文/陳莉蘋 張 舟（.中節(jié)能國(guó)禎環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?；.珠江水資源保護(hù)科學(xué)研究所）

2019 年4 月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部和發(fā)展改革委聯(lián)合頒發(fā)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019—2021 年）》，主要針對(duì)城鎮(zhèn)管網(wǎng)進(jìn)行系統(tǒng)改造和整治，確保實(shí)現(xiàn)污水廠提質(zhì)增效，優(yōu)化環(huán)境資源[1]。在此背景下，對(duì)污水管網(wǎng)的監(jiān)測(cè)必要且緊迫，也是實(shí)現(xiàn)城市污水處理廠網(wǎng)一體化（以下簡(jiǎn)稱“廠網(wǎng)一體化”）的前提。

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)優(yōu)化主要集中在供水管網(wǎng)領(lǐng)域，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)采集管網(wǎng)信息，采用經(jīng)驗(yàn)法[2]、聚類分析法[3]、靈敏度分析法[4]等進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布置?；趶S網(wǎng)一體化需求，孔祥文提出了從排放源、管網(wǎng)、泵站、污水處理廠的全過(guò)程監(jiān)測(cè)體系的構(gòu)建思路[5]，然而由于區(qū)域地區(qū)差異性及排水系統(tǒng)現(xiàn)狀不同，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)需結(jié)合實(shí)際進(jìn)行優(yōu)化布局。

本文以南方某市城東片區(qū)廠網(wǎng)一體化項(xiàng)目為依托，結(jié)合運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，兼顧后續(xù)模型的需求，對(duì)片區(qū)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行初步布設(shè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位結(jié)果分析優(yōu)化監(jiān)測(cè)布點(diǎn)，為廠網(wǎng)一體化提供基礎(chǔ)支撐。

一、研究區(qū)域概況

研究區(qū)域位于南方某市城區(qū)，該區(qū)域降雨豐沛，地下水資源豐富，研究范圍包括城東污水處理廠（污水處理能力2.5 萬(wàn)噸/天）及其配套污水管網(wǎng)，納管范圍包括城南和城東兩個(gè)片區(qū)。城東片區(qū)為經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，管網(wǎng)長(zhǎng)度為41.561 km，城南片區(qū)多為城市生活污水，其污水通過(guò)泵站抽取匯入城東片區(qū)管網(wǎng)。城東片區(qū)分布有兩條主干管，一條自東門泵站通過(guò)通江大道匯入經(jīng)四路主管后進(jìn)入城東污水處理廠，沿途收集站前路南段、福東路南段等支管污水（以下簡(jiǎn)稱“通江大道主管”）；另一條為福北路管線，自西向東接入經(jīng)四路主管，沿途收集站前路北段、站后路、福東北路、支二路污水（以下簡(jiǎn)稱“福北路主管”）。

綜合考慮該區(qū)域排水管網(wǎng)收納情況和廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)情況，選擇城東片區(qū)為監(jiān)測(cè)點(diǎn)研究區(qū)域構(gòu)建廠網(wǎng)一體化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

二、監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

理論上對(duì)于水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)有多種方法，如統(tǒng)計(jì)法、模擬法、網(wǎng)格法等[6]，但作為廠網(wǎng)一體化項(xiàng)目，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)需要依據(jù)實(shí)際需求兼顧運(yùn)營(yíng)和模型需求。

1.運(yùn)營(yíng)需求

運(yùn)營(yíng)涉及城東污水廠、片區(qū)管網(wǎng)及東門泵站。污水廠運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵是要保持進(jìn)水水量和水質(zhì)穩(wěn)定，城東污水廠水量的波動(dòng)主要跟旱雨季有關(guān)，水質(zhì)方面氨氮較為穩(wěn)定，化學(xué)需氧量（COD）波動(dòng)很大，而COD 的波動(dòng)對(duì)污水廠運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性有很大影響；片區(qū)管網(wǎng)主要收納生活污水和企業(yè)排水，其波動(dòng)主要受企業(yè)生產(chǎn)影響；東門泵站主要收納和抽取城南片區(qū)生活污水。從運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，東門泵站污水水量占污水廠進(jìn)水總量的80%左右，且水質(zhì)穩(wěn)定，COD 保持在140～150 mg/L，氨氮保持在20 mg/L 左右，保證了城東污水廠進(jìn)水水質(zhì)的穩(wěn)定性。

影響污水廠進(jìn)水水質(zhì)穩(wěn)定性的主要區(qū)域?yàn)槌菛|片區(qū)，這一區(qū)域監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)必要且關(guān)鍵。根據(jù)運(yùn)營(yíng)的實(shí)際需求，片區(qū)每條主管和支管均需要布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，以掌握城東片區(qū)水量和水質(zhì)情況；同時(shí)在工業(yè)園區(qū)集中的區(qū)域，需要對(duì)企業(yè)排口進(jìn)行有針對(duì)性地監(jiān)測(cè)，從而了解企業(yè)排水對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)影響。

2.模型需求

建立管網(wǎng)機(jī)制模型可以量化管網(wǎng)水質(zhì)和水量，便于廠網(wǎng)一體化聯(lián)動(dòng)及管理。模型監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)要求為，在支管匯入主干管前、主干管有支管匯入前后以及其他外源性排口（如企業(yè)排口、小區(qū)生活污水接入等）均需要監(jiān)測(cè)水量和水質(zhì)。

綜合管網(wǎng)模型及運(yùn)營(yíng)需求，初步確定布設(shè)26 個(gè)管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位及12 個(gè)企業(yè)排口監(jiān)測(cè)點(diǎn)，以期全面反映城東片區(qū)管網(wǎng)水質(zhì)水量分布。監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)如圖1所示。

圖1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)圖

三、監(jiān)測(cè)結(jié)果

根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)，采用單日單次取樣方式對(duì)管網(wǎng)作初步摸底分析，從三種不同維度（季節(jié)、天氣、人類活動(dòng)），選取三組不同的監(jiān)測(cè)時(shí)間（豐水期和枯水期、晴天和雨天、白天和凌晨），對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證和優(yōu)化監(jiān)測(cè)布點(diǎn)。

1.典型單日管網(wǎng)水質(zhì)分析

選取單日（2020 年11 月23 日）對(duì)城東片區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示福北路主管COD 濃度波動(dòng)較大，主要波動(dòng)點(diǎn)有三處：站前路支管匯入前后。福東路支管匯入前后以及支二路支管匯入前后，根據(jù)摸底勘察，站前路企業(yè)廢水經(jīng)過(guò)自建的污水處理系統(tǒng)處理后排出，排水量大且水質(zhì)濃度低，福東路附近有高濃度食品企業(yè)廢水排入，支二路混接有雨水管網(wǎng)。

通江大道濃度波動(dòng)相對(duì)平緩，COD 濃度基本能達(dá)到80 mg/L 以上，這與東門泵站污水抽取匯入有關(guān)，主要波動(dòng)點(diǎn)為站前路和福東路支管匯入前后，此區(qū)域?yàn)楦哞F站等生活區(qū)。

城東片區(qū)COD 濃度較低且波動(dòng)較大，原因是企業(yè)及生活排口對(duì)管網(wǎng)對(duì)水質(zhì)有影響，此外部分管網(wǎng)混接有雨水管網(wǎng)，這也會(huì)降低管網(wǎng)水質(zhì)濃度。

2.豐水期和枯水期

研究區(qū)域降雨豐沛，地下水資源豐富，因此豐水期和枯水期管網(wǎng)內(nèi)水量和水質(zhì)變化較大。針對(duì)福北路主管線和通江大道主管沿線分別在豐水期（8 月）和枯水期（12 月）連續(xù)一周監(jiān)測(cè)管網(wǎng)水量和水質(zhì)變化，COD監(jiān)測(cè)結(jié)果均值如圖2 和圖3 所示。

圖2 福北路主管沿線COD 變化圖

圖3 通江大道主管沿線COD 變化圖

根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，與枯水期相比，豐水期COD 濃度明顯變低，福北路主管COD 濃度很低，為22～40 mg/L，通江大道主管COD 濃度波動(dòng)較大，為18～106 mg/L，其他管線的監(jiān)測(cè)值也有明顯下降?？傊?，豐水期城東片區(qū)污水濃度顯著降低，尤其福北路主管，推測(cè)福北路沿途混接有雨水管網(wǎng)或者有地下水入滲。

3.晴天和雨天

選取了10 月中的4 天對(duì)片區(qū)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，其中1 天為雨天、3 天為晴天。管線水質(zhì)變化如圖4、圖5所示，從圖中可以看出，無(wú)論是雨天還是晴天，兩條主管沿線水質(zhì)變化趨勢(shì)基本一致，雨后COD 濃度明顯降低。通江大道受雨水影響更大，雨后濃度變化更明顯，實(shí)際勘探在雨天的時(shí)候污水井外壁有雨水入滲，致使管網(wǎng)內(nèi)部水質(zhì)濃度降低；而福北路受降雨影響相對(duì)較小，雖然支二路來(lái)水混接有雨水管網(wǎng)，但在實(shí)際管網(wǎng)運(yùn)維中對(duì)混接管網(wǎng)已經(jīng)作重點(diǎn)處理，因此福北路反而受降雨影響小。

圖4 福北路主管沿線晴天和雨后COD 變化圖

圖5 通江大道主管沿線晴天和雨后COD 變化圖

4.白天和凌晨

城東片區(qū)有較多企業(yè)，白天和凌晨管網(wǎng)COD 濃度會(huì)發(fā)生變化。選取11 月30 日白天及凌晨進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，白天通江大道主管COD 水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到100 mg/L 以上，凌晨COD 濃度明顯低于白天，根據(jù)實(shí)際勘察判斷，白天生產(chǎn)生活廢水的集中排入導(dǎo)致主管濃度升高。

福北路主管白天濃度高于凌晨，但凌晨波動(dòng)很大，尤其在站前路附近以及支二路—經(jīng)四路段水質(zhì)變化明顯。為詳細(xì)了解福北路凌晨COD 波動(dòng)情況，對(duì)福北路主管水質(zhì)COD 變化作進(jìn)一步分析，結(jié)果如圖6所示，其中橫坐標(biāo)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)位與福北路主管污水流動(dòng)方向一致。

從圖6 中可以看出，福北路主管COD 濃度先上升后下降，F(xiàn)BLWS002 和FBLWS004 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位之間COD 濃度呈上升趨勢(shì)，經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，上述2 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位之間有高濃度廢水排入，分別為食品廢水FDLWS010（1173 mg/L）和9 號(hào)企業(yè)廢水（1310 mg/L），這二者的匯入使得福北路管道COD 水質(zhì)指標(biāo)明顯上升，達(dá)到200 mg/L 以上，至FBLWS006 點(diǎn)位處COD 濃度下降至101 mg/L。根據(jù)監(jiān)測(cè)，支二路來(lái)水COD 濃度為210 mg/L，支二路至FBLWS006 中間管道并無(wú)其他支管或外源性污水接入，但管網(wǎng)濃度降低明顯，推測(cè)該段存在地下水入滲情況。

圖6 福北路主管COD 水質(zhì)沿線變化（凌晨）

5.監(jiān)測(cè)總結(jié)

通過(guò)不同維度的監(jiān)測(cè)，城東片區(qū)管網(wǎng)水質(zhì)濃度變化有一定的規(guī)律性，福北路整體水質(zhì)濃度偏低，豐水期受雨水及地下水位影響水質(zhì)濃度降低明顯；白天和夜晚城東片區(qū)水質(zhì)有一定波動(dòng)，白天管網(wǎng)濃度普遍高于凌晨，考慮是由生產(chǎn)生活廢水的集中排入導(dǎo)致，此外企業(yè)高濃度廢水排入可顯著提升管網(wǎng)水質(zhì)濃度；結(jié)合系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，在沒(méi)有支管匯入及外源性污水排入的情況下，部分路段（福北路支二路—經(jīng)四路段）水質(zhì)濃度降低明顯，存在地下水入滲現(xiàn)象，后續(xù)可以通過(guò)構(gòu)建管網(wǎng)模型來(lái)量化入滲量，提高管網(wǎng)運(yùn)營(yíng)效率。

四、監(jiān)測(cè)點(diǎn)優(yōu)化

對(duì)片區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)是廠網(wǎng)一體化的基礎(chǔ)，為提高經(jīng)濟(jì)效益、優(yōu)化監(jiān)測(cè)布點(diǎn)，需要對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位排列優(yōu)先級(jí)，分為必要監(jiān)測(cè)點(diǎn)、重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)、抽樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)。

必要監(jiān)測(cè)點(diǎn)即每條主管和支管需要各設(shè)定1 個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（共9 個(gè)），用來(lái)常態(tài)化監(jiān)測(cè)每條主管和支管的基本情況；重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)即在福北路局部路段作針對(duì)性監(jiān)測(cè)，以掌握管網(wǎng)地下水入滲情況，同時(shí)需要對(duì)影響較大的企業(yè)排口（如FDLWS010 和9 號(hào)排口）以及支二路來(lái)水作重點(diǎn)關(guān)注，以便更具體地了解其排放規(guī)律；其他企業(yè)排口及監(jiān)測(cè)點(diǎn)位作定期抽樣監(jiān)測(cè)，以輔助了解城東管網(wǎng)情況。優(yōu)化后的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)如圖7 所示，共布設(shè)9 個(gè)自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、6 個(gè)重要監(jiān)測(cè)點(diǎn)（原則上需要每天早晚各監(jiān)測(cè)1 次），可滿足廠網(wǎng)一體化前期數(shù)據(jù)積累要求。

圖7 優(yōu)化后的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)

五、結(jié)語(yǔ)

廠網(wǎng)一體化的基礎(chǔ)是構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要不斷優(yōu)化。首先結(jié)合運(yùn)營(yíng)及模型的需求對(duì)廠網(wǎng)覆蓋范圍作基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布設(shè)，其次根據(jù)初步布設(shè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)片區(qū)管網(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和多維度比較分析，最后結(jié)合監(jiān)測(cè)分析結(jié)果及經(jīng)濟(jì)因素優(yōu)化監(jiān)測(cè)布點(diǎn)，據(jù)此優(yōu)化的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)可以經(jīng)濟(jì)且高效地反映出片區(qū)管網(wǎng)水質(zhì)變化，具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

對(duì)于智慧水務(wù)而言，根據(jù)優(yōu)化原則確定監(jiān)測(cè)布點(diǎn)是前期工作重要的基礎(chǔ)。建設(shè)前期可根據(jù)優(yōu)化的監(jiān)測(cè)點(diǎn)積累數(shù)據(jù)，為管網(wǎng)運(yùn)維及模型構(gòu)建提供支撐，后期通過(guò)智慧水務(wù)平臺(tái)數(shù)據(jù)的積累，能更精準(zhǔn)掌握研究區(qū)域水質(zhì)變化情況，對(duì)監(jiān)測(cè)布點(diǎn)、監(jiān)測(cè)頻次等做進(jìn)一步系統(tǒng)優(yōu)化，建立監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智慧化運(yùn)營(yíng)。