節(jié)點流量衡算法預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、地熱水可能進入污水系統(tǒng)或者合流制排水系統(tǒng)，預期之外進入污水系統(tǒng)或者合流制系統(tǒng)的水量稱為外來水。外來水的侵入，產生以下后果：

1）增加泵站提升費用；

2）污水管網的有效容量被擠占，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進入污水處理廠，降低了污水處理廠進水污染物濃度，影響污水處理廠處理效能；

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

對于進入污水管網或者合流制系統(tǒng)的外來水，我國目前尚無系統(tǒng)的調查。部分城市調查的污水管網或者合流制排水管網的地下水入滲量在10%~30%之間[1]。2015年根據我國1362座城鎮(zhèn)污水處理廠進水水質分析，62%的城鎮(zhèn)污水處理廠年均進水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外來水量，對污水處理提質增效意義重大。按照目前我國城鎮(zhèn)污水處理廠處理污水656億m3/a計算，如果其中10%~20%為外來水，控制外來水進入，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計算，可減少污水處理費98.4億~196.8億元/a。外來水調查主要包括確定外來水源、可能位置、預測外來水量等內容。各污水處理廠受到服務范圍內地形、降雨量、河道情況、地下水位、排水管網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水中的外來水量，僅有一定地下水入滲量的調查研究基礎。

1、調查方法

地下水入滲量的調查常用方法有3種：夜間非常小流量法、用水量折算法和節(jié)點流量衡算法。1）夜間非常小流量法是指調查夜間污水量，通過經驗判斷污水管網中地下水入滲量。在法國，夜間流量的70%被認為是地下水入滲，在我國尚無經驗數據[3]。夜間非常小流量法是根據當地人生活習慣所估算出的數據，因此其精度偏差較大。

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

3）節(jié)點流量衡算法是在排水系統(tǒng)的主要節(jié)點上安裝流量計，調查污水量，結合管道中污水流動規(guī)律，進行水量衡算，推測地下水入滲量。該方法相對其他兩種方法準確度較高、數據可信度大，但需要在排水管網系統(tǒng)中安裝流量計。

本文基于節(jié)點流量衡算法，通過在天津市某污水處理廠服務范圍內的排水管網關鍵節(jié)點安裝流量計，調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管段確定提供依據。

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

結論與建議

該區(qū)域整體外來水占比較大，由于調查期間無降雨，外來水以地下水入滲為主，將問題管段修復后，預計可減少污水處理廠進水約19637m3/d，提高污水處理廠運行效率。若對該區(qū)域進行管道CCTV檢測，建議將檢測重點放在入滲情況較嚴重的1#檢測點—4#檢測點和B泵站—5#檢測點兩段管網，減少工作量。

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

2）建議今后開展類似工作時要結合污水水質及地下水位調查，使得結論更有說服力。

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，實際進入污水處理廠的外來水量可能更多。