南方某水質凈化廠污水系統旱天外水入流調查

韓建，李明，馬龍，周方，王偉

(中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，陜西 西安 710065)

1 引 言

城鎮污水系統的外水入侵會增加污水處理廠進廠水量、降低進水濃度，導致污水處理廠運行負荷和成本增加，同時影響污水處理工藝和出水穩定。國家住建部等三部委2019年4月出臺《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019～2021年)》，要求各地政府針對當前BOD5濃度低于 100 mg/L以下的污水處理廠，要圍繞服務片區管網制定“一廠一策”系統化整治方案，明確整治目標和措施。其中污水系統“擠外水”工作是各地提質增效行動的關鍵和難點。

污水系統旱天外水入侵問題按類型可分為旱天外水入流和旱天地下水入滲。此前研究主要基于水質水量平衡分析等方法估算片區內的外水入滲入流總量，且主要針對地下水入滲問題[1～6]，對旱天外水入流問題及其來源調查方法研究不足，不能完全滿足提質增效工作中“擠外水”工作的工程需求。因此，本文基于南方某水質凈化廠的提質增效排查與評估工程實踐，進一步探討外水入流調查的技術路線、調查方法和工程應用，提出外水剝離整治措施，為城鎮污水處理提質增效工程提供準確的外水調查基礎資料。

2 排水系統概況

某水質凈化廠位于龍崗河流域上游，分為一期、二期，兩期現狀規模均為10萬m3/d，服務面積約 43.0 km2，服務人口約43萬人。服務片區內有1處現狀規模1.0萬m3/d的污水泵站和現狀規模1.0萬m3/d的分散式處理設施。服務片區內市政污水管網約 270 km，小區及城中村污水管網約 950 km。水質凈化廠污水收集系統圖如圖1所示。該水質凈化廠一期、二期2019年平均進廠濃度分別為 63.35 mg/L和 87.75 mg/L，均低于 100 mg/L。

圖1 水質凈化廠服務片區污水收集系統圖

3 調查方法

3.1 外水類型

參照《深圳市排水系統雨污混接調查技術導則(試行)》中的術語定義，外水包括通過倒灌、截流、錯排、滲漏、錯接等方式進入水質凈化廠的河水(海水)、山溪水、施工降水、地下水和清潔雨水等。結合區域和工程實際情況，本文中污水系統旱天入流外水包括清潔基流(雨后72小時的旱天仍未斷流的山溪水和水庫、小湖塘未斷流的下泄流量等的總稱)、河水倒灌、施工降水、自來水廠排泥水和自來水滲漏等集中入流的外水類型。由于地下水入滲呈現出入滲點分散、分布廣泛和數量巨大的特點，難以完全調查清楚，一般通過固定比例法或經驗公式法估算區域入滲量，本文不進行討論。

3.2 技術路線

污水系統旱天外水入流調查總體思路為正向、逆向排查相結合，逆向為主、正向為輔。其中逆向排查思路為通過分析污水系統關鍵節點的水質水量監測數據，篩選污水系統旱天外水入流重點區域，從濃度異常點位出發逆向溯源查找外水源頭；正向排查思路為通過收集施工工地清單和自來水廠清單等資料后逐一調研等方式正向排查外水情況，如圖2所示。

圖2 旱天外水入流調查技術路線

排查至外水源頭后，調查并記錄外水類型、外水位置、外水水質水量、外水進入污水系統的路徑等相關信息，最終匯總為“外水一張表”和“外水一張圖”。最后匯總分析片區外水量，評估其對污水處理廠進廠濃度的影響程度，并提出剝離外水的整治措施建議。

3.3 逆向外水調查

(1)水質水量監測

①污水系統水質水量監測

污水系統水質水量監測的目的是篩選外水重點入侵區域。監測點位一般布置在市政污水管網和截污管網干管和支管接駁井，可根據現場實際情況進行調整，如圖3所示。監測時段為晴天夜間低峰時段(凌晨2點～6點)，該時段污水/截污管網中的生活生產污水較少，外水占比更為凸顯。監測指標包括瞬時流量、CODCr和NH3-N。其中瞬時流量采用便攜式多普勒流量計、轉子式流速儀或雷達波測速儀等儀器監測；CODCr和NH3-N指標取樣送具備相關資質的實驗室采用國標法進行水質檢測。同時還需對市政次支管接駁井進行加密監測，考慮到次支管監測點位數量較多，為控制成本及提高檢測效率，僅用水質快檢試紙檢測NH3-N指標。

圖3 污水系統水質水量監測布點圖

②截流設施水質水量監測

截流設施監測點包括截流排口、河道總口上游排口和截流井，需結合排口溯源等工作同步開展。監測指標監測指標包括瞬時流量和NH3-N。其中瞬時流量采用便攜式多普勒流量計、轉子式流速儀、雷達波測速儀等儀器或容積法測量；NH3-N采用水質快檢試紙進行檢測。

(2)外水溯源

根據污水管網和截流設施水質水量監測結果，初步篩選出濃度偏低或明顯降低的點位，即可能存在外水入侵問題的重點區域。針對外水入侵重點區域，逐級向上布點，通過快檢試紙檢測CODMn和NH3-N，直到溯源至外水源頭。其中污水管網只需溯至外水源頭；截流設施上游為合流或雨水管網，則需溯至所有外水源頭和污水源頭方可滿足工程需求。現場溯源以人工開井檢查為主，疑難點和關鍵點使用QV設備輔助，無法直觀分辨清污水的需要通過快檢試紙檢測水質。

3.4 正向外水調查

除逆向調查外，還可根據不同類型外水的分布規律及現有排水資料，進行正向外水調查。

(1)清潔基流。一方面根據現有地形圖繪制山谷線，沿山腳逐個排查，重點關注清潔基流較多的山谷線與建成區交接處。另一方面分析建成區內的公園和小湖塘庫等水體周邊排水管線，現場逐個排查是否有清潔基流接入污水管網或通過截流設施進入截流管網。

(2)河水倒灌。片區內沿河截流管多位于河道內，河道水位較高的河段存在河水向沿河截流管倒灌的風險。通過沿線開井巡查，排查沿河截流管的倒灌點。

(3)施工降水。通過向相關主管部門調研獲得片區主要在建工地清單和地理位置，現場逐個調研其施工降水預處理及排放情況，并通過分析下游管網判斷施工降水最終是否進入污水/截污系統。

4 調查成果

4.1 典型案例分析

(1)污水/截污干支管逆向調查案例

西湖路某污水支管節點夜間低峰監測流量 180 m3/d，CODCr=46 mg/L，NH3-N=7.4 mg/L，BOD5=19.3 mg/L，濃度明顯偏低，判斷上游管段可能存在外水入侵問題。通過現場人工逐個開井目視檢查及QV設備輔助逆向溯源，最終查明上游某工業廠區內存在2處清潔基流接入市政污水管，流量約 240 m3/d，如圖4、圖5所示。

圖4 西湖路污水管外水調查成果圖

圖5 西湖路污水管上游兩處清潔基流

(2)截流設施逆向溯源案例

簡坑河上游市政暗涵下游現狀存在截流堰，在該暗涵排口調查中發現某排口水量較大，水質不黑不臭，判斷上游存在外水入侵。經過對該排口進行溯源調查，發現上游存在一水塘，水質良好(NH3-N=0.2 mg/L)，流量約 970 m3/d，排放入簡坑河上游市政暗涵后，被下游總口截入污水泵站，最終進入水質凈化廠，如圖6、圖7所示。

圖6 簡坑河上游市政暗涵外水調查成果圖

圖7 簡坑河上游市政暗涵排口(左)和源頭水塘(右)

(3)正向外水調查案例

根據建設單位提供的“在建工程工地清單”和“已建自來水廠清單”逐一開展調研，主要發現：4處在建地鐵工地施工降水經三級沉淀池處理排放入雨水箱涵后被總口截流進入污水系統；3個自來水廠反沖洗水和排泥水最終進入污水處理廠，如圖8所示。上述7處外水懸浮物超標，但CODCr、NH3-N和BOD5接近或達到地表V類水標準，外水量共 7 730 m3/d。

圖8 某地鐵工地施工降水(左)和某自來水廠排泥水(右)

4.2 調查成果匯總

經過上述現場排查與分析評估，污水處理廠濃度偏低原因如下：①清潔基流、施工降水、河水、地下水等清潔水通過河道總口、截流排口或錯混接等途徑接入污水系統；②管網雨污混接較為嚴重，雨天濃度降低明顯；③低濃度工業廢水排放量較大；④化糞池和污水管道沉積降解明顯。其中外水入流是導致旱天進廠濃度偏低的主要原因[7]。結合逆向溯源和正向調查兩種方法，現場共排查出入流外水3.99萬m3/d，占旱季進廠總水量的20.3%。其中清潔基流 22 077 m3/d，占比55%；河湖水倒灌 9 363 m3/d，占比23%；水廠排泥水 5 780 m3/d，占比15%；施工降水 2 228 m3/d，占比6%；自來水滲漏 450 m3/d，占比1%，如圖9所示。

圖9 入流外水調查成果餅狀統計圖

5 剝離措施

5.1 工程措施

旱天外水主要通過總口、截流排口和截流井等末端截流設施和雨污錯混接進入污水系統。外水剝離工程措施如下：

(1)通過總口、截流排口和截流井等末端截流設施進入污水系統的清潔外水，應對總口、截流排口或截流井的匯水范圍進行系統整治。主要整治原則是通過溯源查明清潔外水通道上的污水來源，并通過市政管網雨污分流工程改造、小區/城中村正本清源改造等工程措施截污納管。末端截流措施處水質經評估達標后可予以拆除，實現清污分離，污水入廠，清水入河。

(2)通過錯混接進入污水系統的清潔外水，應通過市政管網雨污分流工程改造或正本清源改造，新建管道將清潔外水接入雨水系統，同時需要保證下游雨水管管徑滿足流量排放要求且雨水系統下游應消除截流措施。

5.2 管理措施

針對施工降水和自來水廠排泥水等類型的外水，需要通過管理措施解決。

(1)排水管養單位加強對各類施工工地的巡查，發現水質不達標或排放入污水系統的應督導相關單位及時整改。

(2)自來水廠運營單位應加強排泥水的管理，通過處理回用工藝的提標改造，提高排泥水的回用率，減少對自然水體或污水系統的沖擊。

6 實施效果

相關工程實施后，一期2021年平均進廠濃度分別達到 90.18 mg/L，較2019年同比提升42.3%；二期2021年平均進廠濃度達到 101.98 mg/L，同比提升16.2%；剝離外水后，一期和二期進水總量下降了2.08萬m3/d，同比下降9.7%，如表1所示。進廠水質明顯提升，進廠水量有所下降，實現了污水系統提質增效。

表1 某水質凈化廠進廠水量和BOD5濃度

7 結 論

水質凈化廠污水系統外水入流調查工作是排水管網提質增效工作的重點和難點。外水入流調查需要堅持逆向和正向調查相結合的原則，一方面從水質水量監測異常點位出發，逆向溯源排查外水，另一方面也要根據各類型外水的分布特點、綜合分析現有排水資料，進行正向排查。同時現場排查工作要分區分片、扎實細致地推進，做好片區外水入流問題的臺賬記錄。最后通過工程措施和管理措施剝離入流外水，實現污水系統提質增效。