村镇污水管网运行关键问题诊断

　　摘要：针对我国南方某镇污水管网系统存在的高水位运行、污水处理厂进水COD浓度低等关键问题，基于高程重测、水位测量、水质水量监测等多种方法，对污水管网连接关系、埋设相对位置、相对水位等基础数据进行了分析。结果表明，过河管不合理设计、河水倒灌入侵、自来水入侵为管网现存运行问题的主要原因。

　　关键词：管网;污水处理厂;运行;

　　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.

　　Keyword：sewage system; wastewater treatment plant; operation;

　　污水系统作为收集和处理城镇污水的基础设施，对保障城市生态环境起着关键作用。随着城镇化发展进程加快，村镇污水处理设施的普及率提高，在经济较为发达的省份，建制镇污水处理比例已达到90%以上[1]；但由于运维管理薄弱、运营经费缺乏机制保障，村镇污水处理设施存在严重的“重工程”而“轻运维”问题，具体表现在进水量与设计规模不符、进水COD浓度偏低、管网高水位运行、破损管段不能被及时发现并维修等。由于管道设计施工不合理、管道破损、雨污管网错接混接等问题导致的雨水、地表水、地下水等外来水的入流、入渗现象是降低污水系统输送和处理效率的重要原因[2,3]；高效准确评估并定位外水来源，是制定管网具体整改修复措施和确定未来管网运维重点的前提条件和必要保障。本文以我国南方某镇污水系统为例，针对污水处理系统现存的管网高水位、进水COD浓度低等关键问题，基于高程、井深、水位测量及水质水量检测等多种方法和技术，分析了污水管网现存的问题，为乡镇污水得到有效收集、高效处理、开展后续管网整治与修复工程及提升系统运营水平提供依据。

　　1 检测方案

　　1.1 工程概况

　　某镇位于巢湖东侧，污水处理系统服务总人口1.3万人，采用雨污分流制排水系统；现有污水处理厂一座，处理规模1 000 m3/d；污水提升泵站一座。出水执行GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准，污水管网总长度12.839 km，由东至西收集服务区域内污水，集中排入至位于西部的污水厂。

　　1.2 污水处理系统存在的问题

　　根据历史运营数据及管网初步摸排结果，污水处理系统在水量和水质运行稳定性方面存在严重问题。

　　1）污水处理厂进水量大，管网高水位运行。从过河前主干管到污水处理厂前污水主干管均处于满水状态；监测期内污水处理厂平均处理水量1 268.7 m3/d，高于污水厂设计处理规模26.9%，进水量超过设计规模的时间占比高达97.3%。表明水厂进水量中包含了相当一部分的外来水量，挤占了污水管网的输送容量。污水管网的高负荷、高水位运行会导致污水无法排入污水处理厂集中处理，强降雨事件后易导致污水溢流，使河道湖泊水环境受到污染[4]。见图1和图2。

图1 污水检查井水位

图2 监测期内污水处理厂进水量

　　2）污水处理厂进水COD浓度低，污水处理设施低效率运行。平均进水COD浓度76.7 mg/L，低于《巢湖流域乡镇政府驻地污水治理专项整治行动验收工作规程》中对污水厂进水COD平均浓度不低于100 mg/L的要求；进水COD浓度不满足要求的时间占比高达86.7%。结合进水量超负荷的情况可以看出，污水管网纳入了规模不容忽视的外来水，造成原生污水水质稀释，厂进水水质整体不满足污水处理厂进水要求，严重降低污水处理效率。见图3。

图3 监测期内污水处理厂进水COD浓度

　　1.3 现场实测方案

　　对污水管网干管沿线的关键检查井进行了地表高程测量、井内污水液位测量、井内连接关系复核、管径复核、井深测量、水质采样分析等实测工作。

　　1）节点地表高程及井深复核。使用RTK设备测量污水主干管沿线关键检查井的地面高程，同时采用不锈钢L形探杆测量井深，结合高程及井深信息判断管底高程、管径、坡度等基础属性与竣工图纸是否对应，识别管线是否存在逆坡、淤积等问题。

　　2）过河前后节点水位、水质检测。当前许多城市排水系统外来水主要来源既不是地下水入渗，也不是降雨引起的入流入渗；而是来自河流或湖泊等地表水的倒灌，这种直接侵入排污管道的倒灌水量容易被忽略，但却是造成排污管网高水位运行和污水厂进水污染物浓度偏低的重要原因[5]。由于污水管渠过河后均为满管流，初步判定管线在过河处存在河水入侵风险，因此针对过河管渠进行重点排查与探测。采用L形探杆结合卷尺测量过河前后检查井内水位及河道水位，对过河前后污水及河水进行取样，检测电导率、氧化还原电位、p H值。见图4。

图4 检测点位分布

　　3）管道内窥检测。通过管道内窥镜（QV）检测得到的管道影像资料，评估管道使用年限内出现的沉积、破裂等缺陷情况，识别管道内可能存在的地下水渗漏点及混接错接问题。

　　4）其他现场排查内容。查看井内污水管内流量、水体颜色初步判断污水稀释情况；通过观察管道连接方式、接入检查井的管道材质及管径判断污水检查井内入户管的接入情况及雨污管有无互接。

　　2 诊断结果

　　2.1 过河管渠设计问题

　　1）过河前检查井内出水管口高程明显比进水管口高程大。前期勘测资料中显示该段过河管为倒虹管，倒虹管以重力流为原理，利用进水井与出水井液面高差实现污水流通且为了避免流速过小造成管道淤积，设计时会缩小倒虹管管径[6]；而过河管并未按照倒虹管下凹模式设计且管径偏大。另外，过河前检查井内的出水管顶抬升约1.4 m，使得上游来水在该检查井处至少形成一段高为1.4 m的水柱，污水在该井室易出现憋水及回水，无法顺坡排出。

　　2）过河前检查井处的憋水问题使得该节点上游的污水流速过小，导致污水中的固体悬浮物在管内沉积，造成多处检查井及管道内的淤积问题，部分检查井实测淤积层厚度已达到1 m，流入污水处理厂的污水为沉积后的上清液；同时，当污水在管网中停留时间较长，管道中的厌氧微生物对污水中的含碳有机物进行分解，使得终端污水处理厂进水COD浓度相对偏低[7]。见图5。

图5 过河管前后关键检查井

　　2.2 河水倒灌问题

　　1）由于污水井内液面与河面都与空气直接接触，属于自由表面，表面压力为大气压，因此当过河管破损时，河水与污水直接连通，河面水位会与井内水位相当。由图5可知，河道上下游检查井内实测水位与河水水位差极小，分别为0.03、0.23 m，反映出该过河管渠已经发生破损。

　　2）与河面水位相近的上下游检查井内水质与河水质相近，3个水质指标的Cv值（变差系数，反应数据的离散度）均<10%，说明不同检测点位水质指标相近，进一步说明河水与过河管内污水连通，过河管破损口处于长时间未经过修复的状态，河水与污水管内污水已经形成一个稳定交换的状态，导致河水与污水的水位与水质相近。见图6。

图6 节点水质

　　2.3 其他外来水入侵问题

　　1）自来水入侵。检查管线连接关系时发现，上游一检查井内两路来水均有大量清水流入，根据清水流入方向进行沿线溯源走访，发现来水上游自来水管破裂，导致大量自来水排入污水管网内。基于多普勒流量计和体积-时间法对两路来水进行流量监测，两路来水量分别为53.8、281.8 m3/d，占污水屋里厂平均日进水量的26.4%。

　　2）雨水入侵。管网中存在两处雨污混接点：一处为雨水支管接入污水井，另一处为居民排污管接入雨水井内。降雨时会有一部分雨水入流量，是雨天污水COD浓度低的原因之一。

　　2.4 其他问题

　　1）污水接户率低。在11:00—12:00用水排污高峰期对检查井内污水流量进行观察，发现排污量少且所排污废水颜色清澈，几乎无臭味。一方面，老旧街区污水接户率低，对应的排污量少于理论值；另一方面，该镇人口老龄化严重，年轻人大多外出工作，总体居住率不高，即用水和排污规模减少。污水厂设计进水规模是根据村镇规模及人口数量确定的，而现在污水接户率低但进水量高，进一步说明了进厂水量包含大量的外来水。

　　2）老旧管道存在结构性缺陷。污水管网修建于2014年前后，规划、设计和建设标准低，系统建设和维护资金投入较少，管网出现腐蚀、破损、脱节等结构性缺陷，在地下水水位增高的季节会增加地下水入侵风险。

　　3 结论

　　1）通过检查井地表高程及井深重测发现河管渠上游管口高程抬高约1.4m，该过河管渠是造成管网高水位运行、管网流速过低及管网存在大量淤积的直接原因。

　　2）过河管处存在河水倒灌问题，是进厂水量大、浓度低问题的直接原因。

　　3）污水接户率低、原生污水量占比少是进水COD浓度的另一重要原因。

　　4）基于现场实测的污水系统调研方法独立于原有管线资料，能够直接反应管网与设计资料不匹配的实际问题，揭露污水系统病症对应的直观病因，为后续污水系统的进一步整修维护、运维管理提供真实即时管网信息；但关键在于要做好管网基础数据库资料更新。

　　参考文献

　　[1]中华人民共和国住房和城乡建设部中国城市建设统计年鉴[M].北京:中国建筑工业出版社，2020.

　　[2]施翔排污管网外来水量评估新策略及工程应用研究[D].合肥:合肥工业大学, 2021.

　　[3]孙永利.城镇污水处理提质增效的内涵与思路[J].中国给水排水, 2020,36(2):1-6.

　　[4]胡和平，王绍彪,廖瑜.污水管网高水位运行原因及对策措施研究[J]给水排水, 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]李敏污水倒虹管设计要点与实例分析[J]城市道桥与防洪，2015,(10):89-91+16-17.

　　[7]石殖城市污水管网污染物转化与生物代谢机制研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2018.