南方某水質(zhì)凈化廠污水系統(tǒng)旱天外水入流調(diào)查

韓建，李明，馬龍，周方，王偉

(中國(guó)電建集團(tuán)西北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，陜西 西安 710065)

1 引 言

城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的外水入侵會(huì)增加污水處理廠進(jìn)廠水量、降低進(jìn)水濃度，導(dǎo)致污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷和成本增加，同時(shí)影響污水處理工藝和出水穩(wěn)定。國(guó)家住建部等三部委2019年4月出臺(tái)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案(2019～2021年)》，要求各地政府針對(duì)當(dāng)前BOD5濃度低于 100 mg/L以下的污水處理廠，要圍繞服務(wù)片區(qū)管網(wǎng)制定“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案，明確整治目標(biāo)和措施。其中污水系統(tǒng)“擠外水”工作是各地提質(zhì)增效行動(dòng)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

污水系統(tǒng)旱天外水入侵問(wèn)題按類(lèi)型可分為旱天外水入流和旱天地下水入滲。此前研究主要基于水質(zhì)水量平衡分析等方法估算片區(qū)內(nèi)的外水入滲入流總量，且主要針對(duì)地下水入滲問(wèn)題[1～6]，對(duì)旱天外水入流問(wèn)題及其來(lái)源調(diào)查方法研究不足，不能完全滿(mǎn)足提質(zhì)增效工作中“擠外水”工作的工程需求。因此，本文基于南方某水質(zhì)凈化廠的提質(zhì)增效排查與評(píng)估工程實(shí)踐，進(jìn)一步探討外水入流調(diào)查的技術(shù)路線(xiàn)、調(diào)查方法和工程應(yīng)用，提出外水剝離整治措施，為城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效工程提供準(zhǔn)確的外水調(diào)查基礎(chǔ)資料。

2 排水系統(tǒng)概況

某水質(zhì)凈化廠位于龍崗河流域上游，分為一期、二期，兩期現(xiàn)狀規(guī)模均為10萬(wàn)m3/d，服務(wù)面積約 43.0 km2，服務(wù)人口約43萬(wàn)人。服務(wù)片區(qū)內(nèi)有1處現(xiàn)狀規(guī)模1.0萬(wàn)m3/d的污水泵站和現(xiàn)狀規(guī)模1.0萬(wàn)m3/d的分散式處理設(shè)施。服務(wù)片區(qū)內(nèi)市政污水管網(wǎng)約 270 km，小區(qū)及城中村污水管網(wǎng)約 950 km。水質(zhì)凈化廠污水收集系統(tǒng)圖如圖1所示。該水質(zhì)凈化廠一期、二期2019年平均進(jìn)廠濃度分別為 63.35 mg/L和 87.75 mg/L，均低于 100 mg/L。

圖1 水質(zhì)凈化廠服務(wù)片區(qū)污水收集系統(tǒng)圖

3 調(diào)查方法

3.1 外水類(lèi)型

參照《深圳市排水系統(tǒng)雨污混接調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則(試行)》中的術(shù)語(yǔ)定義，外水包括通過(guò)倒灌、截流、錯(cuò)排、滲漏、錯(cuò)接等方式進(jìn)入水質(zhì)凈化廠的河水(海水)、山溪水、施工降水、地下水和清潔雨水等。結(jié)合區(qū)域和工程實(shí)際情況，本文中污水系統(tǒng)旱天入流外水包括清潔基流(雨后72小時(shí)的旱天仍未斷流的山溪水和水庫(kù)、小湖塘未斷流的下泄流量等的總稱(chēng))、河水倒灌、施工降水、自來(lái)水廠排泥水和自來(lái)水滲漏等集中入流的外水類(lèi)型。由于地下水入滲呈現(xiàn)出入滲點(diǎn)分散、分布廣泛和數(shù)量巨大的特點(diǎn)，難以完全調(diào)查清楚，一般通過(guò)固定比例法或經(jīng)驗(yàn)公式法估算區(qū)域入滲量，本文不進(jìn)行討論。

3.2 技術(shù)路線(xiàn)

污水系統(tǒng)旱天外水入流調(diào)查總體思路為正向、逆向排查相結(jié)合，逆向?yàn)橹?、正向?yàn)檩o。其中逆向排查思路為通過(guò)分析污水系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，篩選污水系統(tǒng)旱天外水入流重點(diǎn)區(qū)域，從濃度異常點(diǎn)位出發(fā)逆向溯源查找外水源頭；正向排查思路為通過(guò)收集施工工地清單和自來(lái)水廠清單等資料后逐一調(diào)研等方式正向排查外水情況，如圖2所示。

圖2 旱天外水入流調(diào)查技術(shù)路線(xiàn)

排查至外水源頭后，調(diào)查并記錄外水類(lèi)型、外水位置、外水水質(zhì)水量、外水進(jìn)入污水系統(tǒng)的路徑等相關(guān)信息，最終匯總為“外水一張表”和“外水一張圖”。最后匯總分析片區(qū)外水量，評(píng)估其對(duì)污水處理廠進(jìn)廠濃度的影響程度，并提出剝離外水的整治措施建議。

3.3 逆向外水調(diào)查

(1)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)

①污水系統(tǒng)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)

污水系統(tǒng)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)的目的是篩選外水重點(diǎn)入侵區(qū)域。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位一般布置在市政污水管網(wǎng)和截污管網(wǎng)干管和支管接駁井，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，如圖3所示。監(jiān)測(cè)時(shí)段為晴天夜間低峰時(shí)段(凌晨2點(diǎn)～6點(diǎn))，該時(shí)段污水/截污管網(wǎng)中的生活生產(chǎn)污水較少，外水占比更為凸顯。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括瞬時(shí)流量、CODCr和NH3-N。其中瞬時(shí)流量采用便攜式多普勒流量計(jì)、轉(zhuǎn)子式流速儀或雷達(dá)波測(cè)速儀等儀器監(jiān)測(cè)；CODCr和NH3-N指標(biāo)取樣送具備相關(guān)資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室采用國(guó)標(biāo)法進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)。同時(shí)還需對(duì)市政次支管接駁井進(jìn)行加密監(jiān)測(cè)，考慮到次支管監(jiān)測(cè)點(diǎn)位數(shù)量較多，為控制成本及提高檢測(cè)效率，僅用水質(zhì)快檢試紙檢測(cè)NH3-N指標(biāo)。

圖3 污水系統(tǒng)水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖

②截流設(shè)施水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)

截流設(shè)施監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括截流排口、河道總口上游排口和截流井，需結(jié)合排口溯源等工作同步開(kāi)展。監(jiān)測(cè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括瞬時(shí)流量和NH3-N。其中瞬時(shí)流量采用便攜式多普勒流量計(jì)、轉(zhuǎn)子式流速儀、雷達(dá)波測(cè)速儀等儀器或容積法測(cè)量；NH3-N采用水質(zhì)快檢試紙進(jìn)行檢測(cè)。

(2)外水溯源

根據(jù)污水管網(wǎng)和截流設(shè)施水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)結(jié)果，初步篩選出濃度偏低或明顯降低的點(diǎn)位，即可能存在外水入侵問(wèn)題的重點(diǎn)區(qū)域。針對(duì)外水入侵重點(diǎn)區(qū)域，逐級(jí)向上布點(diǎn)，通過(guò)快檢試紙檢測(cè)CODMn和NH3-N，直到溯源至外水源頭。其中污水管網(wǎng)只需溯至外水源頭；截流設(shè)施上游為合流或雨水管網(wǎng)，則需溯至所有外水源頭和污水源頭方可滿(mǎn)足工程需求?，F(xiàn)場(chǎng)溯源以人工開(kāi)井檢查為主，疑難點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)使用QV設(shè)備輔助，無(wú)法直觀分辨清污水的需要通過(guò)快檢試紙檢測(cè)水質(zhì)。

3.4 正向外水調(diào)查

除逆向調(diào)查外，還可根據(jù)不同類(lèi)型外水的分布規(guī)律及現(xiàn)有排水資料，進(jìn)行正向外水調(diào)查。

(1)清潔基流。一方面根據(jù)現(xiàn)有地形圖繪制山谷線(xiàn)，沿山腳逐個(gè)排查，重點(diǎn)關(guān)注清潔基流較多的山谷線(xiàn)與建成區(qū)交接處。另一方面分析建成區(qū)內(nèi)的公園和小湖塘庫(kù)等水體周邊排水管線(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)排查是否有清潔基流接入污水管網(wǎng)或通過(guò)截流設(shè)施進(jìn)入截流管網(wǎng)。

(2)河水倒灌。片區(qū)內(nèi)沿河截流管多位于河道內(nèi)，河道水位較高的河段存在河水向沿河截流管倒灌的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)沿線(xiàn)開(kāi)井巡查，排查沿河截流管的倒灌點(diǎn)。

(3)施工降水。通過(guò)向相關(guān)主管部門(mén)調(diào)研獲得片區(qū)主要在建工地清單和地理位置，現(xiàn)場(chǎng)逐個(gè)調(diào)研其施工降水預(yù)處理及排放情況，并通過(guò)分析下游管網(wǎng)判斷施工降水最終是否進(jìn)入污水/截污系統(tǒng)。

4 調(diào)查成果

4.1 典型案例分析

(1)污水/截污干支管逆向調(diào)查案例

西湖路某污水支管節(jié)點(diǎn)夜間低峰監(jiān)測(cè)流量 180 m3/d，CODCr=46 mg/L，NH3-N=7.4 mg/L，BOD5=19.3 mg/L，濃度明顯偏低，判斷上游管段可能存在外水入侵問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工逐個(gè)開(kāi)井目視檢查及QV設(shè)備輔助逆向溯源，最終查明上游某工業(yè)廠區(qū)內(nèi)存在2處清潔基流接入市政污水管，流量約 240 m3/d，如圖4、圖5所示。

圖4 西湖路污水管外水調(diào)查成果圖

圖5 西湖路污水管上游兩處清潔基流

(2)截流設(shè)施逆向溯源案例

簡(jiǎn)坑河上游市政暗涵下游現(xiàn)狀存在截流堰，在該暗涵排口調(diào)查中發(fā)現(xiàn)某排口水量較大，水質(zhì)不黑不臭，判斷上游存在外水入侵。經(jīng)過(guò)對(duì)該排口進(jìn)行溯源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)上游存在一水塘，水質(zhì)良好(NH3-N=0.2 mg/L)，流量約 970 m3/d，排放入簡(jiǎn)坑河上游市政暗涵后，被下游總口截入污水泵站，最終進(jìn)入水質(zhì)凈化廠，如圖6、圖7所示。

圖6 簡(jiǎn)坑河上游市政暗涵外水調(diào)查成果圖

圖7 簡(jiǎn)坑河上游市政暗涵排口(左)和源頭水塘(右)

(3)正向外水調(diào)查案例

根據(jù)建設(shè)單位提供的“在建工程工地清單”和“已建自來(lái)水廠清單”逐一開(kāi)展調(diào)研，主要發(fā)現(xiàn)：4處在建地鐵工地施工降水經(jīng)三級(jí)沉淀池處理排放入雨水箱涵后被總口截流進(jìn)入污水系統(tǒng)；3個(gè)自來(lái)水廠反沖洗水和排泥水最終進(jìn)入污水處理廠，如圖8所示。上述7處外水懸浮物超標(biāo)，但CODCr、NH3-N和BOD5接近或達(dá)到地表V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，外水量共 7 730 m3/d。

圖8 某地鐵工地施工降水(左)和某自來(lái)水廠排泥水(右)

4.2 調(diào)查成果匯總

經(jīng)過(guò)上述現(xiàn)場(chǎng)排查與分析評(píng)估，污水處理廠濃度偏低原因如下：①清潔基流、施工降水、河水、地下水等清潔水通過(guò)河道總口、截流排口或錯(cuò)混接等途徑接入污水系統(tǒng)；②管網(wǎng)雨污混接較為嚴(yán)重，雨天濃度降低明顯；③低濃度工業(yè)廢水排放量較大；④化糞池和污水管道沉積降解明顯。其中外水入流是導(dǎo)致旱天進(jìn)廠濃度偏低的主要原因[7]。結(jié)合逆向溯源和正向調(diào)查兩種方法，現(xiàn)場(chǎng)共排查出入流外水3.99萬(wàn)m3/d，占旱季進(jìn)廠總水量的20.3%。其中清潔基流 22 077 m3/d，占比55%；河湖水倒灌 9 363 m3/d，占比23%；水廠排泥水 5 780 m3/d，占比15%；施工降水 2 228 m3/d，占比6%；自來(lái)水滲漏 450 m3/d，占比1%，如圖9所示。

圖9 入流外水調(diào)查成果餅狀統(tǒng)計(jì)圖

5 剝離措施

5.1 工程措施

旱天外水主要通過(guò)總口、截流排口和截流井等末端截流設(shè)施和雨污錯(cuò)混接進(jìn)入污水系統(tǒng)。外水剝離工程措施如下：

(1)通過(guò)總口、截流排口和截流井等末端截流設(shè)施進(jìn)入污水系統(tǒng)的清潔外水，應(yīng)對(duì)總口、截流排口或截流井的匯水范圍進(jìn)行系統(tǒng)整治。主要整治原則是通過(guò)溯源查明清潔外水通道上的污水來(lái)源，并通過(guò)市政管網(wǎng)雨污分流工程改造、小區(qū)/城中村正本清源改造等工程措施截污納管。末端截流措施處水質(zhì)經(jīng)評(píng)估達(dá)標(biāo)后可予以拆除，實(shí)現(xiàn)清污分離，污水入廠，清水入河。

(2)通過(guò)錯(cuò)混接進(jìn)入污水系統(tǒng)的清潔外水，應(yīng)通過(guò)市政管網(wǎng)雨污分流工程改造或正本清源改造，新建管道將清潔外水接入雨水系統(tǒng)，同時(shí)需要保證下游雨水管管徑滿(mǎn)足流量排放要求且雨水系統(tǒng)下游應(yīng)消除截流措施。

5.2 管理措施

針對(duì)施工降水和自來(lái)水廠排泥水等類(lèi)型的外水，需要通過(guò)管理措施解決。

(1)排水管養(yǎng)單位加強(qiáng)對(duì)各類(lèi)施工工地的巡查，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或排放入污水系統(tǒng)的應(yīng)督導(dǎo)相關(guān)單位及時(shí)整改。

(2)自來(lái)水廠運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)加強(qiáng)排泥水的管理，通過(guò)處理回用工藝的提標(biāo)改造，提高排泥水的回用率，減少對(duì)自然水體或污水系統(tǒng)的沖擊。

6 實(shí)施效果

相關(guān)工程實(shí)施后，一期2021年平均進(jìn)廠濃度分別達(dá)到 90.18 mg/L，較2019年同比提升42.3%；二期2021年平均進(jìn)廠濃度達(dá)到 101.98 mg/L，同比提升16.2%；剝離外水后，一期和二期進(jìn)水總量下降了2.08萬(wàn)m3/d，同比下降9.7%，如表1所示。進(jìn)廠水質(zhì)明顯提升，進(jìn)廠水量有所下降，實(shí)現(xiàn)了污水系統(tǒng)提質(zhì)增效。

表1 某水質(zhì)凈化廠進(jìn)廠水量和BOD5濃度

7 結(jié) 論

水質(zhì)凈化廠污水系統(tǒng)外水入流調(diào)查工作是排水管網(wǎng)提質(zhì)增效工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)。外水入流調(diào)查需要堅(jiān)持逆向和正向調(diào)查相結(jié)合的原則，一方面從水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)異常點(diǎn)位出發(fā)，逆向溯源排查外水，另一方面也要根據(jù)各類(lèi)型外水的分布特點(diǎn)、綜合分析現(xiàn)有排水資料，進(jìn)行正向排查。同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)排查工作要分區(qū)分片、扎實(shí)細(xì)致地推進(jìn)，做好片區(qū)外水入流問(wèn)題的臺(tái)賬記錄。最后通過(guò)工程措施和管理措施剝離入流外水，實(shí)現(xiàn)污水系統(tǒng)提質(zhì)增效。