郴州城區(qū)污水系統(tǒng)確定目標(biāo)提質(zhì)增效可達(dá)性分析

中圖分類號：X703：TU992.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1004-4345（2025）03-0041-05

AbstractAimingatthelowinfluent pollutantconcentrationinurban wastewatertreatment plants，thispaper takesthe W8 wastewatercolectionzoneindowntown Chenzhouasthestudyobject.Basedonmonitoringdataof waterqualityflowinthe pipelinenetwork，theprimarycausesoflowregionalwastewaterconcentrationsignificantexteralwaterintrusion（dry-season intrusion rate reaching 46.99% ） were analyzed. Targeted technical measures were proposed， including pipeline network renovation， externalwaterseparationlocalizedsource-levelstor-wastewaterseparatio.Analysisofextealwaterremovalefectivenes demonstrates thatchemicaloxygendem（COD）inthezone'smainefluent pipelineisexpectedtoincreasefrom78.3mg/Lto 104.2 mg/L after implementation of this proposal. The planned target of 100mg/L will bestablyachieved，thereby effectively enhancing wastewater treatment efficiency water quality.

wordswastewatersystem;qualityeficiencyenhancement;wastewater network monitoring;external waterintrusion; chemical oxygen dem （COD）

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，我國城鎮(zhèn)污水收集處理設(shè)施得到快速普及，污水收集率和處理率逐年提升。然而，污水處理廠進(jìn)水濃度偏低問題依然突出，這在南方特別是長江流域更為明顯。據(jù)研究，長江沿線6省共計191座污水處理廠的進(jìn)水生化需氧量 BOD₅ ），均值僅 。2022年，住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)改委、水利部聯(lián)合印發(fā)《深入打好城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)實施方案》，明確提出到2025年城市生活污水集中收集率要達(dá)到 70% ，進(jìn)水 BOD₅gt;100mg/L 的污水處理廠規(guī)模占比超90% 。現(xiàn)狀距此目標(biāo)差距顯著。如湖南省目前達(dá)標(biāo)的污水處理廠進(jìn)水 BOD₅ 濃度高于 100mg/L 的規(guī)模占總規(guī)模的比例僅為 25.1% ，因此，精準(zhǔn)診斷管網(wǎng)濃度偏低的成因，并據(jù)此制定科學(xué)合理的進(jìn)水濃度提升方案，是當(dāng)前污水系統(tǒng)提質(zhì)增效的關(guān)鍵。

本研究以郴州中心城區(qū)W8污水納污片區(qū)為研究對象，針對該區(qū)污水廣進(jìn)廣濃度偏低問題，通過管網(wǎng)水質(zhì)、水量監(jiān)測等手段，分析研究進(jìn)廠濃度偏低的主要原因，并據(jù)此提出污水系統(tǒng)濃度提升的改造對策。

1項目概況

1.1片區(qū)排水系統(tǒng)概況

郴州市位于湖南省東南部，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，地勢南高北低，長江和珠江水系在此分流。該市中心城區(qū)總面積為 164.77km² ，其中西城區(qū)約為 102.24km² ，包括第一、第二、第四污水收集處理系統(tǒng)，如圖1所示。第一與第四污水收集系統(tǒng)邊界模糊，形成了老城區(qū)合流制與分流制共存的“混合型”系統(tǒng)。位于西城區(qū)北部的下湄橋第一污水廠，主要負(fù)責(zé)老城區(qū)的生活污水；在其下游的第四污水處理廠則負(fù)責(zé)接納超出第一污水處理廠處理能力的水量。第一、第四污水處理廠現(xiàn)狀最大處理規(guī)模分別為1.2×10⁵m³/d 和 6.0×10⁴m³/d， 0

本次研究對象W8片區(qū)，位于郴州市中心老城區(qū)，面積為 16.05km² 。研究區(qū)內(nèi)排水體制以合流制為主，已建污水管總長 44.5km ，合流管總長 77.1km ，污水主要沿郴江河DN1650 截污干管 -2.6m×2.0m 燕泉河DN1200截污干管、同心河 DN1000 截污干管以及北干渠 3.0m×2.0m 合流箱涵接人第一、第四污水處理廠。

1.2污水處理廠進(jìn)廠濃度現(xiàn)狀

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，第一污水處理廠2019年1月—2021年6月期間，進(jìn)水化學(xué)需氧量（COD）為98～150mg/L ，見圖2。2021年7月—2021年12月期間，由于餐廚垃圾匯入污水管道，第一污水處理廠進(jìn)水COD翻倍，基本維持在 200mg/L 以上，其中 2021年9月和10月的進(jìn)水COD峰值 gt;450mg/L_? 。剔除該時間段進(jìn)水?dāng)?shù)據(jù)后，第一污水處理廠平均進(jìn)水COD為 130mg/L 。第四污水處理廠進(jìn)水COD變化不明顯，2019年1月—2022年4月月度平均進(jìn)水COD為 97mg/L 。

2管網(wǎng)監(jiān)測方案

研究表明[4-5]，外水入侵污水管道嚴(yán)重影響污水處理系統(tǒng)的能效發(fā)揮。因此，本研究采用分區(qū)診斷的方法排查管網(wǎng)外水，即根據(jù)現(xiàn)狀管道數(shù)據(jù)進(jìn)行拓?fù)浞治雠c分區(qū)劃定，明確不同層級的邊界，并根據(jù)監(jiān)測目標(biāo)建立粗分區(qū)一精細(xì)網(wǎng)格的層級模型。具體排查流程如下。

1）開展基礎(chǔ)資料收集工作，包含管網(wǎng)排查資料、污水處理廠水質(zhì)水量資料和區(qū)域用水量數(shù)據(jù)等。2）根據(jù)基礎(chǔ)資料分析情況，確定監(jiān)測方案，包括區(qū)域監(jiān)測指標(biāo)及頻次、排水分區(qū)劃分及監(jiān)測點(diǎn)位等。3）根據(jù)監(jiān)測水質(zhì)水量數(shù)據(jù)結(jié)果鎖定管網(wǎng)問題突出區(qū)域。4）通過現(xiàn)場踏勘、CCTV、QV、水質(zhì)水量監(jiān)測分析等工作制定外水精細(xì)化摸排方案。

2.1監(jiān)測布點(diǎn)

監(jiān)測布點(diǎn)應(yīng)覆蓋截污主干管及沿線主要支管匯入點(diǎn)。布點(diǎn)方案需依據(jù)污水分區(qū)，結(jié)合管網(wǎng)結(jié)構(gòu)、水力拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、區(qū)塊面積、覆蓋人口、管網(wǎng)長度等要素合理制定。在保障監(jiān)測效果的基礎(chǔ)上，兼顧經(jīng)濟(jì)合理性。重點(diǎn)監(jiān)測區(qū)域為沿河兩側(cè)的截污干管。該段區(qū)域管網(wǎng)內(nèi)液位較高，長期處于高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，排水較為困難，故需重點(diǎn)排查區(qū)域內(nèi)入流入滲點(diǎn)。

2.2水質(zhì)水量監(jiān)測方案

對污水管網(wǎng)進(jìn)行概化分析，建立由主干管為骨干并向上游溯源分級的污水系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同管段分為一級支管、二級支管等。

依據(jù)同心河和郴江兩側(cè)截污干管的走向，在干管主要節(jié)點(diǎn)、重要支管匯入節(jié)點(diǎn)及污水分區(qū)邊界處布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，共計15個。所有點(diǎn)位監(jiān)測COD及管道流量，具體檢測要求如下：流量連續(xù)監(jiān)測14d，COD監(jiān)測時間為連續(xù)3個晴天，采樣頻率為每天4次，時段分別為早上（7：00—9：00）、中午（12：00—14：00）、晚上（18：00—20：00）夜間（0：：00—2：00）。監(jiān)測布點(diǎn)及分區(qū)見圖3。其中，A8監(jiān)測點(diǎn)為本研究區(qū)最終匯流點(diǎn)，具體位于郴江河左岸DN1650截污干管內(nèi)。

3 管網(wǎng)監(jiān)測結(jié)果分析

3.1市政管網(wǎng)水質(zhì)水量監(jiān)測結(jié)果

將監(jiān)測點(diǎn)的水質(zhì)水量取平均值，綜合得到W8片區(qū)整體水量拓?fù)潢P(guān)系如圖4。

片區(qū)監(jiān)測總水量為 84560m³/d（Q_A8-Q_E+Q_A9+ Q_B3 ），監(jiān)測點(diǎn)的COD范圍為 78.3～95.5mg/L（lt;100 mg/L ）。其中，A8節(jié)點(diǎn)為片區(qū)的污水主干管出口，COD檢測結(jié)果見圖5。

由圖5可知，A8節(jié)點(diǎn)COD檢測結(jié)果為62＼～98mg/L，3 天COD平均值為 78.3mg/L 。市政管網(wǎng)水質(zhì)水量監(jiān)測結(jié)果見圖6。郴江河左岸監(jiān)測點(diǎn)（A1＼～A6）干管管徑為 DN800～DN1800 ，末端總水量為10.8萬 m³/d ，干管COD 范圍為 115.0～78.9mg/L_? 。整體質(zhì)量濃度較低，且呈現(xiàn)從上游往下游遞減趨勢，表明管道沿線存在外水進(jìn)入。

北干渠主干管監(jiān)測點(diǎn)（A11＼～A15）污水主干管為北干渠合流箱涵（ 3.0m×2.0m ），末端總水量為5.9萬 m³/d ，末端COD為 84.4mg/L 。主干管的COD質(zhì)量濃度較低，表明管網(wǎng)系統(tǒng)存在一定量的外水。其中，A12 監(jiān)測點(diǎn)（沿湖箱涵段）的COD平均僅為 26.0mg/L ，表明該區(qū)域存在大量湖水入滲。

3.2源頭水質(zhì)水量監(jiān)測結(jié)果

在源頭水質(zhì)監(jiān)測方面，研究區(qū)共布置監(jiān)測點(diǎn)353個。源頭水量水質(zhì)采用快檢法，結(jié)果為瞬時值

1）片區(qū)源頭水質(zhì)水量監(jiān)測結(jié)果。研究區(qū)源頭監(jiān)測結(jié)果如圖7、圖8所示，研究區(qū)污水量主要源自合流制排水單元出流，為14.74萬 m³/d ，占本片區(qū)源頭總產(chǎn)污水量的 87% 。所有地塊平均COD為 86.4mg/L ，分流制和合流制排水單元的平均COD出水質(zhì)量濃度分別為 84.8mg/L 和 97.8mg/L

據(jù)圖8所示，本片區(qū)污水主要來源于小區(qū)（10.53萬 m³/d ，占比 62.4% ），其次為商業(yè)（污水量4.16萬 m³/d ，占比 24.6% ），第3為醫(yī)院（污水量1.20萬 m³/d ，占比 7.1% ）。根據(jù)各地塊出水COD分析，僅垃圾站和餐飲單元出水的COD超過 100mg/L 而最大產(chǎn)污單元（小區(qū)）的出水COD平均為 89.5mg/L ，低于預(yù)期水質(zhì)考核目標(biāo)。同樣，污水量較大的商業(yè)和醫(yī)院地塊出水COD平均為 92.0mg/L 和 70.6mg/L ，亦低于預(yù)期水質(zhì)考核目標(biāo)。

3.3水量平衡分析

根據(jù)自來水公司抄表數(shù)據(jù)，研究區(qū)日均用水量為7.99萬 m³/d ，理論污水量按用水總量的 85% 折算，約為6.79萬 m³/d 。通過比較理論污水量和實際監(jiān)測排水量之間的差值，可以計算得到片區(qū)的理論外水量為6.02萬 m³/d ，具體計算結(jié)果詳見表1。

由表1可知，片區(qū)監(jiān)測污水總量為8.46萬 m³/d 污水外溢量為4.35萬 m³/d 。據(jù)此計算可得，污水管網(wǎng)旱季外水入侵率為 6.02/（8.46+4.35）×100%= 46.99% 。

本片區(qū)外水主要來源于 W8-6 北湖周邊片區(qū)，外水量為3.51萬 m³/d ，占理論總外水量的 58.26% ：其次是W8-7片區(qū)，外水量為1.71萬 m³/d ，占總外水量的 28.46% ，其余5個片區(qū)外水占比合計為13.28% 。因此， W8–6 和W8-7片區(qū)是外水治理的重點(diǎn)區(qū)域。

3.4外水調(diào)查分析

基于管網(wǎng)水質(zhì)水量分析，初步確定主要外水入侵片區(qū)后，通過人工排查進(jìn)一步精調(diào)，定位集中外水匯入點(diǎn)。排查重點(diǎn)區(qū)域為W8-6和W8-7片區(qū)，重點(diǎn)管道為截污干管、合流箱涵、北湖片區(qū)周邊沿湖管道以及施工工地。

已查明外水量約為4.17萬 m³/d ，其中地表水（北湖湖水）量為1.75萬 m³/d ，占外水總量的 41.97% ：地下水入滲水量為0.70萬 m³/d ，占比 17.99% ;地下車庫抽排水水量為0.64萬 m³/d ，占比 15.35% ；工地排水水量為0.48萬 m³/d ，占比 11.51% ；以及較少量的自來水（水量為0.30萬 m³/d ，占比 7.19% ）和其他外水（水量為0.25萬 m³/d ，占比 6% ）。

4片區(qū)濃度提升方案

4.1工程實施內(nèi)容

針對不同類型的外水，本文制定了不同的實施方案。1）地表水。地表水接入污水管道時，可通過對雨污混接/錯接改造，將集中地表水導(dǎo)流至雨水系統(tǒng)或新建外水專管后排入水體。2）地下水。地下水主要包括集中入滲和沿線入滲兩種類型。集中入滲點(diǎn)可采用雨污分流，將地下水接入雨水系統(tǒng)，通過雨水排口直排至自然水體。沿線入滲，若采用分流制排水系統(tǒng)，可對沿線管道破損處進(jìn)行修復(fù)，避免地下水滲進(jìn)污水系統(tǒng)；若采用合流制排水系統(tǒng)，則可通過新建污水管道，將外水排人雨水管道后直排河道。3）工地排水。加強(qiáng)對工地排水的監(jiān)管，督促施工單位將工地排水接入雨水系統(tǒng)。4）自來水。加強(qiáng)自來水管道的巡查與維護(hù)，發(fā)現(xiàn)滲漏點(diǎn)及時反饋相關(guān)單位進(jìn)行搶修。

4.2外水去除效果分析

外水調(diào)查表明，集中外水點(diǎn)水量為4.17萬 m³/d 基于外水中COD不高于地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)限值（20mg/L 的假定，削減現(xiàn)有外水匯入后，研究區(qū)出水口A8監(jiān)測點(diǎn)COD可達(dá)到 96.7mg/L ，但不能保證片區(qū)出水COD均穩(wěn)定在目標(biāo)值 100mg/L ，因此需要進(jìn)一步對片區(qū)范圍內(nèi)流量大、COD低的源頭區(qū)域進(jìn)行改造。

源頭改造方案出水目標(biāo)為出水 COD130mg/L 或現(xiàn)狀流量削減不超過 60% ，源頭地塊外水混入后COD按照現(xiàn)有外水實測質(zhì)量濃度 19.7mg/L 計算。選取片區(qū)范圍內(nèi)14個源頭地塊（總面積 41.3ha 進(jìn)行改造，改造后W8片區(qū)總出水COD達(dá)到 115.8mg/L 。此外相關(guān)研究表明，當(dāng)輸送距離 ?5km 時，污水中污染物降解率一般 ?10%^[6] ，因此本文考慮 10% 的水質(zhì)沿程衰減，仍能確保片區(qū)出水COD質(zhì)量濃度達(dá)到104.2mg/L

5結(jié)論及建議

污水管網(wǎng)外水入侵點(diǎn)位的精準(zhǔn)識別與治理，對排水系統(tǒng)評估和提質(zhì)增效改造至關(guān)重要。本研究通過市政管網(wǎng)監(jiān)測源頭地塊水質(zhì)水量分析，以及片區(qū)自來水供水?dāng)?shù)據(jù)對比，揭示了研究區(qū)污水低濃度的成因，可項目決策提供較為堅實的科學(xué)依據(jù)。

研究結(jié)論如下。1）源頭地塊出水平均COD僅為86.4mg/L ，污水濃度總體偏低。背后原因主要為現(xiàn)狀源頭地塊管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量差、運(yùn)維管理缺失，導(dǎo)致排水管網(wǎng)混錯接普遍。2）研究區(qū)總出口平均COD僅為78.3mg/L ，片區(qū)旱季外水入侵率達(dá) 46.99% ，市政排水管網(wǎng)混錯接外水入侵比例高，主要外水類型為山泉水入侵、地下水人滲、自來水爆管等。3）根據(jù)水質(zhì)水量監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果，片區(qū)主要外水入侵區(qū)域為W8-6和W8-7區(qū)域，擬通過實施針對性措施來撇除外水，并輔以小范圍的源頭地塊雨污分流改造，以實現(xiàn)研究區(qū)總出口COD達(dá)到 100mg/L 的水質(zhì)目標(biāo)

建議下一階段持續(xù)監(jiān)測重點(diǎn)區(qū)域和管道，有針對性地開展提質(zhì)增效工作，進(jìn)一步提升污水處理廠進(jìn)水污染物濃度，實現(xiàn)節(jié)能降耗、降本增效，提高排水系統(tǒng)整體運(yùn)行效率，促進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

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