一种城镇排水管网系统污水收集效能问题诊断与整治技术方法与流程

1.本发明涉及一种城镇排水管网系统污水收集效能问题诊断与整治技术方法，属于市政工程排水系统技术领域。


背景技术：

2.近年来随着污水处理设施的普及和污水处理能力的提升，我国城镇污水处理率得到了显著提高。然而，由于部分城镇排水系统存在建设前期规划不足、管道锈蚀损坏严重、合流制雨水排口倒灌等问题，加之较为薄弱的运维管理水平，导致污水中掺混了大量的地表水、地下水、施工降水、基坑排水、养殖废水、工业废水，致使污水处理厂进水bod浓度和污水集中收集率依然较低，污水处理并没有达到应有的效益。
3.地下排水系统具有不可见性和复杂性，为实现污水处理提质增效，需要突破排水系统自身特点给现状问题诊断造成的障碍，识别出影响污水厂进水浓度的主要原因和具体位置，从而采取有效的应对措施。目前，已有一些排水系统问题诊断和整治方法。例如，对排水管网进行普查建档；对污水直排口进行摸排封堵；对污染物浓度进行分析；对泵站流量进行统计。但是，这些方法多是针对管道缺陷、分流制管网混错接等某一特定问题，或是针对管网、排口、泵站等单一对象展开，割裂了整个排水系统之间的联系，缺乏对污水处理提质增效潜力的评估以及对收集效能影响因素主次的判定，难于对城镇排水系统形成整体性认识。因此，城镇排水系统污水收集效能问题诊断与整治技术研究还需继续深入。


技术实现要素：

4.鉴于以上背景，本发明的目的在于，针对我国部分城镇排水系统污水收集效能较低的现实情况，提供一整套集现状基础数据核算、收集效能提升潜力评估、排水管网普查、水质检测分析、现状问题识别、整治措施选取、整治方案实施于一体的城镇排水系统污水收集效能诊断与提升方法，以便更好实现污水处理提质增效。
5.本发明的技术流程如下：
6.第一步：现状基础数据核算。
7.(1)用水量核算
8.利用从城市自来水公司获得的全年营销数据，对排水系统服务范围内的各用户进行分类，并统计各用户类型的用水量，以便估算排污量；
9.自来水公司的营销数据通常包含用户id、用户地址、读表时间、用水量、缴纳的水费、负责该用户的营业所名称等；常见的用户类型包含居民综合生活用水、工业用水、特殊行业用水等；若能按照该自来水公司下属的二级营业所区分用户类型，则直接据此统计各类用户用水量；若不能按照营业所区分用户类型，则根据每个用户的用水量和缴纳的水费推求缴纳的单位水价，并将其与当地实际收费标准进行对照，继而判断用户的用水类型；若不能按照营业所区分用户类型，且由于营销数据记录有误，导致推求出的单位水价无法与
当地实际收费标准相匹配，则根据用户地址判断用户的用水类型。以此，求得各类用户的用水量。
10.(2)用水人口核算
11.根据自来水公司统计年报，可直接得知排水系统服务范围内的总用水人口；但是，由于存在排水系统收集效能偏低问题的多为中小城镇，而中小城镇人口流出率通常较高，因此需要对用水人口进一步核准。
12.对所有居民用户的平均日用水量进行分布分析，统计平均日用水量在50升/户/日以下、50-100升/户/日、100-200升/户/日、200升/户/日以上时对应的用户数分别为{x1，x2，x3，x4}；同时，设定与其对应的每户用水人口分别为{p1，p2，p3，p4}；核准总用水人口
[0013][0014]
式中，p为总用水人口；xm选自{x1，x2，x3，x4}，pm选自{p1，p2，p3，p4}；
[0015]
(3)污水集中收集率核算
[0016]
污水集中收集率是衡量城镇排水系统污水收集效能的重要指标；为对排水系统服务范围内的污水收集效能现状形成整体性了解，采用下式计算排水系统服务范围内的污水集中收集率
[0017][0018]
式中，η为污水集中收集率；c
01
为现状人均bod浓度，g/人
·
d；c
02
为标准人均bod浓度，根据《室外排水设计规范》确定为45g/人
·
d；i为污水厂的个数；vi为第i个污水厂的年处理量，万吨/年；ci为第i个污水厂的进水bod浓度，mg/l。
[0019]
第二步：收集效能提升潜力评估
[0020]
由自来水公司提供的水量营销数据得到收费水量，免费水量按照收费水量的0.15计算；使用自来水公司总供水量推算理论污水量，并将其与由污水厂得到的总收水量相比较，推算理论外水量和外水汇入比例
[0021][0022]
q3＝q
2-q1ꢀꢀ
(4)
[0023][0024]
式中，q1为理论产污量；q2为污水厂实际收水量；q3为理论外水量；为外水汇入比例；j为用水类型数；qj为第j类用水量；λj为第j类用水产污系数，其中居民综合生活用水产污系数可按0.8计，工业用水与特殊行业用水产污系数可按0.9计；
[0025]
同时，反推通过采取提质增效措施将外水汇入比例控制在时，可达到的污水厂进水bod浓度
[0026][0027]
[0028]
式中，c2为采取措施前污水厂进水bod浓度；c2’
和q2’
分别为采取措施后污水厂进水bod浓度和污水厂总收水量的理论值；
[0029]
第三步：排水管网普查
[0030]
在排水系统服务范围开展排水管网普查，采用机器人(如cctv机器人)检测系统、声纳系统等设备进行管道检测，采用gps测量仪、全站仪等设备进行管道测绘，获悉管网拓扑结构、管材、管径、埋深、水流流向、泵站收水范围、设施状态与养护情况；根据普查结果，完善城镇排水系统图纸，并对管道缺陷类型、缺陷等级和所处位置进行统计；
[0031]
第四步：水质检测分析。
[0032]
(1)“源—汇”水质情况分析
[0033]
源：进行城镇排水本底的分析，分别选取具有代表性的住宅小区、酒店、学校、政府大楼1～2个，连续测定一日24h内cod、bod、氨氮、氯离子等水质代表性指标的变化情况，获悉不同建筑类型的排水本底；选取具有代表性的工业企业若干个，连续测定一日24h内cod、氨氮、总氮、总磷等水质代表性指标的变化情况，获悉不同工业企业的排水本底；
[0034]
汇：连续测定各污水厂进水口处一日24h内cod、bod、氨氮、氯离子等水质代表性指标的变化情况，获悉污水厂收水水质；
[0035]
(2)环境水体水质情况分析
[0036]
选取建筑物周边具有代表性的河道、湖泊、湿地等环境水体1～2处，测定氯离子等水质代表性指标，并将其与城镇排水本底情况进行对比，证实是否有明显的外水汇入；
[0037]
(3)泵站传输水质情况分析
[0038]
根据排水管网普查结果，以污水厂作为污水最终去向，绘制各泵站之间的上下游传输关系图；在各泵站进水井处进行取样，测定cod、bod、氨氮、氯离子等水质代表性指标值，分析各传输路径的水质变化情况，确定外水的来源范围；
[0039]
(4)排水管网水质情况分析
[0040]
在排水管网中选取若干点位进行取样，测定cod、bod、氨氮、氯离子等水质代表性指标值，并绘制含有水质代表性指标柱状图的地图，确定外水汇入的具体位置。
[0041]
(5)污水厂进水水质检测操作分析
[0042]
污水厂进水水质检测取样位置、取样时间和操作方式的不同都可能影响到对于城镇排水系统污水收集效能的判断，因此应对污水厂进水水质检测操作进行分析；
[0043]
对于取样位置，核实其是否设置在污水处理厂总进水口，能够避免厂内回流水、反冲洗水、工艺控制等对水质检测的影响；对于取样时间，绘制一日24h内污水厂进水cod、bod变化图，核实是否在cod、bod处于一日最高时进行取样；对于操作方式，比较自动在线检测、实验室检测和第三方环保公司检测的结果差异，核实操作流程的规范性；
[0044]
第五步：现状问题识别
[0045]
对实施第一步至第四步时发现的各项问题进行识别和归纳，剖析问题根源，并确定主要和次要性；
[0046]
第六步：措施选取与方案实施
[0047]
(1)措施选取。
[0048]
城镇排水系统污水收集效能整治措施分为短期治理措施和长期治理措施；长期治理措施重在从根源上对外水汇入问题进行解决；由于外水汇入点较为分散且不易发现，健
全排水管网的管理模式也需要一个过程，因此采取短期治理措施，优先将污水处理厂进水bod浓度提升至合理范围，再有计划的对管网中的漏水点进行排查和封堵，达到标本兼治的效果；
[0049]
目前主要有“控”、“调”、“堵”、“疏”、“补”五种整治措施；“控”即通过控制泵站调水片区与调水流量，减少进入污水处理厂的清水；“调”即通过调整管网水流去向，理清排水分区；“堵”即通过断开不合理的连接位置，使排水分区更明确；“疏”即通过对管网淤泥进行清除，保证管网过水能力良好；“补”即通过对管网漏水点进行修复，防止外水进入；五种措施中，“控”、“调”、“堵”、“疏”为短期治理措施，“补”为长期治理措施；其中，“控”、“调”、“堵”更偏重于对排水系统整体进行运行管理，而“疏”和“补”更偏重于对局部重点位置开展工程性治理；在提质增效方案制定时，应合理选取上述五种措施；
[0050]
(2)方案实施
[0051]
根据第五步中识别的现状问题，制定并实施污水厂“一厂一策”、排水分区优化、问题管网修复、老旧管网改造、淤积管道清疏、排水执法检查等工作方案；
[0052]
在污水厂“一厂一策”方案中，明确不同污水厂的收水片区，合理调配污水厂进水，区分管理责任；在排水分区优化方案中，以划分出的各污水厂收水片区为基础，按照泵站收水片区对现状排水分区予以优化；在问题管网修复方案中，修补管网渗漏点，封堵河水倒灌的箱涵、工业废水汇入的排口等，避免清水汇入污水排水系统；在老旧管网改造方案中，通过新建和改建管道，解决管道未连通、污水无出路的问题，增强系统的连通性；在淤积管道清疏方案中，对积管道进行清理，去除管道中积存的杂质、泥浆和道路降尘等；在排水执法检查方案中，对管网私搭乱接、养殖废水随意排放等现象进行查处，规范排水户排水行为，引导市民养成简约适度的绿色生活习惯。
[0053]
与其他污水处理提质增效方法相比，本发明的效果主要体现在：(1)具有一套完备的污水收集效能问题诊断与整治流程设计，能够对城镇排水系统的水力、水质情况进行全面分析；(2)通过基础数据核算和收集效能提升潜力评估，对排水系统整体情况进行了理论分析；通过排水管网普查和水质检测分析，对排水系统具体情况进行了实践调查；在对现状问题进行识别归纳的基础上，形成整治措施和方案。其逻辑链条清晰，可复制推广性良好。
附图说明
[0054]
图1为本发明实施例的泵站上下游传输关系图；
[0055]
(a)西部污水厂收水片区；(b)东部污水厂受水片区
[0056]
图2为本发明实施例的水质代表性指标柱状的地图。
[0057]
(a)bod含量柱状地图；(b)氯离子含量柱状地图
具体实施方式
[0058]
为更好的理解本发明，以我国y市主城区排水系统作为实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
[0059]
实施例1
[0060]
第一步：现状基础数据核算。
[0061]
(1)用水量核算。
[0062]
利用从城市自来水公司获得的全年营销数据，对排水系统服务范围内的各用户进行分类，并统计各用户类型的用水量，以便估算排污量。
[0063]
当地自来水公司的营销数据包含用户id、用户地址、读表时间、用水量、缴纳的水费、负责该用户的营业所名称等。用户类型包含居民综合生活用水、工业用水、特殊行业用水等。自来水公司下属“二公司居民营业所”、“四公司居民营业所”等部分二级营业所是按照用户类型进行划分的，故直接据此统计相应类型的用户用水量；“营业管理部”等部分二级营业所不是按照用户类型进行划分的，故根据每个用户的用水量和缴纳的水费推求缴纳的单位水价，并将其与当地实际收费标准进行对照，继而判断用户的用水类型；在不是按照用户类型进行划分的部分二级营业所中，少量营销数据由于记录有误，导致推求出的单位水价无法与当地实际收费标准相匹配，故根据用户地址判断用户的用水类型。以此，求得各类用户的用水量。
[0064]
最终，求得本实施例的用户平均用水量11.8万吨/日。其中，居民综合生活用水量6.4万吨/日，工业用水量5.3万吨/日，特殊行业用水量0.1万吨/日。
[0065]
(2)用水人口核算。
[0066]
根据自来水公司统计年报，可直接得知排水系统服务范围内的总用水人口约为60万。但是，由于存在排水系统污水收集效能偏低问题的多为中小城镇，而中小城镇人口流出率通常较高，因此需要对用水人口进一步核准。
[0067]
对所有居民用户的平均日用水量进行分布分析，统计平均日用水量在50升/户/日以下、50-100升/户/日、100-200升/户/日、200升/户/日以上时对应的户数分别为{x1，x2，x3，x4}；同时，设定与其对应的每户用水人口分别为{p1，p2，p3，p4}。核准总用水人口
[0068][0069]
式中，p为总用水人口；{p1，p2，p3，p4}可分别取值{0，1，2，3}。
[0070]
最终，求得本实施例的用水人口为52万。
[0071]
(3)污水集中收集率核算。
[0072]
污水集中收集率是衡量城镇排水系统污水收集效能的重要指标。为对排水系统服务范围内的污水收集效能现状形成整体性了解，可采用下式计算排水系统服务范围内的污水集中收集率
[0073][0074]
式中，η为污水集中收集率；c
01
为现状人均bod浓度，g/人
·
d；c
02
为标准人均bod浓度，根据《室外排水设计规范》确定为45g/人
·
d；i为污水厂的个数；vi为第i个污水厂的年处理量，万吨/年；ci为第i个污水厂的进水bod浓度，mg/l。
[0075]
最终，求得本实施例在提质增效前污水厂进水bod浓度为80.7mg/l时，对应的污水集中收集率为68.5％。
[0076]
第二步：收集效能提升潜力评估。
[0077]
由自来水公司提供的水量营销数据得到收费水量，免费水量按照收费水量的0.15计算。使用自来水公司总供水量推算理论污水量，并将其与由污水厂得到的总收水量相比较，推算理论外水量和外水汇入比例
360mg/l，78-101mg/l，5-21mg/l，430-3900mg/l}。
[0095]
(2)环境水体水质情况分析。
[0096]
选取建筑物周边具有代表性的河道、湖泊、湿地等环境水体1～2处，测定氯离子等水质代表性指标，并将其与城镇排水本底情况进行对比，证实是否有明显的外水汇入。
[0097]
在本实施例中，测定得到河道1、河道2、湿地、地下水氯离子浓度分别为{9000mg/l，2500mg/l，26000mg/l，16000mg/l}。结合“源—汇”水质情况分析结果发现，各类用户排水的氯离子浓度较低，而污水厂进水氯离子浓度较高，接近城市环境水体浓度，说明环境水体汇入严重。
[0098]
(3)泵站传输水质情况分析。
[0099]
根据排水管网普查结果，以污水厂作为污水最终去向，绘制各泵站之间的上下游传输关系图。在各泵站进水井处进行取样，测定cod、bod、氨氮、氯离子等水质代表性指标值，分析各传输路径的水质变化情况，确定外水的来源范围。
[0100]
在本实施例中，各泵站之间的上下游传输关系如图1所示。通过对各泵站代表性指标的取样测定，确定外水的来源在三泵站收水片区、十泵站收水片区等范围。
[0101]
(4)排水管网水质情况分析。
[0102]
在排水管网中选取若干点位进行取样，测定cod、bod、氨氮、氯离子等水质代表性指标值，并绘制水质代表性指标的柱状地图，确定外水汇入的具体位置。
[0103]
在本实施例中，bod、氯离子两水质代表性指标柱状地图如图2所示。通过柱状地图，确定了外水汇入的具体位置。
[0104]
(5)污水厂进水水质检测操作分析。
[0105]
污水厂进水水质检测取样位置、取样时间和操作方式的不同都可能影响到对于城镇排水系统污水收集效能的判断，因此应对污水厂进水水质检测操作进行分析。
[0106]
对于取样位置，核实其是否设置在污水处理厂总进水口，能够避免厂内回流水、反冲洗水、工艺控制等对水质检测的影响；对于取样时间，绘制一日24h内污水厂进水cod、bod变化图，核实是否在cod、bod处于一日最高时进行取样；对于操作方式，比较自动在线检测、实验室检测和第三方环保公司检测的结果差异，核实操作流程的规范性。
[0107]
本实施例中，通过实地调研并比较自动在线检测、实验室检测和第三方环保公司检测的结果差异，核实了操作流程的规范性。
[0108]
第五步：现状问题识别。
[0109]
对实施第一步至第四步时发现的各项问题进行识别和归纳，剖析问题根源，并确定主要和次要性。
[0110]
本实施例中，存在的现状问题主要有：1)外水汇入量大，造成清污混流；2)管网坡度小、流速低，污染物易淤积；3)管网环状连接，不易区域化管理；4)管网水位高，接近满管流，雨前需要“空管待汛”；5)污水厂进水取样不规范，检测数据待核查。
[0111]
第六步：措施选取与方案实施。
[0112]
(1)措施选取。
[0113]
城镇排水系统污水收集效能整治措施可以分为短期治理措施和长期治理措施。长期治理措施重在从根源上对外水汇入问题进行解决。但由于外水汇入点较为分散且不易发现，健全排水管网的管理模式也需要一个过程，因此可以采取短期治理措施，优先将污水处
理厂进水bod浓度提升至合理范围，再有计划的对管网中的漏水点进行排查和封堵，达到标本兼治的效果。
[0114]
目前主要有“控”、“调”、“堵”、“疏”、“补”五种整治措施。“控”即通过控制泵站调水片区与调水流量，减少进入污水处理厂的清水；“调”即通过调整管网水流去向，理清排水分区；“堵”即通过断开不合理的连接位置，使排水分区更明确；“疏”即通过对管网淤泥进行清除，保证管网过水能力良好；“补”即通过对管网漏水点进行修复，防止外水进入。五种措施中，“控”、“调”、“堵”、“疏”为短期治理措施，“补”为长期治理措施。其中，“控”、“调”、“堵”更偏重于对排水系统整体进行运行管理，而“疏”和“补”更偏重于对局部重点位置开展工程性治理。在提质增效方案制定时，合理选取上述五种措施。
[0115]
(2)方案实施。
[0116]
根据第五步中识别的现状问题，制定并实施污水厂“一厂一策”、排水分区优化、问题管网修复、老旧管网改造、淤积管道清疏、排水执法检查等工作方案。
[0117]
在污水厂“一厂一策”方案中，明确不同污水厂的收水片区，合理调配污水厂进水，区分管理责任；在排水分区优化方案中，以划分出的各污水厂收水片区为基础，按照泵站收水片区对现状排水分区予以优化；在问题管网修复方案中，修补管网渗漏点，封堵河水倒灌的箱涵、工业废水汇入的排口等，避免清水汇入污水排水系统；在老旧管网改造方案中，通过新建和改建管道，解决管道未连通、污水无出路的问题，增强系统的连通性；在淤积管道清疏方案中，对积管道进行清理，去除管道中积存的杂质、泥浆和道路降尘等；在排水执法检查方案中，对管网私搭乱接、养殖废水随意排放等现象进行查处，规范排水户排水行为，引导市民养成简约适度的绿色生活习惯。
[0118]
本实施例中，通过应用“控”、“调”、“堵”、“疏”、“补”五种整治措施，实施污水厂“一厂一策”、排水分区优化、问题管网修复、老旧管网改造、淤积管道清疏、排水执法检查等一系列整治方案，使y市污水厂进水bod浓度达到了86.0mg/l的阶段目标要求。