基于運維角度談城市污水管網系統優化

何偉健

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

隨著我國科學技術的不斷發展，以及人們安全環保意識的逐漸增強，國家對污水的排放也制定了一系列的硬性要求[1]。為了更好地運行維護（以下簡稱“運維”）管理污水系統，需摒棄“重建設輕管理”的觀念，從運維管理角度設計和建設污水系統，才能最大限度發揮污水系統的效益。根據多年設計經驗，在與建設單位、運維單位、城鎮街道負責人等多方探討后本文得出以下研究結論。

1 污水管網建設與管理之間的矛盾

根據以往項目經驗，總結出目前污水系統建設、水環境治理與運維管理之間的矛盾主要有以下5 點。

1.1 污水管敷設的路由與污水管維護檢修的矛盾

由于管道建設用地協調問題，沿河涌建設的部分涌邊截污管敷設在農田、魚塘邊、涌底，或者以掛管形式掛設在堤岸擋墻上。工程完工后，這些管道往往由于缺少檢修需要的設備通道，被違法建設騎壓掩蓋或人為破壞，而無法得到有效檢修和維護，導致部分關鍵節點管網無法正常運行。最終造成污水溢流至河涌，或河涌水倒灌至污水管網中，嚴重降低了污水系統運行效率及污水處理效率，不符合提質增效的目標。

1.2 污水管網運行水位較高與污水管網隱患檢測的矛盾

污水處理系統中污水管網運行水位高的原因有很多種，包括末端截污、管道過流能力不足，管道存在缺陷，泵閘調度不合理，污水處理規模偏小等，而高運行水位導致污水管網常年以滿管狀態運行，從而無法對污水管網進行完整全面的檢測，難以發現和確認污水管網存在的問題。在城中村截污納管及排水單元達標創建過程中，污水管網高水位運行往往對設計方案有著顛覆性的影響。如果無法排查管網中的錯混接情況，雨污分流將無法徹底完成[2]。

1.3 污水系統主通道單一與污水主管檢測維修的矛盾

污水管網一般以支狀管網分布，每個分區都只通過一根污水主管承擔轉輸任務。在污水系統運行管理中，污水系統主管檢測維修工作是運維單位最難推進的工作之一，其主要原因是污水主管的運行水位一般較高，且難以降低，無法對其進行檢測；若主管出現較嚴重的問題時，對該段主管進行修復時也會對上游污水管網的轉輸造成影響。對排水設施管理要求的逐漸提高，污水系統主通道若單一運行則不利于維護保養，迫切需要增加備用通道，滿足主管定期檢測維修的需求。

1.4 水環境治理與污水處理廠減產、停產的矛盾

污水處理廠維修故障設備、檢測設備或工藝升級時需減產或停產，此時在污水處理系統污水量不變的前提下，污水勢必會溢流至周邊水體，對水環境造成較大的污染，且水體持續受污染的時間與污水處理廠檢修時長密切相關，暫無其他有效解決辦法。

1.5 污水系統運行智能化與管網維護工作滯后性的矛盾

目前的污水系統缺少數據采集硬件，無法有效采集管網系統的日常運行流量、水位等數據，導致搭建智慧排水系統一體化運行平臺存在困難。管網維護工作缺少預警和智能化調度環節，通常是在水體污染或經濟損失發生后才溯源尋找問題并進行治理，管網維護工作十分被動和滯后。

2 污水系統升級優化措施分析

污水治理是實現國家環境與資源有效利用以及可持續發展的必然選擇。針對上述主要矛盾，本文分別從優化涌邊截污管道、降低管網運行水位、新建污水系統備用主干管、污水處理系統互聯互通、構建智慧排水系統5 個方面進行分析論述[3]。

2.1 優化涌邊截污管道

對已建的涌邊截污管或掛管進行改造升級，結合碧道建設、涌邊涉水違建治理、堤岸整治等工作，打通檢修通道，將現有的涌底管或者涌邊掛管改造上岸。另外，在后續新建涌邊管網設計中應充分考慮檢修需要的設備通道，在滿足最小用地條件下選取合適管位。圖1、圖2分別為新市涌蕭崗村段掛管截污整治前后的現場照片，通過將涌邊建筑首層改造為騎樓，并在涌邊創建截污管埋設條件，同步對沿線房屋化糞池進行整治，整段河涌水環境得到大大提升。

圖1 掛管截污整治前

圖2 掛管截污整治后

2.2 降低管網運行水位

（1）對污水系統主管進行擴容改造。對污水系統的污水主管進行水力校核，對過流能力不滿足轉輸流量需求的主管進行擴容改造，或尋找新路由，建設污水轉輸管道，以滿足污水轉輸需求，達到降低污水管網運行水位的目的。

（2）優化升級污水提升泵站。核算污水提升泵站規模，對泵站進行提升改造。泵站規模設計除滿足本片區規劃污水量外，還需結合污水系統特點，在規模計算中增加安全系數，以應對日后調整污水系統納污范圍而增加的污水量。

（3）排除系統外水。外水主要指山水、河涌水、灌溉水等地表水體，通常通過截留合流渠箱、涌邊截流口倒灌等方式進入污水系統。治理系統外水主要涉及污水系統提質增效，主要整治措施及步驟如下：對系統污水管網進行充分摸查，對關鍵節點流量和水質進行分析，得出外水點，針對外水點采取管網完善、排口改造、排水單元達標改造、管網修復及養護、合流渠箱清污分流等措施控制河涌水位。

防止外水入侵污水系統的對策如下：避免重復截污、準確控制截流量及減少雨水截流量，并通過徹底的清污分流逐漸廢除截污系統；通過管道修復解決管道缺陷導致的地下水、河水和山水入滲問題；通過設置閘門控制河道水位，或優化排水口拍門、鴨嘴閥、下開式堰門等設施，減少河水和潮水的倒灌；利用行政手段督導自來水和工地水入侵污水系統等問題[4]。

（4）優化污水提升泵站聯合調度。在多泵站串聯提升的污水系統中，由于上下游提升泵站的調度未聯網，各級泵站進水管處于高水位狀態。為此，需要將多個污水提升泵站進行聯合調度優化，可結合智慧排水系統的建設，通過管道流量實時監控或液位實時監控等手段實時傳輸系統運行信息，同時增加并聯泵站和轉輸管網，建設并聯污水調度系統，軟硬件結合實現污水管網運行水位實時調度優化。

2.3 新建污水系統管備主干用管

根據現有污水系統主干管運行情況、污水系統周邊水體等級等因素進行分析，研究新建污水主干管備用管的必要性，并盡量尋找與現有污水主干管不同的路由或施工難度較低的路由，建設污水系統備用主干管。備用主干管的投資一般較高，因為需充分研究其路由及管徑的合理性，保證管道實施達到設計目標，產生積極的社會效益和經濟效益。

2.4 污水處理系統互聯互通

上一節中已介紹了污水處理廠停產或減產與水環境治理之間的矛盾，解決該矛盾的手段為污水處理系統互聯互通。根據廣州市某區污水系統分布圖，污水系統之間關系主要有并列分布和上下游分布兩種。對于并列分布相鄰的兩個污水處理系統，根據實際情況和節能要求，兩個系統均要建設調水泵站和轉輸管道；對于上下游分布的兩個污水系統，上游污水處理系統可通過現有污水管（重力管或壓力管）轉輸至下游污水處理廠，僅需在下游污水處理廠新建調水加壓站和轉輸管道反向調水即可。污水處理系統互聯互通需針對實際情況進行研究，不一定要改造兩個污水處理系統，只要達到當各污水處理系統均具備停產或減產條件時，污水系統不對系統內的自然水體造成污染的最終目的即可[5]。

2.5 構建智慧排水系統

構建智慧排水系統主要包含以下內容。

（1）智慧排水動態感知，包括污水處理廠、城鎮排水干管、重要支管、泵站、重要排放口、重要閘口及其他附屬設施的動態監測。常規監測項目包括水位數據、流量監測、雨量數據、水質數據、地理數據、視頻監控和工況數據等（圖3）。

圖3 智慧排水系統框架

（2）傳輸層，包括移動網絡、政務專網、控制專網、采集專網、公共以太網等。

（3）平臺層，包括統一的數據監控平臺、數據交換平臺、數據服務平臺、GIS 服務平臺、模型管理平臺等。

（4）應用層，包括在線監測、預警信息、數據分析、地圖GIS、模型分析、智慧運維等六大應用系統。

（5）用戶層，包括外網、內網及移動端等。

（6）信息安全與運行維護體系，包括應用安全、數據安全、網絡安全、物理安全、安全管理等。

（7）政策法規與標準規范體系，包括數據標準、接口規范、管理辦法、政策法規等。

通過記錄泵站、水廠等進水水質信息，智慧排水系統可設定運行數據的歷史數據趨勢并利用圖形界面進行直觀比較，也可交叉分析水質數據與運行模式、原廢水變化，還可在報警處理的過程中追蹤與統計分析未來故障前兆并發出預警，及時對缺陷管網采取應急措施，并給出針對性的管道日常養護建議。

3 加強污水設備的管理與維護

污水設備是污水管網系統中的一個關鍵環節，其運行的效率與效果將對整個系統的運行產生直接的影響，所以污水設備的日常保養與維護非常重要。為了提高污水設備的安裝調試水平和使用效率，必須確保污水處理廠設備正常工作。為了讓污水設備更好地適應污水處理廠的運行需求，在正式安裝前應先對污水處理廠的工作環境進行調查。在進行安裝調試時，要嚴格執行相關的施工技術規范。設備安裝質量的好壞將直接關系到后續的無載荷測試工作能否正常進行，若發現測試中出現問題應立即處理以確保系統運行的安全、順暢。在完成空載測試后，技術人員還要進行全面的調試，針對目前設備運行中出現的問題給出最優解決方案，使各裝置的功能得到最大程度的發揮。污水處理廠設備的調試是十分關鍵的，采用科技手段和科學的調試方案能有效地消除機械設備在使用中存在的安全隱患和解決相關的設備故障問題。調試工作也是確保設備運行穩定的重要手段，在正式運行前做好設備的安裝和調試工作，可確保其工作的有效性和及時性。

4 結語

目前，我國城市化、工業化快速發展，城市生活污水、工業廢水的日益增多對城市地表水和地下水的環境安全造成了極大的威脅。為應對日益嚴峻的水環境問題，全國各地都在進行城市污水處理廠的建設。污水管網設計和建設的過程必須充分考慮管網的維護條件，只有保證管網得到有效維護，才能發揮最大效益。本文從污水系統建設和運行維護管理之間的矛盾展開分析，提出污水系統優化的若干措施，力求促進污水系統的維護管理工作往高效化、智慧化的方向發展，以適應5G 物聯網發展的要求。