关于南方某城镇污水系统提质增效的设计研究

杨 俊

（东莞市水务集团有限公司，广东 东莞 523000）

0 引言

2019年，住房和城乡建设部、生态环境部、发展改革委联合发布《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021年）》，在全面开展黑臭水体治理的大环境下，系统地提出了完善城市污水系统的方向，总体要求城市污水系统要实现三个基本消除和一个有效提升，即基本消除污水的直排口、基本消除污水收集处理设施的空白区和基本消除城市黑臭水体，有效提高城市生活污水集中收集效能。为了实现三个基本消除，需要改造完善城市污水系统收集、输送、处理能力，提升城市的生活污水集中收集效能，通过效能提升，尽量收集污水系统纳污范围内的污水，把大量浸入污水系统的外水挤出去，有效增强污水系统对城市污水的收集和处理能力，真正提高污水处理效能，进而消除直排口、空白区，改善水体环境，消除城市黑臭水体，对污水系统进行提质增效。

本文以南方某城镇污水系统为提质增效的设计研究样本，该镇的污水处理厂现状设计规模为2.0万m3/d，工艺流程为：进水→粗格栅→提升泵→细格栅→沉砂池→CAST反应池→滤池→消毒池→出水。对该镇污水处理厂2017—2019年的处理污水量分析如下。

根据2017—2019年的污水处理厂处理水量数据分析，该镇污水处理厂2017年日均运行规模为2.11万m3/d，日均负荷率为105.40%；2018年日均运行规模为2.07万m3/d，日均负荷率为103.26%；2019年1—5月的日均运行规模为1.45万m3/d，日均负荷率为72.32%。

1 污水系统现状运行分析

1.1 污水系统水量分析

（1）生活污水量分析。根据自来水公司提供的该镇各村的用水量数据可知，该镇日均污水量约为1.57万m3/d，根据该镇污水处理厂现状纳污范围及各村污水处理情况计算，纳入市政污水系统范围的日均污水总量约为0.67万m3/d，分散处理污水系统范围内的日均污水总量约为0.90万m3/d。

（2）工业污水量分析。根据自来水公司提供的该镇用水大户的用水量数据可知，该镇工业企业日均污水总量约为1.00万m3/d，根据各工业企业的分布位置及该镇污水处理厂现状纳污范围分析，纳入市政污水系统范围的日均工业企业污水量约为0.45万m3/d，分散处理污水系统范围内的日均污水总量约0.55万m3/d。

（3）水量分析小结。根据该镇污水处理厂现状纳污范围内的生活及工业的用水量数据，对上述该镇污水处理厂的实际进水处理量和理论收集污水量进行对比分析，根据该镇污水处理厂2017—2018年的数据分析可知，2017—2018年日均外水量约为1.02万m3/d，外水量理论占比为48.8%；根据该镇污水处理厂2019年1—5月的数据分析可知，2019年前5个月日均外水量约为0.33万m3/d，外水量理论占比为22.8%。

1.2 污水系统水质分析

（1）污水处理厂进水水质分析。该镇2018年1月—2019年5月污水处理厂提供的各项月均进水水质数据统计如图1所示。

图1 该镇2018年1月—2019年5月污水厂月均进水水质数据统计

根据该镇污水处理厂提供的进水水质数据可知，该镇污水处理厂2018年全年水质数据如下：BOD5月均变化范围为26～29 mg/L，年均值为27 mg/L；COD月均变化范围为73～89 mg/L，年均值为79 mg/L；NH3-N月均变化范围为3.6～4.6 mg/L，年均值为4.07 mg/L；TN月均变化范围为7.5～9.5 mg/L，年均值为8.09 mg/L；TP月均变化范围为0.81～1.09 mg/L，年均值为0.89 mg/L；SS月均变化范围为24～25 mg/L，年均值为24.22 mg/L。

该镇污水处理厂2019年1—5月的水质数据如下：BOD5月均变化范围为31.21～34 mg/L，5个月均值为32.43 mg/L；COD月均变化范围为70～96 mg/L，5个月均值为87.40 mg/L；NH3-N月均变化范围为6.43～8.27 mg/L，5个月均值为7.36 mg/L；TN月均变化范围为9.72～12.45 mg/L，5个月均值为11.23 mg/L；TP月均变化范围为1.13～2.53 mg/L，5个月均值为1.54 mg/L；SS月均变化范围为26.61～28.73 mg/L，5个月均值为27.70 mg/L。

（2）水质平衡分析。根据该镇污水系统的分析，该镇污水处理厂收集系统外水来源主要有3类：河涌水倒灌、地下水渗入及雨污水错漏接。其中主要外水来源为河涌水倒灌，因此本次分析以该镇典型河涌水水质为外水水质进行分析，典型河涌外水水质：COD为10 mg/L，NH3-N为1.69 mg/L。

对上述该镇污水处理厂的实际进水水质、设计水质和外水水质进行对比分析，当采用NH3-N的水质指标做平衡分析可知，该镇污水处理厂2018年的平均外水占比为89.8%，2019年前5个月的平均外水占比为75.6%；当采用COD的水质指标做平衡分析可知，该镇污水处理厂2018年的平均外水占比为68.6%，2019年前5个月的平均外水占比为64.8%。

1.3 污水系统外水分析小结

对该镇污水处理厂的实际进水处理量和理论收集污水量进行对比分析，该镇污水处理厂2017—2018年日均外水量约为1.02万m3/d，该镇污水处理厂2019年前5个月日均外水量约为0.33万m3/d。

对该镇污水系统进行全面的梳理及分析，根据该镇污水处理厂的实际运行水量水质、现状污水管的摸查梳理及经现场巡查和追溯，该镇污水处理厂收集系统外水来源主要有3类：河涌水倒灌、地下水渗入及雨污水错漏接。

2 污水系统提质增效存在的问题及对策

通过对该镇污水处理厂进水的水质、水量进行分析可知，该镇污水系统存在污水收集率低、污水浓度低、外水量大等问题，污水处理厂处理的污水外水占比较大，未能有效发挥污水系统的实际效能。为提升该镇污水系统收集处理效能，补齐城镇污水管网短板，强化城镇污水处理设施弱项，完善污水收集处理设施体系，对该镇污水系统进行全面的摸查分析，并提出相应的处理对策。

2.1 河涌水倒灌

根据现场巡查、摸查及资料分析，该镇污水系统河涌水倒灌有两个主要来源：截污井损坏导致的河涌水倒灌和雨污水混接导致的河涌水从雨水管倒灌进入污水管网系统。

经摸查该镇共有截污井17座，对于截污井溢流口低于河涌常水位，合流管水质浓度较高，截污井上游溯源后，受限于现状施工条件，暂时无法实施雨污分流的情况，可采取截污井防倒灌改造。设置截污闸门井，在溢流口和截污管都设置电动闸门，同时在井内设置超声波液位计。无雨状态下开启截污闸门，关闭溢流闸门；暴雨时开启溢流闸门，关闭截流闸门。分阶段对截污井进行溯源分流，彻底解决截污井河涌水倒灌问题。

2.2 雨污管网错混接

对该镇污水系统的排查资料进行分析后发现，该镇雨污合流管建设年代久远，根据现有资料及现有排水系统管线摸查发现若干处雨污错接、混接的情况。因此，需对现状污水管网系统进行全面梳理和摸查，查实清楚该镇现状污水、雨水管的分布与接驳情况，采用封堵旧管、敷设新管等方式，改变原有管道的非法连接方式，恢复雨污分流，结合海绵城市建设统筹实施，并结合排水单元达标改造从源头上解决雨污合流混接问题。

2.3 现状管道缺陷

根据最新该镇污水管网结构性缺陷点的排查成果，最终汇总的结构性缺陷点共有159个，缺陷等级1级的地方有37处，缺陷等级2级有51处，缺陷等级3级26处，缺陷等级4级45处。

根据检测结果显示，结构性缺陷以破裂、错口、渗漏为主，由于该镇水系发达，地下水位较高，管道结构性损坏后导致大量地下水入渗至管道，最后流入污水处理厂，降低污水进厂浓度。同时在管网检测过程中，部分高水位管段封堵后，仍无法降水，疑似大量地下水或河涌水入流入渗。故为提高污水进厂水质浓度，减少地下水入渗，优先修复污水管3级、4级结构性缺陷段以及无法降水位的管段。通过对破损管道进行修复，恢复管道过水断面，保证污水管网系统的流畅运行并减少地下水渗入水量，为管道健康运行提供基础条件。

2.4 污水管网覆盖面小、收集率低

该镇污水处理厂及配套的管网首期工程于2010年通水运行，随着该镇经济发展，其配套污水管网建设未能同步跟进，导致污水自流污染水体以及污水处理厂“吃不饱”并存的现象。根据该镇的实际情况，完善污水主管收集系统，扩大市政管网纳污范围，增加市政系统污水收集量，发挥污水处理系统的实际效能，并减少污水直排河涌，改善镇区水环境质量。

2.5 农村生活污水需查漏补缺

该镇共有23个自然村，各村已建的污水系统年久失修，收集率低，存在“有管无用”的情况，因此应贯彻国家、省、市相关文件的要求，切实有效地推进农村雨污分流和生态治污工作，改善农村水环境，对该镇各行政村农村生活污水处理设施进行查漏补缺，补齐农村生活污水处理基础设施短板，针对农村范围内的污染源建设独立收集管网，确保污水不进入雨水管，雨水尽量不进入污水管，污水全收集全处理，有效控制溢流污染，村域内水体基本消除黑臭。并建立长效机制，确保村内排水设施健康运行，河道管理有序[1]。

对该镇范围内，从末端完善地区生活污水收集管网建设，确保支管全部接入主管，注重收集新建房屋生活污水，切实提高污水收集率，实现应收尽收，污水全收集全处理[1]。

2.6 重点河涌排口摸查及造册

对该镇的水系及河涌污染情况进行排查和资料分析，在河涌降水位的情况下组织排查队伍对污水系统覆盖范围内入河排水口进行排查，并建立排水口台账。针对污水直排口，需进行封堵，新建污水支管接入污水收集系统。针对服务范围较小和管径较小的合流排口，需进行排口封堵，将合流管接入污水收集系统，同时在服务范围内新建雨水立管或雨水篦子，将雨水有组织地就近排入河涌，减少接入合流管的内的雨水。针对服务范围较大，管径较大的合流排污口，对合流管所在道路进行雨污分流，在合流支管接驳处实施限流截污，确保截污管道低于河涌常水位。以有针对性的处理措施，解决河涌污水直排口，减少河涌污染，避免河水倒灌，提高市政污水系统污水收集量，提高污水处理厂进水浓度。

2.7 排水单元雨污分流达标改造

在解决市政排水管段错混接的同时，应对源头的排水单元进行摸查，实施雨污分流，以排水单元为单位，片区流域为整体，进行现状排水管网摸查，掌握现状管网的管径、材质、流向等基本信息，掌握现状管网的运行水位、水流性质、淤泥与堵塞情况等运行信息[2]。确认排水单元的主要用地性质，摸查测量内部排水管网，核实其接驳位置及排水量情况。根据摸查详细分析每个排水单元存在的问题，制定因地制宜的改造方案，设立管网至市政接入点，彻底理顺排水管网，从源头上杜绝污水进入雨水系统和水体。

排水单元的达标创建将有效解决现状排水管网中存在的合流排水、错接混接等问题，实现排水单元的完全清污分流，污水进入污水厂集中处理。

2.8 水质水量监测

为了进一步排查分析外水进入状况，常态化提升污水系统运行效率，在系统各关键点位（泵站、截污管、主干管、分支接入点、河涌等）进行水质水位监测。该镇近期建议布置多个水位、水质监测点，监测关键节点的污水水位、水质指标，持续检测管网系统运行状态，并根据检测结果分析管网运行情况与问题，指导污水系统采取有针对性的解决措施。

3 结语

污水系统提质增效，要统筹污水系统全部服务范围，对污水系统进行详细摸查与分析，通过实际用水量、服务人口数量合理确定区域污水实际产生量，与污水系统实际处理的水量、水质进行比对，分析进入污水系统外水的类别、水量、进入途径，以及目前污水未得到有效收集的原因及其实际去向，制定可实施性强的提质增效总体方案，构建“收污水、挤外水”的系统化实施方案，合理确定各类项目的紧迫性和实施时序，确保提质增效目标具有可达性。

为提高该镇污水厂进水水质浓度，保证污水管网系统运行安全，对该镇污水系统进行全面的梳理及分析，根据该镇污水厂的实际处理水量水质、现状污水管的摸查梳理及经现场巡查和追溯，对该镇污水系统存在的各类问题进行梳理，并提供了对应的解决对策，为其他城市污水系统提质增效提供借鉴。