城市污水处理厂网一体化监测点位布设研究

文/陈莉苹 张 舟（.中节能国祯环保科技股份有限公司；.珠江水资源保护科学研究所）

2019 年4 月，住房和城乡建设部、生态环境部和发展改革委联合颁发《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021 年）》，主要针对城镇管网进行系统改造和整治，确保实现污水厂提质增效，优化环境资源[1]。在此背景下，对污水管网的监测必要且紧迫，也是实现城市污水处理厂网一体化（以下简称“厂网一体化”）的前提。

目前，国内外针对监测点的布设优化主要集中在供水管网领域，通过实时监控系统采集管网信息，采用经验法[2]、聚类分析法[3]、灵敏度分析法[4]等进行监测点的优化布置。基于厂网一体化需求，孔祥文提出了从排放源、管网、泵站、污水处理厂的全过程监测体系的构建思路[5]，然而由于区域地区差异性及排水系统现状不同，监测系统建设需结合实际进行优化布局。

本文以南方某市城东片区厂网一体化项目为依托，结合运营经验，兼顾后续模型的需求，对片区管网监测点进行初步布设，根据监测点位结果分析优化监测布点，为厂网一体化提供基础支撑。

一、研究区域概况

研究区域位于南方某市城区，该区域降雨丰沛，地下水资源丰富，研究范围包括城东污水处理厂（污水处理能力2.5 万吨/天）及其配套污水管网，纳管范围包括城南和城东两个片区。城东片区为经济开发区，管网长度为41.561 km，城南片区多为城市生活污水，其污水通过泵站抽取汇入城东片区管网。城东片区分布有两条主干管，一条自东门泵站通过通江大道汇入经四路主管后进入城东污水处理厂，沿途收集站前路南段、福东路南段等支管污水（以下简称“通江大道主管”）；另一条为福北路管线，自西向东接入经四路主管，沿途收集站前路北段、站后路、福东北路、支二路污水（以下简称“福北路主管”）。

综合考虑该区域排水管网收纳情况和厂网一体化运营情况，选择城东片区为监测点研究区域构建厂网一体化监测系统。

二、监测点位布设

理论上对于水质监测点位布设有多种方法，如统计法、模拟法、网格法等[6]，但作为厂网一体化项目，监测点位的布设需要依据实际需求兼顾运营和模型需求。

1.运营需求

运营涉及城东污水厂、片区管网及东门泵站。污水厂运营的关键是要保持进水水量和水质稳定，城东污水厂水量的波动主要跟旱雨季有关，水质方面氨氮较为稳定，化学需氧量（COD）波动很大，而COD 的波动对污水厂运营稳定性有很大影响；片区管网主要收纳生活污水和企业排水，其波动主要受企业生产影响；东门泵站主要收纳和抽取城南片区生活污水。从运营经验来看，东门泵站污水水量占污水厂进水总量的80%左右，且水质稳定，COD 保持在140～150 mg/L，氨氮保持在20 mg/L 左右，保证了城东污水厂进水水质的稳定性。

影响污水厂进水水质稳定性的主要区域为城东片区，这一区域监测点的布设必要且关键。根据运营的实际需求，片区每条主管和支管均需要布设监测点位，以掌握城东片区水量和水质情况；同时在工业园区集中的区域，需要对企业排口进行有针对性地监测，从而了解企业排水对管网水质影响。

2.模型需求

建立管网机制模型可以量化管网水质和水量，便于厂网一体化联动及管理。模型监测点位布设要求为，在支管汇入主干管前、主干管有支管汇入前后以及其他外源性排口（如企业排口、小区生活污水接入等）均需要监测水量和水质。

综合管网模型及运营需求，初步确定布设26 个管网监测点位及12 个企业排口监测点，以期全面反映城东片区管网水质水量分布。监测点位布设如图1所示。

图1 监测点位布设图

三、监测结果

根据监测点位的布设，采用单日单次取样方式对管网作初步摸底分析，从三种不同维度（季节、天气、人类活动），选取三组不同的监测时间（丰水期和枯水期、晴天和雨天、白天和凌晨），对监测结果进行比较分析，验证和优化监测布点。

1.典型单日管网水质分析

选取单日（2020 年11 月23 日）对城东片区进行系统性监测，监测结果显示福北路主管COD 浓度波动较大，主要波动点有三处：站前路支管汇入前后。福东路支管汇入前后以及支二路支管汇入前后，根据摸底勘察，站前路企业废水经过自建的污水处理系统处理后排出，排水量大且水质浓度低，福东路附近有高浓度食品企业废水排入，支二路混接有雨水管网。

通江大道浓度波动相对平缓，COD 浓度基本能达到80 mg/L 以上，这与东门泵站污水抽取汇入有关，主要波动点为站前路和福东路支管汇入前后，此区域为高铁站等生活区。

城东片区COD 浓度较低且波动较大，原因是企业及生活排口对管网对水质有影响，此外部分管网混接有雨水管网，这也会降低管网水质浓度。

2.丰水期和枯水期

研究区域降雨丰沛，地下水资源丰富，因此丰水期和枯水期管网内水量和水质变化较大。针对福北路主管线和通江大道主管沿线分别在丰水期（8 月）和枯水期（12 月）连续一周监测管网水量和水质变化，COD监测结果均值如图2 和图3 所示。

图2 福北路主管沿线COD 变化图

图3 通江大道主管沿线COD 变化图

根据监测结果，与枯水期相比，丰水期COD 浓度明显变低，福北路主管COD 浓度很低，为22～40 mg/L，通江大道主管COD 浓度波动较大，为18～106 mg/L，其他管线的监测值也有明显下降。总之，丰水期城东片区污水浓度显著降低，尤其福北路主管，推测福北路沿途混接有雨水管网或者有地下水入渗。

3.晴天和雨天

选取了10 月中的4 天对片区进行连续监测，其中1 天为雨天、3 天为晴天。管线水质变化如图4、图5所示，从图中可以看出，无论是雨天还是晴天，两条主管沿线水质变化趋势基本一致，雨后COD 浓度明显降低。通江大道受雨水影响更大，雨后浓度变化更明显，实际勘探在雨天的时候污水井外壁有雨水入渗，致使管网内部水质浓度降低；而福北路受降雨影响相对较小，虽然支二路来水混接有雨水管网，但在实际管网运维中对混接管网已经作重点处理，因此福北路反而受降雨影响小。

图4 福北路主管沿线晴天和雨后COD 变化图

图5 通江大道主管沿线晴天和雨后COD 变化图

4.白天和凌晨

城东片区有较多企业，白天和凌晨管网COD 浓度会发生变化。选取11 月30 日白天及凌晨进行系统监测，监测结果显示，白天通江大道主管COD 水质指标均达到100 mg/L 以上，凌晨COD 浓度明显低于白天，根据实际勘察判断，白天生产生活废水的集中排入导致主管浓度升高。

福北路主管白天浓度高于凌晨，但凌晨波动很大，尤其在站前路附近以及支二路—经四路段水质变化明显。为详细了解福北路凌晨COD 波动情况，对福北路主管水质COD 变化作进一步分析，结果如图6所示，其中横坐标中监测点位与福北路主管污水流动方向一致。

从图6 中可以看出，福北路主管COD 浓度先上升后下降，FBLWS002 和FBLWS004 监测点位之间COD 浓度呈上升趋势，经过监测，上述2 个监测点位之间有高浓度废水排入，分别为食品废水FDLWS010（1173 mg/L）和9 号企业废水（1310 mg/L），这二者的汇入使得福北路管道COD 水质指标明显上升，达到200 mg/L 以上，至FBLWS006 点位处COD 浓度下降至101 mg/L。根据监测，支二路来水COD 浓度为210 mg/L，支二路至FBLWS006 中间管道并无其他支管或外源性污水接入，但管网浓度降低明显，推测该段存在地下水入渗情况。

图6 福北路主管COD 水质沿线变化（凌晨）

5.监测总结

通过不同维度的监测，城东片区管网水质浓度变化有一定的规律性，福北路整体水质浓度偏低，丰水期受雨水及地下水位影响水质浓度降低明显；白天和夜晚城东片区水质有一定波动，白天管网浓度普遍高于凌晨，考虑是由生产生活废水的集中排入导致，此外企业高浓度废水排入可显著提升管网水质浓度；结合系统监测，在没有支管汇入及外源性污水排入的情况下，部分路段（福北路支二路—经四路段）水质浓度降低明显，存在地下水入渗现象，后续可以通过构建管网模型来量化入渗量，提高管网运营效率。

四、监测点优化

对片区进行系统监测是厂网一体化的基础，为提高经济效益、优化监测布点，需要对各监测点位排列优先级，分为必要监测点、重要监测点、抽样监测点。

必要监测点即每条主管和支管需要各设定1 个自动监测点（共9 个），用来常态化监测每条主管和支管的基本情况；重要监测点即在福北路局部路段作针对性监测，以掌握管网地下水入渗情况，同时需要对影响较大的企业排口（如FDLWS010 和9 号排口）以及支二路来水作重点关注，以便更具体地了解其排放规律；其他企业排口及监测点位作定期抽样监测，以辅助了解城东管网情况。优化后的监测布点如图7 所示，共布设9 个自动监测点、6 个重要监测点（原则上需要每天早晚各监测1 次），可满足厂网一体化前期数据积累要求。

图7 优化后的监测布点

五、结语

厂网一体化的基础是构建监测系统，监测系统需要不断优化。首先结合运营及模型的需求对厂网覆盖范围作基础监测点的布设，其次根据初步布设的监测点对片区管网水质进行系统监测和多维度比较分析，最后结合监测分析结果及经济因素优化监测布点，据此优化的监测布点可以经济且高效地反映出片区管网水质变化，具有实际的指导意义。

对于智慧水务而言，根据优化原则确定监测布点是前期工作重要的基础。建设前期可根据优化的监测点积累数据，为管网运维及模型构建提供支撑，后期通过智慧水务平台数据的积累，能更精准掌握研究区域水质变化情况，对监测布点、监测频次等做进一步系统优化，建立监测系统，实现智慧化运营。