跨系統(tǒng)污水輸送智慧調(diào)度方案研究

顧利峰 曹偲佳 馬小杰

摘要：為應對日益嚴峻的污水處理形勢，越來越多的區(qū)域?qū)⒉煌潘到y(tǒng)予以聯(lián)通，以提升區(qū)域污水收集與處理保障率，本文利用智慧水務技術(shù)，構(gòu)建了跨排水系統(tǒng)污水輸送智慧調(diào)度系統(tǒng)，并采用實際數(shù)據(jù)進行了模擬運行，模擬結(jié)果顯示該套系統(tǒng)在提升區(qū)域污水處理安全性的同時，經(jīng)濟效益亦十分突出。

關(guān)鍵詞：智慧水務;排水系統(tǒng);污水廠;排水管網(wǎng);智慧調(diào)度

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）12-00-02

Abstract：In order to cope with the increasingly severe sewage treatment situation， more and more regions connect different drainage systems in order to improve the guarantee rate of regional sewage collection and treatment. In this paper， an intelligent dispatching system for trans-drainage sewage transportation is constructed by using intelligent water technology， and the actual data are used to simulate the operation. The simulation results show that the system improves the safety of regional sewage treatment. At the same time， the economic benefits are also very prominent.

Key words：Wisdom water;Drainage system;Sewage treatment plant;Drainage pipe network;Intelligent scheduling

當前，隨著水污染防治行動計劃的陸續(xù)執(zhí)行，不但常規(guī)的污水收集率不斷提高，而且，初期雨水、農(nóng)村污水等不斷納入了城市污水管網(wǎng);另一方面，由于歷史原因，污水處理規(guī)劃相對滯后，兩者的矛盾日益突出，這給污水系統(tǒng)帶來了極大的壓力。面對日益嚴格的減排要求，我們一方面盡快落實規(guī)劃的項目，提高污水處理能力，另一方面，結(jié)合管網(wǎng)改造，將臨近的污水系統(tǒng)聯(lián)通，以提高污水處理安全性。舊的運行模式，采用水位控制泵啟停方式，主要用于應對樹狀的排水系統(tǒng)，難以應對新的復雜的形勢，也不能充分挖掘排水設施的潛力。本文借助先進的智慧水務模擬仿真技術(shù)，突破廠網(wǎng)分離運行的技術(shù)約束，通過構(gòu)建廠網(wǎng)聯(lián)動智慧管理模型，對原有的污水管理調(diào)度模式進行優(yōu)化和驗證，充分發(fā)揮現(xiàn)有設施的綜合效能，從區(qū)域角度探索提升區(qū)域污水廠-網(wǎng)智慧調(diào)度技術(shù)，提升排水企業(yè)管理水平。

1 項目概況

1.1 污水廠概況

A廠現(xiàn)狀設計規(guī)模5.5萬m3/d，污水處理采用MBBR+高速氣浮池+超濾+紫外消毒;B廠現(xiàn)狀設計規(guī)模12.0萬m3/d，污水處理Bardenpho工藝+磁混凝沉淀+反硝化濾池+二氧化氯消毒;兩廠出水均要求穩(wěn)定達到上海市準IV類水標準。

兩廠均采用BOT模式建設，A廠結(jié)算水價比B廠高0.5元，A廠保底水量5.0萬m3/d，B廠保底水量10.5萬m3/d。

1.2 污水輸送系統(tǒng)概況

A廠服務范圍約為38.2km2，污水廠位于服務范圍的北側(cè)，由8座提升泵站主要分成3路總管向污水廠輸送污水;B廠服務范圍約為93.2km2，污水廠位于整個服務范圍的西北端，由13座污水提升泵站，經(jīng)梯級提升，主要分成兩路總管向污水廠輸送污水。

兩廠服務范圍緊鄰，A廠服務范圍位于B廠服務范圍的東北側(cè)。

1.3 排水系統(tǒng)聯(lián)通工程

擬在A廠進水總管的西端與B廠進水總管的東北段之間設置聯(lián)通管及雙向調(diào)度泵站1座，聯(lián)通管管徑DN500，管長約6km。

經(jīng)測算，調(diào)度噸水提升電費0.027元/m3;自B廠調(diào)度向A廠的污水，由于調(diào)入點后續(xù)無泵站，不增加提升費用;自A廠向B廠調(diào)度，由于調(diào)入點后續(xù)尚有3座污水泵站，污水提升電費約為0.081元/m3;即，僅從水量提升角度考慮，向A廠輸送更為有利，可節(jié)約成本約0.054元/m3。

2 調(diào)度方案研究

2.1 最大處理能力

污水廠處理能力主要受制于生物池的處理能，而生物池反應效率，除受污泥濃度等設計因素影響較大外，主要受氣溫影響，考慮本地區(qū)污水廠生物處理設計余量以及水力通行能力，暫定冬季（12月、1月、2月）最大處理能力，同設計規(guī)模，其余時期最大處理能力為設計規(guī)模的1.15倍。

2.2 調(diào)度策略研究

考慮安全與技術(shù)經(jīng)濟兼顧原則，擬定調(diào)度策略如下：

（1）總進水量小于總保底量時，由于污水調(diào)度費用遠低于處理費用，當某一廠進水量低于保底水量時，優(yōu)先考慮通過調(diào)度補齊保底水量，且優(yōu)先將污水輸送費低的廠向保底流量方向調(diào)整，直至該廠滿足保底流量。

（2）總進水量大于總保底水量時，且小于日最大總處理水能力時，超過保底水量部分，按經(jīng)濟原則，分配給成本較低的污水廠進行處理。

（3）在總處理水量超當日處理量情況下，超量水按兩廠規(guī)模予以分配，以增加整個系統(tǒng)的安全性。

2.3 調(diào)度模擬

當前，隨著水污染防治行動計劃的出臺，污水干線和污水處理廠面臨日益嚴格的減排要求，舊的運行模式難以充分發(fā)揮現(xiàn)有設施的最大效益[1]。隨著計算機技術(shù)，包括模擬仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，排水智慧化管理技術(shù)日益成熟，為提升城鎮(zhèn)污水管理水平創(chuàng)造了有利條件。為此本項目擬設置智慧調(diào)度系統(tǒng)，對管網(wǎng)輸送污水量進行調(diào)配，為驗證調(diào)配效果，按上述控制策略，采用兩廠某年進水量等數(shù)據(jù)進行了污水量調(diào)配模擬。

A廠該年度進水量2.24萬～6.89萬m3/d，平均日進水量4.96萬m3/d，其中進水量小于保底水量天數(shù)為182天，進水量大于設計規(guī)模為85天;B廠該年度進水量6.88萬～14.84萬m3/d，平均日進水量11.95m3/d，其中進水量小于保底水量天數(shù)為62天，進水量大于設計規(guī)模為194天。模擬結(jié)果見圖1。

經(jīng)調(diào)度模擬后，A廠該年度進水量5.00萬～6.80萬m3/d，平均日進水量5.14萬m3/d，其中進水量小于保底水量天數(shù)為0天，進水量大于設計規(guī)模為45天;B廠該年度進水量6.14萬～15.73萬m3/d，平均日進水量12.14m3/d，其中進水量小于保底水量天數(shù)為33天，進水量大于設計規(guī)模為214天。經(jīng)過智慧水務系統(tǒng)調(diào)度，污水廠日均處理量范圍變窄，最高日處理量變小，在保證出水效果的前提下，污水處理安全性更高。

將污水處理費用按保底水量帶入計算，則該年度采用智慧調(diào)度方案可向A廠少支付約136.68萬元，向B廠少支付約99.89萬元，合計少支付約236.57萬元;這主要是由于兩廠水量經(jīng)智慧調(diào)節(jié)后，低于保底水量的天數(shù)減少，污水廠設施利用率提高;而污水量大時，則優(yōu)先選取處理費用低的污水處理廠，進一步節(jié)約了政府污水處理費用支出。

此外，B廠向A廠調(diào)度，年調(diào)度污水量127.80萬m3，根據(jù)匡算可節(jié)約污水輸送電費約6.90萬元，而A廠向B廠調(diào)度需增加電費約4.86萬元，總計節(jié)約污水輸送費用約2.04萬元。

經(jīng)投資估算，調(diào)度工程總費用1380.18萬元，根據(jù)模擬，年度總調(diào)水量187.81萬m3，在提升污水系統(tǒng)安全性的同時，年度節(jié)約費用支出約238.61萬元，環(huán)境效益、經(jīng)濟效益均較好。

4 結(jié)論和建議

不同排水系統(tǒng)之間設置聯(lián)通管確實可以提高污水收集-處理系統(tǒng)的安全性，通過疊加智慧調(diào)度系統(tǒng)，進一步挖掘了現(xiàn)狀排水設施的效益，但也可以看出，該套系統(tǒng)僅能在小范圍內(nèi)提升排水設施效益，倘若處理能力缺口太大，還是需要增設污水收集與處理設施。該套系統(tǒng)目前僅初步將排水管網(wǎng)與污水處理廠耦合，建議后續(xù)結(jié)合排水管網(wǎng)水力模型、污水處理活性污泥模型等最新技術(shù)的發(fā)展，進一步研究線中調(diào)蓄、污水處理能力挖掘等技術(shù)，從區(qū)域排水系統(tǒng)管理角度，逐步挖掘現(xiàn)有排水設施能力，提升排水設施保障水平。

參考文獻

[1]廖青桃，譚瓊，時珍寶，等.城市污水處理廠廠網(wǎng)聯(lián)動平穩(wěn)輸送運行優(yōu)化研究[J].給水排水，2016，42（12）：21-24.

收稿日期：2019-11-05

作者簡介：顧利峰（1983-），男，漢族，本科學歷，助理工程師，研究方向為污水（污泥）處理。