城镇污水管网高水位运行存在的问题与优化对策

城镇污水管网高水位运行存在的问题与优化对策

曾佳玮

广东省建筑设计研究院有限公司  广东省广州市   510000

摘要：阐述了污水管道高水位运行对城镇排水系统产生的不利影响，并通过系统分析了导致污水管网高水位运行的六大原因，提出了优化污水管网运行的思路与措施——“提升污水处理能力、控制污水排放量、减少外水入侵量、消除管道缺陷”，为改善城镇污水处理系统运行现状提出了切实且有效的对策。

关键词：污水管网 高水位运行 成因 对策

引言

市政排水设施建设是城市基础设施建设的重要组成部分，对城市的环境保护以及城市的形象塑造等方面起到了重要作用。近年来，随着我国城镇化的快速发展以及人民生活水平的不断提高，城镇污水排放量的迅速增加，城镇排水系统也在不断地构建和完善。近年来，国内各城市已对排水管渠、排水泵站及其附属设施开展了一系列的新建和改扩建工程，我国城镇污水管网密度不断提升，排水设施的数量也正在显著增加。但由于多头建设、多元化管理等原因，污水处理厂净水浓度低、污水管网长期高水位运行等问题依然普遍存在，因此针对污水管网高水位运行这一普遍现象，系统分析成因并提出针对性优化措施，对改善城镇排水系统的运行状况是非常迫切和重要的。

1. 高水位运行的弊端
   1. 污水管道淤塞

污水管网高水位运行可能会导致管道淤塞，以分流制系统的污水管道为例，其设计最大充满度0.55~0.75，如系统采用高水位运行，污水管旱天即满流模式，实际流速将下降56％~78％，不满足最小设计流速要求，势必造成管道淤积。

1.2雨季溢流污染

雨季时污水管网内富余的污水转输空间可作为初期雨水等浓度较高的地面污水的暂存空间，但当污水管网高水位运行时，管内已无富余的污水转输空间，初期雨水等浓度较高的地面污水可能会产生溢流，对河涌造成污染。

1.3影响对管网运行状况的研判

污水管网高水位运行时，井室管道被淹没，管道的接入情况、出流情况均不可知，容易影响对管网运行状况的研判结果；而当管网低水位运行时，井室内水位低，更便于判断、发现由井壁伸入的错混接情况。

2. 高水位运行的成因
   1. 污水处理厂处理能力不足

当区域污水收集量大于污水处理能力时，存在污水处理能力不足的问题，而当污水处理能力不足时，会导致管网运行水位被动壅高，从而造成污水管网高水位运行[2]。

2.2倒虹管设计考虑不周

倒虹管设计时，若仅按常规设计思路，将倒虹段缩小一级管径进行设计，而未对管径缩小后的水头损失增量进行校核，则相当于忽视了倒虹带来的壅水高度，管道可能因此而高水位运行。

2.3管底平接

一般来说，管道的衔接方式有3类，分别为：管顶平接、水面平接和管底平接。其中，管顶平接施工方便，但下游埋深大；水面平接施工不便，但下游埋深小；而管底平接一般于管道由缓坡变为陡坡且大管变为小管时采用，这种情况下也易造成排水不畅。

2.4截污管和合流管的关系处理不当

（1）截污井位置不当

当采用截流式合流制时，若将截污井设置于管网末端，采用“大截污”，则容易将沿线大量不属于污水范畴的清水（如山水、沟渠水等）也一起收入合流系统，待末端截流至污水系统后，增大了污水收集量，在污水处理厂处理能力有限的情况下，极可能造成污水管网高水位运行。

（2）截污管管径过大

截污管管径若设置过大，将截流大量混流污水，甚至会大于设计时所选截流倍数对应的截流水量，一旦截流水量超出污水处理厂处理能力，截污管便会高水位运行，并同步致使上游合流管道水位升高，增大污水外溢量。

（3）溢流堰设置不当

部分地区为减少合流污水外溢入涌量，在采用堰式或槽堰结合式截流井时，截流倍数取的较大，截流井内设置了较高的溢流堰，雨季时污水虽难由涌边截流井外溢，但若未充分考虑污水处理厂处理能力，当截流水量过大时，可能会导致管网高水位运行，管网上游地势低点水浸风险也会增加。

2.5外水入侵

（1）地表水倒灌

地表水位较高的地区，截流井存在地表水倒灌风险，为防止倒灌，截流井溢流口通常会设置拍门或鸭嘴阀等防倒灌设施，但由于老化破损、垃圾挂扯、生物繁殖等现象，部分防倒灌设施效果不佳。当地表水发生倒灌时，不仅会降低污水处理厂的进厂浓度，还会增加污水处理厂的进水量，挤占了污水空间，导致污水管网高水位运行[3]。

（2）地下水入渗

对于地下水位高的区域往往存在地下水渗入的问题。排水管道若存在接口不严、管道破漏等缺陷，缺陷处便容易成为地下水入渗的主要通道，入渗的地下水不仅占据了管道空间，成为高水位运行的成因之一，且会极大地稀释原生污水的浓度。

（3）错混接

排水管道错混接主要是指分流制系统雨污水管道错混接，当排水管道错混接时，雨季时污水管网会有大量雨水排入，污水输送系统及末端处理设施无法承受，导致管位高水位运行[1]。

2.6管道功能性和结构性缺陷

国内工程建设中重建设轻管理是比较普遍的现象，由于运营维护不到位，排水管道功能性和结构性缺陷的问题较为突出。当排水管道存在缺陷时，管道过水断面减少，管道的过水能力降低，也会导致污水管网高水位运行。

3. 低水位运行的条件
   1. 提升污水处理能力

当污水处理厂处理能力小于污水收集量时，应增加污水处理能力，确保污水处理能力与污水处理需求相匹配，为污水管网低水位运行创造基本条件[3]。

3.2控制污水排放量

提高用水效率，控制污水产生量，为污水管网低水位运行提供有利条件。

3.3减少外水入侵量

（1）完善排水管网系统

深化管道错混接改造，实现源头清污分离。逐步推进排水单元内部错混接改造，排查楼宇污水错接雨水立管，杜绝街面排档水、冲洗水进入雨水篦子等；同步不断强化市政错混接排查工作，对市政雨污混接、错接和漏接情况进行整理汇总并改造，进一步明确各排水系统边界。

（2）实施源头雨污分流

实施源头雨污分流工作，逐步实现区域内彻底的雨污分流。完成雨污分流区域内截流井的改造，全部改建为普通的检查井；雨污合流区域内截流井尽可能上移至地势较高的区域，降低地表水倒灌风险，降低污水管网运行水位。

（3）预防地表水倒灌

实际上，部分区域仍会保持雨污合流制的排水体制，因此区域内截流井仍需保留。针对这些截流井，可考虑将截流井上移至雨污合流地块附近，或将截流井形式改造为闸门或下开式堰门等防倒灌效果较好的防倒灌设施[2]，预防地表水倒灌风险。此外在条件容许的情况下，可适当降低河湖等自然水体水位，不仅可以减少地表水倒灌风险，还可以增加城市海绵体。

3.4消除管道结构性和功能性缺陷

（1）强化新建管道的质量管控。

（2）提高现状管网的养护水平，消除管道功能性和结构性缺陷。

4. 结论

（1）污水管网高水位运行不仅会造成管道淤塞，管网水流不畅；而且还会影响对管网运行状况的研判，雨季时还可能造成溢流，对河涌造成污染。

（2）造成污水管网高水位运行的原因主要有：① 污水处理厂处理能力不足，② 倒虹管设计时未充分考虑水损增量，③ 管道之间的衔接采用了管底平接；④ 截污管与合流管之间的关系处理不当；⑤ 外水入侵。

（3）针对污水管网高水位运行的成因，可以从以下四个方面进行优化污水管网系统：① 升污水处理厂的处理能力；② 提高用水效率，控制污水产生量；③ 减少外水入侵量；④ 消除管道结构性和功能性缺陷。

参考文献：

[1]余凯华, 陈昱霖. 管网高水位运行城市污水处理设施补短板策略研究[J]. 给水排水, 2021(10), 115-118.

[2]胡和平, 陈德业, 闫超, 黄翠. 污水管网高水位运行工况下的截污方案探讨[J]. 给水排水, 2019, 45(4), 50-55.

[3]胡和平, 王绍彪, 廖瑜. 污水管网高水位运行原因及对策措施研究[J]. 2021, 47(2), 128-132.