村鎮污水管網運行關鍵問題診斷

陳傳輝　胡騰宇　王笏勇　郭帥

【摘? ? 要】：針對我國南方某鎮污水管網系統存在的高水位運行、污水處理廠進水COD濃度低等關鍵問題，基于高程重測、水位測量、水質水量監測等多種方法，對污水管網連接關系、埋設相對位置、相對水位等基礎數據進行了分析。結果表明，過河管不合理設計、河水倒灌入侵、自來水入侵為管網現存運行問題的主要原因。

【關鍵詞】：管網；污水處理廠；運行

【中圖分類號】：TU992【文獻標志碼】：C【文章編號】：1008-3197（2023）01-37-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2023.01.011

Key Problem Diagnosis of Village Sewage System Operation

CHEN Chuanhui1， HU Tengyu1， WANG Huyong1， GUO Shuai2

（Zhejiang Huadong Mapping and Engineering Safety Technology， CO. Ltd.， Hangzhou 310014， China；

2. Department of Municipal Engineering， Hefei University of Technology， Hefei 230009， China）

【Abstract】：Aiming at the key problems such as high water level of sewage system and low water concentration of the wastewater treatment plant inlet COD in a town of southern China， this paper made analysis of the connection relationship of the sewage network， relative buried depth and water level based on several field measurements such as elevation remeasurement， water level measurement， water quality and quantity monitoring. The results show that the unreasonable design of pipe cross the river， intrusion of river water andtapwater are main reasonsof pipeline systemoperation.

【Key words】：sewage system； wastewater treatment plant； operation

污水系統作為收集和處理城鎮污水的基礎設施，對保障城市生態環境起著關鍵作用。隨著城鎮化發展進程加快，村鎮污水處理設施的普及率提高，在經濟較為發達的省份，建制鎮污水處理比例已達到90%以上[1]；但由于運維管理薄弱、運營經費缺乏機制保障，村鎮污水處理設施存在嚴重的“重工程”而“輕運維”問題，具體表現在進水量與設計規模不符、進水COD濃度偏低、管網高水位運行、破損管段不能被及時發現并維修等。由于管道設計施工不合理、管道破損、雨污管網錯接混接等問題導致的雨水、地表水、地下水等外來水的入流、入滲現象是降低污水系統輸送和處理效率的重要原因[2～3]；高效準確評估并定位外水來源，是制定管網具體整改修復措施和確定未來管網運維重點的前提條件和必要保障。本文以我國南方某鎮污水系統為例，針對污水處理系統現存的管網高水位、進水COD濃度低等關鍵問題，基于高程、井深、水位測量及水質水量檢測等多種方法和技術，分析了污水管網現存的問題，為鄉鎮污水得到有效收集、高效處理、開展后續管網整治與修復工程及提升系統運營水平提供依據。

1 檢測方案

1.1 工程概況

某鎮位于巢湖東側，污水處理系統服務總人口1.3萬人，采用雨污分流制排水系統；現有污水處理廠一座，處理規模1 000 m?/d；污水提升泵站一座。出水執行GB 18918—2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準，污水管網總長度12.839 km，由東至西收集服務區域內污水，集中排入至位于西部的污水廠。

1.2 污水處理系統存在的問題

根據歷史運營數據及管網初步摸排結果，污水處理系統在水量和水質運行穩定性方面存在嚴重問題。

1）污水處理廠進水量大，管網高水位運行。從過河前主干管到污水處理廠前污水主干管均處于滿水狀態；監測期內污水處理廠平均處理水量1 268.7 m?/d，高于污水廠設計處理規模26.9%，進水量超過設計規模的時間占比高達97.3%。表明水廠進水量中包含了相當一部分的外來水量，擠占了污水管網的輸送容量。污水管網的高負荷、高水位運行會導致污水無法排入污水處理廠集中處理，強降雨事件后易導致污水溢流，使河道湖泊水環境受到污染[4]。見圖1和圖2。

2）污水處理廠進水COD濃度低，污水處理設施低效率運行。平均進水COD濃度76.7 mg/L，低于《巢湖流域鄉鎮政府駐地污水治理專項整治行動驗收工作規程》中對污水廠進水COD平均濃度不低于100 mg/L的要求；進水COD濃度不滿足要求的時間占比高達86.7%。結合進水量超負荷的情況可以看出，污水管網納入了規模不容忽視的外來水，造成原生污水水質稀釋，廠進水水質整體不滿足污水處理廠進水要求，嚴重降低污水處理效率。見圖3。

1.3 現場實測方案

對污水管網干管沿線的關鍵檢查井進行了地表高程測量、井內污水液位測量、井內連接關系復核、管徑復核、井深測量、水質采樣分析等實測工作。

1）節點地表高程及井深復核。使用RTK設備測量污水主干管沿線關鍵檢查井的地面高程，同時采用不銹鋼L形探桿測量井深，結合高程及井深信息判斷管底高程、管徑、坡度等基礎屬性與竣工圖紙是否對應，識別管線是否存在逆坡、淤積等問題。

2）過河前后節點水位、水質檢測。當前許多城市排水系統外來水主要來源既不是地下水入滲，也不是降雨引起的入流入滲；而是來自河流或湖泊等地表水的倒灌，這種直接侵入排污管道的倒灌水量容易被忽略，但卻是造成排污管網高水位運行和污水廠進水污染物濃度偏低的重要原因[5]。由于污水管渠過河后均為滿管流，初步判定管線在過河處存在河水入侵風險，因此針對過河管渠進行重點排查與探測。采用L形探桿結合卷尺測量過河前后檢查井內水位及河道水位，對過河前后污水及河水進行取樣，檢測電導率、氧化還原電位、pH值。見圖4。

3）管道內窺檢測。通過管道內窺鏡（QV）檢測得到的管道影像資料，評估管道使用年限內出現的沉積、破裂等缺陷情況，識別管道內可能存在的地下水滲漏點及混接錯接問題。

4）其他現場排查內容。查看井內污水管內流量、水體顏色初步判斷污水稀釋情況；通過觀察管道連接方式、接入檢查井的管道材質及管徑判斷污水檢查井內入戶管的接入情況及雨污管有無互接。

2 診斷結果

2.1 過河管渠設計問題

1）過河前檢查井內出水管口高程明顯比進水管口高程大。前期勘測資料中顯示該段過河管為倒虹管，倒虹管以重力流為原理，利用進水井與出水井液面高差實現污水流通且為了避免流速過小造成管道淤積，設計時會縮小倒虹管管徑[6]；而過河管并未按照倒虹管下凹模式設計且管徑偏大。另外，過河前檢查井內的出水管頂抬升約1.4 m，使得上游來水在該檢查井處至少形成一段高為1.4 m的水柱，污水在該井室易出現憋水及回水，無法順坡排出。

2）過河前檢查井處的憋水問題使得該節點上游的污水流速過小，導致污水中的固體懸浮物在管內沉積，造成多處檢查井及管道內的淤積問題，部分檢查井實測淤積層厚度已達到1 m，流入污水處理廠的污水為沉積后的上清液；同時，當污水在管網中停留時間較長，管道中的厭氧微生物對污水中的含碳有機物進行分解，使得終端污水處理廠進水COD濃度相對偏低[7]。見圖5。

2.2 河水倒灌問題

1）由于污水井內液面與河面都與空氣直接接觸，屬于自由表面，表面壓力為大氣壓，因此當過河管破損時，河水與污水直接連通，河面水位會與井內水位相當。由圖5可知，河道上下游檢查井內實測水位與河水水位差極小，分別為0.03、0.23 m，反映出該過河管渠已經發生破損。

2）與河面水位相近的上下游檢查井內水質與河水質相近， 3個水質指標的Cv值（變差系數，反應數據的離散度）均<10%，說明不同檢測點位水質指標相近，進一步說明河水與過河管內污水連通，過河管破損口處于長時間未經過修復的狀態，河水與污水管內污水已經形成一個穩定交換的狀態，導致河水與污水的水位與水質相近。見圖6。

2.3 其他外來水入侵問題

1）自來水入侵。檢查管線連接關系時發現，上游一檢查井內兩路來水均有大量清水流入，根據清水流入方向進行沿線溯源走訪，發現來水上游自來水管破裂，導致大量自來水排入污水管網內?；诙嗥绽樟髁坑嫼腕w積-時間法對兩路來水進行流量監測，兩路來水量分別為53.8、281.8 m?/d，占污水屋里廠平均日進水量的26.4%。

2）雨水入侵。管網中存在兩處雨污混接點：一處為雨水支管接入污水井，另一處為居民排污管接入雨水井內。降雨時會有一部分雨水入流量，是雨天污水COD濃度低的原因之一。

2.4 其他問題

1）污水接戶率低。在11：00—12：00用水排污高峰期對檢查井內污水流量進行觀察，發現排污量少且所排污廢水顏色清澈，幾乎無臭味。一方面，老舊街區污水接戶率低，對應的排污量少于理論值；另一方面，該鎮人口老齡化嚴重，年輕人大多外出工作，總體居住率不高，即用水和排污規模減少。污水廠設計進水規模是根據村鎮規模及人口數量確定的，而現在污水接戶率低但進水量高，進一步說明了進廠水量包含大量的外來水。

2）老舊管道存在結構性缺陷。污水管網修建于2014年前后，規劃、設計和建設標準低，系統建設和維護資金投入較少，管網出現腐蝕、破損、脫節等結構性缺陷，在地下水水位增高的季節會增加地下水入侵風險。

3 結論

1）通過檢查井地表高程及井深重測發現河管渠上游管口高程抬高約1.4m，該過河管渠是造成管網高水位運行、管網流速過低及管網存在大量淤積的直接原因。

2）過河管處存在河水倒灌問題，是進廠水量大、濃度低問題的直接原因。

3）污水接戶率低、原生污水量占比少是進水COD濃度的另一重要原因。

4）基于現場實測的污水系統調研方法獨立于原有管線資料，能夠直接反應管網與設計資料不匹配的實際問題，揭露污水系統病癥對應的直觀病因，為后續污水系統的進一步整修維護、運維管理提供真實即時管網信息；但關鍵在于要做好管網基礎數據庫資料更新。

參考文獻：

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部. 中國城市建設統計年鑒 [M]. 北京：中國建筑工業出版社， 2020.

[2]施翔. 排污管網外來水量評估新策略及工程應用研究 [D].合肥：合肥工業大學，2021.

[3]孫永利. 城鎮污水處理提質增效的內涵與思路 [J]. 中國給水排水，2020，36（2）：1-6.

[4]胡和平，王紹彪，廖瑜.污水管網高水位運行原因及對策措施研究[J].給水排水，2021，57（2）：128-132.

[5]Guo S，Shi X，Luo X，et al. River water intrusion as a source of inflow into the sanitary sewer system[J]. Water science & technology，2020，82（11）：2472-2481.

[6]李敏.污水倒虹管設計要點與實例分析[J].城市道橋與防洪，2015，（10）：89-91+16-17.

[7]石烜. 城市污水管網污染物轉化與生物代謝機制研究[D].西安：西安建筑科技大學，2018.

收稿日期：2022-11-28

作者簡介：陳傳輝（1981 - ）， 男， 安徽廣德人， 高級工程師， 從事測繪工程、市政工程優化設計與管理工作。

通訊作者：郭帥（1984 - ）， 男， 河南商丘人， 副研究員， 研究方向為排水管網外來水診斷與分析， E-mail：guoshuai@hfut.edu.cn。