平原河網(wǎng)密集區域大量外水入滲導致污水處理廠(chǎng)進(jìn)水濃度低、收水量超負荷問(wèn)題時(shí)常發(fā)生，排水系統入滲問(wèn)題嚴重且亟待解決。以某污水服務(wù)片區為例，前期通過(guò)水質(zhì)平衡定性水質(zhì)異常原因，以主管表征點(diǎn)水質(zhì)作為溯源依據，對關(guān)鍵節點(diǎn)水質(zhì)/水量分析，準確定位重點(diǎn)問(wèn)題片區，排查共發(fā)現影響水質(zhì)濃度問(wèn)題120處，對較嚴重問(wèn)題點(diǎn)修復后，管網(wǎng)液位整體下降，污水處理廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度穩定提升至250 mg/L水平，對比污水處理廠(chǎng)處理量“擠外水”率達到40.6%。

1 項目概況

某污水處理廠(chǎng)位于太湖流域內，降雨充沛，水系發(fā)達湖蕩眾多，河道儲水量大。污水處理廠(chǎng)近期建設0.5萬(wàn)m3/d，負責收集處理約3.68km2居民生活污水，服務(wù)片區包括：污水管網(wǎng)75 km，提升泵站1座，小區40余個(gè)，其中市政干管16km、小區支管59km，規劃設計為雨污分流排水體制。該區域地下水豐富且水位偏高，河道景觀(guān)水位常年高水位，由于小區雨污水分流不徹底、錯接混接問(wèn)題較多、檢查井及管網(wǎng)年久失修等問(wèn)題，導致外水入滲嚴重，管網(wǎng)長(cháng)期保持高液位運行，污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)濃度偏淡。

2“一廠(chǎng)一策”管網(wǎng)提質(zhì)增效思路

2.1 排水系統現狀評估

夜間最小流量法、用水量折算和污染物平衡計算法是排水系統中較為常用的三種評估方法，由于水質(zhì)、水量及河道等因素均為動(dòng)態(tài)變化值，不同評估結果只可作為提質(zhì)增效的本底數據作參考。

（1）夜間最小流量評估法。在某連續晴天選取進(jìn)廠(chǎng)前市政窨井作為監測點(diǎn)，通過(guò)安裝流量計進(jìn)行液位、流量及瞬時(shí)流速監測，選取最具有特征性流量曲線(xiàn)進(jìn)行分析。

ALKASE在研究馬來(lái)西亞小區用水規律時(shí)確定夜間最小流量為3：00~3:30時(shí)間段，陸塵宇在測定深圳居民用水曲線(xiàn)時(shí)認為4：00是該地區最小用水時(shí)間。根據監測流量曲線(xiàn)來(lái)看瞬時(shí)流量的高峰基本與用水量高峰一致，但夜間自來(lái)水售水量較少的情況下仍有較大流量水流，考慮不同地域用水習慣略有偏差，但大致最小夜間流量時(shí)間段基本一致，選取1:00~4:00的時(shí)間段內979m3作為外水入滲量，通過(guò)連續監測該區域日均流量為179.7m3/h，日監測流量為4313.3 m3，當日污水處理廠(chǎng)處理量為4246 m3（核算監測與統計誤差，數據基本一致），選用最小夜間流量法計算外水入滲量為22.7%，見(jiàn)圖1。

（2）用水量折算法。污水處理廠(chǎng)收水片區約3.68 km2，常住人口約2.7萬(wàn)人，年日均售水量約3 100 m3/d，污水處理量約4 200 m3/d，按照售水量與污水收水平衡計算（自來(lái)水產(chǎn)污系數按0.85折算）外水入滲量為1 565 m3/d，入滲量為37.26%。

（3）污染物濃度平衡評估法。采用污染物特征因子法估算外水入滲量，污水處理廠(chǎng)進(jìn)廠(chǎng)BOD5濃度與排水戶(hù)出口BOD5濃度之差主要由外水入滲導致，通過(guò)式（1）定量計算入滲量：

式中 C污水處理廠(chǎng)——污水處理廠(chǎng)進(jìn)水BOD濃度，取全年平均值30 mg/L;

Q污水處理廠(chǎng)——污水處理廠(chǎng)進(jìn)水水量，取全年平均值4 200 m3/d；

C出戶(hù)——排水戶(hù)出戶(hù)BOD數據參照《第二次全國污染源普查-生活污染源產(chǎn)排系數手冊》中平均值118 mg/L。

經(jīng)估算該排水系統日均外水入滲量約3 132 m3/d，入滲率超過(guò)74.5%?？紤]該區域管網(wǎng)常時(shí)間高水位運行，容易造成外水入滲充滿(mǎn)管網(wǎng)而污水無(wú)法進(jìn)入情況，三種評估結果差異較大，但綜合幾種外水入滲量評估結果來(lái)看，該片區外水入滲問(wèn)題十分嚴重亟待解決。

2.2 溯源排查思路及問(wèn)題摸底

2.2.1 沿線(xiàn)水質(zhì)濃度情況調查

地下水入滲和河道水倒灌是主要異常來(lái)水類(lèi)型，混接錯接、檢查井接口滲漏和管網(wǎng)破裂是雨污分流排水系統中外水入滲的主要方式。以“快速提高水質(zhì)濃度、減少外水進(jìn)入”為提質(zhì)增效目標，針對75 km管網(wǎng)展開(kāi)初步排查和系統性排查，排查手段包括人工快速查混接錯接、CCTV/QV等機器人設備系統性排查管網(wǎng)破損導致的外水入滲點(diǎn)。

梳理管網(wǎng)拓撲關(guān)系，確定市政主干管通過(guò)3條主水路進(jìn)入污水處理廠(chǎng)內，因此將排水區域劃3個(gè)排查區塊，以污水處理廠(chǎng)為起點(diǎn)沿3條主干管為路徑向上溯源至排水小區，以排水小區為節點(diǎn)沿小區支管為路徑追蹤至住宅排水戶(hù)。對市政主干管關(guān)鍵節點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)檢測，形成水質(zhì)低濃度重點(diǎn)排查區域；并將小區污水井與市政主干管的接口處上一口污水井作為主要觀(guān)測對象，從而確定異常排水小區，見(jiàn)圖2。

晴天對沿線(xiàn)主干管布置8處水質(zhì)監測點(diǎn)，以8#作為A片區水質(zhì)表征點(diǎn)、2#作為B片區水質(zhì)表征點(diǎn)、7#作為C片區水質(zhì)表征點(diǎn)，對COD和NH3-N等指標進(jìn)行檢測。除污水處理廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度常年100mg/L外，B、C片區收水濃度較低，且B片區收水量占污水處理廠(chǎng)收水量的60%以上，通過(guò)對B片區沿線(xiàn)主干管分析，發(fā)現水質(zhì)濃度由上游至下游呈現逐級遞減趨勢，至B片區末端后COD濃度僅有89mg/L，見(jiàn)圖3，對此將B、C片區作為重點(diǎn)排查問(wèn)題區域，并在此基礎上展開(kāi)溯源。

2.2.2 河道及降雨與管網(wǎng)濃度協(xié)同變化規律

平原河網(wǎng)地區外水入滲的主要兩個(gè)因素是降雨及區域河道液位。根據近一年來(lái)管網(wǎng)水質(zhì)污染物濃度、區域附近河道液位（2020年10月前河道液位數據缺失）及月降雨量數據，發(fā)現河道液位與月降雨量基本成正相關(guān)趨勢；2021年3月以后經(jīng)過(guò)查修后，管網(wǎng)水質(zhì)濃度基本穩定在200mg/L，見(jiàn)圖4，受降雨及河道液位變化影響，管網(wǎng)水質(zhì)濃度開(kāi)始出現波動(dòng)，變化趨勢基本與河道液位及降雨呈負相關(guān)，管網(wǎng)水質(zhì)濃度與降雨、液位變化規律與前期文獻研究結論基本一致，但該結論還需更多數據進(jìn)行支撐。

2.3 管網(wǎng)提質(zhì)增效經(jīng)驗探討

2.3.1 外水入流入滲控制

管道入流入滲是排水系統提質(zhì)增效不可忽視的問(wèn)題，入流是通過(guò)不同源進(jìn)入收集系統的雨水，如屋頂、集水池、人孔蓋、雨水管道錯接和地表徑流等。入流是通過(guò)管網(wǎng)坍塌處、檢查井破損處和管網(wǎng)破裂而滲入到污水管網(wǎng)中的外水，入滲作為造成管網(wǎng)水量波動(dòng)的主要原因，其外水占比率可達到70%~80%。入流入滲一方面會(huì )導致管道堵塞壅水，另一方面也會(huì )增加運城成本費用的增加，當管網(wǎng)流量超出管網(wǎng)容量便會(huì )產(chǎn)生溢流問(wèn)題，造成環(huán)境污染。

以此案例進(jìn)行討論，地下水入滲和混接錯接是此片區入滲的主要原因。地下水入滲主要體現在檢查井井壁、管道接口破裂處和管道破裂、滲漏缺陷中，該案例此類(lèi)問(wèn)題共計75處，作為重點(diǎn)修復內容；分流制排水體制中，雨污混接后不僅會(huì )出現污水入河問(wèn)題，當河道液位沒(méi)過(guò)排口時(shí)便會(huì )產(chǎn)生倒灌，河道通過(guò)混接點(diǎn)倒灌進(jìn)入污水系統，不僅增加污水系統處理負荷還會(huì )出現管網(wǎng)污染物濃度稀釋問(wèn)題。

2.3.2 管道排查及成果分析

排查分為兩階段排查，第一階段為快速粗查，主要找到混接及檢查井滲漏問(wèn)題，常采用人工開(kāi)井判斷QV設備輔助；第二階段為系統性排查，主要對管道內部存在功能性、結構性缺陷進(jìn)行缺陷一張圖統計工作，常采用CCTV等機械設備。

該案例對75km污水管網(wǎng)初步排查共發(fā)現問(wèn)題80處，檢查井滲漏和混接錯接問(wèn)題為主，約56.3%的問(wèn)題在小區支管上，見(jiàn)表1。排查中發(fā)現檢查井滲漏多為井壁滲漏，其次由于施工質(zhì)量及區域地下水位高和土壤流沙層結構等影響，檢查井接口和井底板滲漏問(wèn)題也較多。

通過(guò)CCTV、QV和水下機器人等設備進(jìn)行“三同步”系統查，旨在發(fā)現所有影響水質(zhì)的問(wèn)題。排查以市政、小區和企事業(yè)單位同步查，雨水污水同步查，陽(yáng)臺立管和預處理措施等設備同步查，查清后對于影響水質(zhì)濃度問(wèn)題的結構性缺陷（如滲漏、破損）立即修復，功能性缺陷及其他低等級結構性缺陷形成缺陷臺賬進(jìn)行分批修復。系統性排查共發(fā)現缺陷384處，其中三級及以上缺陷超過(guò)66.4%，影響水質(zhì)濃度的滲漏性缺陷40處，其中小區管道滲漏占比72.5%（見(jiàn)表2）。

2.3.3 管道修復探討

管道修復包括開(kāi)挖修復與非開(kāi)挖修復兩種，非開(kāi)挖修復憑借施工周期短、道路占用率低和工程造價(jià)低等優(yōu)勢逐步替代開(kāi)挖修復，如熱塑成型技術(shù)、紫外光固化技術(shù)、原位固化和注漿等修復技術(shù)等。該案例通過(guò)排查共發(fā)現問(wèn)題464處，其中80處檢查井滲漏、混接錯接和40處管道破裂、滲漏缺陷作為即查即改主要修復內容，其他功能性缺陷在排查過(guò)程中通過(guò)清淤等養護手段解決，剩余管道功能性缺陷問(wèn)題作為下階段修復工作內容，見(jiàn)圖5~圖8。

結合平原河網(wǎng)地區地下水豐富特性制定修復原則：

• 非開(kāi)挖修復為主，非特嚴重坍塌不采取開(kāi)挖；

• 檢查井和管網(wǎng)修復前須進(jìn)行注漿預處理；

• 對于破裂、滲漏缺陷優(yōu)先選擇局部修復，當同一管道出現缺陷超過(guò)4處，采取整體修復工藝。

3 管網(wǎng)提質(zhì)增效成果

經(jīng)過(guò)6個(gè)月的全面排查修復，污水處理廠(chǎng)管網(wǎng)提質(zhì)增效效果顯著(zhù)，主要體現在“擠外水”和“進(jìn)水水質(zhì)濃度”上。2018年以來(lái)污水處理廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度常年低于100mg/L，經(jīng)過(guò)初步排查對大的混接錯接點(diǎn)封堵后，COD濃度開(kāi)始上升至107mg/L，系統性排查對40處管道滲漏點(diǎn)修復后，水質(zhì)濃度逐步提升并接近200mg/L。

2021年3月份開(kāi)始，大的滲漏點(diǎn)和混接錯接點(diǎn)基本處理后，通過(guò)泵站啟停液位控制降低管網(wǎng)液位，保證大部分檢查井可見(jiàn)流槽，進(jìn)水水質(zhì)濃度也穩定增加到250mg/L。對比排查前后污水處理廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度增加了180mg/L；污水處理廠(chǎng)總處理量由4 293m3/d減少至2 550m3/d，“擠外水”率達到40.6%，對比前期3種入滲評估結論來(lái)看，夜間最小流量法與用水量折算法評估較為保守，見(jiàn)圖9。

結 語(yǔ)

（1）平原河網(wǎng)地區生活污水處理提質(zhì)增效不僅要深化廠(chǎng)內工藝段改良，更應關(guān)注管網(wǎng)的提質(zhì)增效。管網(wǎng)排查要有明確的思路，并以結果為導向展開(kāi)，大規模鋪開(kāi)式的清淤檢測會(huì )花費大量人力物力和時(shí)間，管網(wǎng)排查的側重點(diǎn)不僅僅在管道內，檢查井缺陷也是影響排水系統的重要因素?？偨Y此案例經(jīng)驗，我們發(fā)現通過(guò)主干管水質(zhì)表征點(diǎn)可以快速定位水質(zhì)異常區域，可幫助排查快速發(fā)現問(wèn)題。

（2）平原河網(wǎng)地區排水系統入滲量受降雨和地下水位影響較大，常用幾種評估方法可對入滲嚴重程度定性，某一時(shí)間節點(diǎn)的水量評估只代表該運行環(huán)境下的入滲量且未考慮入流情況，未來(lái)如何協(xié)同控制廠(chǎng)站網(wǎng)液位、實(shí)時(shí)定量分析入流入滲量將會(huì )下一步工作方向。

（3）此案例污水處理廠(chǎng)投入運行時(shí)間不超過(guò)10年，部分支管檢查井及管材建設年限不超過(guò)5年，經(jīng)“兩階段”發(fā)現問(wèn)題共計464處，平均8.14處/km，可見(jiàn)加強管網(wǎng)建設質(zhì)量的管控十分必要。排查中如何查出快速缺陷，查到的缺陷如何修復是管網(wǎng)提質(zhì)增效的關(guān)鍵。