韓建，李明，馬龍，周方，王偉

(中國電建集團(tuán)西北勘測設(shè)計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

1 引 言

城鎮(zhèn)污水系統(tǒng)的外水入侵會增加污水處理廠進(jìn)廠水量、降低進(jìn)水濃度，導(dǎo)致污水處理廠運行負(fù)荷和成本增加，同時影響污水處理工藝和出水穩(wěn)定。國家住建部等三部委2019年4月出臺《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019～2021年)》，要求各地政府針對當(dāng)前BOD5濃度低于 100 mg/L以下的污水處理廠，要圍繞服務(wù)片區(qū)管網(wǎng)制定“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案，明確整治目標(biāo)和措施。其中污水系統(tǒng)“擠外水”工作是各地提質(zhì)增效行動的關(guān)鍵和難點。

污水系統(tǒng)旱天外水入侵問題按類型可分為旱天外水入流和旱天地下水入滲。此前研究主要基于水質(zhì)水量平衡分析等方法估算片區(qū)內(nèi)的外水入滲入流總量，且主要針對地下水入滲問題[1～6]，對旱天外水入流問題及其來源調(diào)查方法研究不足，不能完全滿足提質(zhì)增效工作中“擠外水”工作的工程需求。因此，本文基于南方某水質(zhì)凈化廠的提質(zhì)增效排查與評估工程實踐，進(jìn)一步探討外水入流調(diào)查的技術(shù)路線、調(diào)查方法和工程應(yīng)用，提出外水剝離整治措施，為城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效工程提供準(zhǔn)確的外水調(diào)查基礎(chǔ)資料。

2 排水系統(tǒng)概況

某水質(zhì)凈化廠位于龍崗河流域上游，分為一期、二期，兩期現(xiàn)狀規(guī)模均為10萬m3/d，服務(wù)面積約 43.0 km2，服務(wù)人口約43萬人。服務(wù)片區(qū)內(nèi)有1處現(xiàn)狀規(guī)模1.0萬m3/d的污水泵站和現(xiàn)狀規(guī)模1.0萬m3/d的分散式處理設(shè)施。服務(wù)片區(qū)內(nèi)市政污水管網(wǎng)約 270 km，小區(qū)及城中村污水管網(wǎng)約 950 km。水質(zhì)凈化廠污水收集系統(tǒng)圖如圖1所示。該水質(zhì)凈化廠一期、二期2019年平均進(jìn)廠濃度分別為 63.35 mg/L和 87.75 mg/L，均低于 100 mg/L。

圖1 水質(zhì)凈化廠服務(wù)片區(qū)污水收集系統(tǒng)圖

3 調(diào)查方法

3.1 外水類型

參照《深圳市排水系統(tǒng)雨污混接調(diào)查技術(shù)導(dǎo)則(試行)》中的術(shù)語定義，外水包括通過倒灌、截流、錯排、滲漏、錯接等方式進(jìn)入水質(zhì)凈化廠的河水(海水)、山溪水、施工降水、地下水和清潔雨水等。結(jié)合區(qū)域和工程實際情況，本文中污水系統(tǒng)旱天入流外水包括清潔基流(雨后72小時的旱天仍未斷流的山溪水和水庫、小湖塘未斷流的下泄流量等的總稱)、河水倒灌、施工降水、自來水廠排泥水和自來水滲漏等集中入流的外水類型。由于地下水入滲呈現(xiàn)出入滲點分散、分布廣泛和數(shù)量巨大的特點，難以完全調(diào)查清楚，一般通過固定比例法或經(jīng)驗公式法估算區(qū)域入滲量，本文不進(jìn)行討論。

3.2 技術(shù)路線

污水系統(tǒng)旱天外水入流調(diào)查總體思路為正向、逆向排查相結(jié)合，逆向為主、正向為輔。其中逆向排查思路為通過分析污水系統(tǒng)關(guān)鍵節(jié)點的水質(zhì)水量監(jiān)測數(shù)據(jù)，篩選污水系統(tǒng)旱天外水入流重點區(qū)域，從濃度異常點位出發(fā)逆向溯源查找外水源頭；正向排查思路為通過收集施工工地清單和自來水廠清單等資料后逐一調(diào)研等方式正向排查外水情況，如圖2所示。

圖2 旱天外水入流調(diào)查技術(shù)路線

排查至外水源頭后，調(diào)查并記錄外水類型、外水位置、外水水質(zhì)水量、外水進(jìn)入污水系統(tǒng)的路徑等相關(guān)信息，最終匯總為“外水一張表”和“外水一張圖”。最后匯總分析片區(qū)外水量，評估其對污水處理廠進(jìn)廠濃度的影響程度，并提出剝離外水的整治措施建議。

3.3 逆向外水調(diào)查

(1)水質(zhì)水量監(jiān)測

①污水系統(tǒng)水質(zhì)水量監(jiān)測

污水系統(tǒng)水質(zhì)水量監(jiān)測的目的是篩選外水重點入侵區(qū)域。監(jiān)測點位一般布置在市政污水管網(wǎng)和截污管網(wǎng)干管和支管接駁井，可根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行調(diào)整，如圖3所示。監(jiān)測時段為晴天夜間低峰時段(凌晨2點～6點)，該時段污水/截污管網(wǎng)中的生活生產(chǎn)污水較少，外水占比更為凸顯。監(jiān)測指標(biāo)包括瞬時流量、CODCr和NH3-N。其中瞬時流量采用便攜式多普勒流量計、轉(zhuǎn)子式流速儀或雷達(dá)波測速儀等儀器監(jiān)測；CODCr和NH3-N指標(biāo)取樣送具備相關(guān)資質(zhì)的實驗室采用國標(biāo)法進(jìn)行水質(zhì)檢測。同時還需對市政次支管接駁井進(jìn)行加密監(jiān)測，考慮到次支管監(jiān)測點位數(shù)量較多，為控制成本及提高檢測效率，僅用水質(zhì)快檢試紙檢測NH3-N指標(biāo)。

圖3 污水系統(tǒng)水質(zhì)水量監(jiān)測布點圖

②截流設(shè)施水質(zhì)水量監(jiān)測

截流設(shè)施監(jiān)測點包括截流排口、河道總口上游排口和截流井，需結(jié)合排口溯源等工作同步開展。監(jiān)測指標(biāo)監(jiān)測指標(biāo)包括瞬時流量和NH3-N。其中瞬時流量采用便攜式多普勒流量計、轉(zhuǎn)子式流速儀、雷達(dá)波測速儀等儀器或容積法測量；NH3-N采用水質(zhì)快檢試紙進(jìn)行檢測。

(2)外水溯源

根據(jù)污水管網(wǎng)和截流設(shè)施水質(zhì)水量監(jiān)測結(jié)果，初步篩選出濃度偏低或明顯降低的點位，即可能存在外水入侵問題的重點區(qū)域。針對外水入侵重點區(qū)域，逐級向上布點，通過快檢試紙檢測CODMn和NH3-N，直到溯源至外水源頭。其中污水管網(wǎng)只需溯至外水源頭；截流設(shè)施上游為合流或雨水管網(wǎng)，則需溯至所有外水源頭和污水源頭方可滿足工程需求?，F(xiàn)場溯源以人工開井檢查為主，疑難點和關(guān)鍵點使用QV設(shè)備輔助，無法直觀分辨清污水的需要通過快檢試紙檢測水質(zhì)。

3.4 正向外水調(diào)查

除逆向調(diào)查外，還可根據(jù)不同類型外水的分布規(guī)律及現(xiàn)有排水資料，進(jìn)行正向外水調(diào)查。

(1)清潔基流。一方面根據(jù)現(xiàn)有地形圖繪制山谷線，沿山腳逐個排查，重點關(guān)注清潔基流較多的山谷線與建成區(qū)交接處。另一方面分析建成區(qū)內(nèi)的公園和小湖塘庫等水體周邊排水管線，現(xiàn)場逐個排查是否有清潔基流接入污水管網(wǎng)或通過截流設(shè)施進(jìn)入截流管網(wǎng)。

(2)河水倒灌。片區(qū)內(nèi)沿河截流管多位于河道內(nèi)，河道水位較高的河段存在河水向沿河截流管倒灌的風(fēng)險。通過沿線開井巡查，排查沿河截流管的倒灌點。

(3)施工降水。通過向相關(guān)主管部門調(diào)研獲得片區(qū)主要在建工地清單和地理位置，現(xiàn)場逐個調(diào)研其施工降水預(yù)處理及排放情況，并通過分析下游管網(wǎng)判斷施工降水最終是否進(jìn)入污水/截污系統(tǒng)。

4 調(diào)查成果

4.1 典型案例分析

(1)污水/截污干支管逆向調(diào)查案例

西湖路某污水支管節(jié)點夜間低峰監(jiān)測流量 180 m3/d，CODCr=46 mg/L，NH3-N=7.4 mg/L，BOD5=19.3 mg/L，濃度明顯偏低，判斷上游管段可能存在外水入侵問題。通過現(xiàn)場人工逐個開井目視檢查及QV設(shè)備輔助逆向溯源，最終查明上游某工業(yè)廠區(qū)內(nèi)存在2處清潔基流接入市政污水管，流量約 240 m3/d，如圖4、圖5所示。

圖4 西湖路污水管外水調(diào)查成果圖

圖5 西湖路污水管上游兩處清潔基流

(2)截流設(shè)施逆向溯源案例

簡坑河上游市政暗涵下游現(xiàn)狀存在截流堰，在該暗涵排口調(diào)查中發(fā)現(xiàn)某排口水量較大，水質(zhì)不黑不臭，判斷上游存在外水入侵。經(jīng)過對該排口進(jìn)行溯源調(diào)查，發(fā)現(xiàn)上游存在一水塘，水質(zhì)良好(NH3-N=0.2 mg/L)，流量約 970 m3/d，排放入簡坑河上游市政暗涵后，被下游總口截入污水泵站，最終進(jìn)入水質(zhì)凈化廠，如圖6、圖7所示。

圖6 簡坑河上游市政暗涵外水調(diào)查成果圖

圖7 簡坑河上游市政暗涵排口(左)和源頭水塘(右)

(3)正向外水調(diào)查案例

根據(jù)建設(shè)單位提供的“在建工程工地清單”和“已建自來水廠清單”逐一開展調(diào)研，主要發(fā)現(xiàn)：4處在建地鐵工地施工降水經(jīng)三級沉淀池處理排放入雨水箱涵后被總口截流進(jìn)入污水系統(tǒng)；3個自來水廠反沖洗水和排泥水最終進(jìn)入污水處理廠，如圖8所示。上述7處外水懸浮物超標(biāo)，但CODCr、NH3-N和BOD5接近或達(dá)到地表V類水標(biāo)準(zhǔn)，外水量共 7 730 m3/d。

圖8 某地鐵工地施工降水(左)和某自來水廠排泥水(右)

4.2 調(diào)查成果匯總

經(jīng)過上述現(xiàn)場排查與分析評估，污水處理廠濃度偏低原因如下：①清潔基流、施工降水、河水、地下水等清潔水通過河道總口、截流排口或錯混接等途徑接入污水系統(tǒng)；②管網(wǎng)雨污混接較為嚴(yán)重，雨天濃度降低明顯；③低濃度工業(yè)廢水排放量較大；④化糞池和污水管道沉積降解明顯。其中外水入流是導(dǎo)致旱天進(jìn)廠濃度偏低的主要原因[7]。結(jié)合逆向溯源和正向調(diào)查兩種方法，現(xiàn)場共排查出入流外水3.99萬m3/d，占旱季進(jìn)廠總水量的20.3%。其中清潔基流 22 077 m3/d，占比55%；河湖水倒灌 9 363 m3/d，占比23%；水廠排泥水 5 780 m3/d，占比15%；施工降水 2 228 m3/d，占比6%；自來水滲漏 450 m3/d，占比1%，如圖9所示。

圖9 入流外水調(diào)查成果餅狀統(tǒng)計圖

5 剝離措施

5.1 工程措施

旱天外水主要通過總口、截流排口和截流井等末端截流設(shè)施和雨污錯混接進(jìn)入污水系統(tǒng)。外水剝離工程措施如下：

(1)通過總口、截流排口和截流井等末端截流設(shè)施進(jìn)入污水系統(tǒng)的清潔外水，應(yīng)對總口、截流排口或截流井的匯水范圍進(jìn)行系統(tǒng)整治。主要整治原則是通過溯源查明清潔外水通道上的污水來源，并通過市政管網(wǎng)雨污分流工程改造、小區(qū)/城中村正本清源改造等工程措施截污納管。末端截流措施處水質(zhì)經(jīng)評估達(dá)標(biāo)后可予以拆除，實現(xiàn)清污分離，污水入廠，清水入河。

(2)通過錯混接進(jìn)入污水系統(tǒng)的清潔外水，應(yīng)通過市政管網(wǎng)雨污分流工程改造或正本清源改造，新建管道將清潔外水接入雨水系統(tǒng)，同時需要保證下游雨水管管徑滿足流量排放要求且雨水系統(tǒng)下游應(yīng)消除截流措施。

5.2 管理措施

針對施工降水和自來水廠排泥水等類型的外水，需要通過管理措施解決。

(1)排水管養(yǎng)單位加強對各類施工工地的巡查，發(fā)現(xiàn)水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或排放入污水系統(tǒng)的應(yīng)督導(dǎo)相關(guān)單位及時整改。

(2)自來水廠運營單位應(yīng)加強排泥水的管理，通過處理回用工藝的提標(biāo)改造，提高排泥水的回用率，減少對自然水體或污水系統(tǒng)的沖擊。

6 實施效果

相關(guān)工程實施后，一期2021年平均進(jìn)廠濃度分別達(dá)到 90.18 mg/L，較2019年同比提升42.3%；二期2021年平均進(jìn)廠濃度達(dá)到 101.98 mg/L，同比提升16.2%；剝離外水后，一期和二期進(jìn)水總量下降了2.08萬m3/d，同比下降9.7%，如表1所示。進(jìn)廠水質(zhì)明顯提升，進(jìn)廠水量有所下降，實現(xiàn)了污水系統(tǒng)提質(zhì)增效。

表1 某水質(zhì)凈化廠進(jìn)廠水量和BOD5濃度

7 結(jié) 論

水質(zhì)凈化廠污水系統(tǒng)外水入流調(diào)查工作是排水管網(wǎng)提質(zhì)增效工作的重點和難點。外水入流調(diào)查需要堅持逆向和正向調(diào)查相結(jié)合的原則，一方面從水質(zhì)水量監(jiān)測異常點位出發(fā)，逆向溯源排查外水，另一方面也要根據(jù)各類型外水的分布特點、綜合分析現(xiàn)有排水資料，進(jìn)行正向排查。同時現(xiàn)場排查工作要分區(qū)分片、扎實細(xì)致地推進(jìn)，做好片區(qū)外水入流問題的臺賬記錄。最后通過工程措施和管理措施剝離入流外水，實現(xiàn)污水系統(tǒng)提質(zhì)增效。