平原河網(wǎng)地區(qū)排水管網(wǎng)提質(zhì)增效案例

平原河網(wǎng)密集區(qū)域大量外水入滲導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水濃度低、收水量超負(fù)荷問題時(shí)常發(fā)生，排水系統(tǒng)入滲問題嚴(yán)重且亟待解決。以某污水服務(wù)片區(qū)為例，前期通過水質(zhì)平衡定性水質(zhì)異常原因，以主管表征點(diǎn)水質(zhì)作為溯源依據(jù)，對關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)水質(zhì)/水量分析，準(zhǔn)確定位重點(diǎn)問題片區(qū)，排查共發(fā)現(xiàn)影響水質(zhì)濃度問題120處，對較嚴(yán)重問題點(diǎn)修復(fù)后，管網(wǎng)液位整體下降，污水處理廠進(jìn)水COD濃度穩(wěn)定提升至250 mg/L水平，對比污水處理廠處理量“擠外水”率達(dá)到40.6%。

1 項(xiàng)目概況

某污水處理廠位于太湖流域內(nèi)，降雨充沛，水系發(fā)達(dá)湖蕩眾多，河道儲(chǔ)水量大。污水處理廠近期建設(shè)0.5萬m3/d，負(fù)責(zé)收集處理約3.68km2居民生活污水，服務(wù)片區(qū)包括：污水管網(wǎng)75 km，提升泵站1座，小區(qū)40余個(gè)，其中市政干管16km、小區(qū)支管59km，規(guī)劃設(shè)計(jì)為雨污分流排水體制。該區(qū)域地下水豐富且水位偏高，河道景觀水位常年高水位，由于小區(qū)雨污水分流不徹底、錯(cuò)接混接問題較多、檢查井及管網(wǎng)年久失修等問題，導(dǎo)致外水入滲嚴(yán)重，管網(wǎng)長期保持高液位運(yùn)行，污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)濃度偏淡。

2“一廠一策”管網(wǎng)提質(zhì)增效思路

2.1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀評估

夜間最小流量法、用水量折算和污染物平衡計(jì)算法是排水系統(tǒng)中較為常用的三種評估方法，由于水質(zhì)、水量及河道等因素均為動(dòng)態(tài)變化值，不同評估結(jié)果只可作為提質(zhì)增效的本底數(shù)據(jù)作參考。

（1）夜間最小流量評估法。在某連續(xù)晴天選取進(jìn)廠前市政窨井作為監(jiān)測點(diǎn)，通過安裝流量計(jì)進(jìn)行液位、流量及瞬時(shí)流速監(jiān)測，選取最具有特征性流量曲線進(jìn)行分析。

ALKASE在研究馬來西亞小區(qū)用水規(guī)律時(shí)確定夜間最小流量為3：00~3:30時(shí)間段，陸塵宇在測定深圳居民用水曲線時(shí)認(rèn)為4：00是該地區(qū)最小用水時(shí)間。根據(jù)監(jiān)測流量曲線來看瞬時(shí)流量的高峰基本與用水量高峰一致，但夜間自來水售水量較少的情況下仍有較大流量水流，考慮不同地域用水習(xí)慣略有偏差，但大致最小夜間流量時(shí)間段基本一致，選取1:00~4:00的時(shí)間段內(nèi)979m3作為外水入滲量，通過連續(xù)監(jiān)測該區(qū)域日均流量為179.7m3/h，日監(jiān)測流量為4313.3 m3，當(dāng)日污水處理廠處理量為4246 m3（核算監(jiān)測與統(tǒng)計(jì)誤差，數(shù)據(jù)基本一致），選用最小夜間流量法計(jì)算外水入滲量為22.7%，見圖1。

（2）用水量折算法。污水處理廠收水片區(qū)約3.68 km2，常住人口約2.7萬人，年日均售水量約3 100 m3/d，污水處理量約4 200 m3/d，按照售水量與污水收水平衡計(jì)算（自來水產(chǎn)污系數(shù)按0.85折算）外水入滲量為1 565 m3/d，入滲量為37.26%。

（3）污染物濃度平衡評估法。采用污染物特征因子法估算外水入滲量，污水處理廠進(jìn)廠BOD5濃度與排水戶出口BOD5濃度之差主要由外水入滲導(dǎo)致，通過式（1）定量計(jì)算入滲量：

式中 C污水處理廠——污水處理廠進(jìn)水BOD濃度，取全年平均值30 mg/L;

Q污水處理廠——污水處理廠進(jìn)水水量，取全年平均值4 200 m3/d；

C出戶——排水戶出戶BOD數(shù)據(jù)參照《第二次全國污染源普查-生活污染源產(chǎn)排系數(shù)手冊》中平均值118 mg/L。

經(jīng)估算該排水系統(tǒng)日均外水入滲量約3 132 m3/d，入滲率超過74.5%。考慮該區(qū)域管網(wǎng)常時(shí)間高水位運(yùn)行，容易造成外水入滲充滿管網(wǎng)而污水無法進(jìn)入情況，三種評估結(jié)果差異較大，但綜合幾種外水入滲量評估結(jié)果來看，該片區(qū)外水入滲問題十分嚴(yán)重亟待解決。

2.2 溯源排查思路及問題摸底

2.2.1 沿線水質(zhì)濃度情況調(diào)查

地下水入滲和河道水倒灌是主要異常來水類型，混接錯(cuò)接、檢查井接口滲漏和管網(wǎng)破裂是雨污分流排水系統(tǒng)中外水入滲的主要方式。以“快速提高水質(zhì)濃度、減少外水進(jìn)入”為提質(zhì)增效目標(biāo)，針對75 km管網(wǎng)展開初步排查和系統(tǒng)性排查，排查手段包括人工快速查混接錯(cuò)接、CCTV/QV等機(jī)器人設(shè)備系統(tǒng)性排查管網(wǎng)破損導(dǎo)致的外水入滲點(diǎn)。

梳理管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，確定市政主干管通過3條主水路進(jìn)入污水處理廠內(nèi)，因此將排水區(qū)域劃3個(gè)排查區(qū)塊，以污水處理廠為起點(diǎn)沿3條主干管為路徑向上溯源至排水小區(qū)，以排水小區(qū)為節(jié)點(diǎn)沿小區(qū)支管為路徑追蹤至住宅排水戶。對市政主干管關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)檢測，形成水質(zhì)低濃度重點(diǎn)排查區(qū)域；并將小區(qū)污水井與市政主干管的接口處上一口污水井作為主要觀測對象，從而確定異常排水小區(qū)，見圖2。

晴天對沿線主干管布置8處水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)，以8#作為A片區(qū)水質(zhì)表征點(diǎn)、2#作為B片區(qū)水質(zhì)表征點(diǎn)、7#作為C片區(qū)水質(zhì)表征點(diǎn)，對COD和NH3-N等指標(biāo)進(jìn)行檢測。除污水處理廠進(jìn)水COD濃度常年100mg/L外，B、C片區(qū)收水濃度較低，且B片區(qū)收水量占污水處理廠收水量的60%以上，通過對B片區(qū)沿線主干管分析，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)濃度由上游至下游呈現(xiàn)逐級遞減趨勢，至B片區(qū)末端后COD濃度僅有89mg/L，見圖3，對此將B、C片區(qū)作為重點(diǎn)排查問題區(qū)域，并在此基礎(chǔ)上展開溯源。

2.2.2 河道及降雨與管網(wǎng)濃度協(xié)同變化規(guī)律

平原河網(wǎng)地區(qū)外水入滲的主要兩個(gè)因素是降雨及區(qū)域河道液位。根據(jù)近一年來管網(wǎng)水質(zhì)污染物濃度、區(qū)域附近河道液位（2020年10月前河道液位數(shù)據(jù)缺失）及月降雨量數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)河道液位與月降雨量基本成正相關(guān)趨勢；2021年3月以后經(jīng)過查修后，管網(wǎng)水質(zhì)濃度基本穩(wěn)定在200mg/L，見圖4，受降雨及河道液位變化影響，管網(wǎng)水質(zhì)濃度開始出現(xiàn)波動(dòng)，變化趨勢基本與河道液位及降雨呈負(fù)相關(guān)，管網(wǎng)水質(zhì)濃度與降雨、液位變化規(guī)律與前期文獻(xiàn)研究結(jié)論基本一致，但該結(jié)論還需更多數(shù)據(jù)進(jìn)行支撐。

2.3 管網(wǎng)提質(zhì)增效經(jīng)驗(yàn)探討

2.3.1 外水入流入滲控制

管道入流入滲是排水系統(tǒng)提質(zhì)增效不可忽視的問題，入流是通過不同源進(jìn)入收集系統(tǒng)的雨水，如屋頂、集水池、人孔蓋、雨水管道錯(cuò)接和地表徑流等。入流是通過管網(wǎng)坍塌處、檢查井破損處和管網(wǎng)破裂而滲入到污水管網(wǎng)中的外水，入滲作為造成管網(wǎng)水量波動(dòng)的主要原因，其外水占比率可達(dá)到70%~80%。入流入滲一方面會(huì)導(dǎo)致管道堵塞壅水，另一方面也會(huì)增加運(yùn)城成本費(fèi)用的增加，當(dāng)管網(wǎng)流量超出管網(wǎng)容量便會(huì)產(chǎn)生溢流問題，造成環(huán)境污染。

以此案例進(jìn)行討論，地下水入滲和混接錯(cuò)接是此片區(qū)入滲的主要原因。地下水入滲主要體現(xiàn)在檢查井井壁、管道接口破裂處和管道破裂、滲漏缺陷中，該案例此類問題共計(jì)75處，作為重點(diǎn)修復(fù)內(nèi)容；分流制排水體制中，雨污混接后不僅會(huì)出現(xiàn)污水入河問題，當(dāng)河道液位沒過排口時(shí)便會(huì)產(chǎn)生倒灌，河道通過混接點(diǎn)倒灌進(jìn)入污水系統(tǒng)，不僅增加污水系統(tǒng)處理負(fù)荷還會(huì)出現(xiàn)管網(wǎng)污染物濃度稀釋問題。

2.3.2 管道排查及成果分析

排查分為兩階段排查，第一階段為快速粗查，主要找到混接及檢查井滲漏問題，常采用人工開井判斷QV設(shè)備輔助；第二階段為系統(tǒng)性排查，主要對管道內(nèi)部存在功能性、結(jié)構(gòu)性缺陷進(jìn)行缺陷一張圖統(tǒng)計(jì)工作，常采用CCTV等機(jī)械設(shè)備。

該案例對75km污水管網(wǎng)初步排查共發(fā)現(xiàn)問題80處，檢查井滲漏和混接錯(cuò)接問題為主，約56.3%的問題在小區(qū)支管上，見表1。排查中發(fā)現(xiàn)檢查井滲漏多為井壁滲漏，其次由于施工質(zhì)量及區(qū)域地下水位高和土壤流沙層結(jié)構(gòu)等影響，檢查井接口和井底板滲漏問題也較多。

通過CCTV、QV和水下機(jī)器人等設(shè)備進(jìn)行“三同步”系統(tǒng)查，旨在發(fā)現(xiàn)所有影響水質(zhì)的問題。排查以市政、小區(qū)和企事業(yè)單位同步查，雨水污水同步查，陽臺(tái)立管和預(yù)處理措施等設(shè)備同步查，查清后對于影響水質(zhì)濃度問題的結(jié)構(gòu)性缺陷（如滲漏、破損）立即修復(fù)，功能性缺陷及其他低等級結(jié)構(gòu)性缺陷形成缺陷臺(tái)賬進(jìn)行分批修復(fù)。系統(tǒng)性排查共發(fā)現(xiàn)缺陷384處，其中三級及以上缺陷超過66.4%，影響水質(zhì)濃度的滲漏性缺陷40處，其中小區(qū)管道滲漏占比72.5%（見表2）。

2.3.3 管道修復(fù)探討

管道修復(fù)包括開挖修復(fù)與非開挖修復(fù)兩種，非開挖修復(fù)憑借施工周期短、道路占用率低和工程造價(jià)低等優(yōu)勢逐步替代開挖修復(fù)，如熱塑成型技術(shù)、紫外光固化技術(shù)、原位固化和注漿等修復(fù)技術(shù)等。該案例通過排查共發(fā)現(xiàn)問題464處，其中80處檢查井滲漏、混接錯(cuò)接和40處管道破裂、滲漏缺陷作為即查即改主要修復(fù)內(nèi)容，其他功能性缺陷在排查過程中通過清淤等養(yǎng)護(hù)手段解決，剩余管道功能性缺陷問題作為下階段修復(fù)工作內(nèi)容，見圖5~圖8。

結(jié)合平原河網(wǎng)地區(qū)地下水豐富特性制定修復(fù)原則：

• 非開挖修復(fù)為主，非特嚴(yán)重坍塌不采取開挖；

• 檢查井和管網(wǎng)修復(fù)前須進(jìn)行注漿預(yù)處理；

• 對于破裂、滲漏缺陷優(yōu)先選擇局部修復(fù)，當(dāng)同一管道出現(xiàn)缺陷超過4處，采取整體修復(fù)工藝。

3 管網(wǎng)提質(zhì)增效成果

經(jīng)過6個(gè)月的全面排查修復(fù)，污水處理廠管網(wǎng)提質(zhì)增效效果顯著，主要體現(xiàn)在“擠外水”和“進(jìn)水水質(zhì)濃度”上。2018年以來污水處理廠進(jìn)水COD濃度常年低于100mg/L，經(jīng)過初步排查對大的混接錯(cuò)接點(diǎn)封堵后，COD濃度開始上升至107mg/L，系統(tǒng)性排查對40處管道滲漏點(diǎn)修復(fù)后，水質(zhì)濃度逐步提升并接近200mg/L。

2021年3月份開始，大的滲漏點(diǎn)和混接錯(cuò)接點(diǎn)基本處理后，通過泵站啟停液位控制降低管網(wǎng)液位，保證大部分檢查井可見流槽，進(jìn)水水質(zhì)濃度也穩(wěn)定增加到250mg/L。對比排查前后污水處理廠進(jìn)水COD濃度增加了180mg/L；污水處理廠總處理量由4 293m3/d減少至2 550m3/d，“擠外水”率達(dá)到40.6%，對比前期3種入滲評估結(jié)論來看，夜間最小流量法與用水量折算法評估較為保守，見圖9。

結(jié) 語

（1）平原河網(wǎng)地區(qū)生活污水處理提質(zhì)增效不僅要深化廠內(nèi)工藝段改良，更應(yīng)關(guān)注管網(wǎng)的提質(zhì)增效。管網(wǎng)排查要有明確的思路，并以結(jié)果為導(dǎo)向展開，大規(guī)模鋪開式的清淤檢測會(huì)花費(fèi)大量人力物力和時(shí)間，管網(wǎng)排查的側(cè)重點(diǎn)不僅僅在管道內(nèi)，檢查井缺陷也是影響排水系統(tǒng)的重要因素?？偨Y(jié)此案例經(jīng)驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)通過主干管水質(zhì)表征點(diǎn)可以快速定位水質(zhì)異常區(qū)域，可幫助排查快速發(fā)現(xiàn)問題。

（2）平原河網(wǎng)地區(qū)排水系統(tǒng)入滲量受降雨和地下水位影響較大，常用幾種評估方法可對入滲嚴(yán)重程度定性，某一時(shí)間節(jié)點(diǎn)的水量評估只代表該運(yùn)行環(huán)境下的入滲量且未考慮入流情況，未來如何協(xié)同控制廠站網(wǎng)液位、實(shí)時(shí)定量分析入流入滲量將會(huì)下一步工作方向。

（3）此案例污水處理廠投入運(yùn)行時(shí)間不超過10年，部分支管檢查井及管材建設(shè)年限不超過5年，經(jīng)“兩階段”發(fā)現(xiàn)問題共計(jì)464處，平均8.14處/km，可見加強(qiáng)管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量的管控十分必要。排查中如何查出快速缺陷，查到的缺陷如何修復(fù)是管網(wǎng)提質(zhì)增效的關(guān)鍵。