城市水環(huán)境綜合治理工程存在的問題與解決途徑

水處理網(wǎng)訊:1 工程的演變

我國城市水環(huán)境綜合治理工程的開展可追溯到上世紀(jì)九十年代，如我院參加設(shè)計(jì)的南寧市朝陽溪環(huán)境綜合治理工程、?？谑忻郎岷迎h(huán)境綜合整治工程等。這些工程在建設(shè)前都存在嚴(yán)重的行洪排澇問題，兩岸建筑凌亂，環(huán)境狀況惡劣(見圖1)。工程建成后非常顯著地改善了當(dāng)時(shí)的城市環(huán)境，被稱為“德政工程”“民心工程”（見圖1）。受歷史條件所限，如果按現(xiàn)在的眼光看，這一批工程肯定存在這樣或那樣的問題。首先是經(jīng)常被詬病的河道“三面光”和“覆蓋”問題。造成這一類問題的主要原因是老城區(qū)河道兩岸建筑密集，要使河道滿足行洪排澇標(biāo)準(zhǔn)和截污的要求，就需要擴(kuò)大河道斷面和沿河兩岸敷設(shè)截污管線，毫無疑問會(huì)進(jìn)行大面積的拆遷工作，而當(dāng)時(shí)的財(cái)力和拆遷安置能力是十分有限的。例如南方某城市的水環(huán)境綜合治理工程中考慮過3個(gè)方案，即自然生態(tài)邊坡的“全明”方案、上游覆蓋下游敞開的“半暗半明”方案、上下游全覆蓋的“全暗”方案。從參數(shù)方面分析，采用1∶3不等的自然邊坡設(shè)計(jì)（糙率0.025，邊坡穩(wěn)定），河道上口寬度顯然要大于采用漿砌塊石（糙率0.025）或鋼筋混凝土（糙率0.014）結(jié)構(gòu)的直立擋墻矩形斷面寬度，再加上兩岸截污管所占的位置，造成自然生態(tài)邊坡“全明”方案中沿河兩岸的拆遷量比“半暗半明”方案的增加了接近一倍，導(dǎo)致其拆遷費(fèi)用和安置能力無法承受。另一個(gè)原因是城市的快速擴(kuò)張需要大量的土地，沿河地塊最為搶手，多數(shù)已被規(guī)劃控制，甚至小區(qū)地塊的邊線就在河邊上，使河道水系沒有更多的治理空間；其次是河道水質(zhì)的問題，當(dāng)時(shí)水環(huán)境綜合治理工程的首要目的是解決河道行洪排澇安全和治理沿河兩岸臟、亂、差環(huán)境等迫切需要解決的民生問題，而城市的排水管線和污水處理廠都處在持續(xù)不斷的“補(bǔ)缺”過程中，污水系統(tǒng)的構(gòu)建尚不完善，基本上沒有經(jīng)過深度處理的再生水，也沒有再生水管道系統(tǒng)，再加上截流倍數(shù)低、截污不徹底以及多頭治水等原因，造成缺水城市無水可補(bǔ)、多水城市有水難補(bǔ)、河道水質(zhì)難有改善、雨后溢流頻繁有加，構(gòu)建起來的水環(huán)境工程系統(tǒng)十分脆弱，更談不上生態(tài)恢復(fù)。

圖1 某工程建成前后對(duì)比

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)，“讓城市更美好”和改善人居環(huán)境的呼聲越來越高，自2000~2010年期間，解決河道行洪排澇安全、截污和景觀亮化工程在水環(huán)境綜合治理工程中幾乎都擺到了同一高度，治理效果大為改善，但仍存在補(bǔ)水匱乏、水質(zhì)不清、水生態(tài)難以恢復(fù)的情況，沒有真正做到“站在水里看岸上”。

2014~2015年，國家相繼出臺(tái)了《關(guān)于推廣運(yùn)用政府和社會(huì)資本合作模式有關(guān)問題的通知》《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》等一系列相關(guān)政策，站在頂層設(shè)計(jì)的高度為水環(huán)境綜合治理工程提出了可供采用的PPP模式和明確的目標(biāo)要求，促進(jìn)了水環(huán)境綜合治理工程的策劃和理念的提升。在這一背景下，以《南寧市竹排江上游植物園段（那考河）流域治理PPP項(xiàng)目工程》為代表的一系列水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。

南寧市那考河水環(huán)境項(xiàng)目的策劃可以說是走了一條與以往水環(huán)境綜合治理“相反”的路線，其中突出的一點(diǎn)就是先確定了“末端”，規(guī)定了治理后河道要達(dá)到的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并制定了嚴(yán)格的、可操作的考核體系。在設(shè)定了水質(zhì)達(dá)標(biāo)這一底線的基礎(chǔ)上，建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維各方都要窮盡所能，系統(tǒng)治理的優(yōu)勢得以充分發(fā)揮，使那考河水環(huán)境項(xiàng)目取得了非常好的治理效果，除了水質(zhì)持續(xù)達(dá)標(biāo)以外，水生態(tài)也得到了恢復(fù)，做到了“水清岸綠、魚翔淺底”（見圖2）。

圖2 那考河治理效果

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷增強(qiáng)和生態(tài)文明建設(shè)的大力推進(jìn)，水環(huán)境綜合治理工程也在向更好的方向演變，其綜合治理的理念、技術(shù)水平和治理效果都有了跨越式的提高。對(duì)于過去受歷史條件所限建成的項(xiàng)目應(yīng)無可厚非，需要采取積極的態(tài)度認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并在可能的條件下進(jìn)行改造完善。

2 存在的問題

《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中強(qiáng)調(diào)了要強(qiáng)化城鎮(zhèn)生活污染治理、整治城市黑臭水體等工作內(nèi)容，隨著要求的完成時(shí)間不斷臨近（2020年），各地正在積極開展水環(huán)境綜合治理工作，在“大干快上”的同時(shí)，也暴露出一些存在的問題。

2.1 規(guī)劃控制問題

“沿河而居”“水岸莊園”，這在城市房地產(chǎn)開發(fā)項(xiàng)目中是耳熟能詳?shù)囊苏信啤Ｑ睾娱_發(fā)的項(xiàng)目屢見不鮮，河岸與建筑幾乎是“無縫對(duì)接”，其中包括尚未施工的規(guī)劃開發(fā)項(xiàng)目，造成水系治理過程中截污、溢流污染控制等工程措施“無處下腳”，最終只能沿河掛管、河中砌溝、水面綠化、水中曝氣，治理后成為“怪河”，賦予河道太多的負(fù)擔(dān)，見圖3。

圖3 沿河建筑示意

2.2 水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)問題

一些明顯缺乏天然補(bǔ)水的，以再生水為補(bǔ)水水源的水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目，在招標(biāo)文件或合同協(xié)議中規(guī)定了治理后河水應(yīng)該達(dá)到嚴(yán)格的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其中總氮指標(biāo)要求不大于2 mg/L，造成再生水廠加藥量過大，運(yùn)行成本過高，即便如此，使用常規(guī)工藝組合也不易穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

2.3 溢流污染控制問題

在《城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》中強(qiáng)調(diào)了削減合流制溢流污染。在實(shí)施過程中存在溢流污染控制標(biāo)準(zhǔn)不清，調(diào)蓄池存留的“溢流污水”處理方式不明的問題。所謂標(biāo)準(zhǔn)不清，一是行業(yè)規(guī)范缺乏溢流頻次或降雨毫米數(shù)這類設(shè)計(jì)參數(shù)的指導(dǎo)性意見，二是由于現(xiàn)狀管線資料缺失，沿河排口的水量水質(zhì)沒有長期監(jiān)測資料，在工期要求緊張的情況下難以開展模型分析和研究工作，使設(shè)計(jì)參數(shù)的選取不夠嚴(yán)謹(jǐn)；所謂處理方式不明，就是對(duì)調(diào)蓄池收集存留的這部分“溢流污水”采取何種程度的處理方法各地掌握的尺度不同，雖然《城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》中說明可以“……采取快速凈化措施對(duì)合流制溢流污染進(jìn)行處理后排放……”，但有的地方不允許這部分“溢流污水”有其他的排放口，只要求全部送往污水處理廠進(jìn)行全流程處理，達(dá)到污水處理廠的出水標(biāo)準(zhǔn)后排放，這將造成新建更多的污水處理廠或現(xiàn)有污水廠規(guī)模成倍擴(kuò)建。

2.4 考核體系問題

水環(huán)境綜合治理是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，考核體系的制定離不開工程項(xiàng)目的邊界條件。有些地方寄希望于一次解決幾十年遺留下來的問題，依靠一些強(qiáng)硬的“霸王條款”當(dāng)做保障措施。如某項(xiàng)目的考核體系規(guī)定工程進(jìn)入運(yùn)維期間，由第三方進(jìn)行河道水質(zhì)檢測，在“無論任何時(shí)間，任何取樣點(diǎn)”檢測合格后方能支付運(yùn)維管理費(fèi)用。事實(shí)上河道周邊大面積的魚塘或畜牧養(yǎng)殖廠的排水無法控制，解決起來涉及到復(fù)雜的社會(huì)問題，超過設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的溢流也會(huì)發(fā)生，這些客觀存在的情況均會(huì)對(duì)河道水質(zhì)產(chǎn)生影響，也是設(shè)計(jì)方與合同執(zhí)行方無法解決的，因而造成了PPP模式或EPC+O模式的水環(huán)境治理項(xiàng)目合同難以執(zhí)行。

3 解決的途徑

3.1 合理制定規(guī)劃藍(lán)線

規(guī)劃藍(lán)線是城市規(guī)劃七線的其中之一，一般稱河道藍(lán)線，即城市各級(jí)河、渠道用地規(guī)劃控制線。在水環(huán)境綜合治理工程中，沿河兩岸一般需要敷設(shè)截污管線，針對(duì)合流排口需要設(shè)置溢流污染控制的調(diào)蓄池，還有巡河防汛路、海綿設(shè)施用地、景觀建設(shè)用地等，需要構(gòu)建一套完整的工程體系。如果僅考慮截污管線的位置，建議在規(guī)劃河道上口邊線以外至少控制6～10 m的寬度，為工程設(shè)施留足空間。

3.2 科學(xué)確定總氮指標(biāo)

眾所周知，水體中由于過量營養(yǎng)物質(zhì)（主要是指氮、磷等）的排入，將引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，魚類及其他生物大量死亡，致使水質(zhì)惡化，這種現(xiàn)象稱作水體富營養(yǎng)化，因此控制水體中的氮磷是十分必要的，尤其是以再生水為補(bǔ)水水源的河道水體。

在自然水體中，發(fā)生富營養(yǎng)化的條件主要有3個(gè)：充足的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)，緩慢的水流流態(tài)，適宜的溫度條件。一般認(rèn)為，水體形成富營養(yǎng)化的指標(biāo)包括：水體中TN＞0.2～0.3 mg/L，TP＞0.01 mg/L，BOD5＞10 mg/L，細(xì)菌總量達(dá)到104個(gè)/mL，葉綠素α＞10 μg/L，水體透明度小于50 cm。因此，就N、P植物營養(yǎng)鹽而言，無論是以再生水為水源的景觀水體，還是Ⅲ類天然景觀水體均存在富營養(yǎng)化的營養(yǎng)物質(zhì)條件，當(dāng)其它條件適宜時(shí)，如緩慢的水流流態(tài)、適宜的溫度條件等，景觀水體就有發(fā)生富營養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。在這種前提下，就需要充分考慮河道水體中總氮限值的經(jīng)濟(jì)合理性。

以10萬m³/d的再生水廠為例，總氮由一級(jí)A的15 mg/L去除到2 mg/L，甲醇投加當(dāng)量按3計(jì)，每天的甲醇消耗量為3.9 t；如果將總氮限值控制在10 mg/L，則每天的甲醇消耗量為1.5 t。按照甲醇3 500元/t的價(jià)格，后者的甲醇投加費(fèi)用每天可節(jié)省8 400元。

另一方面，就其機(jī)理而言，在地表淡水系統(tǒng)中，磷酸鹽通常是植物生長的限制因素，在正常的淡水系統(tǒng)中磷含量通常是有限的，因此增加磷酸鹽會(huì)導(dǎo)致植物的過度生長。而在海水系統(tǒng)中磷是不缺的，而氮含量卻是有限的，因而含氮污染物加入就會(huì)消除這一限制因素，從而出現(xiàn)植物的過度生長。這也就是為什么美國坦帕灣Howard F. Curren污水處理廠出水總氮要求≤3 mg/L的主要原因，因?yàn)槠涑鏊欧诺乃w是海灣。而我國城市水環(huán)境綜合治理工程的對(duì)象絕大多數(shù)是陸地淡水的城市內(nèi)河，在以再生水為河道主要補(bǔ)水水源的情況下，制定嚴(yán)格的水體總氮指標(biāo)只會(huì)起到事倍功半的效果。

結(jié)合上述分析和國內(nèi)常規(guī)再生水處理工藝運(yùn)行情況，建議以再生水為河道主要補(bǔ)水水源的水體總氮指標(biāo)控制在5～10 mg/L。

在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）中規(guī)定的集中式生活飲用水地表水源地補(bǔ)充項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值中規(guī)定的硝酸鹽限值為10 mg/l，這就可以理解為集中式生活飲用水地表水源的總氮限值至少為11 mg/L（按Ⅲ類），而本建議值最大為10 mg/L，已經(jīng)明顯嚴(yán)于集中式生活飲用水地表水源合理類推的總氮限值了。

3.3 先期進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)研究

在工程上，削減河道溢流污染頻次最有效的手段是建設(shè)調(diào)蓄池，利用它在降雨期間把合流污水蓄存起來，雨后按排空時(shí)間的要求經(jīng)處理后排放。構(gòu)建溢流污染調(diào)蓄系統(tǒng)首先需要明確溢流頻次的控制標(biāo)準(zhǔn)，如美國的西雅圖要求年均溢流1次，亞特蘭大要求年均溢流4次，澳大利亞悉尼要求年均溢流2次等，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定取決于河流水體的環(huán)境容量允許程度。根據(jù)溢流頻次的要求，結(jié)合降雨資料的統(tǒng)計(jì)分析得出降雨毫米數(shù)，考慮徑流系數(shù)和雨水匯流面積，才可以計(jì)算出調(diào)蓄池的有效容積。而調(diào)蓄容積的大小又和投資有直接關(guān)系，溢流頻次控制的越嚴(yán)格，意味著調(diào)蓄池要承受更多的降雨場次和更大的降雨毫米數(shù)，再加上合流制管線一般所負(fù)擔(dān)的雨水匯流面積較大，因此溢流頻次標(biāo)準(zhǔn)的確定成為如何經(jīng)濟(jì)有效地設(shè)計(jì)調(diào)蓄系統(tǒng)的關(guān)鍵因素。

根據(jù)趙澤坤等“中美合流制溢流污染控制概要比較”（《給水排水》雜志，2018年第11期）一文所做的總結(jié)，美國是世界范圍內(nèi)較早系統(tǒng)性開展CSO污染控制的國家之一，圍繞CSO污染控制的法律政策體系構(gòu)建、基礎(chǔ)研究與工程實(shí)踐等已進(jìn)行了數(shù)十年，總體上在溢流污染物的削減及受損水體恢復(fù)等方面取得了良好成效。我國上海、昆明等許多城市已開展研究與實(shí)踐，積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。但總體來說，我國CSO污染控制在法律法規(guī)及政策的支撐與保障、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的約束與指導(dǎo)、規(guī)劃布局的科學(xué)合理性等方面還存在一些問題或缺少一定共識(shí)。我國目前暫無專門針對(duì)CSO污染控制的專項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，相應(yīng)內(nèi)容在部分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中有所涉及，整體上是一項(xiàng)很大進(jìn)步，但其中有些內(nèi)容還值得商榷或有待完善。

因此，我國合流制溢流污染控制標(biāo)準(zhǔn)的制定是需要亟待解決的問題，需要各地結(jié)合自身特點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行，到了工程實(shí)施階段再來論證標(biāo)準(zhǔn)為時(shí)已晚。

近年來，我國出臺(tái)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《關(guān)于推進(jìn)海綿城市建設(shè)的指導(dǎo)意見》等一系列重要文件加強(qiáng)了對(duì)合流制溢流所造成水體污染的重視，住建部發(fā)布的《城市黑臭水體整治工作指南》也將CSO作為點(diǎn)源污染之一納入到整治方案的編制范圍要求中。毫無疑問，CSO污染控制已成為我國現(xiàn)階段黑臭水體整治與海綿城市建設(shè)中一項(xiàng)需要迫切解決的問題。因此建議溢流污染控制標(biāo)準(zhǔn)工作提前在規(guī)劃研究階段分析解決。

關(guān)于溢流污水的處理方式，建議允許采用一級(jí)強(qiáng)化的處理方式，而不應(yīng)“一刀切”式的全部送往污水處理廠進(jìn)行全流程處理。一是借鑒發(fā)達(dá)國家經(jīng)驗(yàn)，如德國和日本采用一級(jí)強(qiáng)化的處理方式，有的就地處理排放，有的經(jīng)污處理水廠初沉池處理后排放；二是水環(huán)境綜合治理工程所涉及的匯水流域一般較大，大量的溢流污水在短期排空時(shí)間內(nèi)對(duì)污水處理廠產(chǎn)生較大的沖擊負(fù)荷，也會(huì)造成新建污水處理廠非雨季過多閑置。

3.4 謹(jǐn)慎出臺(tái)考核標(biāo)準(zhǔn)

考核標(biāo)準(zhǔn)是保障治理效果的有效措施，尤其對(duì)PPP和EPC+O模式十分重要。但水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目屬于“線”、“面”工程，涉及到一定的社會(huì)問題，如農(nóng)業(yè)面源污染問題、補(bǔ)水水源問題、周邊漁業(yè)和畜牧養(yǎng)殖問題、道路交通問題等等。曾發(fā)生過高鐵到終點(diǎn)站后將車內(nèi)糞尿收集后直接排入雨水管道的情況，引起河道水質(zhì)惡化。諸如此類的問題均構(gòu)成了水環(huán)境項(xiàng)目的邊界條件。建議充分考慮這些因素，采用合理的打分制，并允許上述問題發(fā)生時(shí)予以免責(zé)。

3.5 積極開展管網(wǎng)整改

事實(shí)證明在有條件的地區(qū)開展“合改分”的工作可以有效消除合流制溢流污染現(xiàn)象，還可以同時(shí)起到治理管線錯(cuò)接混接的作用，其投資與建設(shè)溢流污染調(diào)蓄設(shè)施相比大為降低，是一種行之有效的方法。我國許多城市將“合改分”作為排水事業(yè)的一項(xiàng)工作，有的早在上世紀(jì)九十年代就已經(jīng)開始，但因現(xiàn)實(shí)推進(jìn)中資金和社會(huì)問題等一系列困難逐漸放棄，轉(zhuǎn)而進(jìn)行末端大截流，建設(shè)調(diào)蓄設(shè)施等。建議在水環(huán)境綜合治理工程中開展此類方案比較工作，在沿河有條件的地區(qū)進(jìn)行“合改分”工作，有效降低資金投入。

作者：黃鷗；作者單位：北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司。

原標(biāo)題:給水排水 |黃鷗：城市水環(huán)境綜合治理工程存在的問題與解決途徑