城市污水處理廠群聯合調度模式的分析范文

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摘要：城市污水處理廠群聯合調度是當前城市污水處理的新運行模式，對城市污水處理的管理至關重要。本文分析了目前城市污水處理系統存在的問題，提出了解決問題的廠群聯合調度模式，在完善雨污分流管網系統的基礎上實行廠網一體化運營模式，最終實現區域內污水廠群聯合調度運營的新模式。通過跨廠調配污水和污水廠群聯合調度可有效解決區域內污水廠負荷不均衡、城市發展過程中由于“鄰避效應”等引起的選址難等問題。聯合調度是未來城市污水處理系統運營模式的發展趨勢。

關鍵詞：雨污分流；廠網一體化；聯合調度

污水管網和污水處理廠共同組成了一座城市龐大的污水處理系統，需要二者實現統籌建設和協調運行，才能充分有效發揮其對城市水環境污染的管控功能。現有城市處理系統在運行管理過程中存在諸多問題，如部分地區管網管線破裂、阻塞，排水管網存在雨污混接、亂接等現象導致雨污分流不徹底，使得污水廠進水污染物濃度較低；污水廠與排水管網建設之間不協調，排水管網的污水收集能力和污水處理廠的污水處理能力不匹配；現有城市排水系統在運行管理過程中出現區域負荷分配不夠均衡，“部分吃不飽，部分吃不了”是國內污水處理廠普遍存在的問題，排水系統的輸配調度能力不強，致使不同的污水廠運行負荷差異較大。污水處理系統管控概念的缺失，造成了污水收集管網與廠區建設、監督、管理不同步，污水處理廠的穩定達標可行性降低，增加了對水環境的風險[1]。本文針對城市污水系統存在的問題，提出應完善雨污分流管網系統，進行廠網一體化管理運營，從而實現流域污水廠群聯合調度運營的污水處理系統運營新模式，合理分配污水處理任務，提升流域污水廠群的調控能力。本文建立一個廠群聯合調度模式，這對于實現全流域的污水廠群互聯互通，合理分配污水處理任務，以及改善流域水質、緩解水污染問題都具有重要的指導意義。

1完善雨污分流管網系統

污水管網系統是污水收集和集中處理的基礎。由于受城市建設、經濟條件和管理方式的制約，城市污水管網的建設和管理一般相對滯后，集中表現在污水管網、雨污分流不徹底，管網建設嚴重滯后，部分管線存在串管、漏排，管網資料缺乏、管理力度不夠[2]等問題。要實現污水的源頭治理，關鍵是要建立完善的雨污分流管網系統，如圖1所示。針對污水管網建設嚴重滯后、歷史欠賬多的突出問題，首先應當補齊當前缺口，然后按照“用戶與支管相連、支管與干管相通、干管與污水處理廠相配套”的原則，圍繞片區或污水廠服務范圍，對管網進行全面細致的摸排，查清仍存在問題的管網，然后對這些問題管網要追根溯源，查明原因，精準修復。對因各種原因不能實施雨污分流的老舊小區、城中村、工業園區等區域，可按照“能分則分、不能分則截”的原則實施外圍截污，收集的污水就地分散處理回補。通過以上污水管網的全面梳理和修復，最終建成“用戶—支管—干管—污水處理廠”的路徑完整、接駁順暢、運轉高效的污水收集系統，實現污水處理廠進水水量和濃度的雙提升。

2廠網一體化管理運營

目前，我國大多數城市的污水處理廠與排水管網系統仍由不同單位在負責運營管理，由于二者的運營目標和管理考核機制不同，使得廠網統籌建設和協調運行方面存在諸多問題。統籌建設方面，排水管網的污水收集運輸能力和污水處理廠的處理受納能力不匹配，一方面是排水管網的建設隨著城市的發展同步進行，但污水處理廠并未同步（改）擴建，使得污水處理廠存在大量未能處理的污水直接排入水體；另一方面是污水處理廠按照規劃建成，但是城市排水管網尚未完全接通，使得未收集進入處理廠的污水直接排入水體。協調運行方面，主要矛盾是污水處理廠只能被動接受管網輸送來的污水，并且排水管網沒有向污水處理廠發出污水水量和水質的預報、預警，造成污水處理廠的應對較為滯后，這可能造成高峰流量時廠前污水直接溢流排放，或者部分出色水質不達標[3]。因此，實現污水廠和排水管網系統的一體化運營更符合城鎮排水系統的內在要求，更有利于充分發揮其城市水環境保障功能。污水廠網一體化運營，是指對城鎮排水系統中的污水處理廠和排水管網進行統籌建設和協調運行，保證整個排水系統的安全和高效運行。廠網一體化運營中，統籌建設是前提和基礎，協調運行是核心。污水廠進水的水質、水量和水位是影響其運行工藝以及污水廠和管網運行安全的重要因素，廠網一體化運營可考核污水進水水質、水量和水位的預報預警和調度控制指標。廠網一體化運營能夠充分發揮排水管網“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，保證進廠污水符合污水處理廠的設計要求，保障其運行安全。同時，廠網一體化運營可充分利用排水管網的內部空間，充分發揮其“均衡進廠污水流量、調整各廠運行負荷”的水量均衡作用，保障污水處理廠的高效、穩定運行。

3城市污水處理廠群聯合調度

3.1城市污水處理的重要性

我國污水廠負荷率超過75%和不足50%的設施數量最大[5]，同一區域污水廠負荷嚴重不均衡。污水廠負荷較高的原因主要有：建成區人口密度大，生活污水排放量大，污水量超過了污水廠設計處理量使得負荷率偏高；另外，隨著城市管網系統的完善，偷排漏排、管網漏損等將得到有效控制，提高了污水廠服務范圍內的污水收集率，加大了污水廠的負荷。污水廠負荷較低的原因主要有：部分新開發區域根據城市規劃要求建設了配套的污水處理設施，但是管網建設等配套設施不完善、相關人口并未實際遷移進服務區域導致污水處理設施負荷率偏低；另外，隨著城市雨污分流改造的逐步完成，會使得區域內污水的總量降低。因此，迫切需要對區域內的污水廠群統一管理、聯合調度以解決區域內污水廠群負荷嚴重不均衡的問題。

3.1城市污水處理的實施及管理

（1）城市污水廠群聯合調度是在整合城市范圍內管網信息、污水廠群信息數據庫的基礎上，對區域內污水處理廠進行統一調控管理，集群調控區域內污水量和污染物，短時間內有效提升區域污水廠群的調控能力，實現區域內污水廠群之間互聯互通，從而合理分配污水處理任務。為了實現污水廠群聯合調度，需要在模擬計算的基礎上，在排水管網的適當關鍵位置新建污水跨廠調配設施（如樞紐泵站和聯通管線），還需要建立污水廠群調度系統。例如，北京市編制了《北京城市污水調配設計研究》，實施了小紅門—盧溝橋—吳家村三座污水廠之間污水量調配工程。小紅門污水廠超負荷運行；盧溝橋污水廠和吳家村污水廠進廠水量僅為設計規模的30%，通過上游的污水提升泵站和設置聯通管等設施分流小紅門污水進入盧溝橋—吳家村污水系統，局部優化調整污水處理廠的服務范圍，解決了城市發展面臨的污水增量問題，提高了設施利用效率，如圖3所示。（2）污水廠群聯合調度除了可解決污水廠負荷不均衡的問題，還可以解決城市發展過程中由于“鄰避效應”造成的污水廠選址困難的問題。通過聯合調度，將新增的污水量引入現有負荷不飽和的污水廠，合理分配新增的污水，從而有效解決城市發展過程中污水動態變化的難題。另外，當某一污水處理廠的關鍵設備進行計劃性維護或故障搶修難以正常處理污水時，可通過聯合調度將部分污水跨廠調配，調整各廠的運行負荷[6]。（3）由于城市污水廠一般都有不同的運營主體，需要建立合理的機制來確保聯合調度的順利實施，如污水廠優先處理本片區收集的污水、建立根據污水處理量收費的原則等措施。

4案例分析

以深圳市茅洲河流域污水廠群為例進行分析。深圳市茅洲河流域共有4座污水處理廠，處理量為55萬m3/d，其中寶安片區2座分別是：沙井污水處理廠（15萬m3/d）和松崗水質凈化廠（原燕川污水處理廠，15萬m3/d）；光明新區2座：光明水質凈化廠（15萬m3/d）和公明污水處理廠（10萬m3/d）。現狀處理能力遠低于污水量的需求和規劃規模，同時與污水廠配套的污水干管一期、二期工程也已基本建成投入使用，片區污水系統主干架已形成，隨著茅洲河流域綜合整治工程的實施，污水支管網工程也已基本建成，污水廠的處理規模已嚴重滯后。目前，深圳市正在實施沙井污水處理廠二期工程（35萬m3/d）、松崗污水廠二期工程（15萬m3/d）、光明污水廠改擴建工程（總30萬m3/d）來提高茅洲河流域污水處理能力，其中光明污水廠改擴建工程采取了廠網一體化的模式，建成30萬m3/d處理能力水質凈化廠和總長度約994km污水管網的廠網一體化項目包，主要包括以下項目：對光明污水廠一期工程實施提標改造并新擴建二期工程，污水廠配套污水干管、污水支管網工程，已建污水管網接駁完善項目。從《深圳市污水系統布局規劃修編》（2011-2020）中茅洲河流域內旱季和雨季污水處理廠污水量缺口的預測結果（2030年）來看，污水增量在各污水處理廠服務范圍內的分布不同，部分污水處理系統存在較大缺口，而部分污水處理廠則存在一定的剩余處理能力，如公明污水處理廠片區2030年旱季污水量為14.9萬m3/d，雨季進廠污水量為17.1萬m3/d，規劃規模為20萬m3/d，旱季剩余處理能力為5.1萬m3/d，雨季剩余處理能力為2.9萬m3/d，而松崗污水廠片區旱季有約1萬m3/d、雨季有5.6萬m3/d污水無法處理[7]。可見，“部分吃不飽，部分吃不了”的情況在深圳市其他流域也存在，因此需要建立污水廠群調配機制以解決超量污水處理問題。未來隨著茅洲河流域污水廠群二期工程逐步投入使用，可通過收集該流域內水環境基礎數據及各污水廠的工藝調控方案，將其錄入至調度系統數據庫，根據監測斷面創建廠群聯動的知識規則，建立基于GIS的城市污水處理廠群模擬調度系統[7]，嘗試在該區域內開展污水廠群聯合調度運營，聯動調控水污染，實現污水廠之間污水調配。

5結語

（1）本文分析了城市污水處理系統在管網、廠網運營及區域內污水廠群運營方面存在的問題，提出應完善雨污分流管網系統，在此基礎上實行廠網一體化管理運營模式，最終實現流域污水廠群聯合調度運營的污水處理系統運營新模式，并結合深圳市茅洲河流域內污水廠群情況對污水廠群聯合調度進行了探討。（2）完善雨污分流管網系統是確保城市排水系統發揮水質保障功能的基礎，也是實現廠網一體化運營的前提，廠網一體化運營模式的實現可進一步促成城市污水廠群聯合調度模式的實現。（3）聯合調度模式能夠合理分配污水處理任務，提升流域污水廠群的調控能力，是未來城市污水處理系統運營模式發展的方向。

作者：王寒濤，韋德權 單位：中電建水環境治理技術有限公司