城市污水管網系統精細化管理措施研究

柯臻瑋

（廣州市城市排水有限公司，廣東 廣州 510335）

0 引言

近年來，在以習近平新時代中國特色社會主義思想為指導，深入踐行習近平生態文明思想，堅持精準治污、科學治污、依法治污的理念下，水污染防治攻堅戰取得了明顯成效，Z市水環境質量實現重大改善。為鞏固水污染防治攻堅戰成果，滿足城市居民對水環境的期望，不斷提高城市自身排水系統的管理水平，精細化管理的需求應運而生。因此，堅持以創新引領，用繡花功夫，提高排水系統管理服務能力和水平，不斷提升城市設施功能品質，改善城市生活環境，是精細化管理的努力方向。

本文從城市污水系統管理的基礎出發，針對城市污水系統日常運行遇到的情況及管理需求，對采取的不同措施進行了研究。

1 增強底數現勢性，設置物聯網觸手，實行片區化管理

Z市基礎污水設施數量巨大，部分排水管網建設年代久遠，隨著城市的高速發展，排水系統相關規劃未能及時更新到位、城市各片區發展不平衡、相關排水配套設施建設滯后等問題帶來的排水管網數據情況零碎化或缺失，使得某Z市排水系統的底子差，大大增加了管理的難度。為實現管理的精細化，應逐步做到以下3個方面。

1.1 摸清底數，信息化平臺賦能管道信息增強現勢性

由于Z市原排水管網數據零碎、更新緩慢，且重新進行管網數據復檢的時間及資金成本巨大，根據污水系統開展系統化、日常化管理的迫切需要及排水管網系統管理人員實際需求，結合管網巡查員的日常巡檢，通過整合零碎數據、依據現場情況不斷補充并更新管網情況，逐步形成一張底數清、現勢性強、可用性高的排水管網管理運行圖，為排水管網系統的日常維護管理提供強而有力的支撐。同時，也為排水系統相關提質增效及清污分流工作的開展提高了效率。

摸清排水設施底數、增強設施數據現勢性、建立信息化平臺是實現城市排水現代化管理的基石。

1.2 通過物聯網及智慧化手段實現遠程監測，提高數據獲取效率

為不斷提高排水系統運行情況反饋精度，實現系統運行信息的高效流通，最大化發揮信息的價值。建立以自動化、信息化、智慧化手段逐步替代傳統人工經驗化管理的制度，結合日常巡檢重點難點部位及整體系統脈絡，在關鍵及重要節點通過安裝液位計、雨量計等物聯網在線監測設備，獲得實時管網系統運行情況數據，了解污水系統健康狀況，極大地提高了效率。

1.3 推行片區化管理，提高管理責任意識

按照各污水系統中各主要排水管道的納污范圍、長度及所在地形等要素。將管理區域從大的污水系統縮小化、精細化到片區，專職專責的片區管理促使片區工作人員對管轄范圍內的管道了如指掌，同時提升了服務質量及效率。在此基礎上每個片區均任命一位片區長，實行片長負責制，促使片長對管理區域系統性管理思考，并在排水設施管理單位中起到承上啟下作用，通過合理安排片區內各種事務，達到提質降本增效的目的。

2 以管理需求驅動，研究精細化管理措施

為進一步鞏固水環境治理工作成效，保障河道考核斷面水質穩定達標，滿足日益嚴格的污水系統運行需求。除不斷推進清污分流及單元達標創建新建項目外，還應保障管道系統污水不外溢。污水管網中關鍵設施為管道及污水泵站。以下分別以污水系統現狀管道及泵站為主體，從提高系統安全及運行韌性出發，開展精細化管理措施的研究。

2.1 污水管道系統互聯安全保障研究

現有城市污水處理系統在運行管理過程中存在各種各樣問題，如污水管網的收集能力和凈水廠處理能力的不匹配，凈水廠建設與污水管網建設進度之間的不協調及污水管網運行過程中突發故障引起的污水外溢等問題。

2.1.1 污水系統運行安全分析

（1）早期城市基礎設施建設時，多結合經濟及安全考慮對污水管道進行設計，原設計標準已不符合現狀標準，凈水廠各主要污水管道絕大部分為單通道形式，當在污水系統主通道出現結構性問題時，由于主通道轉輸的污水量大，現場難以完全導流，存在污水外溢風險。

（2）凈水廠或污水泵站在檢修或突發事故時，原大量污水無出路，存在外溢風險。

（3）在老城區徹底完成清污分流前，仍存部分合流排水體制區域，在雨季時降雨量大于原合流管道的設計能力時，會存在污水外溢河道風險。

下文將對Z市Y流域為例對污水管道系統安全保障開展研究。

2.1.2 Y流域污水系統概況及存在問題

Y流域內有3個污水系統，分別為A系統、B系統和C系統。每個污水系統均建有一座凈水廠，A凈水廠設計規模為55萬t/d，近期運行規模約50萬t/d；B凈水廠設計規模為30萬t/d，近期運行規模約28萬t/d；C凈水廠設計規模為30萬t/d，近期運行規模約26萬t/d。流域內現狀污水管網總長約5000km。Y流域污水系統概況如圖1所示。

圖1 Y流域污水系統概況

Y流域內3個污水系統凈水廠進廠污水主干管均為單通道，水量大、埋深深，部分干管所處位置地質差，建設年代久。流域內污水系統有多個泵站，基數大、突發溢流事故的風險絕對次數相應高。同時，流域內部分區域仍在進行清污分流改造，原有合流制管道設計標準低，在雨季容易發生污水外溢。

2.1.3 Y流域污水系統安全保障思路

結合Y流域已有的實際案例及系統關鍵點情況，并根據污水系統內現有設施情況，挖潛污水管網的互聯調度能力，充分分析凈水廠、污水泵站、污水管網之間的能力匹配，利用污水系統韌性降低甚至消除污水系統突發故障時污水外溢對水環境的影響。

2.1.4 Y流域污水系統安全保障方案研究

（1）流域現狀互聯設施能力。

Y流域內的3個污水系統有11座污水泵站，如圖1所示。其中3個污水泵站可以使流域內的污水在3個系統之間起到互相聯通作用，2個無數泵站可以系污水系統內起到互相聯通作用，1處通過管道閘門可以控制污水進入2個不同的污水系統。其中B1泵站可將9萬t/d污水轉輸至B系統凈水廠、及可將5萬t/d污水轉輸至C系統凈水廠，B3泵站可將16萬t/d污水轉輸至B系統凈水廠、及可將16萬t/d污水轉輸至A系統凈水廠，C1泵站可將3萬t/d污水轉輸至B系統凈水廠；A6泵站可將22萬t/d污水轉輸至A系統凈水廠，A7泵站可將20萬t/d污水轉輸至A系統凈水廠；B2泵站下游的A系統與B系統節點可使用管道閘門控制5萬t/d污水輸送至A系統或B系統。

（2）流域內各污水系統凈水廠富余能力。

Y流域各污水系統凈水廠富余能力情況如表1所示。

表1 Y流域各污水系統凈水廠富余能力情況

（3）互聯通道調度方案。

B3泵站日常運行1/3水量輸送至A凈水廠、2/3水量輸送至B凈水廠。關于A系統，在A1、A2、A3、A4、A5污水泵站服務片區出現主干管或泵站故障時，可通過調節B3泵站轉輸流量，降低A污水系統內泵站的轉輸壓力，減少污水外溢量；在A6或A7出水壓力管出現故障時可通過A6、A7污水泵站直接互聯的壓力管通道，通過增大流速和水頭損失方式將A6或A7污水泵站服務片區的污水轉輸至A凈水廠。關于B系統，在B凈水廠單條生產線檢修時或污水主通道故障時，可分別將污水轉輸至A及C凈水廠。關于C系統，在污水主通道檢查時，可通過C1污水泵站將部分污水轉輸至B凈水廠處理，從而減少C系統內污水導流壓力。

通過以上互聯設施能力及凈水廠富余能力數據分析可知，A、B、C凈水廠擁有短時接收其他系統污水的富余處理能力，同時污水泵站的轉輸能力滿足系統之間調度的需求，通過互聯調度提升Y流域內3個污水系統的運行安全性及韌性的方案是基本可行。在此基礎上，為達到在Y流域污水系統內發生突發事故或凈水廠和泵站的有檢修需求時整個污水系統污水不發生外溢，需對現狀污水系統進行互聯調度規劃的研究，通過增設污水聯通通道、增大污水泵站轉輸能力、提高凈水廠運行安全系數等措施達到污水完全不外溢的目標。

2.2 現狀泵站正常運行保障研究

污水泵站為污水管網系統中最重要的設施之一，在正常的生產中，污水泵站無可避免地需要對泵站前池進行清淤及對設備進行常態維護，但在清淤及維護過程中無可避免地泵站需要暫停工作，原來轉輸的污水被迫在泵站服務區域范圍內外溢。這與污水不外溢的這一目標產生了矛盾。

2.2.1 Z市污水泵站日常維護現狀

Z市各污水系統現狀污水泵站多為在凈水廠停產檢修的幾天時間里，凈水廠服務片區的泵站同步進行清淤或維護，時間倉促，清淤效果不佳。現狀污水泵站的清淤維護工作狀態是不健康的，存在周期不定、效果不可控等問題，不利于泵站正常生產管理。因此，在泵站日常維護同時能確保污水系統正常運行的精細化管理需求應運而生。

2.2.2 Z市污水泵站不停水維護實例

（1）日常吸砂清淤。

某D系統中D1泵站，設計規模10萬t/d，實際運行規模約7萬t/d，通過日常使用吸砂泵清淤已持續兩年沒有因清淤需求申請該污水泵站停產。實際上，污水泵站站長結合泵站日常運行經驗，在進水格柵前，使用花桿探測積淤情況，從而判斷后面的格柵及泵繼續運行可能會受到淤積的影響，即需開展日常吸砂工作。通過泵站天車的配合，在前池放入吸砂泵進行吸砂操作，頻率常規約為一周一次，年吸砂量為240m3。該方法簡單易用，適用于前池區域有天車的現狀泵站，雖然清疏頻率高，但可基本保障污水泵站日常的清疏需求，確保泵站可正常運行。

（2）水下清淤機器人清淤。

某E系統中E1泵站，設計規模6萬t/d，實際運行規模約5萬t/d，清淤時通過水下清淤機械人與泵的啟停配合下，開展清淤作業。對于該泵站，機械人經運行約15h后，清淤約30m3淤泥（砂），使用花桿檢查泵站前池，清淤效果良好。該方法適用于水下情況清晰且集水池形狀規整的泵站，但對于水下情況不明的、有大件雜物、行走坡度大或是具有大障礙物及坑洞的情況，適用性稍差。

（3）導流超越清淤及維護。

某F系統中F1泵站，設計規模2.5萬t/d，實際運行規模約2.5萬t/d，在原進水井設置導流潛水泵，總能力為1500m3/h，通過實測，在原泵站停泵的情況下，泵站進水井水位及出水穩定，上游區域沒有出現溢流情況。使用導流超越方案的穩定性受以下因素影響：①來水垃圾。②前池容積。③出水管道。④泵并聯后性能。在設計規模較大的泵站使用該方法時，需前置研定導流的穩定性。

導流超越方法最大優點為適用泵站維修、維護、清淤等各種需求的情況。

泵站日常維護的系統正常運行保障研究主要針對對象為現狀已建成泵站，新建泵站均宜按維護清疏時不停產的理念進行設計，如進水格柵廊道及前池至少分兩格，每格可通過泵站事故時設計流量等[1]。而對于現狀污水泵站，除以上三種方式外，仍有其他方法或思路可考慮，如通過系統間調度在系統內實現污水不外溢，通過專項改造在擴建同時進行分格等方式。

3 結語

城市污水管網系統精細化管理任重道遠，對于精細化管理，需不斷在試錯的過程中進步，在理論與實踐之間互相促進、互相完善。如在污水管道系統互聯安全保障研究中，通過分析污水系統內部及之間可利用余量，最大程度發揮系統的韌性，在挖掘現在系統韌性后，結合安全保障需求，啟發系統未來互聯建設規劃的思路。在對現狀泵站正常運行保障研究中，通過研究，深入了解泵站現狀及存在的問題，了解泵站運行實際的需求，探討保障安全生產及水環境安全的更多可能性，同時提高精細化管理水平，為排水運營行業的發展提供更多的思路。