某城區(qū)污水處理廠“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案研究

文／周鑫 安徽深渡規(guī)劃設(shè)計研究有限公司 安徽蕪湖 241000

1、污水系統(tǒng)現(xiàn)狀

1.1 總體情況

某城區(qū)污水處理廠現(xiàn)狀服務(wù)面積61.0km，主要用于收集城鎮(zhèn)生活污水及工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水，周邊村莊現(xiàn)狀及規(guī)劃均采用分散處理，不納入污水處理廠服務(wù)范圍。

近三年來污水廠年均進(jìn)水BOD5濃度僅為50mg/L，且整體呈逐年下降趨勢，依據(jù)《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》,針對城市污水處理廠進(jìn)水生化需氧量（BOD5）濃度低于100mg/L的，要圍繞服務(wù)片區(qū)管網(wǎng)，系統(tǒng)排查進(jìn)水濃度偏低的原因，科學(xué)確定水質(zhì)提升目標(biāo)，制定并實施“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案，穩(wěn)步提升污水收集處理設(shè)施效能。

1.2 污水處理廠現(xiàn)狀

污水處理廠現(xiàn)狀一二期總規(guī)模為6.0萬m/d，其中，一期工程建于2013年，并于2020年完成提標(biāo)改造，二期工程建于2021年，設(shè)計出水水質(zhì)達(dá)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級A標(biāo)準(zhǔn)。

2018～2020年污水廠一期處理規(guī)模為3.0萬m/d，年平均日進(jìn)水量分別為3.40萬m/d、3.30萬m/d、3.49萬m/d，污水廠長期處于超負(fù)荷狀態(tài)，污水管網(wǎng)長期高水位運(yùn)行；年平均日進(jìn)水BOD5分別為56.85mg/L、46.60mg/L、45.66mg/L，整體呈逐年下降趨勢（見圖1）。

圖1 污水廠一期工程2018～2020年進(jìn)水水量逐日變化

2021年污水廠二期通水后，一二期總規(guī)模達(dá)6.0 萬m/d，實際年平均日進(jìn)水量為5.20萬m/d，進(jìn)水BOD5為59.5 mg/L，污水廠擴(kuò)建后滿足該城區(qū)現(xiàn)狀污水排放需求（見圖2）。

圖2 污水廠一二期工程2021年進(jìn)水水量逐日變化圖

1.3 污水提升泵站現(xiàn)狀

城區(qū)內(nèi)共有污水提升泵站8座，其中6座現(xiàn)狀泵站，2座在建泵站。對其中1座泵站實際運(yùn)行規(guī)模及設(shè)計規(guī)模進(jìn)行對比分析，發(fā)現(xiàn)該污水泵站設(shè)計規(guī)模為60500m/d，納污范圍內(nèi)凈污水量為7500 m/d，實際運(yùn)行規(guī)模最小值7560m/d，最大值60480m/d，即存在大量外水涌水的現(xiàn)象（見圖3）。

圖3 某泵站污水泵站逐日進(jìn)水量變化圖

1.4 污水管網(wǎng)現(xiàn)狀

城區(qū)內(nèi)污水收集系統(tǒng)已基本成形，污水管總長136.5km，其中管徑在300＜DN≤500范圍內(nèi)占比達(dá)56.9%；管材主要以混凝土管及塑料管為主，其中混凝土管總長71.50km，塑料管總長65.0km，結(jié)合管材分布情況，發(fā)現(xiàn)市政污水干管及大管徑污水管以混凝土管為主，污水支管及小管徑污水管以塑料管為主；管道缺陷包括結(jié)構(gòu)性缺陷及功能性缺陷，污水管線共檢測出缺陷10355處，其中結(jié)構(gòu)性缺陷8529處，功能性缺陷1826處；管網(wǎng)混接現(xiàn)狀情況，包括市政污水接入市政雨水管、市政雨水接入市政污水管、源頭污水接入市政雨水管、源頭雨水接入市政污水管以及源頭排水單元內(nèi)部雨污混接等。

1.5 現(xiàn)狀問題分析與評估

1.5.1 污水管井缺陷滲漏嚴(yán)重

污水管道、檢查井結(jié)構(gòu)性缺陷嚴(yán)重，部分管道出現(xiàn)大面積的錯口和破裂，大量地下水進(jìn)入污水管，一方面加劇管道與污水廠處理量負(fù)荷，另一方面影響污水廠進(jìn)水BOD5濃度。

1.5.2 市政污水管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系異常

污水管網(wǎng)存在管道倒坡、管徑異徑（大管接小管）、出路異常等情況，降低了污水流速，造成了管道淤堵，影響了污水輸送效能。

1.5.3 管網(wǎng)混接嚴(yán)重

管網(wǎng)混接嚴(yán)重易導(dǎo)致以下風(fēng)險：污水管接入雨水管，存在污水直排河湖的風(fēng)險，造成污染環(huán)境，易形成黑臭水體；雨水管接入污水管，雨季雨水占據(jù)污水管網(wǎng)的輸送空間，減少污水管道的輸送能力，導(dǎo)致局部區(qū)域污水冒溢；大量雨水進(jìn)入污水處理廠，沖擊污水廠處理能力。

1.5.4 缺乏有效溝通污泥處理處置方案

管道污泥堆積在管道內(nèi)造成管道淤積堵塞，影響管道過流能力，此外管道淤積也是造成污水管道高水位運(yùn)行的原因之一。

2、外水入滲分析

本方案主要通過水量平衡法與水質(zhì)水量平衡法，對2021年污水廠二期通水后的情況進(jìn)行外水量分析計算（見圖4）。

圖4 外水量計算方法示意圖

2.1 水量平衡法

水量平衡法指當(dāng)污水全收集且不存在污水直排或外溢情況下，污水系統(tǒng)節(jié)點檢測水量減去凈污水量即為外水量，考慮到污水收集系統(tǒng)實際運(yùn)行過程中很難實現(xiàn)污水全收集，因此該法計算的外水量比實際值偏低，尤其是存在大量污水外溢的情況下，偏差更大。

該方法計算出污水廠晴天外水量為30262m/d，雨天外水量33033m/d，雨天較晴天外水量增加2771m/d，由于水量平衡法未考慮管道污染物的沿程沉積和降解，計算外水量偏高，實際外水量應(yīng)低于計算值。

2.2 水質(zhì)水量平衡法

水質(zhì)水量平衡法指污水廠進(jìn)水分為兩股，一股為污水，另一股為外水。根據(jù)區(qū)域內(nèi)生活污水、外水本底值，結(jié)合實際用水量和進(jìn)廠水質(zhì)水量數(shù)據(jù)，基于以下水質(zhì)水量平衡耦合方程（1），求解清潔外水量及實際納管污水量。

該方法計算出污水廠晴天外水量為21227m/d，雨天外水量為25805m/d，雨天較晴天外水量增加4578m/d，該結(jié)果更接近實際情況。

3、提質(zhì)增效目標(biāo)及思路

在厘清現(xiàn)狀的前提下，結(jié)合《“十四五”城鎮(zhèn)污水處理及資源化利用發(fā)展規(guī)劃》總體要求，以提升污水廠進(jìn)水濃度為重點，加快補(bǔ)齊城鎮(zhèn)污水收集和處理設(shè)施短板，消除城市建成區(qū)生活污水直排口，消除城中村、老舊城區(qū)和城鄉(xiāng)結(jié)合部生活污水收集處理設(shè)施空白區(qū)，實現(xiàn)城市生活污水集中收集效能提升，改善城市水生態(tài)環(huán)境為總體目標(biāo)，提出“廠、網(wǎng)、河、源”系統(tǒng)整治方案（見圖5）。

圖5 提質(zhì)增效目標(biāo)及思路

4、工程建設(shè)保障措施

4.1 污水廠改造方案

城鎮(zhèn)污水主要由綜合生活污水量、工業(yè)廢水量及入滲地下水量三部分組成。根據(jù)水務(wù)公司提供的區(qū)域用水?dāng)?shù)據(jù)，計算出該城區(qū)綜合生活污水量、工業(yè)廢水量為24500m/ d；在實際污水管網(wǎng)運(yùn)行過程中，通常情況下地下水位越高，滲入到污水管道的地下水水量越大，考慮到該城區(qū)地下水位高，入滲地下水量可按綜合生活污水和工業(yè)廢水總量的25%計算，則該城區(qū)入滲地下水量為6125 m/d，污水廠理論進(jìn)水規(guī)模為30625m/d，即污水廠現(xiàn)有污水處理能力可滿足城區(qū)污水排放需求。

4.2 市政污水管網(wǎng)改造方案

污水管網(wǎng)改造主要包括現(xiàn)狀污水管網(wǎng)完善、現(xiàn)狀污水管網(wǎng)修復(fù)、雨污水管網(wǎng)混接改造等三部分內(nèi)容。

污水管網(wǎng)完善主要根據(jù)現(xiàn)狀物探及排查成果，結(jié)合管網(wǎng)在建項目及相關(guān)排水專項規(guī)劃，對管網(wǎng)進(jìn)行分析診斷，并提出近遠(yuǎn)期完善方案；污水管網(wǎng)修復(fù)包括開挖修復(fù)及非開挖修復(fù)，在開挖或非開挖修復(fù)方法都可選擇的情況下，工程費(fèi)用是決定修復(fù)方法的重要指標(biāo)，修復(fù)工程造價主要有修復(fù)工程的建造安裝費(fèi)用、周邊設(shè)施設(shè)備的監(jiān)測、保護(hù)、臨遷、恢復(fù)等費(fèi)用，此外，還應(yīng)適當(dāng)考慮社會穩(wěn)定可能發(fā)生的費(fèi)用；對于雨污水管網(wǎng)混接點，可采用封堵、敷設(shè)新管等方式，改變原有管道的非法連接方式，恢復(fù)雨污分流。

4.3 建筑與小區(qū)雨污分流混接改造方案

源頭建筑與小區(qū)改造范圍應(yīng)從建筑單元排水至市政管網(wǎng)接戶井，包括建筑內(nèi)部排水系統(tǒng)、室外排水系統(tǒng)。根據(jù)不同建設(shè)條件，可將改造方案分為以下六類：

Ⅰ類：現(xiàn)狀為合流制排水系統(tǒng)，有條件新建一套排水管道，將原合流管作為污水管用，新建雨水管；或原合流管作為雨水管用，新建污水管；有條件進(jìn)行立管改造，新增雨水立管接入室外雨水管，現(xiàn)有陽臺立管經(jīng)室外水封井接入室外污水管。

Ⅱ類：現(xiàn)狀為合流制排水系統(tǒng)，有條件新建另外一套排水管道，將原合流管作為污水管用，新建雨水管；或原合流管作為雨水管用，新建污水管；但無條件進(jìn)行立管改造，將現(xiàn)狀合流立管接入室外污水管，立管末端加設(shè)截流設(shè)施，截流設(shè)施與室外雨污水管都連通，旱季時合流立管內(nèi)的污水進(jìn)入室外污水管，雨季時合流立管內(nèi)的雨水溢流進(jìn)入室外雨水管。

Ⅲ類：現(xiàn)狀為分流制排水系統(tǒng)，存在混接錯接等，將截斷混接的管道，接至正確的管道；有條件進(jìn)行立管改造，新增雨水立管接入室外雨水管，現(xiàn)有陽臺立管經(jīng)室外水封井接入室外污水管。

Ⅳ類：現(xiàn)狀為分流制排水系統(tǒng)，存在混接錯接等，將截斷混接的管道，接至正確的管道；但無條件進(jìn)行立管改造，將現(xiàn)狀合流立管接入室外污水管，立管末端加設(shè)截流設(shè)施，截流設(shè)施與室外雨污水管都連通，旱季時合流立管內(nèi)的污水進(jìn)入室外污水管，雨季時合流立管內(nèi)的雨水溢流進(jìn)入室外雨水管。

Ⅴ類：現(xiàn)狀為合流制排水系統(tǒng)，且無條件新建一套排水管網(wǎng)，則進(jìn)行末端截污，旱季污水排入市政污水管，雨季合流水溢流至市政雨水管。

Ⅵ類：對于已列入城市更新計劃的排水單元，其雨污分流改造應(yīng)隨城市更新一并實施。

4.4 海綿城市改造方案

源頭地塊進(jìn)行雨污分流的同時，開展源頭地塊海綿改造，以提高徑流污染控制效果或有效削減徑流量，主要措施包括環(huán)保型雨水口、雨水?dāng)嘟庸?、透水鋪裝、下沉式綠地、雨水花園、初期雨水棄流設(shè)施等。

4.5 污水提升泵站改造方案

已建污水泵站均各自獨立運(yùn)行，以人工手動啟閉為主，缺乏系統(tǒng)智慧化管理運(yùn)行，為提高城區(qū)生活污水集中收集率，更準(zhǔn)確的了解各泵站的排水情況，對污水系統(tǒng)內(nèi)已建污水泵站進(jìn)行智能化改造，實現(xiàn)污水泵站水量監(jiān)測、水質(zhì)監(jiān)測、水位監(jiān)測、安防監(jiān)控、智能化運(yùn)維和遠(yuǎn)程自動化控制，為日后該城區(qū)智慧水務(wù)打下基礎(chǔ)。

4.6 在線監(jiān)測及智慧管理平臺建設(shè)

在線監(jiān)測以現(xiàn)狀問題及目標(biāo)為導(dǎo)向，統(tǒng)籌考慮控源截污和提質(zhì)增效等監(jiān)測目標(biāo)，以針對性、靈活性、可持續(xù)性為原則，編制綜合性在線監(jiān)測方案，從整體監(jiān)測為初步抓手，掌握區(qū)域整體情況，針對重要節(jié)點，掌握區(qū)域排水基本負(fù)荷，支持基礎(chǔ)性管理工作的開展。后期逐步開展區(qū)域監(jiān)測及精細(xì)監(jiān)測，覆蓋源頭-過程-末端全過程，形成精細(xì)化的監(jiān)測體系。

智慧管控平臺以市政排水管網(wǎng)綜合管控為目標(biāo)，以體系化的在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)為抓手，以可靠的物聯(lián)傳輸網(wǎng)絡(luò)為手段，并通過可持續(xù)的運(yùn)維管理，實現(xiàn)區(qū)域市政排水管網(wǎng)的遠(yuǎn)程自動化管理。平臺同步接入?yún)^(qū)域數(shù)學(xué)模型，以“孿生”的方式，數(shù)字化重現(xiàn)區(qū)域排水管網(wǎng)，既可回溯重大歷史事件發(fā)生的根本原因，又可預(yù)演大型工程措施的實際效果。排水管網(wǎng)智慧管控平臺在實現(xiàn)底層基本功能的同時，保留對上的接口，保證后期同步納入涉水一體化平臺，杜絕“信息孤島”發(fā)生。

5、非工程保障措施

5.1 組織保障措施

成立由分管區(qū)領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任提質(zhì)增效領(lǐng)導(dǎo)小組組長，區(qū)相關(guān)職能部門、屬地街道、水務(wù)、污水廠等部門領(lǐng)導(dǎo)為副組長的提質(zhì)增效工作領(lǐng)導(dǎo)小組。明確職責(zé)，細(xì)化分工，圍繞目標(biāo)任務(wù)，按照時間節(jié)點狠抓落實，建立起各司其職、齊抓共管的工作格局。

5.2 健全排水管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量管控機(jī)制

建立覆蓋全流程的排水管網(wǎng)質(zhì)量管理體系，強(qiáng)化對工程設(shè)計、材料采購、進(jìn)場驗收、管材送檢、工程施工等重要環(huán)節(jié)監(jiān)管。加大對管材市場的監(jiān)管力度，嚴(yán)厲打擊假冒偽劣管材產(chǎn)品，加強(qiáng)管道基礎(chǔ)、接口、回填等關(guān)鍵節(jié)點的施工管控，嚴(yán)格把關(guān)檢測、試驗、驗收等各個環(huán)節(jié)，確保工程質(zhì)量，嚴(yán)管重罰違規(guī)失信行為。

5.3 健全污水接入和服務(wù)管理制度

健全生活污水應(yīng)接盡接制度，要求市政污水管網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)的生活污水應(yīng)當(dāng)按照雨污分流方式接入市政排水管網(wǎng)，嚴(yán)禁雨污混接錯接；嚴(yán)禁小區(qū)、城中村或單位內(nèi)部雨污混接或錯接，嚴(yán)禁污水直排；制定排水戶管理相關(guān)規(guī)定，建立排水戶管理信息系統(tǒng)；申請污水排入市政管網(wǎng)許可，依法規(guī)范接入，并嚴(yán)格按許可要求排放污水。

5.4 規(guī)范工業(yè)企業(yè)排水管理

開展對進(jìn)入市政污水收集設(shè)施的工業(yè)企業(yè)排查工作，經(jīng)評估認(rèn)定污染物不能被污水廠有效處理或可能影響污水廠出水穩(wěn)定標(biāo)的，要限期退出；經(jīng)評估可繼續(xù)接入污水管網(wǎng)的，工業(yè)企業(yè)應(yīng)當(dāng)依法取得排污許可。

5.5 健全排水設(shè)施專業(yè)運(yùn)行維護(hù)管理機(jī)制

積極推進(jìn)“廠-網(wǎng)-河（湖）”一體化、專業(yè)化運(yùn)行維護(hù)，實現(xiàn)污水廠、管網(wǎng)與河湖水體聯(lián)動。推行全流域、全要素綜合治理模式，以流域為單元，構(gòu)建“廠、網(wǎng)、河、站、源”全要素治理總圖，進(jìn)行科學(xué)治理、統(tǒng)一調(diào)度。建立健全流域管理機(jī)制，對流域內(nèi)水務(wù)設(shè)施進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一考核。

結(jié)語：

針對污水處理廠進(jìn)水濃度低、污水系統(tǒng)高水位運(yùn)行、外水大量匯入等問題，應(yīng)厘清現(xiàn)狀，開展“一廠一策”系統(tǒng)化整治方案的研究，分析外水來源，通過一系列工程及非工程等措施，“收污水、擠外水”，從而實現(xiàn)污水系統(tǒng)提質(zhì)增效。