城市污水管网系统精细化管理措施研究

柯臻玮

（广州市城市排水有限公司，广东 广州 510335）

0 引言

近年来，在以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，深入践行习近平生态文明思想，坚持精准治污、科学治污、依法治污的理念下，水污染防治攻坚战取得了明显成效，Z市水环境质量实现重大改善。为巩固水污染防治攻坚战成果，满足城市居民对水环境的期望，不断提高城市自身排水系统的管理水平，精细化管理的需求应运而生。因此，坚持以创新引领，用绣花功夫，提高排水系统管理服务能力和水平，不断提升城市设施功能品质，改善城市生活环境，是精细化管理的努力方向。

本文从城市污水系统管理的基础出发，针对城市污水系统日常运行遇到的情况及管理需求，对采取的不同措施进行了研究。

1 增强底数现势性，设置物联网触手，实行片区化管理

Z市基础污水设施数量巨大，部分排水管网建设年代久远，随着城市的高速发展，排水系统相关规划未能及时更新到位、城市各片区发展不平衡、相关排水配套设施建设滞后等问题带来的排水管网数据情况零碎化或缺失，使得某Z市排水系统的底子差，大大增加了管理的难度。为实现管理的精细化，应逐步做到以下3个方面。

1.1 摸清底数，信息化平台赋能管道信息增强现势性

由于Z市原排水管网数据零碎、更新缓慢，且重新进行管网数据复检的时间及资金成本巨大，根据污水系统开展系统化、日常化管理的迫切需要及排水管网系统管理人员实际需求，结合管网巡查员的日常巡检，通过整合零碎数据、依据现场情况不断补充并更新管网情况，逐步形成一张底数清、现势性强、可用性高的排水管网管理运行图，为排水管网系统的日常维护管理提供强而有力的支撑。同时，也为排水系统相关提质增效及清污分流工作的开展提高了效率。

摸清排水设施底数、增强设施数据现势性、建立信息化平台是实现城市排水现代化管理的基石。

1.2 通过物联网及智慧化手段实现远程监测，提高数据获取效率

为不断提高排水系统运行情况反馈精度，实现系统运行信息的高效流通，最大化发挥信息的价值。建立以自动化、信息化、智慧化手段逐步替代传统人工经验化管理的制度，结合日常巡检重点难点部位及整体系统脉络，在关键及重要节点通过安装液位计、雨量计等物联网在线监测设备，获得实时管网系统运行情况数据，了解污水系统健康状况，极大地提高了效率。

1.3 推行片区化管理，提高管理责任意识

按照各污水系统中各主要排水管道的纳污范围、长度及所在地形等要素。将管理区域从大的污水系统缩小化、精细化到片区，专职专责的片区管理促使片区工作人员对管辖范围内的管道了如指掌，同时提升了服务质量及效率。在此基础上每个片区均任命一位片区长，实行片长负责制，促使片长对管理区域系统性管理思考，并在排水设施管理单位中起到承上启下作用，通过合理安排片区内各种事务，达到提质降本增效的目的。

2 以管理需求驱动，研究精细化管理措施

为进一步巩固水环境治理工作成效，保障河道考核断面水质稳定达标，满足日益严格的污水系统运行需求。除不断推进清污分流及单元达标创建新建项目外，还应保障管道系统污水不外溢。污水管网中关键设施为管道及污水泵站。以下分别以污水系统现状管道及泵站为主体，从提高系统安全及运行韧性出发，开展精细化管理措施的研究。

2.1 污水管道系统互联安全保障研究

现有城市污水处理系统在运行管理过程中存在各种各样问题，如污水管网的收集能力和净水厂处理能力的不匹配，净水厂建设与污水管网建设进度之间的不协调及污水管网运行过程中突发故障引起的污水外溢等问题。

2.1.1 污水系统运行安全分析

（1）早期城市基础设施建设时，多结合经济及安全考虑对污水管道进行设计，原设计标准已不符合现状标准，净水厂各主要污水管道绝大部分为单通道形式，当在污水系统主通道出现结构性问题时，由于主通道转输的污水量大，现场难以完全导流，存在污水外溢风险。

（2）净水厂或污水泵站在检修或突发事故时，原大量污水无出路，存在外溢风险。

（3）在老城区彻底完成清污分流前，仍存部分合流排水体制区域，在雨季时降雨量大于原合流管道的设计能力时，会存在污水外溢河道风险。

下文将对Z市Y流域为例对污水管道系统安全保障开展研究。

2.1.2 Y流域污水系统概况及存在问题

Y流域内有3个污水系统，分别为A系统、B系统和C系统。每个污水系统均建有一座净水厂，A净水厂设计规模为55万t/d，近期运行规模约50万t/d；B净水厂设计规模为30万t/d，近期运行规模约28万t/d；C净水厂设计规模为30万t/d，近期运行规模约26万t/d。流域内现状污水管网总长约5000km。Y流域污水系统概况如图1所示。

图1 Y流域污水系统概况

Y流域内3个污水系统净水厂进厂污水主干管均为单通道，水量大、埋深深，部分干管所处位置地质差，建设年代久。流域内污水系统有多个泵站，基数大、突发溢流事故的风险绝对次数相应高。同时，流域内部分区域仍在进行清污分流改造，原有合流制管道设计标准低，在雨季容易发生污水外溢。

2.1.3 Y流域污水系统安全保障思路

结合Y流域已有的实际案例及系统关键点情况，并根据污水系统内现有设施情况，挖潜污水管网的互联调度能力，充分分析净水厂、污水泵站、污水管网之间的能力匹配，利用污水系统韧性降低甚至消除污水系统突发故障时污水外溢对水环境的影响。

2.1.4 Y流域污水系统安全保障方案研究

（1）流域现状互联设施能力。

Y流域内的3个污水系统有11座污水泵站，如图1所示。其中3个污水泵站可以使流域内的污水在3个系统之间起到互相联通作用，2个无数泵站可以系污水系统内起到互相联通作用，1处通过管道闸门可以控制污水进入2个不同的污水系统。其中B1泵站可将9万t/d污水转输至B系统净水厂、及可将5万t/d污水转输至C系统净水厂，B3泵站可将16万t/d污水转输至B系统净水厂、及可将16万t/d污水转输至A系统净水厂，C1泵站可将3万t/d污水转输至B系统净水厂；A6泵站可将22万t/d污水转输至A系统净水厂，A7泵站可将20万t/d污水转输至A系统净水厂；B2泵站下游的A系统与B系统节点可使用管道闸门控制5万t/d污水输送至A系统或B系统。

（2）流域内各污水系统净水厂富余能力。

Y流域各污水系统净水厂富余能力情况如表1所示。

表1 Y流域各污水系统净水厂富余能力情况

（3）互联通道调度方案。

B3泵站日常运行1/3水量输送至A净水厂、2/3水量输送至B净水厂。关于A系统，在A1、A2、A3、A4、A5污水泵站服务片区出现主干管或泵站故障时，可通过调节B3泵站转输流量，降低A污水系统内泵站的转输压力，减少污水外溢量；在A6或A7出水压力管出现故障时可通过A6、A7污水泵站直接互联的压力管通道，通过增大流速和水头损失方式将A6或A7污水泵站服务片区的污水转输至A净水厂。关于B系统，在B净水厂单条生产线检修时或污水主通道故障时，可分别将污水转输至A及C净水厂。关于C系统，在污水主通道检查时，可通过C1污水泵站将部分污水转输至B净水厂处理，从而减少C系统内污水导流压力。

通过以上互联设施能力及净水厂富余能力数据分析可知，A、B、C净水厂拥有短时接收其他系统污水的富余处理能力，同时污水泵站的转输能力满足系统之间调度的需求，通过互联调度提升Y流域内3个污水系统的运行安全性及韧性的方案是基本可行。在此基础上，为达到在Y流域污水系统内发生突发事故或净水厂和泵站的有检修需求时整个污水系统污水不发生外溢，需对现状污水系统进行互联调度规划的研究，通过增设污水联通通道、增大污水泵站转输能力、提高净水厂运行安全系数等措施达到污水完全不外溢的目标。

2.2 现状泵站正常运行保障研究

污水泵站为污水管网系统中最重要的设施之一，在正常的生产中，污水泵站无可避免地需要对泵站前池进行清淤及对设备进行常态维护，但在清淤及维护过程中无可避免地泵站需要暂停工作，原来转输的污水被迫在泵站服务区域范围内外溢。这与污水不外溢的这一目标产生了矛盾。

2.2.1 Z市污水泵站日常维护现状

Z市各污水系统现状污水泵站多为在净水厂停产检修的几天时间里，净水厂服务片区的泵站同步进行清淤或维护，时间仓促，清淤效果不佳。现状污水泵站的清淤维护工作状态是不健康的，存在周期不定、效果不可控等问题，不利于泵站正常生产管理。因此，在泵站日常维护同时能确保污水系统正常运行的精细化管理需求应运而生。

2.2.2 Z市污水泵站不停水维护实例

（1）日常吸砂清淤。

某D系统中D1泵站，设计规模10万t/d，实际运行规模约7万t/d，通过日常使用吸砂泵清淤已持续两年没有因清淤需求申请该污水泵站停产。实际上，污水泵站站长结合泵站日常运行经验，在进水格栅前，使用花杆探测积淤情况，从而判断后面的格栅及泵继续运行可能会受到淤积的影响，即需开展日常吸砂工作。通过泵站天车的配合，在前池放入吸砂泵进行吸砂操作，频率常规约为一周一次，年吸砂量为240m3。该方法简单易用，适用于前池区域有天车的现状泵站，虽然清疏频率高，但可基本保障污水泵站日常的清疏需求，确保泵站可正常运行。

（2）水下清淤机器人清淤。

某E系统中E1泵站，设计规模6万t/d，实际运行规模约5万t/d，清淤时通过水下清淤机械人与泵的启停配合下，开展清淤作业。对于该泵站，机械人经运行约15h后，清淤约30m3淤泥（砂），使用花杆检查泵站前池，清淤效果良好。该方法适用于水下情况清晰且集水池形状规整的泵站，但对于水下情况不明的、有大件杂物、行走坡度大或是具有大障碍物及坑洞的情况，适用性稍差。

（3）导流超越清淤及维护。

某F系统中F1泵站，设计规模2.5万t/d，实际运行规模约2.5万t/d，在原进水井设置导流潜水泵，总能力为1500m3/h，通过实测，在原泵站停泵的情况下，泵站进水井水位及出水稳定，上游区域没有出现溢流情况。使用导流超越方案的稳定性受以下因素影响：①来水垃圾。②前池容积。③出水管道。④泵并联后性能。在设计规模较大的泵站使用该方法时，需前置研定导流的稳定性。

导流超越方法最大优点为适用泵站维修、维护、清淤等各种需求的情况。

泵站日常维护的系统正常运行保障研究主要针对对象为现状已建成泵站，新建泵站均宜按维护清疏时不停产的理念进行设计，如进水格栅廊道及前池至少分两格，每格可通过泵站事故时设计流量等[1]。而对于现状污水泵站，除以上三种方式外，仍有其他方法或思路可考虑，如通过系统间调度在系统内实现污水不外溢，通过专项改造在扩建同时进行分格等方式。

3 结语

城市污水管网系统精细化管理任重道远，对于精细化管理，需不断在试错的过程中进步，在理论与实践之间互相促进、互相完善。如在污水管道系统互联安全保障研究中，通过分析污水系统内部及之间可利用余量，最大程度发挥系统的韧性，在挖掘现在系统韧性后，结合安全保障需求，启发系统未来互联建设规划的思路。在对现状泵站正常运行保障研究中，通过研究，深入了解泵站现状及存在的问题，了解泵站运行实际的需求，探讨保障安全生产及水环境安全的更多可能性，同时提高精细化管理水平，为排水运营行业的发展提供更多的思路。