陳傳輝 胡騰宇 王笏勇 郭帥
【摘? ? 要】:針對(duì)我國(guó)南方某鎮(zhèn)污水管網(wǎng)系統(tǒng)存在的高水位運(yùn)行、污水處理廠進(jìn)水COD濃度低等關(guān)鍵問(wèn)題,基于高程重測(cè)、水位測(cè)量、水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)等多種方法,對(duì)污水管網(wǎng)連接關(guān)系、埋設(shè)相對(duì)位置、相對(duì)水位等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,過(guò)河管不合理設(shè)計(jì)、河水倒灌入侵、自來(lái)水入侵為管網(wǎng)現(xiàn)存運(yùn)行問(wèn)題的主要原因。
【關(guān)鍵詞】:管網(wǎng);污水處理廠;運(yùn)行
【中圖分類號(hào)】:TU992【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】:C【文章編號(hào)】: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(tǒng)作為收集和處理城鎮(zhèn)污水的基礎(chǔ)設(shè)施,對(duì)保障城市生態(tài)環(huán)境起著關(guān)鍵作用。隨著城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程加快,村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施的普及率提高,在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的省份,建制鎮(zhèn)污水處理比例已達(dá)到90%以上[1];但由于運(yùn)維管理薄弱、運(yùn)營(yíng)經(jīng)費(fèi)缺乏機(jī)制保障,村鎮(zhèn)污水處理設(shè)施存在嚴(yán)重的“重工程”而“輕運(yùn)維”問(wèn)題,具體表現(xiàn)在進(jìn)水量與設(shè)計(jì)規(guī)模不符、進(jìn)水COD濃度偏低、管網(wǎng)高水位運(yùn)行、破損管段不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并維修等。由于管道設(shè)計(jì)施工不合理、管道破損、雨污管網(wǎng)錯(cuò)接混接等問(wèn)題導(dǎo)致的雨水、地表水、地下水等外來(lái)水的入流、入滲現(xiàn)象是降低污水系統(tǒng)輸送和處理效率的重要原因[2~3];高效準(zhǔn)確評(píng)估并定位外水來(lái)源,是制定管網(wǎng)具體整改修復(fù)措施和確定未來(lái)管網(wǎng)運(yùn)維重點(diǎn)的前提條件和必要保障。本文以我國(guó)南方某鎮(zhèn)污水系統(tǒng)為例,針對(duì)污水處理系統(tǒng)現(xiàn)存的管網(wǎng)高水位、進(jìn)水COD濃度低等關(guān)鍵問(wèn)題,基于高程、井深、水位測(cè)量及水質(zhì)水量檢測(cè)等多種方法和技術(shù),分析了污水管網(wǎng)現(xiàn)存的問(wèn)題,為鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水得到有效收集、高效處理、開(kāi)展后續(xù)管網(wǎng)整治與修復(fù)工程及提升系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)水平提供依據(jù)。
1 檢測(cè)方案
1.1 工程概況
某鎮(zhèn)位于巢湖東側(cè),污水處理系統(tǒng)服務(wù)總?cè)丝?.3萬(wàn)人,采用雨污分流制排水系統(tǒng);現(xiàn)有污水處理廠一座,處理規(guī)模1 000 m?/d;污水提升泵站一座。出水執(zhí)行GB 18918—2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn),污水管網(wǎng)總長(zhǎng)度12.839 km,由東至西收集服務(wù)區(qū)域內(nèi)污水,集中排入至位于西部的污水廠。
1.2 污水處理系統(tǒng)存在的問(wèn)題
根據(jù)歷史運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)及管網(wǎng)初步摸排結(jié)果,污水處理系統(tǒng)在水量和水質(zhì)運(yùn)行穩(wěn)定性方面存在嚴(yán)重問(wèn)題。
1)污水處理廠進(jìn)水量大,管網(wǎng)高水位運(yùn)行。從過(guò)河前主干管到污水處理廠前污水主干管均處于滿水狀態(tài);監(jiān)測(cè)期內(nèi)污水處理廠平均處理水量1 268.7 m?/d,高于污水廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模26.9%,進(jìn)水量超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)模的時(shí)間占比高達(dá)97.3%。表明水廠進(jìn)水量中包含了相當(dāng)一部分的外來(lái)水量,擠占了污水管網(wǎng)的輸送容量。污水管網(wǎng)的高負(fù)荷、高水位運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致污水無(wú)法排入污水處理廠集中處理,強(qiáng)降雨事件后易導(dǎo)致污水溢流,使河道湖泊水環(huán)境受到污染[4]。見(jiàn)圖1和圖2。
2)污水處理廠進(jìn)水COD濃度低,污水處理設(shè)施低效率運(yùn)行。平均進(jìn)水COD濃度76.7 mg/L,低于《巢湖流域鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府駐地污水治理專項(xiàng)整治行動(dòng)驗(yàn)收工作規(guī)程》中對(duì)污水廠進(jìn)水COD平均濃度不低于100 mg/L的要求;進(jìn)水COD濃度不滿足要求的時(shí)間占比高達(dá)86.7%。結(jié)合進(jìn)水量超負(fù)荷的情況可以看出,污水管網(wǎng)納入了規(guī)模不容忽視的外來(lái)水,造成原生污水水質(zhì)稀釋,廠進(jìn)水水質(zhì)整體不滿足污水處理廠進(jìn)水要求,嚴(yán)重降低污水處理效率。見(jiàn)圖3。
1.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方案
對(duì)污水管網(wǎng)干管沿線的關(guān)鍵檢查井進(jìn)行了地表高程測(cè)量、井內(nèi)污水液位測(cè)量、井內(nèi)連接關(guān)系復(fù)核、管徑復(fù)核、井深測(cè)量、水質(zhì)采樣分析等實(shí)測(cè)工作。
1)節(jié)點(diǎn)地表高程及井深復(fù)核。使用RTK設(shè)備測(cè)量污水主干管沿線關(guān)鍵檢查井的地面高程,同時(shí)采用不銹鋼L形探桿測(cè)量井深,結(jié)合高程及井深信息判斷管底高程、管徑、坡度等基礎(chǔ)屬性與竣工圖紙是否對(duì)應(yīng),識(shí)別管線是否存在逆坡、淤積等問(wèn)題。
2)過(guò)河前后節(jié)點(diǎn)水位、水質(zhì)檢測(cè)。當(dāng)前許多城市排水系統(tǒng)外來(lái)水主要來(lái)源既不是地下水入滲,也不是降雨引起的入流入滲;而是來(lái)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(wǎng)高水位運(yùn)行和污水廠進(jìn)水污染物濃度偏低的重要原因[5]。由于污水管渠過(guò)河后均為滿管流,初步判定管線在過(guò)河處存在河水入侵風(fēng)險(xiǎn),因此針對(duì)過(guò)河管渠進(jìn)行重點(diǎn)排查與探測(cè)。采用L形探桿結(jié)合卷尺測(cè)量過(guò)河前后檢查井內(nèi)水位及河道水位,對(duì)過(guò)河前后污水及河水進(jìn)行取樣,檢測(cè)電導(dǎo)率、氧化還原電位、pH值。見(jiàn)圖4。
3)管道內(nèi)窺檢測(cè)。通過(guò)管道內(nèi)窺鏡(QV)檢測(cè)得到的管道影像資料,評(píng)估管道使用年限內(nèi)出現(xiàn)的沉積、破裂等缺陷情況,識(shí)別管道內(nèi)可能存在的地下水滲漏點(diǎn)及混接錯(cuò)接問(wèn)題。
4)其他現(xiàn)場(chǎng)排查內(nèi)容。查看井內(nèi)污水管內(nèi)流量、水體顏色初步判斷污水稀釋情況;通過(guò)觀察管道連接方式、接入檢查井的管道材質(zhì)及管徑判斷污水檢查井內(nèi)入戶管的接入情況及雨污管有無(wú)互接。
2 診斷結(jié)果
2.1 過(guò)河管渠設(shè)計(jì)問(wèn)題
1)過(guò)河前檢查井內(nèi)出水管口高程明顯比進(jìn)水管口高程大。前期勘測(cè)資料中顯示該段過(guò)河管為倒虹管,倒虹管以重力流為原理,利用進(jìn)水井與出水井液面高差實(shí)現(xiàn)污水流通且為了避免流速過(guò)小造成管道淤積,設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)縮小倒虹管管徑[6];而過(guò)河管并未按照倒虹管下凹模式設(shè)計(jì)且管徑偏大。另外,過(guò)河前檢查井內(nèi)的出水管頂抬升約1.4 m,使得上游來(lái)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(xiàn)憋水及回水,無(wú)法順坡排出。
2)過(guò)河前檢查井處的憋水問(wèn)題使得該節(jié)點(diǎn)上游的污水流速過(guò)小,導(dǎo)致污水中的固體懸浮物在管內(nèi)沉積,造成多處檢查井及管道內(nèi)的淤積問(wèn)題,部分檢查井實(shí)測(cè)淤積層厚度已達(dá)到1 m,流入污水處理廠的污水為沉積后的上清液;同時(shí),當(dāng)污水在管網(wǎng)中停留時(shí)間較長(zhǎng),管道中的厭氧微生物對(duì)污水中的含碳有機(jī)物進(jìn)行分解,使得終端污水處理廠進(jìn)水COD濃度相對(duì)偏低[7]。見(jiàn)圖5。
2.2 河水倒灌問(wèn)題
1)由于污水井內(nèi)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(dāng)過(guò)河管破損時(shí),河水與污水直接連通,河面水位會(huì)與井內(nèi)水位相當(dāng)。由圖5可知,河道上下游檢查井內(nèi)實(shí)測(cè)水位與河水水位差極小,分別為0.03、0.23 m,反映出該過(guò)河管渠已經(jīng)發(fā)生破損。
2)與河面水位相近的上下游檢查井內(nèi)水質(zhì)與河水質(zhì)相近, 3個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的Cv值(變差系數(shù),反應(yīng)數(shù)據(jù)的離散度)均<10%,說(shuō)明不同檢測(cè)點(diǎn)位水質(zhì)指標(biāo)相近,進(jìn)一步說(shuō)明河水與過(guò)河管內(nèi)污水連通,過(guò)河管破損口處于長(zhǎng)時(shí)間未經(jīng)過(guò)修復(fù)的狀態(tài),河水與污水管內(nèi)污水已經(jīng)形成一個(gè)穩(wěn)定交換的狀態(tài),導(dǎo)致河水與污水的水位與水質(zhì)相近。見(jiàn)圖6。
2.3 其他外來(lái)水入侵問(wèn)題
1)自來(lái)水入侵。檢查管線連接關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn),上游一檢查井內(nèi)兩路來(lái)水均有大量清水流入,根據(jù)清水流入方向進(jìn)行沿線溯源走訪,發(fā)現(xiàn)來(lái)水上游自來(lái)水管破裂,導(dǎo)致大量自來(lái)水排入污水管網(wǎng)內(nèi)?;诙嗥绽樟髁坑?jì)和體積-時(shí)間法對(duì)兩路來(lái)水進(jìn)行流量監(jiān)測(cè),兩路來(lái)水量分別為53.8、281.8 m?/d,占污水屋里廠平均日進(jìn)水量的26.4%。
2)雨水入侵。管網(wǎng)中存在兩處雨污混接點(diǎn):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(nèi)。降雨時(shí)會(huì)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(wèn)題
1)污水接戶率低。在11:00—12:00用水排污高峰期對(duì)檢查井內(nèi)污水流量進(jìn)行觀察,發(fā)現(xiàn)排污量少且所排污廢水顏色清澈,幾乎無(wú)臭味。一方面,老舊街區(qū)污水接戶率低,對(duì)應(yīng)的排污量少于理論值;另一方面,該鎮(zhèn)人口老齡化嚴(yán)重,年輕人大多外出工作,總體居住率不高,即用水和排污規(guī)模減少。污水廠設(shè)計(jì)進(jìn)水規(guī)模是根據(jù)村鎮(zhèn)規(guī)模及人口數(shù)量確定的,而現(xiàn)在污水接戶率低但進(jìn)水量高,進(jìn)一步說(shuō)明了進(jìn)廠水量包含大量的外來(lái)水。
2)老舊管道存在結(jié)構(gòu)性缺陷。污水管網(wǎng)修建于2014年前后,規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)低,系統(tǒng)建設(shè)和維護(hù)資金投入較少,管網(wǎng)出現(xiàn)腐蝕、破損、脫節(jié)等結(jié)構(gòu)性缺陷,在地下水水位增高的季節(jié)會(huì)增加地下水入侵風(fēng)險(xiǎn)。
3 結(jié)論
1)通過(guò)檢查井地表高程及井深重測(cè)發(fā)現(xiàn)河管渠上游管口高程抬高約1.4m,該過(guò)河管渠是造成管網(wǎng)高水位運(yùn)行、管網(wǎng)流速過(guò)低及管網(wǎng)存在大量淤積的直接原因。
2)過(guò)河管處存在河水倒灌問(wèn)題,是進(jìn)廠水量大、濃度低問(wèn)題的直接原因。
3)污水接戶率低、原生污水量占比少是進(jìn)水COD濃度的另一重要原因。
4)基于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的污水系統(tǒng)調(diào)研方法獨(dú)立于原有管線資料,能夠直接反應(yīng)管網(wǎng)與設(shè)計(jì)資料不匹配的實(shí)際問(wèn)題,揭露污水系統(tǒng)病癥對(duì)應(yīng)的直觀病因,為后續(xù)污水系統(tǒng)的進(jìn)一步整修維護(hù)、運(yùn)維管理提供真實(shí)即時(shí)管網(wǎng)信息;但關(guān)鍵在于要做好管網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)資料更新。
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收稿日期:2022-11-28
作者簡(jiǎn)介:陳傳輝(1981 - ), 男, 安徽廣德人, 高級(jí)工程師, 從事測(cè)繪工程、市政工程優(yōu)化設(shè)計(jì)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?yàn)榕潘芫W(wǎng)外來(lái)水診斷與分析, E-mail:guoshuai@hfut.edu.cn。