给水排水 |辽源市污水管网改造与修复实践
导读
辽源市排水管道因建设年代久远，管道老化、腐蚀、破损、淤积、沉降、变形等问题十分严重，外来水通过漏损和混错接管道大量进入污水系统，影响污水处理厂处理效能。对辽源市中心城区排水管网进行健康度排查，分析排水管网现状问题和定量评估外来水入流入渗情况。根据排查和监测出的具体问题提出管网修复与改造的策略和技术方法，明确近远期管网修复具体工程和任务，统筹推进污水处理提质增效工作。通过近期已实施管网修复和混错接改造项目，辽源市生活污水集中收集率较上年显著提高。
引用本文：张思家,郭紫波,栗玉鸿. 辽源市污水管网改造与修复实践［J］. 给水排水，2023，49（10）：141-147.
1 概述
本文以辽源市为例，通过对旱季、雨季时污水处理厂进厂BOD浓度分析和水量平衡计算，结合地下水监测情况，疑似有大量外水进入污水系统，降低污水系统效能。对辽源市中心城区污水管网进行健康度普查，并针对结构性缺陷和功能性缺陷管网进行全面排查修复，减少污水外渗或地下水渗入，从而实现污水提质增效目标。
2 现状问题
2.1 污水系统概况
辽源市位于吉林省中南部，中心城区主要有东辽河、仙人河、渭津河和大梨树河4 条主要河流。地下水资源以浅层地下水为主，地下水埋藏较浅，一般3~5 m，多小于城市排水管网埋深，极易造成城市排水管网地下水入渗问题。
辽源市市政道路基本实现雨污分流，市区现状排水体制以分流制为主，现状分流制区域面积约为36.6 km²，合流制区域面积为6.64 km²。目前仅矿总医院以南，福民大街以西，火车站以东，辽河以北区域为合流制区域（粉色区域）如图1所示。
图1 辽源市中心城区现状排水体制分布
辽源市中心城区排水管线约359 km²，其中污水管线约149 km²，合流管线约10 km²。中心城区有一座污水处理厂，位于东辽河南岸，处理规模为10.0 万m³/d。污水主要通过仙人河截污干管和东辽河沿河截污干管运送至生活污水处理厂，但下游部分区域仍采用河底截污干管输送至污水处理厂，因此河底截污干管有较高外水渗入风险。
2.2 生活污水收集率较低
辽源市生活污水处理厂2018年污水处理量为10.97 万m³/d，2019年污水处理量为10.35 万m³/d，2020年污水处理厂提标改造后处理量为13.6 万m³/d，但BOD浓度显著下降，由217 mg/L降至125 mg/L，如图2所示。根据辽源市污水处理厂提供的2020年全年日运行水量、水质数据，结合统计局发布第七次人口普查的人口数据，对全市的生活污水集中收集率达标情况进行测算，辽源市生活污水集中收集率仅为63.5%。
图2 辽源市2018-2020年污水处理厂进水BOD浓度变化趋势
根据2020年污水处理厂逐日进水水质监测数据表明，2020年8至9月当降雨量相对较大时（雨季），BOD月均浓度相对较低；3月（旱季）月均BOD浓度最高，9月（雨季）BOD浓度最低，全年146 天BOD浓度低于100 mg/L，主要集中在8-10月，如图3所示。辽源市生活污水处理厂雨季BOD浓度基本是旱季BOD浓度的一半，说明雨水通过混错接管道进入到污水系统中，严重降低污水系统效能。
图3 2020年污水处理厂逐日进水BOD浓度及降雨变化趋势对比
2.3 外水入渗分析
对辽源市进行水质水量分析，旱季（监测时间为3月，降雨后两天）污水处理厂的平均进水量为13.42 万m³/d，进厂COD浓度为230 mg/L，根据质量守恒分析计算，污水处理厂实际收到的生活污水量应为6.33 万m³/d。经计算得出，旱季时，外水入渗或地下水渗入污水厂的水量为7.09 万m³/d(水量守恒：Q污水厂收集外水+Q污水厂收集污水=Q进厂;水质守恒：Q污水厂收集污水C污水+Q污水厂收集外水×C外水=Q进厂×C进厂）。
因辽源市地下水位较浅、管网埋深大，且截污干管多布置于河道内，沿河截污干管年代久远，判断中心城区外水入侵如地下水入渗、河水倒灌问题较为严重，旱季时超出污水量理论值的水量基本由于河水和地下水入渗引起。
为了定量分析外水入渗污水系统的情况，旱季（3月）在辽源市中心城区根据污水收集分区，按照夜间最小流量法，设置关键监测节点，监测管网外水入渗水量，如图4所示。监测点设置在主要污水收集分区的出口，如仙人河截污干管、财富大路污水干管等管段；同时在渗漏较为严重的街道和小区，如兴业街和文宁路医院小区等管段布置监测点位。经测算，每日有约3.2 万m³地下水或河道水入侵污水管道，管网外水入渗率约为23.85%。
图4 文宁路医院小区流量监测结果
2.4 管网问题识别
为明确辽源市现状排水管网的具体破损、渗漏点位及管道混错接情况，对辽源市中心城区359 km²的雨水管网、污水管网、雨污混接管网进行全面健康度排查，排查内容主要包括混接点调查和管道缺陷排查，其中混接点排查对象主要为小区、商户等排水户与市政排水管网的混接点、市政道路的混接点；市政道路管网的缺陷调查主要是针对管网功能性缺陷和结构性缺陷。辽源市规划采用CCTV和人工检测相结合的方式，了解管网内淤泥、杂物堆积状况，明确管网内结构、功能缺陷，查明管网混接点位、污染源水质、污水量等情况。为增加检测的准确性，管道CCTV结构性检测时，预处理过程尤为重要，应先封堵管道降低水位，同时将管道内的杂物处理干净，预处理后的原有管道应无沉积物、垃圾或其他障碍物，不应有影响施工的积水。同时用高压水射流对管道进行清洗，清洗产生的污水和污物应从检查井内排出。具体检测流程为：实地勘探、整理资料→设计检测方案与调水计划→封堵、清淤、排水→声呐、CCTV等现场检测→研读影像、得出检测评估报告。
2.4.1 管道隐患渗漏缺陷严重
（1）管网缺陷点监测。
通过管网健康度排查，辽源市中心城区排水管网共有24 052 个缺陷点，包括3 597 个三四级缺陷点，占比约15%；全市排水管网共有功能性缺陷点18 687 个，包括1 612 个三四级功能性能缺陷点，以渗漏、破裂、脱节等类型为主。三四级缺陷较为严重的道路有福民大街、长寿街等11 条街道，涉及污水管道长为4.06 km²，雨水管道为9.97 km²，如图5和图6所示。
图5 辽源市中心城区排水管网三四级功能性缺陷占比分布
图6 辽源市排水管网三四级隐患点道路分布
（2）管网渗漏点监测。
经检测，辽源市共有276 个管网渗漏缺陷点，包括50 个三级渗漏缺陷，11个四级渗漏缺陷，雨水、污水及合流管道分别有90 个、120 个和66 个渗漏点；79 条主要道路中有37 条道路均有渗漏点，其中友谊大路、和宁街等道路管道渗漏点相对较多，如图7所示。全市管网渗漏率高达44%，破裂率为21%。
图7 辽源市排水管网渗漏点总体分布
2.4.2 管网混错接问题较多
中心城区目前存在一定雨污水管道混错接点，混错接类型主要为市政管道和源头雨水篦子混错接两类，雨天大量雨水进入通过合流制管网和混错接管道进入污水系统。经监测，辽源市共有56 个雨水管道接入污水管道的混错接点。
3 对策和措施
3.1 混错接改造
3.1.1 源头混错接点
结合老旧小区改造、城市更新等建设计划，辽源市计划对中心城区小区及商户混错接情况进行排查，逐步推进排水管网源头混错接改造。首先根据小区特征采取增加雨水立管、合流立管截流等方式，减少雨水渗入污水系统，再针对各小区不同混错接情况因地制宜进行建设改造工程。当小区出户污水管接入市政雨水管时，则封堵原出户管，新建污水管接入市政污水管；当小区合流管道接入市政雨水管道，则可结合老旧小区改造、城市更新等近远期规划项目，分批次对小区内部进行雨污分流改造，保留合流管为雨水管，新建污水管。在分流制片区，针对源头混错接点，出户污水管就近改接入市政污水管道，雨水管道接入市政雨水管道。计划共改造188 个排水管网源头混错接点位，如图8和表1所示。
图8 辽源市规划改造源头混错接管道点位示意
表1 辽源市源头管网混错改造方案
3.1.2 市政道路混错接点
市政管道接驳混错接改造，可结合片区开发建设、海绵城市建设及旧改等工作，对有条件的市政管道，按照能分则分、宜分则分、易分则分，连片见效的原则进行改造，保障“雨、污”水各行其道。共改造市政管道混错接点122 个，主要位于东山路、济康路、龙山西街、友谊大路等，如图9和表2所示。
图9 市政道路管网混错接点改造位置
表2 辽源市市政道路管网混错改造方案
3.2 管网修复
3.2.1 修复原则和技术
优先修复污水主干管网和渗漏较为严重污水支管，对城市交通要道、城市主干道管道、环境敏感、施工空间受限制等区域的排水管道修复优先采用非开挖修复。各类非开挖修复技术在满足一定条件下可以使用，修复技术没有最好，只有最合适的。因此，应比较分析各种修复技术适用条件，根据修复后管道的流量、强度及现状管道的损坏情况，合理选择修复技术。通过分析管道管径、管材、截面类型、缺陷类型、施工时间、交通影响等，进行非开挖修复技术的适应性分析。根据排水管网健康度排查报告，辽源市管网主要问题为异物穿入、破裂、腐蚀、渗漏、接口材料脱落等，对于这类管线的修复可采用半刚性修复技术，同时修复后的管线，需核算现状过水能力，并按照GB 50268进行闭水试验，满足规范要求。对于DN600圆形管道，可采用“短管焊接内衬”修复工艺，对于DN600以上圆形管道，建议采用“UVCIPP内衬”修复工艺，对于DN1 500以上圆形管道，建议采用“翻转内衬”修复工艺。此外，因部分管道采用开挖修复的直接成本更低，可结合有近期道路改造工程和计划的道路，同步进行管网修复工作。
3.2.2 修复工程
近期针对辽源市9 条主要道路约4 km²污水管道实施非开挖修复，如图10所示；友谊大路、泰安大路结合2023年道路改造计划同步实施排水管网翻建工作；远期逐步实施其余61 条道路的管网修复工程。
图10 辽源市近期实行管道修复位置
3.3 强化管理
在辽源市建立全覆盖、可追溯的排水管网运行维护及问题发现机制，支撑排水管网的日常巡查、养护、检查与评估、维修等工作。制定科学化、规范化、流程化、精细化的日常巡查、定期检查和周期性维护标准及评定方法，指导排水管网运行维护管理工作的开展，及时发现和整改排水管网病害和安全隐患，提升排水管网健康水平，同步落实日常运维质量的量化考核管理。
通过近期已实施管网修复和混错接改造项目，2021年辽源市生活污水集中收集率为68.7%，比上一年增长了5.2 个百分点。
4 结语
城市排水系统的高效运行、污水系统提质增效，有赖于城市排水系统基础信息的掌握程度，并以此进行管网结构性和功能性病害修复工程。因此，管网健康度排查是未来城市管网设计改造和污水提质增效的的基础性、前提性工作。同时应注意排水系统结构性和功能性病害监测、检测及评估的时效性，一般情况，具体管段修复时，监测、检测及评估完成时间与施工开始时间的间隔不得长于2～3年。同时对污水管网进行水量水质监测，也是定量分析外水入渗入流和识别问题管段位置的有效手段。
目前，很多需要进行修复的管网都位于城市高密度区域，管网非开挖修复手段将成为城市污水管网修复和提质增效的主要手段，其技术的选择应结合管段实际位置、埋深、材质、缺陷类型、管径、截面形式、施工时间、管网运行及可能交通影响等因素综合考虑。
