城鎮污水處理廠與排水系統一體化實踐經驗
發布時間：2016/10/11 點擊量：
1.廠網一體化運營的界面工藝要素
1.1廠網運營管理的界面及其工藝要素
城鎮污水處理廠及其上游排水管網的運營管理界面，也就是二者的物理分界面，即排水管網總干管的末端或污水處理廠進水泵房粗格柵的前端。
界面工藝要素包括污水水量、水質和水位。其中，水量與水質是排水管網收集輸送污水的結果，也是污水處理廠運行工藝調控和進行擴建改造的決策依據；水位取決于污水處理廠的運行調控，對于重力流排水管網而言，也是影響其運行安全（產生管道淤積、影響排水通暢）的重要因素。
所謂廠網一體化運營，是指對城鎮排水系統的污水處理廠和排水管網進行統籌建設和協調運行，以保證整個排水系統的運行安全和高效。其中，統籌建設是前提，協調運行是核心。對界面工藝要素的預報預警和調度控制，是廠網之間協調運行的考核指標，也是廠網一體化運營的主要內容。
1.2污水處理廠對界面工藝要素的要求
1.2.1水質
（1）調度控制：對于污水處理廠可以去除的常規污染物，即《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的基本控制項目，其濃度不宜超過污水處理廠的設計指標（預警值）；其中，無機泥砂類固體含量應盡量低，以減少污水處理廠設備、設施的磨損；但可降解有機物（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。對于污水處理廠難以去除的特種有機物和有毒重金屬類污染物，即《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的選擇性控制項目，其濃度不能超過《污水排入城鎮下水道水質標準》的規定限值；當污水處理廠發現此類污染物超標時，排水管網應具備源頭追溯管控的功能。
（2）預報預警：根據北京排水集團所屬污水處理廠的實際運行經驗，參考其他城市污水處理廠的運行調控水平，污水水質應至少提前2 h向污水處理廠進行預報預警。當污水中常規污染物濃度連續60天超過預警值時，污水處理廠需啟動升級（水質保障）改造程序。
1.2.2水量
（1）調度控制：為保證污水處理廠的高效、穩定運行，各時段的進廠流量應盡量均衡，日運行負荷率應適中。正常情況下，瞬時流量宜控制在日均值的±25%以內，最大值不宜超過預警值（一般為設計處理能力的90%），日運行負荷率則宜控制在75%～95%。當污水處理廠的關鍵設備、設施進行計劃性維護或故障搶修時，宜根據部分設備、設施停產的需要減少進廠污水量（包括瞬時流量和持續時間）。
（2）預報預警：根據北京排水集團所屬污水處理廠的實際運行經驗，污水流量應至少提前1 h向污水處理廠進行預報、預警。理論上，當日總水量連續15日超過設計處理規模的95%時，污水處理廠需啟動擴建（新建）程序，但實踐中，因征地拆遷非常困難，實際建設周期比較長，當運行負荷率達到90%時，就需及時啟動擴建（新建）程序。
1.3排水管網對界面工藝要素的要求
重力流排水管網對界面工藝要素的要求主要是水位。
（1）正常運行狀態：應控制界面水位使排水管網運行在安全水位以下（至少是所有排水干管的充滿度不高于設計允許值），以減少上游管道淤積、保障排水管網運行安全。
（2）設施維護狀態：當排水管網進行計劃性維護或故障搶險搶修時，污水處理廠應短期加大污水抽升（處理）量，控制界面水位使排水管網在低水位下運行，為排水管網維護或搶險搶修創造有利條件。
（3）防汛保障狀態：對于有合流制管道的排水管網，當汛期接到防汛預警時，污水處理廠應及時加大污水抽升（處理）量，控制界面水位使排水管網在低水位下運行，為雨水預留排水管網的內部空間，以實現內澇防治和溢流污染控制的雙重目標。
2.廠網一體化運營的基本模式
北京排水集團目前形成了“水質保障、水量均衡、水位預調”3種基本的廠網一體化運營模式。
2.1水質保障
廠網一體化運營可充分發揮排水管網“排入水質源頭監控、水質水量預報預警、超標排水追溯管控、無機雜質廠前去除”的水質保障作用，保證污水處理廠進廠污水符合設計要求，保障其運行安全。
2.1.1排入水質源頭監控
排入水質源頭監控是指，對于可能超標排入污水的排水戶，通過在其排水口設置在線監測裝置或定期進行采樣檢測，監測排入污水的水質、水量；發現超標（尤其是影響污水處理廠運行安全的有毒重金屬和特種有機物）的情況及時報告和配合水政執法進行管控處理，并預判對污水處理廠運行安全的影響，及時發出預警；而對于排放污水含有優質碳源（B/C高于075）的排水戶，通過簽訂排水協議適當放寬濃度限制，以有利于污水處理廠的脫氮除磷，降低污水處理（包括排水戶的預處理）成本。
北京排水集團在2011年初開始對排水管網實施流域化管理，將各污水處理廠流域的上游管網按照集水區域和上下游連通關系劃分為不同級別的管線邏輯關系，共建立了210個排水小流域（見圖1）。小流域劃分后，每個污水處理廠上游的排水管網都是由總干管、主干管、小流域組成，形成了點、線、面結合的網格化（管理）格局，以便于排入水質的源頭監控和超標溯源。
每個小流域的排水戶均按其排水水量和水質特性進行分級、分類管理，對曾經嚴重超標排水的垃圾處理站/填埋場、糞便消納場、綜合性醫院等重點排水戶，在其排水口安裝了在線監測裝置進行重點監控（特種有機物和有毒重金屬類）；對可能超標排水的餐飲等部分排水戶，則對其排水水質（特征污染物）進行定期檢測。當發現排水戶超標排水時，立即向其發送告知書，通知限期整改。對于逾期未采取整改措施的，及時配合水政執法進行管控處理。同時，定期開展社會開放日等活動，加強排水許可宣傳，與街道、居委會、社區建立聯動，動員社會力量來共同監督超標排水行為。
這些源頭監控措施率先在J廠流域綜合實施，雖然近年來居民生活污水的濃度有所增加（節水意識提高），但進廠污水的COD平均濃度逐年下降，特別是2013年以后（見圖2）。
現階段，排入水質源頭監控需要針對重點排水戶安裝在線監測裝置，不但數量多、投資大，而且監測的特征污染物各不相同，型號規格眾多、運行維護困難。因此，集團優先采用定期檢測方式并對排水戶實行“信用制”管理：對定期檢測一直未發現超標排水行為的排水戶，將其信用等級提高一級，并相應降低監控頻率；而對發現超標排水行為的排水戶，發現一次將其信用等級降低一級，連續3次降級的排水戶，配合水政執法部門監督由其自行安裝在線監測裝置。實際上，排入水質源頭監控更需要全社會提高對排水許可的認識。
2.1.2水質水量預報預警
水質水量預報預警是指，在排水管網的適當位置安裝在線監測裝置，實時監測收集污水的水質、水量，并建立污水在管網中的水量疊加模型和水質傳遞模型，為污水處理廠提供進廠污水水質、水量的預報、預警，以便污水處理廠及時進行工藝調控，保障其高效、穩定運行。
污水中特種有機物和有毒重金屬類的預報、預警，應當注重對重點排水戶排入污水的源頭監控。從污水處理廠工藝調控的需要考慮，主要關注的是污水中常規污染物的預報、預警，如pH、懸浮物、化學需氧量、生化需氧量、氨氮、總氮、總磷等控制項目，可根據實際情況進行選擇監測。
對于排水管網中特定的（重力流）管道而言，其水位與流量可建立起一定的對應關系，實踐中一般采用水位監測來代替流量監測，以降低投資和成本。
目前，北京排水集團結合小流域管理，已在規模較小的B廠和W廠上游管網的主干管末端及部分小流域末端安裝了水位、化學需氧量、氨氮等集成式在線監測裝置，并初步建立了相應的水量疊加模型和水質傳遞模型，基本可實現提前1 h左右對進廠污水的水質和水量進行預報、預警。同時，結合集團的標準化管理，針對12種典型的污水水質、水量（及其組合）情況，以W廠為試點制定了相應的運行方案和應急預案，可根據水質、水量的預報、預警進行快速響應，實現菜單式運行調度，提高污水處理廠的運行效率和水質保障。
計劃到2020年底，北京排水集團將完成對中心城區所有小流域排水（水質和水量）的在線監測，預期可實現提前2～3 h對所有污水處理廠的進廠污水進行預報、預警。
