污水系统提质增效分析与实践——以南方某镇区域为例

刘苛

（广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东 广州 510006）

0 引言

为全面贯彻落实全国生态环境保护大会要求，加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，尽快实现污水管网全覆盖、全收集、全处理。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印发了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021年）》。方案要求：地级及以上城市建成区基本无生活污水直排口，基本消除城中村、老旧城区和城乡接合部生活污水收集处理设施空白区，基本消除黑臭水体，城市生活污水集中收集效能显著提高。同时方案还要求城市污水处理厂进水生化需氧量（BOD）浓度低于100mg/L的，要围绕服务片区管网制定“一厂一策”系统化整治方案，明确整治目标和措施。

1 背景调查

截至2021年底，系统现状污水厂已建成规模为4万m3/d，近期规模为6万m3/d，远期规模为10万m3/d，实际运行规模约2～3万m3/d。进水设计COD浓度值为300mg/L，BOD浓度值为150mg/L，氨氮设计浓度值为30mg/L。出水常规指标执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918—2002）一级A标准、《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）地表V类水标准中要求的较严值。近几年实际进水变化情况如表1～表4所示。

表1 2019—2021年污水厂进水量 单位：万m3/d

表4 2019—2021年污水厂氨氮浓度 单位：mg/L

自2019年全面提质增效工作开展以来，污水厂进水水质浓度整体有显著的提高。2020年1月—10月污水厂COD浓度平均值已达到132.01mg/L，BOD浓度平均值55.82mg/L，氨氮浓度平均值12.98mg/L。

2 理论分析

表2 2019—2021年污水厂COD浓度 单位：mg/L

表3 2019—2021年污水厂BOD浓度 单位：mg/L

通过2021年各月份自来水厂的用水量数据统计，该区域日均供水量约为6.02万t/d，其中工业用水量为2.58万t/d，理论污水量为1.97万t/d，生活用水为3.44万t/d，理论污水量为2.81万t/d。

通过现状排水区域划分及调查各工业企业的分布位置分析，纳入市政污水系统范围的日均工业企业污水总量为0.73万m3/d，分散处理污水系统范围内的日均污水总量为1.23万m3/d。

计算得出纳入市政污水系统的现状污水量为2.59万t/d。对现状生活污水典型排水单元大户进行水质监测：其中工业区COD浓度平均值180mg/L、氨氮浓度平均值15mg/L；生活区COD浓度平均值300mg/L、氨氮浓度平均值40mg/L。

按照各水量占比，计算现阶段污水厂理论污水浓度应为：COD 266.62mg/L，氨氮32.86mg/L。

3 存在问题

以现状本底数据为基础结合已实施项目资料，划定范围内排水分区及排水单元界限对现状泵站、主管、支管布设监测点进行初步监测。其中泵站设置固定长期一级点，监测氨氮（化学法）、COD、液位及流量，监测频率为2h一次；主管设置固定长期二级点，监测氨氮（光学法）、COD、液位及流量，监测频率为5min一次；主管接驳口设置固定长期三级点，监测COD、液位及流量，监测频率为1天三次取样；支管设置移动短期四级点（必要时），监测COD、液位，监测频率为1天三次取样。该片区共设置24个监测点，初步监测结果如表5所示。

表5 监测点结果统计

对监测结果进行分析，区域内主要问题如下。

（1）按照降雨及未降雨时间分析片区内主管均满负荷运行，其中10—11月份降雨量少，管道运行水位有所下降。从监测点分布及主干管水位情况分析，片区主干管运行水位直接影响支管水位，并且有污水倒灌的风险。

（2）部分片区水质浓度偏低，城中村，城乡接合部仍存在管网空白区污水直排或溢流进入了河道。

（3）低浓度外水进入，降低了管道内污水浓度，同时也挤占空间导致污水无法顺利接入。管道内水位过高也会导致流速降低，使污染物沉积堵塞管道，降低了效能。

（4）市政主路的雨污水错混接，小区的雨污混接，沿街店铺混接乱接。

（5）存量历史管网缺乏管养及维修，系统内存在管道缺陷、破损、坍塌及高程设置不合理情况。

对比实际污水厂进水浓度COD 132.01mg/L，BOD 55.82mg/L，氨氮16.98mg/L，以流域内河涌水为外水来源（检测指标：COD浓度平均值13mg/L、氨氮浓度平均值1.57mg/L），按照水质平衡进行水质分析。

以COD指标为例2021年5—12月总计推测平均约有1.40万m3/d外水进入。

以氨氮指标为例2021年5—12月总计推测平均约有1.33万m3/d外水进入。

综上：对污水厂的实际进水水质、设计水质和外水水质进行对比分析，当采用COD的水质指标做平衡分析可知，污水处理厂2021年的平均外水占比为54.75%；当采用氨氮的水质指标做平衡分析可知，污水处理厂2021年的平均外水占比为50.57%。

4 解决思路

综合考虑项目服务范围内现状基本情况和存在问题，主要形成以下思路[1]。

以收污水、挤外水为主要工作方向。按流域、片区开展“收污水”工作，完善流域的排水管网，实现片区雨污分流，消除黑臭水体；同时开展“挤外水”工作，实现片区雨污分流，排出外水。

以源头改造、管网建设、管网监测诊断、管网改造与修复为主要措施；根据现状问题的分布特征，按照“源头减排、过程控制、系统治理”的思路，将问题和治理措施进行归纳汇总，便于开展集中整治。

根据现状问题的集中分布特点及不同片区（流域）的问题权重，按照流域和排水分区划分，提出了“排水管网诊断及修复、老旧城区混错接改造、暗渠截流改造改造、厂网河一体化建设运营”等4个重点任务，便于优先集中开展工作。

5 技术路线

以问题为导向，按照解决思路，点对点确定技术路线。

（1）完善区域公共雨、污水管网系统。

（2）对系统内水位进行监测，降低系统运行水位，解决合流管溢流口、污水系统运行不畅等问题。

（3）对外水点进行溯源分析，采取工程措施及管理措施相结合的方式完成整治。严格执行“雨污分流”原则，将晴天外水截污点彻底改造，并对管道缺陷处进行修复整改。取消雨水系统总出口处截污堰或闸，旱季时避免大量清水进入污水处理系统，提升污水浓度。

（4）整改现状系统中的错混接点，减少积存在雨水系统内的污水和污染物等；同时，避免雨季时，积存的污水和污染物溢流进河涌。

（5）还原区域内的雨水通道功能，通道内空间可作为排水调蓄空间，缓解周边区域的排涝能力，恢复其晴天排清水，雨季排洪的功能，进一步提高河涌的水质，初步实现长制久清的目标。

6 工程方案

全面梳理区域污水主干管网，系统性掌握现状污水主干管网情况，以分区为整体、子区域为单元，进行排水管网全面摸查。排水管线摸查成果绘制“污水管线摸查成果图”，图中应标识排水管管径、排水方向、附属构筑物、地面标高、管底标高、排水管与房屋、河涌、道路的位置关系等。针对管网普遍存在病害问题，结合摸查成果需进一步对存在病害的排水管线进行检测修复[2]。

6.1 雨污分流改造

合流制片区内部仅有一套排水管道，根据管网健康情况，按照雨污分流改造原则，新建一套或两套管网，其中保留合流管道作为雨水管道，并对管道进行清淤，同时出户管改接入雨水管道；新建污水管网，污水管接入市政污水管道。源头改造根据对改造难以程度、工程量以、污水流失量及外水入侵量等确定对混错接优先改造，对小区雨污分流改造逐步进行。主要包括市政污水管网建设、市政污水管网断头管打通、市政管网雨污分流改造、沿河（渠）截污管网建设等4个方面。

6.2 管网监测与诊断

根据污水厂、污水泵站、污水干管主要节点的水质、水量监测，以及老旧管网的问题诊断和排查。管网改造和修复，主要包括：市政排水管网混错接改造、市政污水管网问题修复等两个方面。摸查根据不同的管网情况选取不同的方式：能降水封堵的管道，封堵管道两侧污水井以及周边连接管等管口，确保该段管道不与其他管道连通，抽干管道内污水，采用内渗法检测管道渗漏以及破损情况，如24h后，管道内有污水存在，则须对此段管道进行检测；如管道内无污水存在，则不需检测修复该段管道。如管道封堵困难，水位难以降低，则采用带水摸查方式进行摸查。根据摸查的情况确定管道是否需要检测修复等。摸查是系统化梳理的关键，测量、检测修复改造是对其中遇到的问题进行处理。对存在错接、漏接、混接的管道，须进行错接、漏接、混接的改造；对存在断裂、破损的管道进行管道修复[3]。

6.3 雨污混错接改造

雨污混错接的形式可分为污水管接入雨水管、雨水管接入污水管两种。主要表现为小区内部混错接和小区出户管混错接。小区内部混错接造成小区内部污水进入雨水管道，造成污水流失；小区内雨水进入污水管道，造成外水入侵。混错接改造，小区内部重点排查和建筑立管、小区排水管网等存在混错接点，按照“雨对雨、污对污”的原则对混错接点位进行改造；小区出户管应重点排查小区接驳市政混错接点，按照混错接改造原则进行混错接改造。

6.4 信息化平台建设

通过监测数据支撑，建立可评估、可追溯、可控制的“厂—网—河”一体化智慧水务管理平台，支撑排水系统的运维管理、绩效评估等。项目的建设需要实现以下目标：建立管网管理、GIS应用、日常办公等核心基础信息化系统，实现排水设施运营的数字化管理。围绕污水处理厂、排水设施、排放口、污染源，建立排水管网在线监测体系、排水管网模型，实现排水安全运行、实时监测预警、管网运行预测，保障排水管网的可靠、安全运行[4]。整合排水管网、设备设施、监测、视频、人员、车辆等排水大数据，优化排水管网运维，分析各项排水运行指标，建立应急预警、上报、指挥机制，实现日常综合管理、应急调度、决策指挥等保障支撑体系。以日常排水管网、设备设施以及污染源点位的日常巡检、养护出发，对外勤运维工作实现全闭环的流程化管理，提升运维工作的规范性与科学性，提升现场运维监管与执行能力。

7 保障措施

为保障污水提质增效工作有效开展，污水厂浓度逐步提升，进一步提出非工程保障措施，包括：排水许可和临时排水许可发放方案、综合执法管理方案、排水设施后期养护方案和完善激励支持政策、信息化平台建设等。

排放污水可接入市政排水设施的工业、建筑、餐饮、医疗等单位，应当按照《城镇排水与污水处理条例》《城镇污水排入排水管网许可管理办法》等文件规定，申请污水排入市政管网许可，依法规范接入，并严格按许可要求排放污水。对已列入重点排污单位名录的排水户（如工业企业、医院等）应实行重点管理；对影响一般或排放量较大的集中排水户可实行一般管理；对城镇排水设施影响较小的排水户（如居民小区、餐饮等）可实行备案管理。

排水设施后期养护方案应满足《城镇排水管渠与泵站运行、维护及安全技术规程》（CJJ 68—2016）中的相关要求。排水管渠、预处理设施和低影响开发设施养护方案应包括管渠巡视的频率、养护的内容、标准、频次与时间要求等。

8 目标可达

本项目纳污范围总计10.36km2，服务人口12万人，项目通过连续监测、理论分析结合具体工程措施，积极推进现状排水管网的隐患修复、外水点改造工程、对合流管渠实施清污分流改造工作，达到取消末端截污的目的，减少外水进入，实现“污水入厂、清水入河”，解决雨季溢流和排水不畅的问题。项目新增收集污水量约1.4万m3/d。同时本工程通过与排水单元达标创建工程的同步实施相结合，根据排水单元设计方案，配套完善公共管网，公共管网的管径、标高、接驳点位置均与排水单元内部排水方案充分衔接，为单元污水提供市政接驳条件，实现从单元到市政路、污水厂污水管网的全覆盖，可实现市政公共道路的整体雨污分流，有效削减污水入涌COD负荷约3640t/年，氨氮负荷约400t/年。提升污水进厂COD浓度约达到约266mg/L，氨氮达到约30mg/L。从而改善河涌水质，提升污水厂进水浓度，最终实现污水系统提质增效的目的。