行動實施方案（2019—2021）》，要求實現“建成區(qū)基本無生活污水直排口，基本消除城中村、老舊城區(qū)和城鄉(xiāng)結合部生活污水收集處理設施空白區(qū)，城市生活污水集中收集效能顯著提高，基本消除全區(qū)黑臭河涌，實現東江北干流大墩國考斷面水質達標”的目標。自2020年3月以來，增城水務部門以石灘污水處理系統(tǒng)為對象，圍繞服務片區(qū)管網制定“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案，開展石灘鎮(zhèn)墟污水處理系統(tǒng)提質增效工程，截止2020年12月底，石灘污水處理系統(tǒng)已擠掉外水約2萬m3/d，進水COD和氨氮濃度大幅度提升，已達到初期考核目標（COD 180 mg/L，氨氮21.7 mg/L），為廣州市及其他類似城市污水提質增效提供技術決策，也為新的城市污水治理模式“廠—網—河—城”一體化積累實踐經驗基礎。
1石灘污水系統(tǒng)概況
1.1 區(qū)域概況
石灘鎮(zhèn)地處廣州東部增城區(qū)，石灘污水處理系統(tǒng)服務面積共計77.4 km2。如圖1所示，石灘污水系統(tǒng)范圍內水系發(fā)達，西臨西福河，東靠增江。內部亦有眾多河涌穿過，且多為雨源性河道，具有分布廣、數目多、干流短等特點，雨季為河涌，旱季為溝。這些河涌大都與增江和東江北干流相連通，一方面導致這些河涌流量、流速、水位和水質等都易受暴雨影響；另一方面也易受不正規(guī)半日潮混合潮型影響，夏季潮位一般高于冬季，最高潮位一般出現在6至9月。
圖1 石灘污水系統(tǒng)和河涌水系
1.2 污水收集處理設施現狀情況石灘污水處理廠位于北三環(huán)高速與石順大道交叉口東北角，于2010年8月投產使用，總占地面積120畝（1畝≈667 m2)，污水處理廠設計規(guī)模為25萬m3/d，采用改良AAO工藝，出水執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）一級A標準，現狀主干管系統(tǒng)有2個泵站，見表1。
表1 石灘污水系統(tǒng)泵站匯總
1.3 現狀存在問題
石灘污水處理廠投產使用后，進水量逐年增長，但一直未滿負荷運行。本項目統(tǒng)計分析了石灘污水處理廠2018年8月至2020年6月每日進水COD、氨氮濃度、日實際處理量及運行負荷率等數據，具體變化曲線見圖2（數據按月計）。石灘污水處理廠進水量5 000~15 000 m3/d，負荷介于21%~62%；進水COD平均濃度94.1 mg/L，氨氮平均濃度14.5 mg/L，與增城區(qū)提質增效目標要求差距較大，但現場摸查發(fā)現石灘污水處理廠現狀3條進廠總管長期滿管、高水位運行，明顯石灘污水處理廠—泵站—管網調度系統(tǒng)不協(xié)調。因此，石灘污水系統(tǒng)主要存在三大類問題：一是存在大量外水進入石灘污水處理廠，導致進水濃度低；二是外水擠占管渠空間，造成污水溢流河涌，污染河涌；三是地下水攜帶管體周圍泥沙進入污水管道，易造成管道上方地面塌陷，帶來安全隱患。
圖2 石灘污水處理廠水質水量變化
1.4 治理目標通過本項目的實施，完善石灘鎮(zhèn)污水管網、雨水管網，提升污水收集率，提升石灘污水處理廠進水濃度，消除石灘鎮(zhèn)建成區(qū)生活污水直排口，消除城中村、老舊城區(qū)及城鄉(xiāng)結合部生活污水收集處理設施空白區(qū)，消除黑臭河涌，全面實現石灘鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)的提質增效。
2問題原因分析
2.1 污水系統(tǒng)外水組成
本研究主要對象為污水系統(tǒng)中外來水（下文均簡稱“外水”），主要由以下4類組成：
山水：上游為山體的合流管渠，山體的山水易通過末端截污的方式進入污水管網系統(tǒng)；
河水和潮水：河涌邊大都設有臨河埋管、過河管、涌邊截污管、溢流口和拍門等排水設施，當河水、潮水上漲時，容易管道缺陷或者溢流口設施倒灌進入污水管網系統(tǒng)；
地下水：主要是通過管道結構性缺陷進入污水系統(tǒng)；
其他外水:雨水、自來水、工地基坑水、魚塘水、政策性外水等。
2.2 山水影響分析
石灘鎮(zhèn)北部地勢較高，南部較低，以沖積平原為主，本研究中山水主要為增塘水庫和塘頭水庫水通過泄洪通道排入下游河涌，在通過現狀管網破損處、截污設施和雨污錯混接進入污水管網，進而影響污水處理廠進廠水質。摸查時發(fā)現山水1處，水量約100 m3/d，占本次外水總量的0.32%，另外結合本研究區(qū)域地勢來看，山水入滲不是本研究區(qū)域主要外水來源。
2.3 河水、潮水影響分析
石灘污水處理系統(tǒng)服務范圍內河網密集，河涌、灌溉渠和眾多暗渠犬牙交錯，沿途有大量臨河埋管、過河管、涌邊掛管、截污管、截污閘、截污堰、截污井、排水口及閘門和拍門，同時部分河涌需兼顧灌溉、景觀和泄洪需求。如大濱海河涌，流經增塘排水分區(qū)與新城排水分區(qū)，一方面擔任增塘水庫泄洪通道，另一方面也擔負流域范圍內農業(yè)灌溉，當河涌水位較高時，大量河涌水直接通過管網結構性缺陷處、排放口和拍門進去污水管網。因此，2020年10月25日至29日，增城水務局通過控制大濱海河涌（現為枯水期）水閘和增塘水庫水閘啟閉，并同步監(jiān)測如豐大道泵井水位和水質，具體結果見表2。如豐大道主管泵站運行水質和水位受大濱海河涌水位影響顯著，關閘后，泵站運行水位降幅在51%~59%；進水COD濃度增幅在100%~108%；氨氮增幅在62%~108%。
表2 大濱海河涌降水前后如豐大道泵站水質水量情況變化
本研究區(qū)域地下水水位高，穩(wěn)定水位埋深0.5~2.1 m，現狀污水主管和新建管網大部分埋深均在1.5 m以下，地下水能通過與外界連通的管道缺陷進入污水系統(tǒng)。
石灘污水系統(tǒng)現狀排水管材類型眾多，質量參差不齊，存在大量不同程度結構性缺陷，例如如豐大道DN1 200主管，從2020年3至12月，雨季長期滿管，如豐大道泵站運行水位8.5 m左右，而旱季也基本滿管，但若排水分區(qū)范圍內水系源頭增塘水庫關閘，則附近河涌基本無水，如豐大道泵站運行水位則2.9 m，1萬多立方米污水消失無蹤，可見如大道主管管網已是“千瘡百孔”。
2.5 其他外水影響分析
除了上述外水之外，雨水、自來水、工地基坑水、魚塘水和政策性外水等也不能忽視。雨水主要通過雨污錯混接、截污系統(tǒng)和管道缺陷等方式進入污水系統(tǒng)。石灘污水系統(tǒng)現狀大部分區(qū)域均為截流式合流制，新建排水單元雖是分流制，但由于市政管網與排水單元建設的不同步，市政接駁處仍存在大量錯混接。雨季時大量雨水通過上述方式進入污水管網，加重污水系統(tǒng)負擔，降低污水處理廠處理效率。本研究對石灘污水系統(tǒng)雨水入侵做了水質調查，分別在晴天和雨天對污水處理廠進廠水質進行檢測，其中2020年7月24日至28日與8月1日至5日連續(xù)降雨，COD、氨氮濃度和降雨量如圖3。由水質監(jiān)測結果可知，隨著降雨的持續(xù)，水質濃度下降更加明顯，能將COD稀釋到旱季濃度的21.6%。
圖3 石灘污水處理廠典型晴雨天水質變化曲線
自來水泄漏也是導致污水進廠濃度降低的主要因素之一。石灘鎮(zhèn)屬于增城區(qū)偏遠地帶，自來水管網設施老舊，在對現狀管網全線巡查與檢測時，共發(fā)現7處較大自來水泄漏點，總水量約1 200 m3/d。施工工地基坑泥漿水排入污水系統(tǒng)，不僅會降低污水濃度，也易堵塞管道。本研究區(qū)域內共有4個大型建設工地，經巡查發(fā)現，有2個工地內泥漿水直排入污水系統(tǒng)，總水量約3 100 m3/d。
綜上所述，石灘污水系統(tǒng)的主要問題是河涌水、自來水、工地基坑水和汛期雨水排入污水管網，造成污水處理廠進水濃度長期偏低，再加上石灘污水處理廠—泵站—管網調度系統(tǒng)不協(xié)調，造成現狀管網高水位運行，但污水處理廠運行負荷卻偏低。
3主要治理思路及做法
3.1 系統(tǒng)摸查
針對石灘污水管網系統(tǒng)存在大量外水等情況，2020年4月至9月，增城區(qū)水務局組織各參建單位先控制河涌水位，降低管網水位，再對片區(qū)現狀主管進行封堵、降水，利用QV和CCTV等手段對石灘污水系統(tǒng)范圍內65 km污水主管、暗渠和重點片區(qū)支管進行摸查，查找管網外水點、錯混接點、倒灌點和末端截污設施。項目區(qū)域內暗渠是摸查重點，這些暗渠兼顧泄洪和污水轉輸功能，是造成河涌黑臭和管網高水位運行的重要因素，為摸查清楚這些問題，對于不滿足摸查條件的暗渠，要進行揭蓋復涌，無法揭蓋的也必須增設檢查井，滿足檢修和清淤條件。對于河涌排口，也要開展溯源摸查，針對項目區(qū)域內7條河涌，共計245個排放口開展徒步巡河摸查，逐一排查清楚并形成排口清單及時處理，對存在河涌倒灌風險的排放口優(yōu)先溯源摸查，石灘污水系統(tǒng)拓撲結構如圖4。
圖4 石灘污水系統(tǒng)
3.2 精細分析
石灘污水系統(tǒng)水量初步估算結果見表3，其中已納入污水量通過污水量概化與分配原則估算。
表3 石灘污水系統(tǒng)現狀水量摸查結果
圖5 石灘污水處理廠提升泵井進水池示意（水廠水質檢測井）
石順大道和立新西路主管在進水井前匯合，通過DN1 200倒虹管進入進水池，而如豐大道采用DN200壓力管跌水進入前池。污水處理廠取樣檢測水質（表層取水）時，按照進水井運行水位高度，污水處理廠水質檢測結果主要受如豐大道水質影響，可在進水池出水口深度處取樣，此外，如豐大道泵站開啟時，也易導致污水倒灌石順大道和立新西路主管，造成其高水位運行。另外，在石灘系統(tǒng)內管網關鍵節(jié)點處布點，對COD<100 mg/L 或氨氮<5 mg/L 的檢測點進行梳理，可參照圖4，大致鎖定各類外水的分布范圍與位置。
3.3 對癥施策
采用城鎮(zhèn)污水處理提質增效“十步法”，先收集基礎資料，再根據上述一手摸查資料和數據，抓住重點，以點帶面，對癥施策，其中關鍵節(jié)點是控制外水入侵。再根據上述分析的石灘污水系統(tǒng)入侵外水來源，其針對性實施策略如下：
(1) 管網完善。通過系統(tǒng)摸查，由于規(guī)劃滯后、建設滯后，石灘污水系統(tǒng)污水管網覆蓋不完全，存在部分污水收集空白區(qū)域，造成污水直排?，F已完善蘋果街、新城大道支路、喬安西路和朱石路等14條道路公共收集管網，同時也全面推進了麻車村，塘頭村和鄭田村等城中村管網建設，消除未覆蓋空白區(qū)。
(2) 排口改造。在徹底清污分流實施完成之前，排查現狀截污點，廢除重復截污點，對截污量小的點位可降低截流堰高度，對截流量大的設置先進的限流閘閥，精準控制截流量。此外，本研究也對存在倒灌風險的4處排放口及漏水的6處拍門逐一整改。
(3) 排水單元達標改造。本研究擬在項目服務范圍內開展排水單元達標攻堅工作，將排水區(qū)域模塊化，分為住宅類、機關事業(yè)單位（含學校）、部隊、工業(yè)類、商業(yè)類等，并開展“洗樓”“洗井”“洗管”行動，分片各個擊破，并落實海綿城市理念，最終實現提質增效。以增塘排水分區(qū)和新城排水分區(qū)為例，其排水單元摸查情況如表4。本工程流域內的排水單元主要以合流制為主，按照排水單元面積統(tǒng)計，合流制區(qū)域占比99.48%，分流制區(qū)域占比0.52%，可見本項目內排水單元雨污混流嚴重。本研究已建立排水單元達標創(chuàng)建工程臺賬，采用“地毯式”的攻堅方式實行正本清源，改造一個，達標一個，逐步實現提質增效。
表4 排水單元排水體制統(tǒng)計（增塘排水分區(qū)和新城排水分區(qū)）
(5) 明、暗渠箱整治。石灘鎮(zhèn)前期已進行過黑臭河涌整理，但僅限于主涌，部分支涌和暗渠并未處理。從源頭處理排口是整治黑臭水體最有效的工程措施，對于有條件的暗渠，要進行揭蓋復涌，無法揭蓋的也必須增設檢查井，滿足檢修和清淤條件。本項目范圍內僅3條暗渠，目前已進行揭蓋處理。
(6) 控制河涌水位。石灘鎮(zhèn)河涌大都直接排入增江或東江，大部分河涌都兼具泄洪、景觀和灌溉功能，不能為了河涌景觀和灌溉盲目調高河涌水位，要通過估算實際需求來控制河涌水位，此外通過降低河道水位，如在不通航的河道可直接利用下游水閘啟閉控制河道水位，改變河道感潮特性，可減少河水的頂托倒灌［2］。如大濱海河涌，源頭為增塘水庫，可通過估算沿途灌溉和景觀需要來控制增塘水庫的放水量。
(7) 擠外水。山水、河水、潮水、地下水、雨水和池塘水均能通過上述工程措施進行處理，自來水和工地基坑排水需行政手段督導處理。對于自來水入滲，需協(xié)調自來水公司修復破損的的管網；而工地基坑水需政府管理部門督促工地加建“小藍管”，將處理過的基坑水排入雨水管道或自然水體，這樣就能騰出污水管網被擠占的空間，使污水管網系統(tǒng)正常運行。
(8) 加強宣傳與管理。為實現提質增效效果的長效保持，必須將工程措施和非工程措施相結合。例如，在本項目已實施清污分流的區(qū)域，部分居民仍將污水和垃圾倒入雨水口，嚴重影響提質增效的進程。因此，應積極向大眾宣傳雨污分流的理念、將排水許可證切實落到實處，并加強執(zhí)法力度，對偷排、漏排和錯排的排水戶進行嚴厲處罰。
4實施效果
4.1 管網水質與水量
本項目自2020年4月進場以來，已開展上述一系列工程措施，其中擠外水措施主要在2020年9月之后行實施。石灘污水處理廠進廠水量、COD和氨氮濃度變化見圖6。
圖6 石灘污水系統(tǒng)提質增效前后進廠水質水量變化曲線
COD濃度自2020年9月之后，總體呈上升趨勢，2020年12月平均濃度達172 mg/L，較以往月份水質平均提高了43.89%。氨氮濃度上升趨勢較小，2020年12月平均濃度達23 mg/L，目前已初步實現了污水處理廠進水水質的提質增效，隨著本項目的進一步實施，其效果將進一步提高。郭翔研究CCTV管道檢測在揚州污水提質增效行動中的應用，發(fā)現市政管網修復后，污水處理廠進廠水質濃度大幅度提升，污水處理廠受雨水沖擊得到有效控制，這與本研究結果基本一致。此外，關于廣州市獵德污水處理系統(tǒng)“一廠一策”系統(tǒng)化整治研究也印證了本研究結果，隨著“擠外水”工作的不斷深入，其COD濃度增幅2019年較2018年提升45%?？梢姳狙芯康奶豳|增效已初見成效。4.2 河涌水質
在該片區(qū)提質增效前，石灘污水系統(tǒng)存在河涌直排口，再加上大量污水溢流，導致大濱海河涌、崗貝涌等河涌經常黑臭，水質常年屬于劣Ⅴ類水體。以大濱海河涌為例，整治后，沿河直排污水轉輸至污水處理廠，截污井徹底取消，據統(tǒng)計，大濱海河涌直排污水量和溢量約減少900 m3/d。此外，結合散亂污關停和沿河違建清拆等控源措施，根據水體檢測的COD、氨氮和透明度指標數據，可以看出片區(qū)內河涌水質有明顯改善，且2020年11月氨氮同比降低7.38%。
5結論
污水處理廠進廠濃度低的原因既有其普遍性又有其特殊性，因此，需找準問題根源，因地制宜，制定提質增效“一廠一策”。提質增效也不是一項一朝一夕的工作，要建立長效維管機制，這樣才能進一步提升污水處理效能和實現河涌的“長制久清”目標。
（1）提質增效工作的基礎是開展科學調查與診斷工作，以污水處理廠污水收集范圍為系統(tǒng)單元，全面系統(tǒng)的從排水源頭、管網、泵閘站以及污水處理廠各環(huán)節(jié)開展。片區(qū)河涌溯源需堅持摸查初測與全線徒步復核相結合。
?。?）防止外水入侵污水系統(tǒng)的對策是：避免重復截污、準確控制截流量減少雨水截流量，并通過徹底的清污分流逐漸廢除截污系統(tǒng)；通過管道修復解決管道缺陷導致的地下水、河水和山水入滲問題；通過設置閘門控制河道水位，或優(yōu)化排水口拍門、鴨嘴閥、下開式堰門等設施，減少河水和潮水的倒灌；利用行政手段督導自來水和工地水入滲污水系統(tǒng)等問題。
?。?）提質增效工作要充分發(fā)揮“廠—網—河—城”一體化管理調控機制的作用，確保排水設施安全高效運行。此外，也可通過主動調控河道水位，使其發(fā)揮生態(tài)補水功能，保障河道水質。
來源：給水排水
微信對原文有修改。原文標題：廣州市增城區(qū)石灘污水處理系統(tǒng)提質增效案例分析；作者：馬蘭、林林、段軍波；作者單位：中恩工程技術有限公司?？窃凇督o水排水》2021年第9期。