广东省科学技术奖 | 高密度建成区黑臭水体“厂网河（湖）城”系统治理关键技术与示范

城镇化在推动经济高速发展的同时，也带来了严重的生态环境问题。国家认定的黑臭水体共有2100多个，且东部沿海经济相对发达地区数量相对较高。全国城市黑臭水体整治监管平台发布的数据显示，广东省的黑臭水体总数全国第一，达到243个。2018年10月，住房和城乡建设部、生态环境部印发《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》，明确提出把更好满足人民日益增长的美好生活需要作为出发点和落脚点，坚持生态优先、绿色发展，紧密围绕打好污染防治攻坚战的总体要求，全面整治城市黑臭水体，确保用3年左右时间使城市黑臭水体治理明显见效，让人民群众拥有更多的获得感和幸福感。

随着国内治水工作的纵深推进，政府管理者和专业人员越来越充分意识到，水污染治理是一个长期、复杂、系统的工程，流域污染治理的技术思路也不断在进行调整、修正和优化。2019年5月，住房和城乡建设部等三部委联合印发《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2021）》，提出“积极推行污水处理厂、管网与河湖水体联动‘厂-网-河（湖）’一体化、专业化运行维护，保障污水收集处理设施的系统性和完整性”。

“厂网河（湖）城”各要素是水污染治理中的关键节点和重要组成。

（1）“河（湖）”是黑臭水体治理的最终目标，同时也是流域污染的受纳体，通过实施截污、清淤、补水、生态修复，加强日常管养，实现水清岸绿、鱼翔浅底是流域污染治理的最终目的。

（2）“厂”是黑臭水体治理体系的核心环节，流域中产生的绝大部分污染物需要通过污水处理厂进行削减，通过实施污水处理厂新扩建及提标拓能，实现达标达产运行，同时加强分散式污水处理设施建设管理，保证在系统治理过程中对于污水处理厂的充分提升和预留。

（3）“网”是黑臭水体治理体系的最重要载体，推进正本清源雨污分流，对存量管网开展提质增效，整改错接混接，加强日常清疏维护，同时加快泵站新扩建，强化泵站运营维护，实现提升污水收集率、控制合流制溢流的目标。

（4）“城”是保障黑臭水体治理长治久清的关键，流域的污染来自于城市，流域污染治理的最终受益对象同样也是城市。通过城市精细化的管理、合理控制城市开发建设程度、给予厂站用地保障、削减城市初期雨水污染等方式，实现水污染治理的目标，使城市环境不断改善。

本技术发明紧紧围绕“厂网河（湖）城”全要素的水污染治理体系，针对高密度建成区黑臭水体的特征和治理难点，在径流污染控制、水生态修复、水质预警与监控等方面完成了多项发明与技术创新，为黑臭水体整治中面源污染削减、内源污染治理、溢流污染调蓄与处理等极为关键的环节提供技术经验，建立了包含“厂网河（湖）城”全要素的系统综合治理体系，有效解决高密度建成区黑臭水体整治过程中面临的污染多源、水质反复、设施布置空间不足等技术难点。

3.1 关键发明点一：海绵城市与径流污染控制

充分衔接海绵城市建设要求，推行低影响开发模式，针对高度建成区可能存在的合流、混流管网，以及初期雨水污染等问题，发明了入流排气及出流多功能井和除渣除砂限流消能于一体的多功能入流井两项技术发明，实现高密度建成区内的地表径流调蓄、转输要求，既能截流初期雨水，有效降低管道污染物沉积的程度和清污操作难度。同时克服了现状场地不足的缺陷，更加有利于城市的排水调蓄，有效改善老城区建设难等问题。

为解决雨水径流污染问题，本项目发明了一种带处理功能的调蓄池。本发明不仅能使处理设备与池型紧密结合，还可实现渠道配水，具有降低水头损失、减小能耗、易于管理运行、出水水质好、产泥少、节约用地、运行管理更方便等特点。

恢复河道水质和自净能力也是黑臭水体治理的重要内容之一，本项目发明了组合式生态净化笼，将污水收集和净化系统合二为一，利用生物接触氧化和全推流净化原理，将污水直接接入组合式生态净化笼进行输送和净化，安装不受场地限制，具有出水水质好、投资省、占地小（甚至不占地）等特点，契合高密度建成区黑臭水体治理的需求。

3.2 关键发明点二：分建式雨水调蓄设施

工程规划建设中往往遇到现状场地不足的情况，尤其是在高密度建成区，本项目发明了一种在现状场地不足情况下仍方便、可实施的分建式雨水调蓄系统。本发明的调蓄系统设置在各个合流管上，将合流管输送来的污水等经截流井拦截后收集或排放。

本发明与现有技术的不同之处与有益效果在于，在同一根合流管分建两个占地面积较小的截流井（现有技术一般只在合流管排污口处设置一个截流井，如同时加设调蓄功能，截流井占地面积过大），来克服现状场地不足的缺陷，同时更大程度地实现整个排水系统的调蓄功能，更加有利于城市的排水调蓄，也进一步提高了城市防涝能力和减低河道污染，发挥出更大环境效益，且运行管理方便。

3.3 关键发明点三：黑臭水体内源污染治理

黑臭水体的底泥是重要的污染来源，具有外运不便、处理困难的特点。本项目发明了一种河道、湖泊淤泥处理系统及其处理方法，包括控制系统以及依次连接的淤泥提升装置、泥水预处理装置和泥水磁分离干化装置，经处理后的出泥含水率小于75%，淤泥体缩小为1/10，黑臭河道水体颜色明显改观，处理出水化学需氧量和生化需氧量下降40～45%，有效解决黑臭水体底泥的处理处置问题；发明了一种适用于河道治理工程的沉砂拦污一体化装置，包括河道区和处理区两部分，河道区是截取待治理河道的部分流域，设有水力闸门将河道区分隔成上游区域和下游区域，处理区位于待治理河道的岸边区域，内设有中型过滤室，且与河道区并排设置，通过入口和出口分别与上下游区域连通，本发明能很好地应用于黑臭河涌综合整治。

3.4 关键发明点四：水体富营养化预警分析

国内外其他的技术手段和模拟软件，均无法对规划水体未来可能产生的富营养化范围做出预测和分析，无法为水体防控富营养化而进行的位置、形态的调整提供指导；在进一步设计时，亦无法指导人工构建水体生态系统而应该采取的生物技术手段的适用范围。本项目发明了一种规划人工水体富营养化预警分析方法，成功解决了这一难题。在黑臭水体治理的规划设计源头阶段进行预测分析，助于方案的调整和优化，从源头减少实施后出现生态问题的可能，避免或者减少高成本、高难度的治理工作。

不同CSO负荷量下评估对受纳水体的危害（图片来源：作者绘制）

该项目的发明成果已通过各种渠道推广应用，与多家央企及地方建设单位、大中型设计单位、水工业网站及环保公司等建立联盟，推广系列发明技术。该项目技术发明在该领域的市场份额将近一步扩大，也将产生巨大的社会效益与环境效益，同时这些技术的开发与应用可满足不同水污染治理的要求。

4.1 地表径流污染控制设施应用

浦东新区道路雨水收集处理利用工程，调蓄处理规模150m³/d。工程解决了初期雨水面源污染问题，解决了道路雨水积水问题，并充分利用处理后雨水，节约了自来水需求量。将道路收集的雨水反复应用在道路的清洗、绿化带的浇灌及消防临时用水。

4.2 福州市新店片区水系综合治理

带处理功能的调蓄池涉及7条河道，13个点位，日处理水量47800m³。该工程的实施，使河道溢流污染大大减少，河道水质明显改善，也减少了传统调蓄占地及污水厂雨季运行压力。

4.3 合肥市老城区初期雨水污染控制工程

合肥市重要的海绵城市建设示范工程，三座调蓄池规模分别为17000m³、7500m³和5500m³。项目主要通过杏花、逍遥津、包河三座调蓄池工程的运营，解决城市内涝积水、合流制污水及初期雨水污染问题，减轻了管网压力及河道污染，其出水可应用在道路清洗、绿化带浇灌及消防临时用水。为城市雨水的滞、蓄、净、用、排起到了示范作用，建成后运行良好。

4.4 水质预警和监测设施应用——山东省某新区城市人工湖

针对规划设计方案，模拟预测在未来水体的中部以及东部区域，仍可能出现明显的富营养化情况。建议采用生态生物技术，在藻类繁殖区及聚集区构建组分及结构较为完整的人工湖泊生态系统，例如构建草型湖泊、放养数量合适的食藻性浮游动物及鱼类，配置适合数量的贝类等，均有利于抑制微藻的大量繁殖。目前湖泊水系富营养化治理的费用约为1亿/平方公里，通过专利技术方法，降低未来规划水体发生富营养现象的可能性及严重程度，节省整治费用。

通过全国各大城市水环境治理的情况来看，黑臭水体治理工作涉及技术面广、专业领域众多，该技术发明相关技术还比较片面，没有包括其他几个方面，如低影响开发、管网提质增效、末端生态湿地处理、污水处理厂提标等。

随着黑臭水体治理工作的广泛开展和深入推进，在未来的工作中，仍需要对相关重点技术和环节进行深入研究和实践，包括城市生活污水收集处理系统“提质增效”措施、沿河沿湖截污管道建设、新建或改建大量截污调蓄设施的管理措施、分散处理设施、智慧水务系统等。