顧利峰 曹偲佳 馬小杰

摘要：為應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)峻的污水處理形勢，越來越多的區(qū)域?qū)⒉煌潘到y(tǒng)予以聯(lián)通，以提升區(qū)域污水收集與處理保障率，本文利用智慧水務(wù)技術(shù)，構(gòu)建了跨排水系統(tǒng)污水輸送智慧調(diào)度系統(tǒng)，并采用實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了模擬運(yùn)行，模擬結(jié)果顯示該套系統(tǒng)在提升區(qū)域污水處理安全性的同時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益亦十分突出。

關(guān)鍵詞：智慧水務(wù);排水系統(tǒng);污水廠;排水管網(wǎng);智慧調(diào)度

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）12-00-02

Abstract：In order to cope with the increasingly severe sewage treatment situation， more and more regions connect different drainage systems in order to improve the guarantee rate of regional sewage collection and treatment. In this paper， an intelligent dispatching system for trans-drainage sewage transportation is constructed by using intelligent water technology， and the actual data are used to simulate the operation. The simulation results show that the system improves the safety of regional sewage treatment. At the same time， the economic benefits are also very prominent.

Key words：Wisdom water;Drainage system;Sewage treatment plant;Drainage pipe network;Intelligent scheduling

當(dāng)前，隨著水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的陸續(xù)執(zhí)行，不但常規(guī)的污水收集率不斷提高，而且，初期雨水、農(nóng)村污水等不斷納入了城市污水管網(wǎng);另一方面，由于歷史原因，污水處理規(guī)劃相對(duì)滯后，兩者的矛盾日益突出，這給污水系統(tǒng)帶來了極大的壓力。面對(duì)日益嚴(yán)格的減排要求，我們一方面盡快落實(shí)規(guī)劃的項(xiàng)目，提高污水處理能力，另一方面，結(jié)合管網(wǎng)改造，將臨近的污水系統(tǒng)聯(lián)通，以提高污水處理安全性。舊的運(yùn)行模式，采用水位控制泵啟停方式，主要用于應(yīng)對(duì)樹狀的排水系統(tǒng)，難以應(yīng)對(duì)新的復(fù)雜的形勢，也不能充分挖掘排水設(shè)施的潛力。本文借助先進(jìn)的智慧水務(wù)模擬仿真技術(shù)，突破廠網(wǎng)分離運(yùn)行的技術(shù)約束，通過構(gòu)建廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)智慧管理模型，對(duì)原有的污水管理調(diào)度模式進(jìn)行優(yōu)化和驗(yàn)證，充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)施的綜合效能，從區(qū)域角度探索提升區(qū)域污水廠-網(wǎng)智慧調(diào)度技術(shù)，提升排水企業(yè)管理水平。

1 項(xiàng)目概況

1.1 污水廠概況

A廠現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模5.5萬m3/d，污水處理采用MBBR+高速氣浮池+超濾+紫外消毒;B廠現(xiàn)狀設(shè)計(jì)規(guī)模12.0萬m3/d，污水處理Bardenpho工藝+磁混凝沉淀+反硝化濾池+二氧化氯消毒;兩廠出水均要求穩(wěn)定達(dá)到上海市準(zhǔn)IV類水標(biāo)準(zhǔn)。

兩廠均采用BOT模式建設(shè)，A廠結(jié)算水價(jià)比B廠高0.5元，A廠保底水量5.0萬m3/d，B廠保底水量10.5萬m3/d。

1.2 污水輸送系統(tǒng)概況

A廠服務(wù)范圍約為38.2km2，污水廠位于服務(wù)范圍的北側(cè)，由8座提升泵站主要分成3路總管向污水廠輸送污水;B廠服務(wù)范圍約為93.2km2，污水廠位于整個(gè)服務(wù)范圍的西北端，由13座污水提升泵站，經(jīng)梯級(jí)提升，主要分成兩路總管向污水廠輸送污水。

兩廠服務(wù)范圍緊鄰，A廠服務(wù)范圍位于B廠服務(wù)范圍的東北側(cè)。

1.3 排水系統(tǒng)聯(lián)通工程

擬在A廠進(jìn)水總管的西端與B廠進(jìn)水總管的東北段之間設(shè)置聯(lián)通管及雙向調(diào)度泵站1座，聯(lián)通管管徑DN500，管長約6km。

經(jīng)測算，調(diào)度噸水提升電費(fèi)0.027元/m3;自B廠調(diào)度向A廠的污水，由于調(diào)入點(diǎn)后續(xù)無泵站，不增加提升費(fèi)用;自A廠向B廠調(diào)度，由于調(diào)入點(diǎn)后續(xù)尚有3座污水泵站，污水提升電費(fèi)約為0.081元/m3;即，僅從水量提升角度考慮，向A廠輸送更為有利，可節(jié)約成本約0.054元/m3。

2 調(diào)度方案研究

2.1 最大處理能力

污水廠處理能力主要受制于生物池的處理能，而生物池反應(yīng)效率，除受污泥濃度等設(shè)計(jì)因素影響較大外，主要受氣溫影響，考慮本地區(qū)污水廠生物處理設(shè)計(jì)余量以及水力通行能力，暫定冬季（12月、1月、2月）最大處理能力，同設(shè)計(jì)規(guī)模，其余時(shí)期最大處理能力為設(shè)計(jì)規(guī)模的1.15倍。

2.2 調(diào)度策略研究

考慮安全與技術(shù)經(jīng)濟(jì)兼顧原則，擬定調(diào)度策略如下：

（1）總進(jìn)水量小于總保底量時(shí)，由于污水調(diào)度費(fèi)用遠(yuǎn)低于處理費(fèi)用，當(dāng)某一廠進(jìn)水量低于保底水量時(shí)，優(yōu)先考慮通過調(diào)度補(bǔ)齊保底水量，且優(yōu)先將污水輸送費(fèi)低的廠向保底流量方向調(diào)整，直至該廠滿足保底流量。

（2）總進(jìn)水量大于總保底水量時(shí)，且小于日最大總處理水能力時(shí)，超過保底水量部分，按經(jīng)濟(jì)原則，分配給成本較低的污水廠進(jìn)行處理。

（3）在總處理水量超當(dāng)日處理量情況下，超量水按兩廠規(guī)模予以分配，以增加整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

2.3 調(diào)度模擬

當(dāng)前，隨著水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的出臺(tái)，污水干線和污水處理廠面臨日益嚴(yán)格的減排要求，舊的運(yùn)行模式難以充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)施的最大效益[1]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)，包括模擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，排水智慧化管理技術(shù)日益成熟，為提升城鎮(zhèn)污水管理水平創(chuàng)造了有利條件。為此本項(xiàng)目擬設(shè)置智慧調(diào)度系統(tǒng)，對(duì)管網(wǎng)輸送污水量進(jìn)行調(diào)配，為驗(yàn)證調(diào)配效果，按上述控制策略，采用兩廠某年進(jìn)水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行了污水量調(diào)配模擬。

A廠該年度進(jìn)水量2.24萬～6.89萬m3/d，平均日進(jìn)水量4.96萬m3/d，其中進(jìn)水量小于保底水量天數(shù)為182天，進(jìn)水量大于設(shè)計(jì)規(guī)模為85天;B廠該年度進(jìn)水量6.88萬～14.84萬m3/d，平均日進(jìn)水量11.95m3/d，其中進(jìn)水量小于保底水量天數(shù)為62天，進(jìn)水量大于設(shè)計(jì)規(guī)模為194天。模擬結(jié)果見圖1。

經(jīng)調(diào)度模擬后，A廠該年度進(jìn)水量5.00萬～6.80萬m3/d，平均日進(jìn)水量5.14萬m3/d，其中進(jìn)水量小于保底水量天數(shù)為0天，進(jìn)水量大于設(shè)計(jì)規(guī)模為45天;B廠該年度進(jìn)水量6.14萬～15.73萬m3/d，平均日進(jìn)水量12.14m3/d，其中進(jìn)水量小于保底水量天數(shù)為33天，進(jìn)水量大于設(shè)計(jì)規(guī)模為214天。經(jīng)過智慧水務(wù)系統(tǒng)調(diào)度，污水廠日均處理量范圍變窄，最高日處理量變小，在保證出水效果的前提下，污水處理安全性更高。

將污水處理費(fèi)用按保底水量帶入計(jì)算，則該年度采用智慧調(diào)度方案可向A廠少支付約136.68萬元，向B廠少支付約99.89萬元，合計(jì)少支付約236.57萬元;這主要是由于兩廠水量經(jīng)智慧調(diào)節(jié)后，低于保底水量的天數(shù)減少，污水廠設(shè)施利用率提高;而污水量大時(shí)，則優(yōu)先選取處理費(fèi)用低的污水處理廠，進(jìn)一步節(jié)約了政府污水處理費(fèi)用支出。

此外，B廠向A廠調(diào)度，年調(diào)度污水量127.80萬m3，根據(jù)匡算可節(jié)約污水輸送電費(fèi)約6.90萬元，而A廠向B廠調(diào)度需增加電費(fèi)約4.86萬元，總計(jì)節(jié)約污水輸送費(fèi)用約2.04萬元。

經(jīng)投資估算，調(diào)度工程總費(fèi)用1380.18萬元，根據(jù)模擬，年度總調(diào)水量187.81萬m3，在提升污水系統(tǒng)安全性的同時(shí)，年度節(jié)約費(fèi)用支出約238.61萬元，環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益均較好。

4 結(jié)論和建議

不同排水系統(tǒng)之間設(shè)置聯(lián)通管確實(shí)可以提高污水收集-處理系統(tǒng)的安全性，通過疊加智慧調(diào)度系統(tǒng)，進(jìn)一步挖掘了現(xiàn)狀排水設(shè)施的效益，但也可以看出，該套系統(tǒng)僅能在小范圍內(nèi)提升排水設(shè)施效益，倘若處理能力缺口太大，還是需要增設(shè)污水收集與處理設(shè)施。該套系統(tǒng)目前僅初步將排水管網(wǎng)與污水處理廠耦合，建議后續(xù)結(jié)合排水管網(wǎng)水力模型、污水處理活性污泥模型等最新技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)一步研究線中調(diào)蓄、污水處理能力挖掘等技術(shù)，從區(qū)域排水系統(tǒng)管理角度，逐步挖掘現(xiàn)有排水設(shè)施能力，提升排水設(shè)施保障水平。

參考文獻(xiàn)

[1]廖青桃，譚瓊，時(shí)珍寶，等.城市污水處理廠廠網(wǎng)聯(lián)動(dòng)平穩(wěn)輸送運(yùn)行優(yōu)化研究[J].給水排水，2016，42（12）：21-24.

收稿日期：2019-11-05

作者簡介：顧利峰（1983-），男，漢族，本科學(xué)歷，助理工程師，研究方向?yàn)槲鬯ㄎ勰啵┨幚怼?/p>