節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或者合流制排水系統，預期之外進入污水系統或者合流制系統的水量稱為外來水。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，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的外來水，我國目前尚無系統的調查。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座城鎮污水處理廠進水水質分析，62%的城鎮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]。控制排水管網外來水量，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。目前尚無系統規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）節點流量衡算法是在排水系統的主要節點上安裝流量計，調查污水量，結合管道中污水流動規律，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中安裝流量計。

本文基于節點流量衡算法，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域，將整個檢測區域劃分為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。