節(jié)點(diǎn)流量衡算法預(yù)測污水處理廠外來水量

上海上自儀公司因管道缺陷、管理不善等原因，雨水、河水、施工工地排水、地下水、地?zé)崴赡苓M(jìn)入污水系統(tǒng)或者合流制排水系統(tǒng)，預(yù)期之外進(jìn)入污水系統(tǒng)或者合流制系統(tǒng)的水量稱為外來水。外來水的侵入，產(chǎn)生以下后果：

1）增加泵站提升費(fèi)用；

2）污水管網(wǎng)的有效容量被擠占，可能引發(fā)污水外溢；

3）由于外來水通過污水或者合流制管網(wǎng)進(jìn)入污水處理廠，降低了污水處理廠進(jìn)水污染物濃度，影響污水處理廠處理效能；

4）對于合流制或者雨水系統(tǒng)，外來水使管網(wǎng)在沒有降雨時(shí)仍有較高水位，增加城市內(nèi)澇和管道溢流風(fēng)險(xiǎn)。

對于進(jìn)入污水管網(wǎng)或者合流制系統(tǒng)的外來水，我國目前尚無系統(tǒng)的調(diào)查。部分城市調(diào)查的污水管網(wǎng)或者合流制排水管網(wǎng)的地下水入滲量在10%~30%之間[1]。2015年根據(jù)我國1362座城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)分析，62%的城鎮(zhèn)污水處理廠年均進(jìn)水COD濃度低于260mg/L，可能的原因是外來水占比大[2]?？刂婆潘芫W(wǎng)外來水量，對污水處理提質(zhì)增效意義重大。按照目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠處理污水656億m3/a計(jì)算，如果其中10%~20%為外來水，控制外來水進(jìn)入，可減少外來水65.6億~131.2億m3/a，污水處理成本按照1.5元/t計(jì)算，可減少污水處理費(fèi)98.4億~196.8億元/a。外來水調(diào)查主要包括確定外來水源、可能位置、預(yù)測外來水量等內(nèi)容。各污水處理廠受到服務(wù)范圍內(nèi)地形、降雨量、河道情況、地下水位、排水管網(wǎng)埋深及健康狀況的影響，外來水占比不同。目前尚無系統(tǒng)規(guī)范的方法確定污水處理廠進(jìn)水中的外來水量，僅有一定地下水入滲量的調(diào)查研究基礎(chǔ)。

1、調(diào)查方法

地下水入滲量的調(diào)查常用方法有3種：夜間非常小流量法、用水量折算法和節(jié)點(diǎn)流量衡算法。1）夜間非常小流量法是指調(diào)查夜間污水量，通過經(jīng)驗(yàn)判斷污水管網(wǎng)中地下水入滲量。在法國，夜間流量的70%被認(rèn)為是地下水入滲，在我國尚無經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)[3]。夜間非常小流量法是根據(jù)當(dāng)?shù)厝松盍?xí)慣所估算出的數(shù)據(jù)，因此其精度偏差較大。

2）用水量折算法是根據(jù)服務(wù)范圍內(nèi)的用水量估算進(jìn)入排水系統(tǒng)的原生污水量，由進(jìn)入污水處理廠的總量與原生污水量的差值，估算進(jìn)入排水管網(wǎng)系統(tǒng)的外來水量。該方法預(yù)測的外來水量包括地下水之外的其他外來水。

3）節(jié)點(diǎn)流量衡算法是在排水系統(tǒng)的主要節(jié)點(diǎn)上安裝流量計(jì)，調(diào)查污水量，結(jié)合管道中污水流動(dòng)規(guī)律，進(jìn)行水量衡算，推測地下水入滲量。該方法相對其他兩種方法準(zhǔn)確度較高、數(shù)據(jù)可信度大，但需要在排水管網(wǎng)系統(tǒng)中安裝流量計(jì)。

本文基于節(jié)點(diǎn)流量衡算法，通過在天津市某污水處理廠服務(wù)范圍內(nèi)的排水管網(wǎng)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝流量計(jì)，調(diào)查管道上下游流量差值，估算外來水量，初步定位外來水位置，為下一步是否開展管道電視檢測（CCTV檢測）以及需要檢測的重點(diǎn)管段確定提供依據(jù)。

污水處理廠交匯井前端4#和5#檢測點(diǎn)水量之和可作為污水處理廠實(shí)際進(jìn)水量。由表2可知，4#和5#檢測點(diǎn)水量和為87130m3/d，而實(shí)際通過A、B兩泵站的污水量為67493m3/d，外來水19637m3/d，占污水總量的22.5%。為精準(zhǔn)識別外來水入滲區(qū)域，將整個(gè)檢測區(qū)域劃分為5段相對獨(dú)立的排水管道，分別為A泵站—1#檢測點(diǎn)、B泵站—5#檢測點(diǎn)、W2—W1、W3—W1、1#檢測點(diǎn)—4#檢測點(diǎn)。5段管線中，2#檢測點(diǎn)和3#檢測點(diǎn)排水量僅為400m3/d左右，與資料中描述的該段管網(wǎng)未啟用相符。上下游流量差比較大的為1#檢測點(diǎn)—4#檢測點(diǎn)段，差值為3131m3/d；還有B泵站—5#檢測點(diǎn)段，差值為15003m3/d，分別占比總外來水入滲量的15.9%和76.4%。

結(jié)論與建議

該區(qū)域整體外來水占比較大，由于調(diào)查期間無降雨，外來水以地下水入滲為主，將問題管段修復(fù)后，預(yù)計(jì)可減少污水處理廠進(jìn)水約19637m3/d，提高污水處理廠運(yùn)行效率。若對該區(qū)域進(jìn)行管道CCTV檢測，建議將檢測重點(diǎn)放在入滲情況較嚴(yán)重的1#檢測點(diǎn)—4#檢測點(diǎn)和B泵站—5#檢測點(diǎn)兩段管網(wǎng)，減少工作量。

1）通過節(jié)點(diǎn)流量衡算法初步分析了外來水可能的進(jìn)入管段，為下一步通過檢測確定管道缺陷位置提供了依據(jù)。

2）建議今后開展類似工作時(shí)要結(jié)合污水水質(zhì)及地下水位調(diào)查，使得結(jié)論更有說服力。

3）上海上自儀公司本研究得到的外來水不包括A泵站和B泵站上游的外來水，僅為污水處理廠外來水量的一部分，實(shí)際進(jìn)入污水處理廠的外來水量可能更多。