污水處理提質(zhì)增效中管網(wǎng)外水識(shí)別、檢測(cè)方法探索

【摘" " 要】：為精準(zhǔn)找出污水管網(wǎng)中外水入流入滲點(diǎn)的位置，采用不同的水質(zhì)檢測(cè)方法用于不同外水入滲點(diǎn)的檢測(cè)，結(jié)合南京市某污水收集系統(tǒng)排水管網(wǎng)清疏檢測(cè)排查設(shè)計(jì)施工一體化項(xiàng)目的實(shí)際案例，分析了污水管網(wǎng)中的外水的來(lái)源，提供污水管道中外水入滲點(diǎn)排查、檢測(cè)、識(shí)別的快捷方法。

【關(guān)鍵詞】：提質(zhì)增效；污水管網(wǎng)；外水入滲；水質(zhì)檢測(cè)

【中圖分類號(hào)】：TU992 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】：C 【文章編號(hào)】：1008-3197（2024）06-55-04

【DOI編碼】：10.3969/j.issn.1008-3197.2024.06.014

Exploration of Identification and Detection Methods of Water Outside Pipe

Network in Wastewater Treatment Quality and Efficiency Improvement

【Abstract】： In order to accurately find out the location of water infiltration points in the sewage network， different water quality detection methods are used for the detection of non-external water infiltration points， based on the actual case of the integrated design and construction project of a sewage collection system drainage pipe network in Nanjing， this paper analyzes the source of external water in the sewage pipe network， and provides a quick method for the investigation， detection and identification of water infiltration points in the sewage pipe.

【Key words】： improve quality and efficiency；sewage pipe network；infiltration of external water；water quality detection

隨著我國(guó)很多地區(qū)污水處理提質(zhì)增效項(xiàng)目開(kāi)展，發(fā)現(xiàn)早期建設(shè)的污水管網(wǎng)由于管道材質(zhì)質(zhì)量差、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低、工藝技術(shù)落后、地下管線交互風(fēng)險(xiǎn)大、后期運(yùn)營(yíng)管理不善等方面的原因，外水入滲導(dǎo)致污水管網(wǎng)收集效能低下。外水的入滲不僅影響管道過(guò)流能力，降低污水污染物濃度，更會(huì)引起地面塌陷等重大安全事故[1]。外水是指通過(guò)破裂、受損的管道、檢查井滲入的地下水、自來(lái)水、河水、山泉水等；或是因管道錯(cuò)接、混接流入的雨水 [2]。外來(lái)水入侵?jǐn)D占了排污管道容量，導(dǎo)致污水管網(wǎng)“高水位、低濃度、滿管流”，不能發(fā)揮應(yīng)有效能，污水提升泵站、污水處理廠的運(yùn)行成本隨之增加。排查外水入滲點(diǎn)并進(jìn)行工程改造，避免外水滲入管網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)“清污分離”是城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)“進(jìn)水濃度高、管網(wǎng)水位低”的關(guān)鍵。

在工程實(shí)踐中，由于污水管道運(yùn)行水位高，特別是大管徑管道，封堵、調(diào)排水困難大；周邊河道水位較高，排水系統(tǒng)又和河道相連時(shí)，無(wú)法準(zhǔn)確判斷管道的外水入滲入流點(diǎn)位置。全面摸排難度大、投資高、時(shí)間長(zhǎng)，而且往往很難精確找準(zhǔn)外水點(diǎn)的位置。南京市某污水收集系統(tǒng)排水管網(wǎng)清疏檢測(cè)排查設(shè)計(jì)施工一體化項(xiàng)目，排查納污范圍54 km2內(nèi)約280 km市政污水管線，本文結(jié)合該工程實(shí)例，探索了一些通過(guò)特定指標(biāo)水質(zhì)檢測(cè)來(lái)識(shí)別污水管道外水的方法，以期待為污水管網(wǎng)外水入侵、管段問(wèn)題識(shí)別和工程整改等類似項(xiàng)目提供參考。

1 外水點(diǎn)入滲排查技術(shù)路線

1.1 基本原理

通過(guò)污水管網(wǎng)分區(qū)的水質(zhì)檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析，逐步縮小監(jiān)測(cè)范圍，篩查出問(wèn)題管段的范圍，為后續(xù)CCTV檢測(cè)、工程整改等提供更精準(zhǔn)的工作區(qū)間。

1.2 問(wèn)題識(shí)別

1）劃分排水分區(qū)。基于現(xiàn)有管網(wǎng)普查成果的圖面分析，根據(jù)污水主干管分布，將污水管網(wǎng)系統(tǒng)劃分為多個(gè)排水分區(qū)并確定主干管網(wǎng)，布置需要檢測(cè)的點(diǎn)位。

2）開(kāi)展水質(zhì)檢測(cè)。根據(jù)布點(diǎn)位置，選擇連續(xù)晴天的同一時(shí)間段，對(duì)所有點(diǎn)位進(jìn)行采樣和水質(zhì)檢測(cè)。

3）問(wèn)題分區(qū)識(shí)別。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，選擇不同的水質(zhì)檢測(cè)方法，對(duì)不同外水來(lái)源進(jìn)行識(shí)別，將水質(zhì)指標(biāo)濃度明顯低于正常生活污水特征值的管道進(jìn)行分區(qū)研判。

1.3 即查即改與工程整改

圍繞排查外水的工作目標(biāo)，有針對(duì)性地圍繞重點(diǎn)問(wèn)題（河水倒灌、污水下河、雨污水混接等）開(kāi)展污水管道及附屬設(shè)施缺陷即查即改，減少外來(lái)水進(jìn)入污水系統(tǒng)。即查即改（在管網(wǎng)排查后完成工程整改）減少了施工措施費(fèi)的投入，同時(shí)也能夠快速產(chǎn)生效果[3]。

1.4 閉環(huán)驗(yàn)證

邊排查邊分析，邊整治邊評(píng)估，通過(guò)找準(zhǔn)問(wèn)題，解決問(wèn)題，再次驗(yàn)證，直到達(dá)到預(yù)定效果，循環(huán)往復(fù)，閉環(huán)驗(yàn)證，直至找準(zhǔn)問(wèn)題根源。見(jiàn)圖1。

2 污水管網(wǎng)中外水的檢測(cè)方法與應(yīng)用

2.1 手持式氨氮儀在污水管網(wǎng)外水排查中的應(yīng)用

使用專業(yè)的手持野外/實(shí)驗(yàn)室兩用氨氮測(cè)量?jī)x對(duì)管網(wǎng)中的氨氮濃度進(jìn)行檢測(cè)。氨氮傳感器可以提供[NH+4]的讀數(shù)并且可以把[NH+4]的值轉(zhuǎn)換為氨（NH3）的值，能夠快速識(shí)別管網(wǎng)中低濃度區(qū)域，大大縮小檢測(cè)范圍，有效節(jié)約成本[4]。本工程管徑為DN800～1 200 mm，共檢測(cè)點(diǎn)位14個(gè)，晴天檢測(cè)42次。見(jiàn)圖2。

片區(qū)污水主管上游（HJLW01—HJLW19段）氨氮值較低，均低于20.0 mg/L；HJLW03處氨氮值最低，為11.1 mg/L，推測(cè)該處必然有低濃度水匯入。排查發(fā)現(xiàn)，接入該點(diǎn)的污水支管水量大、濃度低，外水來(lái)源主要是上游暗涵存在引水管道錯(cuò)口導(dǎo)致外水進(jìn)入及施工降水排入。HJLWX05—HCHW01處水質(zhì)濃度有上升趨勢(shì)，結(jié)合支管來(lái)水水質(zhì)狀況，氨氮分別為40.1、43.2、60.5、37.1 mg/L，故氨氮濃度持續(xù)上升。見(jiàn)圖3。

2.2 余氯檢測(cè)試劑在管網(wǎng)低濃度點(diǎn)排查中的應(yīng)用

選用總余氯試劑，通過(guò)DPD（N，N-二乙基-1，4-苯二胺）比色法對(duì)氯的濃度進(jìn)行測(cè)定。由于加入緩沖試劑，樣品的pH值被調(diào)整到一定的范圍，在中性條件下，比色試劑與水樣中的余氯反應(yīng)生成紫紅色化合物，根據(jù)水樣與試劑反應(yīng)后的顏色深淺度，定性判斷水樣中是否有自來(lái)水混入。

在水質(zhì)檢測(cè)及分析過(guò)程中，通過(guò)觀察入滲點(diǎn)水流是否清澈，對(duì)疑似自來(lái)水滲入的點(diǎn)位取水樣，加入DPD總氯試劑，靜止一段時(shí)間后，水樣呈現(xiàn)紫紅色，疑似自來(lái)水滲入。該方法發(fā)現(xiàn)清水入滲點(diǎn)顯色快捷、觀察方便，通過(guò)余氯試劑檢測(cè)本項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)自來(lái)水入滲點(diǎn)約為25處。

2.3 [PO3-4]檢測(cè)在管網(wǎng)低濃度點(diǎn)排查中的應(yīng)用

2.3.1 河水與污水總磷特征值

2020年江蘇省水文局南京分局固定檢測(cè)斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)（長(zhǎng)江）平均磷酸鹽指標(biāo)為0.17 mg/L；2020年江蘇省水文局南京分局固定檢測(cè)斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)（外秦淮河草場(chǎng)門橋）平均磷酸鹽指標(biāo)為0.25 mg/L；同時(shí)，對(duì)比了運(yùn)行中的幾座污水廠的總磷數(shù)據(jù)。見(jiàn)表1。

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，河道平均磷酸鹽質(zhì)量濃度為0.20 mg/L，污水總磷質(zhì)量濃度約為2.75 mg/L，在天然水和廢水中存在較大的磷濃度差。實(shí)際運(yùn)行時(shí)，管道水位較高，無(wú)法露眼識(shí)別河水倒灌或者污水滲漏下河。

含磷化合物可分為有機(jī)磷與無(wú)機(jī)磷兩類：有機(jī)磷主要以葡萄糖-6-磷酸、2-磷酸-甘油酸及磷肌酸等形態(tài)存在；無(wú)機(jī)磷以磷酸鹽的形態(tài)存在，包括正磷酸鹽（[PO3-4]）、偏磷酸鹽（[HPO2-4]）、磷酸二氫鹽（[H2PO2-4]）等。污水中的總磷指正磷酸鹽、偏磷酸鹽等和有機(jī)磷酸鹽的總和，可采用磷酸鹽活性磷試劑快速測(cè)定磷酸鹽濃度。對(duì)沿河管、過(guò)河管進(jìn)行磷酸鹽指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，可以快速區(qū)分是否有河水倒灌或者污水下河問(wèn)題。

2.3.2 磷酸鹽檢測(cè)在管網(wǎng)外水點(diǎn)排查中的應(yīng)用

區(qū)域A河道沿河管道內(nèi)磷酸鹽質(zhì)量濃度0.44～3.06 mg/L，河道磷酸鹽質(zhì)量濃度0.02～0.12 mg/L，區(qū)域A河道起點(diǎn)HCHD01磷酸鹽質(zhì)量濃度僅為0.44 mg/L，深入排查發(fā)現(xiàn)，該處有合流管道截流設(shè)施接入，導(dǎo)致磷酸鹽質(zhì)量濃度較低。后期結(jié)合片區(qū)雨污分流改造工程計(jì)劃對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)位進(jìn)行工程整改。見(jiàn)圖4。

區(qū)域B河道沿河管主管管徑DN300～1 000 mm、全長(zhǎng)1 302.85 m，西側(cè)主管起點(diǎn)標(biāo)高6.06 m，終點(diǎn)標(biāo)高3.15 m。見(jiàn)圖5。

B河道沿河管道內(nèi)磷酸鹽質(zhì)量濃度1.62～2.29 mg/L，河道磷酸鹽質(zhì)量濃度均值為1.15 mg/L。見(jiàn)圖6。

輔助分析河道水位、管道水位發(fā)現(xiàn)，區(qū)域B河道沿河管污水管水位在7.56～8.11 m，河水位在6.58～7.19 m，水位差值0.90～1.24 m。進(jìn)一步排查發(fā)現(xiàn)，區(qū)域B河道駁岸擋墻滲水，存在污水下河的現(xiàn)象，導(dǎo)致河道磷酸鹽質(zhì)量濃度較高。通過(guò)CCTV檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，管道存在三、四級(jí)結(jié)構(gòu)性缺陷10處，主要為脫節(jié)和破裂；三、四級(jí)功能性缺陷5處，結(jié)構(gòu)性缺陷較多，造成污水滲出。由于損壞嚴(yán)重且難施工修復(fù)，所以廢除該段管道，用鋼筋混凝土進(jìn)行填實(shí)，另找管位新建污水管道。

2.4 其他特征因子在管網(wǎng)排查中的應(yīng)用

南京地區(qū)地下水位較高，由于溶解了石灰?guī)r導(dǎo)致淺層地下水的硬度值相對(duì)較高，生活污水中的硬度與地下水中的硬度特征數(shù)值相差較大，因此，硬度可作為區(qū)分地下水的水質(zhì)特征因子，對(duì)地下水的區(qū)分針對(duì)性較強(qiáng)。

Oliver K等[5]采用水中穩(wěn)定同位素法（18O／16O和 D/H），基于生活污水和地下水中的穩(wěn)定同位素的差異，對(duì)排污管線中地下水入滲水量和比例進(jìn)行分析。徐祖信等[6]以硬度作為表征地下水的水質(zhì)特征因子指標(biāo)，生活污水的水質(zhì)特征因子指標(biāo)用總氮表征，計(jì)算分析采用蒙特卡洛方法，可以判別污水管網(wǎng)中是否大量入滲地下水。確定排水管網(wǎng)的地下水入滲水量，在上海某區(qū)域的應(yīng)用其結(jié)果表明與實(shí)際情況吻合，可用于管網(wǎng)破損地下水入滲以及后期管網(wǎng)運(yùn)維的判斷。程小文等[7]推薦以表征生活污水的水質(zhì)特征因子——陰離子表面活性劑作為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)入流量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以較為便捷的區(qū)分生活污水和地下水，相對(duì)于常規(guī)識(shí)別手段，該方法可減少80%～90%的工程量，可節(jié)約70%～80%管網(wǎng)排查投資。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著城市生命線安全工程的開(kāi)展，地下管網(wǎng)的安全性越來(lái)越受到重視，排水系統(tǒng)是城市運(yùn)行的生命線系統(tǒng)，是維系城市正常運(yùn)行，滿足群眾生產(chǎn)生活需要的重要基礎(chǔ)設(shè)施，科學(xué)研判地下排水管網(wǎng)的存在的問(wèn)題，是開(kāi)展生命線工程的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)污水提質(zhì)增效行動(dòng)計(jì)劃的必要條件。手持式氨氮儀可以快速找到污水管網(wǎng)外水入滲區(qū)域，用最短時(shí)間縮小摸排范圍，節(jié)約成本，快速高效；通過(guò)余氯試劑，磷酸鹽活性試劑可以快速識(shí)別污水管道中的自來(lái)水和河水；基于硬度、陰離子表面活性劑等水質(zhì)特征因子或者特征值的檢測(cè)方法可以快速判斷地下水入滲位置，從而有針對(duì)性的指導(dǎo)后續(xù)人工排查、CCTV檢測(cè)和工程改造，大大降低了成本，具有投入少、時(shí)間短、見(jiàn)效快的優(yōu)點(diǎn)。

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