城市污水處理廠網一體化監測點位布設研究

文/陳莉蘋 張 舟（.中節能國禎環?？萍脊煞萦邢薰荆?珠江水資源保護科學研究所）

2019 年4 月，住房和城鄉建設部、生態環境部和發展改革委聯合頒發《城鎮污水處理提質增效三年行動方案（2019—2021 年）》，主要針對城鎮管網進行系統改造和整治，確保實現污水廠提質增效，優化環境資源[1]。在此背景下，對污水管網的監測必要且緊迫，也是實現城市污水處理廠網一體化（以下簡稱“廠網一體化”）的前提。

目前，國內外針對監測點的布設優化主要集中在供水管網領域，通過實時監控系統采集管網信息，采用經驗法[2]、聚類分析法[3]、靈敏度分析法[4]等進行監測點的優化布置?；趶S網一體化需求，孔祥文提出了從排放源、管網、泵站、污水處理廠的全過程監測體系的構建思路[5]，然而由于區域地區差異性及排水系統現狀不同，監測系統建設需結合實際進行優化布局。

本文以南方某市城東片區廠網一體化項目為依托，結合運營經驗，兼顧后續模型的需求，對片區管網監測點進行初步布設，根據監測點位結果分析優化監測布點，為廠網一體化提供基礎支撐。

一、研究區域概況

研究區域位于南方某市城區，該區域降雨豐沛，地下水資源豐富，研究范圍包括城東污水處理廠（污水處理能力2.5 萬噸/天）及其配套污水管網，納管范圍包括城南和城東兩個片區。城東片區為經濟開發區，管網長度為41.561 km，城南片區多為城市生活污水，其污水通過泵站抽取匯入城東片區管網。城東片區分布有兩條主干管，一條自東門泵站通過通江大道匯入經四路主管后進入城東污水處理廠，沿途收集站前路南段、福東路南段等支管污水（以下簡稱“通江大道主管”）；另一條為福北路管線，自西向東接入經四路主管，沿途收集站前路北段、站后路、福東北路、支二路污水（以下簡稱“福北路主管”）。

綜合考慮該區域排水管網收納情況和廠網一體化運營情況，選擇城東片區為監測點研究區域構建廠網一體化監測系統。

二、監測點位布設

理論上對于水質監測點位布設有多種方法，如統計法、模擬法、網格法等[6]，但作為廠網一體化項目，監測點位的布設需要依據實際需求兼顧運營和模型需求。

1.運營需求

運營涉及城東污水廠、片區管網及東門泵站。污水廠運營的關鍵是要保持進水水量和水質穩定，城東污水廠水量的波動主要跟旱雨季有關，水質方面氨氮較為穩定，化學需氧量（COD）波動很大，而COD 的波動對污水廠運營穩定性有很大影響；片區管網主要收納生活污水和企業排水，其波動主要受企業生產影響；東門泵站主要收納和抽取城南片區生活污水。從運營經驗來看，東門泵站污水水量占污水廠進水總量的80%左右，且水質穩定，COD 保持在140～150 mg/L，氨氮保持在20 mg/L 左右，保證了城東污水廠進水水質的穩定性。

影響污水廠進水水質穩定性的主要區域為城東片區，這一區域監測點的布設必要且關鍵。根據運營的實際需求，片區每條主管和支管均需要布設監測點位，以掌握城東片區水量和水質情況；同時在工業園區集中的區域，需要對企業排口進行有針對性地監測，從而了解企業排水對管網水質影響。

2.模型需求

建立管網機制模型可以量化管網水質和水量，便于廠網一體化聯動及管理。模型監測點位布設要求為，在支管匯入主干管前、主干管有支管匯入前后以及其他外源性排口（如企業排口、小區生活污水接入等）均需要監測水量和水質。

綜合管網模型及運營需求，初步確定布設26 個管網監測點位及12 個企業排口監測點，以期全面反映城東片區管網水質水量分布。監測點位布設如圖1所示。

圖1 監測點位布設圖

三、監測結果

根據監測點位的布設，采用單日單次取樣方式對管網作初步摸底分析，從三種不同維度（季節、天氣、人類活動），選取三組不同的監測時間（豐水期和枯水期、晴天和雨天、白天和凌晨），對監測結果進行比較分析，驗證和優化監測布點。

1.典型單日管網水質分析

選取單日（2020 年11 月23 日）對城東片區進行系統性監測，監測結果顯示福北路主管COD 濃度波動較大，主要波動點有三處：站前路支管匯入前后。福東路支管匯入前后以及支二路支管匯入前后，根據摸底勘察，站前路企業廢水經過自建的污水處理系統處理后排出，排水量大且水質濃度低，福東路附近有高濃度食品企業廢水排入，支二路混接有雨水管網。

通江大道濃度波動相對平緩，COD 濃度基本能達到80 mg/L 以上，這與東門泵站污水抽取匯入有關，主要波動點為站前路和福東路支管匯入前后，此區域為高鐵站等生活區。

城東片區COD 濃度較低且波動較大，原因是企業及生活排口對管網對水質有影響，此外部分管網混接有雨水管網，這也會降低管網水質濃度。

2.豐水期和枯水期

研究區域降雨豐沛，地下水資源豐富，因此豐水期和枯水期管網內水量和水質變化較大。針對福北路主管線和通江大道主管沿線分別在豐水期（8 月）和枯水期（12 月）連續一周監測管網水量和水質變化，COD監測結果均值如圖2 和圖3 所示。

圖2 福北路主管沿線COD 變化圖

圖3 通江大道主管沿線COD 變化圖

根據監測結果，與枯水期相比，豐水期COD 濃度明顯變低，福北路主管COD 濃度很低，為22～40 mg/L，通江大道主管COD 濃度波動較大，為18～106 mg/L，其他管線的監測值也有明顯下降?？傊S水期城東片區污水濃度顯著降低，尤其福北路主管，推測福北路沿途混接有雨水管網或者有地下水入滲。

3.晴天和雨天

選取了10 月中的4 天對片區進行連續監測，其中1 天為雨天、3 天為晴天。管線水質變化如圖4、圖5所示，從圖中可以看出，無論是雨天還是晴天，兩條主管沿線水質變化趨勢基本一致，雨后COD 濃度明顯降低。通江大道受雨水影響更大，雨后濃度變化更明顯，實際勘探在雨天的時候污水井外壁有雨水入滲，致使管網內部水質濃度降低；而福北路受降雨影響相對較小，雖然支二路來水混接有雨水管網，但在實際管網運維中對混接管網已經作重點處理，因此福北路反而受降雨影響小。

圖4 福北路主管沿線晴天和雨后COD 變化圖

圖5 通江大道主管沿線晴天和雨后COD 變化圖

4.白天和凌晨

城東片區有較多企業，白天和凌晨管網COD 濃度會發生變化。選取11 月30 日白天及凌晨進行系統監測，監測結果顯示，白天通江大道主管COD 水質指標均達到100 mg/L 以上，凌晨COD 濃度明顯低于白天，根據實際勘察判斷，白天生產生活廢水的集中排入導致主管濃度升高。

福北路主管白天濃度高于凌晨，但凌晨波動很大，尤其在站前路附近以及支二路—經四路段水質變化明顯。為詳細了解福北路凌晨COD 波動情況，對福北路主管水質COD 變化作進一步分析，結果如圖6所示，其中橫坐標中監測點位與福北路主管污水流動方向一致。

從圖6 中可以看出，福北路主管COD 濃度先上升后下降，FBLWS002 和FBLWS004 監測點位之間COD 濃度呈上升趨勢，經過監測，上述2 個監測點位之間有高濃度廢水排入，分別為食品廢水FDLWS010（1173 mg/L）和9 號企業廢水（1310 mg/L），這二者的匯入使得福北路管道COD 水質指標明顯上升，達到200 mg/L 以上，至FBLWS006 點位處COD 濃度下降至101 mg/L。根據監測，支二路來水COD 濃度為210 mg/L，支二路至FBLWS006 中間管道并無其他支管或外源性污水接入，但管網濃度降低明顯，推測該段存在地下水入滲情況。

圖6 福北路主管COD 水質沿線變化（凌晨）

5.監測總結

通過不同維度的監測，城東片區管網水質濃度變化有一定的規律性，福北路整體水質濃度偏低，豐水期受雨水及地下水位影響水質濃度降低明顯；白天和夜晚城東片區水質有一定波動，白天管網濃度普遍高于凌晨，考慮是由生產生活廢水的集中排入導致，此外企業高濃度廢水排入可顯著提升管網水質濃度；結合系統監測，在沒有支管匯入及外源性污水排入的情況下，部分路段（福北路支二路—經四路段）水質濃度降低明顯，存在地下水入滲現象，后續可以通過構建管網模型來量化入滲量，提高管網運營效率。

四、監測點優化

對片區進行系統監測是廠網一體化的基礎，為提高經濟效益、優化監測布點，需要對各監測點位排列優先級，分為必要監測點、重要監測點、抽樣監測點。

必要監測點即每條主管和支管需要各設定1 個自動監測點（共9 個），用來常態化監測每條主管和支管的基本情況；重要監測點即在福北路局部路段作針對性監測，以掌握管網地下水入滲情況，同時需要對影響較大的企業排口（如FDLWS010 和9 號排口）以及支二路來水作重點關注，以便更具體地了解其排放規律；其他企業排口及監測點位作定期抽樣監測，以輔助了解城東管網情況。優化后的監測布點如圖7 所示，共布設9 個自動監測點、6 個重要監測點（原則上需要每天早晚各監測1 次），可滿足廠網一體化前期數據積累要求。

圖7 優化后的監測布點

五、結語

廠網一體化的基礎是構建監測系統，監測系統需要不斷優化。首先結合運營及模型的需求對廠網覆蓋范圍作基礎監測點的布設，其次根據初步布設的監測點對片區管網水質進行系統監測和多維度比較分析，最后結合監測分析結果及經濟因素優化監測布點，據此優化的監測布點可以經濟且高效地反映出片區管網水質變化，具有實際的指導意義。

對于智慧水務而言，根據優化原則確定監測布點是前期工作重要的基礎。建設前期可根據優化的監測點積累數據，為管網運維及模型構建提供支撐，后期通過智慧水務平臺數據的積累，能更精準掌握研究區域水質變化情況，對監測布點、監測頻次等做進一步系統優化，建立監測系統，實現智慧化運營。