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第42 卷第4期2023年8 月经验介绍某黑臭水体综合整治工程中截污工程设计案例探讨汪聪，程树辉，韩卫强，沙桐，宋雅阁（北京市市政工程设计研究总院有限公司，北京10 0 0 8 2）摘要：截污工程是黑臭水体治理控制污染的首要措施，也是实施其它措施的基础与前提，然而很多截污工程的规划设计不尽合理，达不到预期效果。为探索科学合理的截污工程规划设计方法，以某市域范围内40 条黑臭水体综合整治工程中的截污工程为例，在分析污水系统存在的问题的基础上，对工程设计的思路、重难点进行剖析和介绍。截污工程规划设计应以现状本底情况作为基本依据，针对性的进行“一河一策、一口一策、特殊节点特殊设计”精细化设计，以实现控源截污的预期效果，保证黑臭水体整治的成效。关键词：黑臭水体治理；截污纳管；污水系统评估；模型模拟；工程设计中图分类号：X52A Case Study on The Design of Sewage Interception Engineeringin a Back and Odorous Water Body Treatment ProjectWANG Cong,CHENG Shu-hui,HAN Wei-qiang,SHA Tong,SONG Ya-ge(Bejing General Municipal Engineering Design&Research Institute Co.Ltd.,Bejing 100082,China)Abstract:Sewage interception project is the primary measure for controlling pollution of black and odorous water body,and isalso the basis and premise of implementing other measures.However,many interception projects are unreasonably planned anddesigned,failed to achieve the expected results.In order to explore scientific and reasonable planning and design methods ofsewageinterception project,taking the sewage interception projects of 40 comprehensive treatment projects of black and odorouswater bodies in a city as an example,based on the analysis of the problems existing in the sewage system,the ideas,key anddfficult points of engineering project design are analyzed and introduced.The planning and design of the pollution interceptionproject should be based on the current background situation,and carry out the refined design of targeted one river one policy,one sewage outlet one policy,special design for special nodes,so as to achieve the expected effect of the interception projectand ensure the effect of black and odorous water treatment.Keywords:Treatment of black and odorous water body;sewage interception;sewage system evaluation;model simulation;四川环境SICHUAN ENVIRONMENTD0I:10.14034/ki.schj.2023.04.043文献标识码：A文章编号：10 0 1-3 6 44(2 0 2 3)0 4-0 3 13-0 6engineering designVol.42,No.4August 2023引言随着城镇化进程加快，在点源、面源、内源污染等多重因素的综合作用下部分河道形成黑臭水体 。近年来，我国对黑臭水体治理日益重视，黑臭水体治理已取得重大进展，我国的黑臭水体治理体系也日渐完善。针对黑臭水体的成因，形成了“控源截污、内源治理、生态修复、活水循环”的基本技术路线 2 。其中，截污工程是控制污染的首要措施，该措施通过源头控制将点源污染与部分面源污染截流在岸上，对治理黑臭水体和长久保持收稿日期：2 0 2 1-0 8-0 9作者简介：汪聪（19 9 5-），男，湖北随州人，毕业于哈尔滨工业大学环境工程专业，硕士，工程师，主要从事市政给排水设计及研究工作。河道水质具有积极作用。若截污工程规划设计不合理，会直接影响黑臭水体治理的效果，甚至会导致黑臭水体治理工程的失败。为此，本文以某市域范围内40 条黑臭水体综合整治工程中的截污工程为实例，对截污工程的规划设计进行分析探讨。1研究实例1.1工程概况本黑臭水体综合治理工程位于珠江三角洲河网水系发达地区，总流域面积约45km，共计40 条314河涌，总长约7 4km。治理目标为全面消除黑臭，划定地表水环境功能区水体断面达标。在对工程范围内流域治理现状和问题分析的基础上，遵循“控源截污、内源治理、生态修复、活水循环”的基本技术路线，制定了截污工程、调蓄工程、清淤工程、底泥处理处置工程、水系循环和补水工程、生态修复工程、岸线修复和生态护岸工程、管道检测与修复工程、水务信息化建设工程、人工湿地、河道养护等多种治理措施。1.2水环境现状根据地方环保部门提供的2 0 19 年第二季度实测水质数据显示，大多数河道是黑臭水体，主要是服务面积序号干管代号1A2B3C4D5E6F四川环境氧化还原电位超标。40 条河道水质均为劣V类，其中主要是氨氮不达标，COD、T P达标率约7 0%。40条河道中严重污染的占比17.5%，重污染的占45%，中度污染的占3 5%，轻度污染占2.5%。1.3污水管网现状工程范围内排水系统共划分为5大排水分区，6根污水主干管，污水管网系统见图1。各排水分区干管建设情况详见表1；现有干管总长约14.26km，支管共计约40 km；40 条河涌中已有2条河涌实施沿河截污，管道均敷设于河涌内，总长度约2 km。表1干管建设情况一览表Tab.1 List of main pipe construction管径(km)(mm)8.01DN800 DN12003.94DN1000 DN12002.15DN8008.20DN300 DN10004.71DN300 DN80027.01DN150042卷长度备注(km)5.244.264.309.005.000.46运行中运行中运行中正在建设规划阶段进厂干管，运行中现状污水管道近期规划污水管道远期规划污水管道远期规划污水压力现状传水处理厂规圳居水乐站规刻范国线图1污水系统管网图Fig.1Diagram of Sewage network从管网调查结果来看，主城区污水主干管网已基本完善，但是支管暂不完善；农村地区污水管网缺失严重。根据上位规划，到2 0 2 0 年管网覆盖率Tab.2The influent and effluent water quality of wastewater treatment plant水质目标/类别BODs进水水质87.9出水水质9.6应达到9 0%以上，目前据此目标还有较大差距，综合“污水管网一张图”发现，至少有2 2 处管道无下游或断头。在已完成的9.3 km的管道检测中，共发现缺陷544处，其中结构性缺陷46 3 处，功能性缺陷8 1处；三级、四级缺陷共2 9 5处，占比超过50%。此外，由于沿河截污管道破损严重，导致河水倒灌，沿河截污管道功能基本丧失，污水管网全年高水位运行。由此可见，现状污水管网断头、错接、漏接、破损等损坏现象严重，导致污水不能进人污水处理厂。1.4污水处理厂现状工程范围内共1座污水处理厂，设计规模4万m/d。根据2 0 18 年污水厂运行数据，日均处理水量约3.0 2 万m，进、出水水质见表2。表2 污水厂进、出水水质汇总表CODcrSS1227314.617(mg/L)NH4-NTN15.322.20.436.82TP2.670.244期由表2 可知，虽然该污水厂出水可达标，但污水厂进水浓度较低，不满足污水专项规划要求（C O D 17 0 m g/L），也不满足“提质增效”目标要求 3 。此外，污水厂曾试验将沿河截污管道闸门关闭，污水厂进水量减少近一半，证明了污水厂进水水质低主要是由于河水倒灌所致，污水厂实际处理污水约为1.50 万m/d。虽然污水厂进水水量基本满足设计要求，但水质与设计值差别较大，处理效率低下。2截污工程设计思路2.1合理预测污水量2.1.1排口实测分析法根据排口溯源，40 条河涌沿河共有排水口3841个，其中旱季出水排口2 17 8 个，雨水排口1663个，旱季实测出流量约4.7 9 万m/d。根据实际调研，并结合产污总量分析，管网中污水有一半左右是河水倒灌等进人的外水，旱季排口出流水中污水约2.40 万m/d，结合现状污水厂实际处理污水量，工程范围内实际污水量约为3.9 0 万m/d。2.1.2日均用水量估算法根据供水公司提供资料，2 0 18 年工程范围内总供水量为4.10 万m/d，取污水排放系数为0.85，总污水量约为3.49 万m/d。2.1.3人均综合排污系数法采用人均综合排污系数法，工程范围内居民生活污水量约1.9 2 万m/d，工业企业污水量约1.0 5万m/d，合计2.9 7 万m/d。通过以上三种分析方法，采用排污口实测分析法污水量最大，人均综合排污系数法最小。结合日均用水量估算法结果，综合考虑地下水人渗等因素，本工程采用排污口实测分析污水量，取污水量为3.9 0 万m/d。2.2合理确定排水体制和合流制截流规模根据上位规划，该市要实现雨污合流制向全面分流制的转变，根据“宜分则分，难分则先截后分”的原则，近期采用混合排水体制。基于此，本工程在雨污分流区域内采用分流制；城市合流制区域内有条件结合当地雨污分流工程的采用分流制，其余区域采用截流式合流制；农村地区采用截流式合流制。综合考虑各项工程措施对人河污染物的削减控制目标，本项目需控制2 0%的径流污染。在合流汪聪等：某黑臭水体综合整治工程中截污工程设计案例探讨2截流雨强(mm/h)图2 截流雨强与径流污染控制比例关系图Fig.2The relationship between the interception rainfallintensity and the runoff pollution control ratio在分流制区域，如需控制2 0%的面源污染，则调蓄池量为19 55.7 2 0%/7 2=5.43 mm（其中1955.7为典型年产生径流的降雨总量，7 2 为典型年产生径流的降雨场次），设计取5.5mm。2.3模型分析现状管道过流能力为评估截污工程实施后增加的污水量对现况污水管网旱季运行状态的影响，采用InfoWorks ICM模型对管网进行模拟分析。通过CSV文件将管网普查成果、施工图等资料的管道、检查井以及排污口等信息导入模型，进行管网模型搭建（见图3）。首先利用管网实际运行数据进行模型率定，再模拟截污工程实施后将污水输送至污水处理厂时管网运行工况，以分析截污工程实施后在旱季给现况污水厂及管网运行状态带来的影响，管道超负荷状态如图4所示。通过对截污后现况污水管道旱季运行超负荷状态分析，主干管道处于满流（图4中蓝色所示）但未超负荷及过流能力不足（图4中红色管道所示）的状态，部分管道存在超负荷状态，考虑到现况管道局部逆坡、管径变小及模型与实际情况的偏差等因素，认为截污实施后增加的污水量不能对现况管道旱季运行状态造成能力上的冲击。315制区域中，截流规模的大小直接影响工程的经济成本和环境效益，取值应综合考虑受纳水体的水环境容量、城市类型、人口密度和降雨量等因素 4对典型年降雨数据（1min间隔数据）不同降雨强度、降雨历时、降雨量以及污水产量进行统计分析得出合流制系统截流雨强与截流比例的关系 5，如图2 所示，若要达到2 0%截流比例，需要截流约2.9 mm/h降雨，设计取3 mm/h。4035(%）体151050.013456316Fig.3 Schematic diagram of Pipe network model constructionFig.4 Schematic diagram of Pipe network overload status3截污工程设计关键点分析3.1截污干管设计“一河一策”截污干管上设计主要包括路由、管材和施工工法，三者之间相互影响。沿河截污工程中，管道路由概况来说可分为道路下和河涌内两种 6-7 。道路下敷设方便支管的接人、维护管理方便、渗漏风险较小，但是在施工过程中对居民影响较大、施工阻力大；河涌内敷设可不占用土地、不影响交通，但是维护管理不便、渗漏风险大、影响河涌行洪。根据河涌内现状截污管道的运行状态，随着管道和接口的老化、基础的不均匀沉降，敷设在河涌内的管道损坏十分严重，导致大量河水倒灌进人污水管网。综合考虑本工程实际情况，优先考虑道路下埋管。少数不具备道路埋管条件的河涌采用河涌内架管，为降低渗漏风险，采用球墨铸铁管。工程区域内大量房屋沿河而建，河涌两岸房屋密集，道路一般为4m左右村道，沿岸线道路下埋管，房屋保护、车辆导流以及施工期对沿岸居民的影响是工程能否顺利实施的关键，此时施工工法的选择显得尤为重要。管道施工工法包括开槽施工和非开挖施工，传统管道工程中，开槽施工具有较好四川环境的性价比优势。但在本工程中，由于道路狭窄以及地质因素，开槽施工必须进行支护开挖，考虑开槽施工的支护量、地基处理、沿线房屋保护、路面恢复等因素，埋深超过3 m后支护开槽已不再具备性价比优势。因此，在河涌两侧有较宽道路、沿线需进行房屋保护较少的河涌优先选择支护开槽施工，管材主要采用HDPE化学管材；在房屋密集、需进行大量房屋保护的河涌，埋深较浅的管段采用支护图3 管网模型搭建示意图开槽施工，埋深较深管段采用非开挖施工，非开挖工艺为顶拉管，管材采用聚乙烯缠绕实壁管。3.2排口截污设计“一口一策”根据排口属性，沿河排口可分为污水排口、合流排口和雨水排口；根据排口口径，可分为大排口和小排口。本工程设计针对不同排口采取不同的截污处理方案，详见图5。汽水排口流排口截流井截流管污水图4管道超负荷状态示意图沿河截污干管Fig.5 Schematic diagram of sewage interception system3.2.1污水排口污水排口一般为沿河居民房直排或化粪池排出，管径普遍2 0 0 mm，经支管接至截污干管，支管根据现场情况采用小型检查井或挂管的形式(见图6、图7)。0500铸铁井盖及盖座彻块彻筑至裁汽干管d2000I20.010Q240污水小方井剖面图图6 小型检查井大样图Fig.6 Large drawing of small intercepting well42卷雨水排口雨水管沿河截污干管滋流管工程河涌图5截流方式示意图0500铸铁井盖及盖座溢流口彻块彻筑150.20,150滋流算DNT150200150污水排口DN1护岸挡墙500240100沿河截污干管旋流沉砂器根据排口管径确定至戴污干2001002405002401001180合流制排口小方井（溢流）剖面图流制排口4期建筑通边地面标高管三通（需要溢流时设置）现状排污口戴流支管现状排污口局部拆除虎筑混王河涌堤岸A式挂管示意图图7 河涌内挂管大样图Fig.7 Layout of hanging intercepting sewer pipe along the bank3.2.2合流排口合流排口在建成区一般为污水管错接、混接进雨水管，在农村区域一般为屋面雨水与阳台排水经立管混接，管道在旱季有污水出流，雨季污水混合雨水出流。经对比分析，对于管径40 0 mm的合流制排口，优先对管道上游进行溯源，整改错接、混接管道，短时间内无法整改的采用截流井截流，旱季污水全部进人截污干管，雨季截留部分雨污混合水，剩余部分溢流至河涌。对于管径 40 0mm的合流制排口，采用小型检查井或挂管的形式截流（见图6、图7），并设置溢流口。对于特殊段，如暗涵和合流支涌，从“提质增效”的角度出发，不进行总口大截流。采取支涌内架设支管、暗涵内设置截流墙或截留管的方式从源头截污。3.2.3雨水排口对于D800mm的雨水排口，在管道排河口附近设置旋流沉砂器，处理后排河；对于DDN1000时，防倒灌采用液压式旋转堰门，同时采用无动力限流器限制截流管流量。（2）排口DN600DDN1000时，防倒灌采用电动闸门、鸭嘴阀和管中型防倒灌器，同时采用无动力限流器限制截流管流量。有便利接电条件时，防倒灌选用电动闸门；无便利接电情况下，有较大空间时选用鸭嘴阀，空间较小时选用管中型防倒灌器。（3）排口DN400DDN600时，防倒灌采用鸭嘴阀和管中型防倒灌器，不设限流措施。有较大汪聪等：某黑臭水体综合整治工程中截污工程设计案例探讨建筑通边地面标高管三通（需要溢流时设置）裁流支管不锈钢管柱支架河涌底板标高317空间设置截流井时选用鸭嘴阀，空间较小选用管中型防倒灌器。河涌底板标高进水管B式挂管示意图H1Fig.8 Schematic diagram of intercepting well3.3.2提升泵站设计当截污干管接驳至现况市政污水管高程无法满足，或截污干管埋深超过5m时考虑泵提升。本工程设计采用一体化提升泵站，分旱季和雨季两个运行工况。泵后压力管采用衬塑钢管，压力管后检查井内设置消能措施。3.3.3分散式一体化处理装置设计遵循“尽量集中、适度分散”的原则，有条件接入市政污水管道的接驳至市政污水管道，污水厂集中处理；无条件的就近采用一体化处理装置处理后排河。本工程共设计1座一体化污水处理设施，分旱季和雨季两种运行工况。旱季污水经“预处理+MBBR+磁混凝”联合工艺处理达标后排河；雨季超过MBBR处理能力的雨污混合水经预处理后超越MBBR系统，直接至磁混凝处理装置，一级强化处理后直接排河。4结论与建议以某市范围内40 条黑臭水体治理工程为例，在进行现况污水系统评估的基础上进行了截污工程设计，以实现工程范围内旱季无污水人河，雨季少溢流。（1）现况污水厂不论处理能力还是处理效能均无法满足城市发展所需，函需扩建、提标改造；污水管网主干污水管已基本健全，支管尚不完善，局部污水管道缺失，管网高水位运行，需进行管网完善、管道检测和修复；工程范围内有超过一半的污水直排入河，大量沿河排污口函需进行截流处理。防倒灌装置根据排口大小和现场情壳确定出水管H1H1H3截留管，高程由计算确定根据现场实际确定是否限流及限流方式图8 截流井大样图318（2）管网模型模拟结果表明，截污工程实施后增加的污水量不能对现况管网旱季运行造成能力上的冲击，截污工程可以实施。沿河截污工程应因地制宜，一河一策、一口一策，针对各河涌、排污口和现状市政管网等差异采用不同的截污及防倒灌方式。（3）黑臭水体治理中，除进行沿河截污以外，管网完善和管道检测与修复也需同步进行，以保证截流污水进人污水处理厂；污水厂规模、调蓄规模需与管网、水量相匹配，以保证收集污水得到有效处理。四川环境参考文献：1李张卿，宋桂杰，李晓，深圳市白花河黑臭水体综合治理技术探讨 J.给水排水，2 0 18，44（7：47-50.【2 刘颖，徐畅，刘元元，等珠三角城市流域水环境治理思路与勘察设计关键技术探讨 J四川环境，2 0 2 1，40（2）：68-72.3唐建国，张悦，梅晓洁城镇排水系统提质增效的方法与措施 J给水排水，2 0 19，45（4）：3 0-3 8.4GB50014-2006（2 0 16 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