管网干货|污水管网为什么会高水位运行?

春柏课程 2024-10-17 18:42:40

水的问题根源在岸上,核心是管网,管网是城市的“毛细血管”,它的运行状态对市民生活质量和城市可持续发展起着举足轻重的作用。

根据《给水排水设计手册(第5册)城镇排水》,污水管网都会有一个最大充满度。不同的污水管管径大小,设计规范要求的充满度通常在0.55~0.75之间,当管段充满度大于设计充满度时即是高水位运行状态。

正常情况下,污水管网水位应该是支管>次干管>主干管,污水水流方向应该是支管→次干管→主干管→污水处理厂。

当市政污水管网高水位运行时,会出现主干管→次干管→支管”的现象。

污水管网为何总是会高水位运行呢?这个情况应该很普遍,很多城市污水管网和农村污水治理的污水管网都会存在高水位运行的情况。

那么为什么会出现污水管网高水位运行呢?有什么措施可以把水位降下来?

污水管网高水位运行的原因

(1)下游污水处理厂(或泵站)处理能力不足。

随着城市化进程的加快,污水排放量激增,部分后端污水处理厂的扩建与升级未能及时跟上步伐,处理能力不足,导致污水厂提升泵站的水位偏高,大量污水在管网中滞留,从而抬高了污水管网的整体水位。

(2)管道淤堵或管道存在缺陷,缩小了管道过流断面。

某一段污水管道(例如倒虹管段、过河管段等)出现了淤积(或存在缺陷),导致管道过流断面变小,管道的输水能力降低,导致上游污水管道的运行水位升高。这时在异常管段前后测定管网水位,能看到水位突变。

(3)地表水倒灌,导致管网流量增大。

很多沿河(或鱼塘)的排口通过截流井的形式截污,为了防止河水(或鱼塘)倒灌会在排口末端安装拍门或鸭嘴阀,这类防倒灌设施若存在异物卡滞,则会造成地表水倒灌进入污水管网,造成管网内流量增大,从而抬升污水管道运行水位。这时可观察运行水位和地表水水位的变化关系,是否存在关联性。

(4)管道老化破裂,地下水入渗

长期使用的污水管道因不均匀沉降、腐蚀等原因出现破损,当污水管网水位低于周边地下水位时,地下水会入流入渗,导致污水浓度下降,污水量增加,增加了污水处理厂的负荷。

(5)管径设计过小,规划与设计不足

在管网建设初期,存在对城市未来发展速度预估不足的情况,导致管径设计偏小,难以满足日益增长的排水需求。此外,管网布局不合理,也可能加剧局部区域的排水压力。

(6)雨污分流不彻底,雨水立管接入污水井

管道建设初期,雨水立管接入污水井,降雨时,大量雨水流入污水管道,增加了污水管道的流量,降低了管网内污染物的浓度,造成管网高水位运行。

(7)运维管理缺失

由于污水管网采用的是重力流,要保证周边地块的水能够接入,对埋深有一定的要求,部分主干管和过河倒虹管的埋深甚至会超过十米,给管道的养护运维增加了困难,一旦缺乏有效的定期清淤、检修机制,会导致管道内淤积严重,过流断面减小,流速降低,逐步形成高水位运行。

污水管网高水位运行的危害

(1)管道堵塞

根据GB50014—2006《室外排水设计规范(2016年版)》,污水管道在设计充满度下最小设计流速为0.6m/s,管道高水位运行时,流速过小,会增加管道内污染物的沉淀,进而导致管道堵塞。在堵塞的情况下,污水管网通畅的一侧将无法正常运行。

(2)影响河道等水体水质

当市政污水管网水位高于周边水网、河道水位时,出现污水外渗,不仅污染土壤和地下水,还可能通过地表径流进入河流、湖泊等自然水体,影响河道水质。

(3)增加了管道的压力

污水管网高水位运行,会增加管道的压力,尤其是软土地基地段,会导致整个管道压力变大,增加了管道的沉降量,同时管道内部的压力也会变大,也会导致管网更容易破损。

(4)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,对河道造成污染。

(5)增加了管网运维的难度

当管网低水位运行时,井室内水位低,更便于判断发现井壁破裂、入流入渗、由井壁伸入的错混接情况;当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,增加了管网运维的难度。

污水管网的降水位措施

根据以上高水位运行的成因,逐一采取相应的措施解决相应的问题,即可逐步解决污水管网高水位运行的问题。

(1)后端污水处理厂扩容。

理论上,污水处理厂泵站最大限度抽水,是可以把管网高水位运行问题解决的(除非有大量河水倒灌进入管网)。

(2)对污水管网进行疏通、修复。

污水管道恢复正常后,该段管网前后的污水管道运行水位会趋于一致,即可解决高水位问题。

(3)对沿河(鱼塘)的排口进行排查整改。

若由于河水(或鱼塘水)倒灌,则对防倒灌装置进行维修、更换,使得无地表水进入污水管道,高水位问题也会逐步解决。

(4)管道设置过小,可增大管道。

污水管道增大后,输水能力提升,高水位问题会得到缓解。

(5)雨污分流,降低清水进入污水管道。

逐步推行雨污分流,既可以解决污水管网高水位问题,又能提高污水处理站点的进水浓度。

对于一个排水系统,污水管网高水位运行一般都是很多因素综合后的结果,所以要解决污水管网高水位的问题,还是需要找准原因,再对症下药,才能最终解决管网高水位的问题。

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