城鎮(zhèn)污水處理廠與排水系統(tǒng)一體化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
發(fā)布時(shí)間：2016/10/11 點(diǎn)擊量：
1.廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)的界面工藝要素
1.1廠網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理的界面及其工藝要素
城鎮(zhèn)污水處理廠及其上游排水管網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)管理界面，也就是二者的物理分界面，即排水管網(wǎng)總干管的末端或污水處理廠進(jìn)水泵房粗格柵的前端。
界面工藝要素包括污水水量、水質(zhì)和水位。其中，水量與水質(zhì)是排水管網(wǎng)收集輸送污水的結(jié)果，也是污水處理廠運(yùn)行工藝調(diào)控和進(jìn)行擴(kuò)建改造的決策依據(jù)；水位取決于污水處理廠的運(yùn)行調(diào)控，對(duì)于重力流排水管網(wǎng)而言，也是影響其運(yùn)行安全（產(chǎn)生管道淤積、影響排水通暢）的重要因素。
所謂廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)，是指對(duì)城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的污水處理廠和排水管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)籌建設(shè)和協(xié)調(diào)運(yùn)行，以保證整個(gè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行安全和高效。其中，統(tǒng)籌建設(shè)是前提，協(xié)調(diào)運(yùn)行是核心。對(duì)界面工藝要素的預(yù)報(bào)預(yù)警和調(diào)度控制，是廠網(wǎng)之間協(xié)調(diào)運(yùn)行的考核指標(biāo)，也是廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)的主要內(nèi)容。
1.2污水處理廠對(duì)界面工藝要素的要求
1.2.1水質(zhì)
（1）調(diào)度控制：對(duì)于污水處理廠可以去除的常規(guī)污染物，即《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的基本控制項(xiàng)目，其濃度不宜超過(guò)污水處理廠的設(shè)計(jì)指標(biāo)（預(yù)警值）；其中，無(wú)機(jī)泥砂類固體含量應(yīng)盡量低，以減少污水處理廠設(shè)備、設(shè)施的磨損；但可降解有機(jī)物（BOD5）的濃度宜維持在一定的水平之上，以用作污水脫氮除磷所需的碳源。對(duì)于污水處理廠難以去除的特種有機(jī)物和有毒重金屬類污染物，即《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中的選擇性控制項(xiàng)目，其濃度不能超過(guò)《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定限值；當(dāng)污水處理廠發(fā)現(xiàn)此類污染物超標(biāo)時(shí)，排水管網(wǎng)應(yīng)具備源頭追溯管控的功能。
（2）預(yù)報(bào)預(yù)警：根據(jù)北京排水集團(tuán)所屬污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，參考其他城市污水處理廠的運(yùn)行調(diào)控水平，污水水質(zhì)應(yīng)至少提前2 h向污水處理廠進(jìn)行預(yù)報(bào)預(yù)警。當(dāng)污水中常規(guī)污染物濃度連續(xù)60天超過(guò)預(yù)警值時(shí)，污水處理廠需啟動(dòng)升級(jí)（水質(zhì)保障）改造程序。
1.2.2水量
（1）調(diào)度控制：為保證污水處理廠的高效、穩(wěn)定運(yùn)行，各時(shí)段的進(jìn)廠流量應(yīng)盡量均衡，日運(yùn)行負(fù)荷率應(yīng)適中。正常情況下，瞬時(shí)流量宜控制在日均值的±25%以內(nèi)，最大值不宜超過(guò)預(yù)警值（一般為設(shè)計(jì)處理能力的90%），日運(yùn)行負(fù)荷率則宜控制在75%～95%。當(dāng)污水處理廠的關(guān)鍵設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行計(jì)劃性維護(hù)或故障搶修時(shí)，宜根據(jù)部分設(shè)備、設(shè)施停產(chǎn)的需要減少進(jìn)廠污水量（包括瞬時(shí)流量和持續(xù)時(shí)間）。
（2）預(yù)報(bào)預(yù)警：根據(jù)北京排水集團(tuán)所屬污水處理廠的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，污水流量應(yīng)至少提前1 h向污水處理廠進(jìn)行預(yù)報(bào)、預(yù)警。理論上，當(dāng)日總水量連續(xù)15日超過(guò)設(shè)計(jì)處理規(guī)模的95%時(shí)，污水處理廠需啟動(dòng)擴(kuò)建（新建）程序，但實(shí)踐中，因征地拆遷非常困難，實(shí)際建設(shè)周期比較長(zhǎng)，當(dāng)運(yùn)行負(fù)荷率達(dá)到90%時(shí)，就需及時(shí)啟動(dòng)擴(kuò)建（新建）程序。
1.3排水管網(wǎng)對(duì)界面工藝要素的要求
重力流排水管網(wǎng)對(duì)界面工藝要素的要求主要是水位。
（1）正常運(yùn)行狀態(tài)：應(yīng)控制界面水位使排水管網(wǎng)運(yùn)行在安全水位以下（至少是所有排水干管的充滿度不高于設(shè)計(jì)允許值），以減少上游管道淤積、保障排水管網(wǎng)運(yùn)行安全。
（2）設(shè)施維護(hù)狀態(tài)：當(dāng)排水管網(wǎng)進(jìn)行計(jì)劃性維護(hù)或故障搶險(xiǎn)搶修時(shí)，污水處理廠應(yīng)短期加大污水抽升（處理）量，控制界面水位使排水管網(wǎng)在低水位下運(yùn)行，為排水管網(wǎng)維護(hù)或搶險(xiǎn)搶修創(chuàng)造有利條件。
（3）防汛保障狀態(tài)：對(duì)于有合流制管道的排水管網(wǎng)，當(dāng)汛期接到防汛預(yù)警時(shí)，污水處理廠應(yīng)及時(shí)加大污水抽升（處理）量，控制界面水位使排水管網(wǎng)在低水位下運(yùn)行，為雨水預(yù)留排水管網(wǎng)的內(nèi)部空間，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)澇防治和溢流污染控制的雙重目標(biāo)。
2.廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)的基本模式
北京排水集團(tuán)目前形成了“水質(zhì)保障、水量均衡、水位預(yù)調(diào)”3種基本的廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)模式。
2.1水質(zhì)保障
廠網(wǎng)一體化運(yùn)營(yíng)可充分發(fā)揮排水管網(wǎng)“排入水質(zhì)源頭監(jiān)控、水質(zhì)水量預(yù)報(bào)預(yù)警、超標(biāo)排水追溯管控、無(wú)機(jī)雜質(zhì)廠前去除”的水質(zhì)保障作用，保證污水處理廠進(jìn)廠污水符合設(shè)計(jì)要求，保障其運(yùn)行安全。
2.1.1排入水質(zhì)源頭監(jiān)控
排入水質(zhì)源頭監(jiān)控是指，對(duì)于可能超標(biāo)排入污水的排水戶，通過(guò)在其排水口設(shè)置在線監(jiān)測(cè)裝置或定期進(jìn)行采樣檢測(cè)，監(jiān)測(cè)排入污水的水質(zhì)、水量；發(fā)現(xiàn)超標(biāo)（尤其是影響污水處理廠運(yùn)行安全的有毒重金屬和特種有機(jī)物）的情況及時(shí)報(bào)告和配合水政執(zhí)法進(jìn)行管控處理，并預(yù)判對(duì)污水處理廠運(yùn)行安全的影響，及時(shí)發(fā)出預(yù)警；而對(duì)于排放污水含有優(yōu)質(zhì)碳源（B/C高于075）的排水戶，通過(guò)簽訂排水協(xié)議適當(dāng)放寬濃度限制，以有利于污水處理廠的脫氮除磷，降低污水處理（包括排水戶的預(yù)處理）成本。
北京排水集團(tuán)在2011年初開始對(duì)排水管網(wǎng)實(shí)施流域化管理，將各污水處理廠流域的上游管網(wǎng)按照集水區(qū)域和上下游連通關(guān)系劃分為不同級(jí)別的管線邏輯關(guān)系，共建立了210個(gè)排水小流域（見圖1）。小流域劃分后，每個(gè)污水處理廠上游的排水管網(wǎng)都是由總干管、主干管、小流域組成，形成了點(diǎn)、線、面結(jié)合的網(wǎng)格化（管理）格局，以便于排入水質(zhì)的源頭監(jiān)控和超標(biāo)溯源。
每個(gè)小流域的排水戶均按其排水水量和水質(zhì)特性進(jìn)行分級(jí)、分類管理，對(duì)曾經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)排水的垃圾處理站/填埋場(chǎng)、糞便消納場(chǎng)、綜合性醫(yī)院等重點(diǎn)排水戶，在其排水口安裝了在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控（特種有機(jī)物和有毒重金屬類）；對(duì)可能超標(biāo)排水的餐飲等部分排水戶，則對(duì)其排水水質(zhì)（特征污染物）進(jìn)行定期檢測(cè)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)排水戶超標(biāo)排水時(shí)，立即向其發(fā)送告知書，通知限期整改。對(duì)于逾期未采取整改措施的，及時(shí)配合水政執(zhí)法進(jìn)行管控處理。同時(shí)，定期開展社會(huì)開放日等活動(dòng)，加強(qiáng)排水許可宣傳，與街道、居委會(huì)、社區(qū)建立聯(lián)動(dòng)，動(dòng)員社會(huì)力量來(lái)共同監(jiān)督超標(biāo)排水行為。
這些源頭監(jiān)控措施率先在J廠流域綜合實(shí)施，雖然近年來(lái)居民生活污水的濃度有所增加（節(jié)水意識(shí)提高），但進(jìn)廠污水的COD平均濃度逐年下降，特別是2013年以后（見圖2）。
現(xiàn)階段，排入水質(zhì)源頭監(jiān)控需要針對(duì)重點(diǎn)排水戶安裝在線監(jiān)測(cè)裝置，不但數(shù)量多、投資大，而且監(jiān)測(cè)的特征污染物各不相同，型號(hào)規(guī)格眾多、運(yùn)行維護(hù)困難。因此，集團(tuán)優(yōu)先采用定期檢測(cè)方式并對(duì)排水戶實(shí)行“信用制”管理：對(duì)定期檢測(cè)一直未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)排水行為的排水戶，將其信用等級(jí)提高一級(jí)，并相應(yīng)降低監(jiān)控頻率；而對(duì)發(fā)現(xiàn)超標(biāo)排水行為的排水戶，發(fā)現(xiàn)一次將其信用等級(jí)降低一級(jí)，連續(xù)3次降級(jí)的排水戶，配合水政執(zhí)法部門監(jiān)督由其自行安裝在線監(jiān)測(cè)裝置。實(shí)際上，排入水質(zhì)源頭監(jiān)控更需要全社會(huì)提高對(duì)排水許可的認(rèn)識(shí)。
2.1.2水質(zhì)水量預(yù)報(bào)預(yù)警
水質(zhì)水量預(yù)報(bào)預(yù)警是指，在排水管網(wǎng)的適當(dāng)位置安裝在線監(jiān)測(cè)裝置，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)收集污水的水質(zhì)、水量，并建立污水在管網(wǎng)中的水量疊加模型和水質(zhì)傳遞模型，為污水處理廠提供進(jìn)廠污水水質(zhì)、水量的預(yù)報(bào)、預(yù)警，以便污水處理廠及時(shí)進(jìn)行工藝調(diào)控，保障其高效、穩(wěn)定運(yùn)行。
污水中特種有機(jī)物和有毒重金屬類的預(yù)報(bào)、預(yù)警，應(yīng)當(dāng)注重對(duì)重點(diǎn)排水戶排入污水的源頭監(jiān)控。從污水處理廠工藝調(diào)控的需要考慮，主要關(guān)注的是污水中常規(guī)污染物的預(yù)報(bào)、預(yù)警，如pH、懸浮物、化學(xué)需氧量、生化需氧量、氨氮、總氮、總磷等控制項(xiàng)目，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇監(jiān)測(cè)。
對(duì)于排水管網(wǎng)中特定的（重力流）管道而言，其水位與流量可建立起一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)踐中一般采用水位監(jiān)測(cè)來(lái)代替流量監(jiān)測(cè)，以降低投資和成本。
目前，北京排水集團(tuán)結(jié)合小流域管理，已在規(guī)模較小的B廠和W廠上游管網(wǎng)的主干管末端及部分小流域末端安裝了水位、化學(xué)需氧量、氨氮等集成式在線監(jiān)測(cè)裝置，并初步建立了相應(yīng)的水量疊加模型和水質(zhì)傳遞模型，基本可實(shí)現(xiàn)提前1 h左右對(duì)進(jìn)廠污水的水質(zhì)和水量進(jìn)行預(yù)報(bào)、預(yù)警。同時(shí)，結(jié)合集團(tuán)的標(biāo)準(zhǔn)化管理，針對(duì)12種典型的污水水質(zhì)、水量（及其組合）情況，以W廠為試點(diǎn)制定了相應(yīng)的運(yùn)行方案和應(yīng)急預(yù)案，可根據(jù)水質(zhì)、水量的預(yù)報(bào)、預(yù)警進(jìn)行快速響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)菜單式運(yùn)行調(diào)度，提高污水處理廠的運(yùn)行效率和水質(zhì)保障。
計(jì)劃到2020年底，北京排水集團(tuán)將完成對(duì)中心城區(qū)所有小流域排水（水質(zhì)和水量）的在線監(jiān)測(cè)，預(yù)期可實(shí)現(xiàn)提前2～3 h對(duì)所有污水處理廠的進(jìn)廠污水進(jìn)行預(yù)報(bào)、預(yù)警。
