陳丹丹

中國市政工程華北設計研究總院有限公司北京分公司 北京 100081

國家三部委在二零一九年四月聯(lián)合出臺了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案（2019-2021）》，其中提出要經(jīng)過三年的努力要實現(xiàn)三個“基本”，一個“顯著”。地級及以上城市建成區(qū)要經(jīng)過三年提質(zhì)增效改造工作，達到三個“基本”：基本消除生活污水直排口，基本解決污水收集處理設施的空白區(qū)，基本消除黑臭水體；達到一個“顯著”：污水集中收集效能顯著提高。近年來，各地政府不斷加大污水處理設施的建設投入，致力于提高污水處理能力以及消除黑臭水體來改善水環(huán)境問題。但目前仍面臨著許多問題，亟待解決。例如：城區(qū)污水管網(wǎng)健康度較低，截污干管河流滲入，污水收集效能偏低，以及城中村污水管網(wǎng)功能不足等問題[1]。針對以上問題，本文將從源頭改造、污水管網(wǎng)建設和完善、管網(wǎng)檢測修復與改造、污水處理系統(tǒng)優(yōu)化運行等方面綜合施策，提升研究范圍內(nèi)污水處理系統(tǒng)的效能。

1 項目概況

本文研究片區(qū)位于湘江流域的中游地區(qū)，區(qū)域內(nèi)江河湖泊屬長江流域洞庭湖水系。研究范圍內(nèi)共1座污水處理廠（以下稱A污水處理廠），用于處理其納污范圍內(nèi)（約為68平方公里）的污水。該污水處理廠現(xiàn)狀規(guī)模為20萬噸/天，尾水排放湘江。污水系統(tǒng)服務人口約32.4萬人。研究范圍內(nèi)共有11條渠道，其中有8條渠道被列入黑臭水體治理清單，流向均為匯入向湘江。

2 污水系統(tǒng)問題排查及識別

2.1 污水系統(tǒng)現(xiàn)狀問題

現(xiàn)狀污水收集主要存在兩方面問題：一是污水廠進水水量大，二是進水濃度低。

（1）污水廠進水水質(zhì)、水量定量分析

2017~2019年污水廠水質(zhì)水量數(shù)據(jù)表明，污水廠日均進水量呈逐年上升趨勢。近3年平均值為16.4萬m3/d，3年內(nèi)污水廠平均負荷率為82%。污水廠進水BOD5濃度近3年基本穩(wěn)定，平均BOD5進水濃度為55.4mg/L。綜上，污水廠進水量呈逐年上升趨勢；進水水質(zhì)情況基本穩(wěn)定，但BOD5濃度尚未達到目標準。

表1 污水廠水質(zhì)水量統(tǒng)計表

（2）晴雨天污水廠進水水質(zhì)、水量分析

通過晴雨天污水廠進水數(shù)據(jù)對比可知，雨天情況下，污水廠日均進水量及污染物濃度均大于晴天。雨天日均進水量略高于晴天進水量，且逐年上升，存在雨水混入污水系統(tǒng)現(xiàn)象，入滲量為0.6~1.0萬m3/d。近3年晴雨天污水廠的進水BOD濃度基本穩(wěn)定。

（3）污水廠進水可生化性分析

由近3年污水廠進水數(shù)據(jù)表明，污水廠可生化性良好，碳源相對比較充足。一般情況下，當污水廠進水的BOD5/COD比值小于0.3時，污水難以在微生物的作用下得到有效降解[2]。A污水廠進水B/C為0.48~0.53，表明其可生化性良好。A污水廠進水水質(zhì)BOD5/TN＞5，BOD5/TP＞17，可知微生物有良好的營養(yǎng)環(huán)境，進行生物脫氮、除磷的碳源比較充足。同時，B/C、B/TN、B/P均處于正常范圍，符合生活污水營養(yǎng)物質(zhì)比例特征。根據(jù)《排水工程》BOD/TN＞5較為適宜，但BOD5/TN近3年進水水質(zhì)數(shù)據(jù)均在5左右，處于遞增趨勢，且BOD5/TP逐年下降，因此若污水廠以當下情況長期運行，則會有可能出現(xiàn)碳源不足風險。

表2 污水廠進水水質(zhì)分析一覽表

（4）源頭小區(qū)水質(zhì)監(jiān)測

選取研究范圍內(nèi)的8個小區(qū)，對化糞池出水口水質(zhì)進行時長為3天的連續(xù)監(jiān)測，得到小區(qū)出口BOD平均濃度為138mg/L。對比發(fā)現(xiàn)，污水廠進水與源頭小區(qū)出水的BOD濃度比值為0.5，所以污水廠進廠污染物濃度明顯偏低。同時又由于污水廠進水C/N/P比較正常，因此基本可以判定污水系統(tǒng)中混入了大量清水（河水、地下水），導致進廠BOD濃度被稀釋。

（5）污水產(chǎn)生量與收水量分析

根據(jù)近3年第三水廠售水量數(shù)據(jù)，研究范圍內(nèi)日均售水量11.2萬m3/d，產(chǎn)污系數(shù)按0.85，理論污水產(chǎn)生量為9.5萬m3/d。參考相關(guān)規(guī)范標準以及頂層設計《排水工程專項規(guī)劃》，城市綜合用水量為0.5萬m3/（萬人·天），產(chǎn)污系數(shù)為0.85，日變化系數(shù)取1.3，服務范圍內(nèi)人口約32.4萬人，經(jīng)計算生活污水產(chǎn)生量為10.6萬m3/d。取平均值得服務范圍內(nèi)理論污水產(chǎn)生量約10萬m3/d。

考慮污染物在管道中有一定降解，根據(jù)《模擬生活污水在排水管道中濃度變化》[3]論文中提到，管道COD降解系數(shù)一般為0.2~0.3d-1。研究片區(qū)管道多流速較低，淤積相對較為嚴重，且大量污水經(jīng)過渠道再進入污水廠，降解系數(shù)較管道大，取COD降解系數(shù)0.3 d-1，根據(jù)監(jiān)測取平均流速0.5 m/s，污水從源頭至污水廠流經(jīng)管網(wǎng)長度為7.2km，計算得到污染物降解率為5%，計算實際上進入污水廠原生污水量應為6.3/(1-0.05)=6.6萬m3/d。通過污染物質(zhì)量守恒法分析計算，外水量為9.8萬m3/d。

通過以上分析發(fā)現(xiàn)，污水廠現(xiàn)狀進水量中40.2%為污水，59.8%為混入的外水，因此污水系統(tǒng)混入大量外水是導致進水量大、濃度低的主要原因，因此應從加強污水收集和外水擠排兩方面進行治理，提高污水收集率以及進水濃度。

2.2 該集中收集的污水未收集

該集中收集的污水未收集主要包括：通過污水直排口損失污水、管網(wǎng)空白區(qū)未進入污水系統(tǒng)的污水、進入一體化處理設施的污水。

污水直排口可分為三類，污水直排口、混錯接口和溢流口，其中污水直排口包括市政污水管直排口和小區(qū)出戶管直排口?？偱盼哿考s4.1萬m3/d。其中有1.80萬m3/d的污水均未進入河東污水處理廠，直排湘江。

范圍內(nèi)有污染產(chǎn)生但無管網(wǎng)且未經(jīng)處理的區(qū)域（居住區(qū)、城中村）劃定為空白區(qū)；確定建成區(qū)內(nèi)空白區(qū)主要有3片，主要為居住區(qū)，現(xiàn)狀無管網(wǎng)覆蓋，污水直接排入渠道或散排，總面積為39.7 ha。經(jīng)測算，管網(wǎng)空白區(qū)散排污水量約0.11萬m3/d。

研究片區(qū)內(nèi)共有4座一體化污水處理設施，一體化設施服務范圍內(nèi)的污水均不進入污水系統(tǒng)，日均處理污水量0.13萬m3/d。

根據(jù)以上分析，現(xiàn)狀污水系統(tǒng)污水去向主要有6部分，總產(chǎn)污量為9.5萬m3/d。其中，進入污水處理廠的污水量為6.6萬m3/d；進入一體化處理設施的污水量為0.13萬m3/d；直接排放至湘江的污水量為1.8萬m3/d；空白區(qū)散排的污水量為0.11萬m3/d；管道漏損的污水量為0.8萬m3/d。未收集到污水系統(tǒng)的污水包括直排湘江污水、管網(wǎng)空白區(qū)散排污水、管道漏損污水。

經(jīng)計算分析，生活污水最終流失量2.7萬m3/d，污水收集率約71%。在流失污水中，直排污水量占比為66.7%，可見研究范圍內(nèi)污水直排是污水收集率低的主要問題。

2.3 不該收集的外水進入污水系統(tǒng)

不該收集的外水進入污水系統(tǒng)主要包括：渠道水抽排進入污水系統(tǒng)、地下水入流入滲進入污水系統(tǒng)。

根據(jù)各節(jié)點水量、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行污染物平衡計算。發(fā)現(xiàn)兩處截流渠道水，截流水量約2.6萬m3/d。另外泵站提升渠道水進入污水系統(tǒng)共3處，提升水量約5.2萬m3/d。截流、抽排渠道水進入污水系統(tǒng)總量約7.8萬m3/d。

根據(jù)管網(wǎng)節(jié)點水質(zhì)、水量監(jiān)測，計算地下水入侵量約1.96萬m3/d。

根據(jù)以上分析，現(xiàn)狀污水系統(tǒng)晴天時侵入的外水主要分為四個部分，總的外水入侵量約9.8萬m3/d。一是渠道水通過截流進入污水系統(tǒng)（2.6萬m3/d），二是渠道水通過泵站抽提進入污水系統(tǒng)（5.2萬m3/d），三是地下水滲入污水系統(tǒng)（1.98萬m3/d）。

2.4 排水系統(tǒng)不健康運行

排水系統(tǒng)不健康運行主要包括：排水管網(wǎng)高水位運行、管網(wǎng)堵塞導致污水管網(wǎng)無法運行。

根據(jù)管網(wǎng)診斷數(shù)據(jù)，規(guī)劃范圍內(nèi)共有6段污水干管存在高水位運行現(xiàn)象。主要原因：污水處理廠的污水提升泵站憋水運行、下游管網(wǎng)頂托、地下水入侵、管網(wǎng)倒坡逆坡等問題造成污水運行不通暢。研究范圍內(nèi)存在1處管網(wǎng)缺陷點，該處缺陷點位造成污水管網(wǎng)徹底喪失排水能力。主要為石塊等障礙物，淤積程度100%。

3 提質(zhì)增效方案

綜合考慮A污水處理廠服務范圍內(nèi)現(xiàn)狀基本情況和存在問題，根據(jù)國家、省市對污水處理提質(zhì)增效的相應要求，明確以消除生活污水的直排口、消除管網(wǎng)空白的片區(qū)、鞏固黑臭水體治理成果、提高污水集中收集率、提升污水廠進廠BOD濃度為目標，本方案提出了“收污水、擠外水”兩大主要工作方向，“源頭改造、管網(wǎng)建設、管網(wǎng)改造與修復、系統(tǒng)優(yōu)化運行”四方面主要措施。

3.1 源頭改造

源頭改造就源頭地塊而言，可分為雨污混錯接改造和雨污分流制改造。源頭地塊的雨污混錯接改造按照“雨對雨、污對污”原則進行改造。雨污分流改造主要包括建筑立管和小區(qū)管網(wǎng)兩部分，根據(jù)現(xiàn)狀情況新建雨水（污水）管并接入對應市政管網(wǎng)。

3.2 管網(wǎng)建設方案

現(xiàn)狀管網(wǎng)系統(tǒng)中存在污水管缺失、管網(wǎng)斷頭、管網(wǎng)空白等幾類問題。由于這幾類管網(wǎng)問題，導致區(qū)域內(nèi)污水直排渠道或散排，造成污水流失。針對存在的這幾類問題，本方案以問題為導向分別制定市政污水管建設、貫通斷頭管、截污干管建設、空白區(qū)管網(wǎng)建設、以及市政雨污分流改造等方案。

（1）斷頭污水管建設方案

根據(jù)管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)及管網(wǎng)診斷結(jié)果可知，研究范圍內(nèi)共有6條道路上污水管存在斷頭現(xiàn)象。由于污水管下游不連通（斷頭管），導致上游污水無出路，造成直排。對斷頭管進行連通改造。

（2）沿河（渠）截污建設方案

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研及黑臭水體治理相關(guān)項目資料可知，在黑臭水體治理和完善污水管網(wǎng)基礎上，沿渠仍有124處排口未治理。為解決污水直排而污水進入渠道的問題，根據(jù)排口分布特點，沿渠建設截污管道，對排口進行截污，本工程新建沿河（渠）截污管12.0km，分別對黑臭水體渠道沿線排污口進行截污，消除污水直排。

（3）空白區(qū)管網(wǎng)建設方案

根據(jù)管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)及管網(wǎng)診斷結(jié)果可知，研究區(qū)域內(nèi)空白區(qū)管網(wǎng)區(qū)域共3處，生活污水處于直排渠道或散排狀態(tài)。因此新建排水管網(wǎng)，分別將雨水和污水收集至市政雨、污水管網(wǎng)，或?qū)⑽鬯罩烈惑w化污水處理設施。

（4）市政管網(wǎng)雨污分流改造

市政雨、污水分流改造分為兩種改造方式：①優(yōu)先考慮將現(xiàn)狀合流管作為排水系統(tǒng)中的雨水管，同時對原合流管進行清淤疏浚，同時根據(jù)相關(guān)排水規(guī)范、排水專項規(guī)劃為依據(jù)新建污水管網(wǎng)，新建管網(wǎng)管徑、標高方面應與上下游管道順接；②可以將現(xiàn)狀合流管道作為排水系統(tǒng)中污水管，以相關(guān)排水規(guī)范、排水專項規(guī)劃為依據(jù)新建雨水系統(tǒng)，順接至下游雨水管道或直排渠道。

3.3 管網(wǎng)改造及修復方案

（1）市政管網(wǎng)混錯接改造方案

市政管網(wǎng)混錯接改造是改善城市排水系統(tǒng)的核心內(nèi)容之一。根據(jù)管網(wǎng)普查數(shù)據(jù)及管網(wǎng)診斷結(jié)果可知，研究范圍內(nèi)共有23條市政道路存在47處混錯接問題，需混錯接點進行改造。

（2）市政管道缺陷修復方案

排水管道修復根據(jù)管道缺陷等級、缺陷原因等進行整體更換或者局部修復完善。

（3）地下水入滲修復方案

據(jù)各分區(qū)管網(wǎng)節(jié)點水質(zhì)、水量監(jiān)測結(jié)果可知，研究范圍內(nèi)存在多處不同程度的地下水入滲。由于管網(wǎng)地下水入滲，導致地下水進入污水系統(tǒng)，入廠BOD5濃度降低。根據(jù)污水管網(wǎng)內(nèi)窺得到的管網(wǎng)入滲點位，入滲量確定需要管網(wǎng)修復管段，并對其進行修復。

（4）倒坡逆坡改造

污水管網(wǎng)倒坡逆坡是指管道鋪設后的管道坡度為負坡度，導致管道內(nèi)的水流無壓力時呈現(xiàn)靜止或倒流的現(xiàn)象。在高水位運行管段，倒坡逆坡致使水流變緩，加劇管道高水位。倒坡逆坡管道改造是本著污水管道管頂順接，管道坡度為正坡度的原則對倒坡逆坡管道進行改造

（5）污水管大管套小管改造方案

污水管大管套小管導致污水管道流動不通暢，對污水流速和高水位運行有限制作用。根據(jù)污水流向、管網(wǎng)能力，下游管道的管徑大于或等于上游管徑及管底平接的原則對管道進行改造。

3.4 系統(tǒng)化優(yōu)化方案

（1）一體化污水處理設施整體布局優(yōu)化

研究范圍內(nèi)共有四座一體化污水處理設施，根據(jù)排水管網(wǎng)建設、污水排放情況重新規(guī)劃區(qū)域內(nèi)一體化處理設施布局。

（2）泵站運行優(yōu)化

當研究區(qū)域內(nèi)部分片區(qū)完成混錯接改造、污水直排口治理等工作，基本可實現(xiàn)片區(qū)污水零直排，屆時逐步削減泵站抽升河水進入污水系統(tǒng)的水量，同時通過人工濕地、生態(tài)塘等措施來進一步提升渠道水體的水質(zhì)，讓河道水排放至湘江。

4 結(jié)論

在實施城市污水處理提質(zhì)增效工作，應以系統(tǒng)思維進行分析和總結(jié)。首先要堅持摸清本底，對排水設施情況、河道水系情況、直排口情況等進行分析，其實，問題要定量分析，明確各類外水水量、明確污水溢流的區(qū)域和水量、源頭污染物產(chǎn)生量等進行定量分析，解決方案要系統(tǒng)，“擠外水、收污水”的各項工程措施等要系統(tǒng)考慮，合理安排建設時許，最后，結(jié)合建設時序?qū)嵤┬ЧM行定量評，評估各類外水擠出水量和污水有效收集量，對進廠濃度和污水集中收集率的影響。