姚 程 黎功稷 马 秀 刘 敏 曾 唯

(成都市西汇水环境有限公司，四川成都，611730)

城市污水收集输送系统的建设与维护是提高城市防洪排涝能力的重要措施，也是水务行业高质量发展的必然要求。我国排水管网长度从2011年的41.1万公里增长到2020年的80.3万公里，数量非常庞大。受施工质量、污水侵蚀、管材老化及地面荷载等多种因素影响，我国污水管道普遍存在破裂、脱节、支管暗接等结构性缺陷。这些结构性缺陷会造成大量地下水、雨水、沟渠水和施工降水等清洁水进入污水管道，这不仅会挤占有限的管网空间和污水处理能力，加剧雨天溢流的风险，还会增加污水处理厂的进水量，降低进水污染物浓度，从而降低污水处理效率，并增加污水处理成本[1]。

2022年3月28日，住房和城乡建设部、生态环境部、国家发展改革委和水利部联合发布《深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》，首次提出了清污分流的概念，核心是将清洁的外来水和真正的污水分开，二者分流各行其道。方案中也明确了到2025年，各城市进水BOD浓度高于100mg/L的生活污水处理厂规模占比90%以上，这对于一些地下水位较高的南方城市来说极具挑战性。因此，国内各大城市对污水管网的检测与修复成为一项亟需实施的工作。

常用的污水管道检测技术有闭路电视检测技术(CCTV)、潜望镜技术(QV)、声纳检测技术、多重传感器检测技术和管道扫描技术等[2]。目前国内最常用的是CCTV和QV技术，但是这两种技术耗时较大，成本较高[3]。一些专家学者已经尝试采用基于质量守恒定律的特征因子法和水量平衡法进行检测。

特征因子法，即选取一些具有代表性的指标作为特征因子，根据化学质量守恒定律或者物理模型来判断某一段污水管道中是否存在外来水侵入现象，并解析出外来水侵入量。所选取的特征因子既可以是COD、NH3-N或一些金属离子等化学指标，也可以是电导率等物理指标或藻类等生物指标[4]。如刘希希等[4]采用锰离子作为特征因子计算九江市某片区地下水的入渗量，达到了88.9%的判断准确率。刘旭辉等[5]采用测量污水电导率的方法计算出深圳市某片区地下水入渗比例。

水量平衡法，即直接测定上下游流量，根据水量平衡原理计算外来水侵入量。如吕耀志等[6]采用流量测定的方法得出单处渗漏点日入渗量可达500m3/d。但水量平衡法工作量大且精度不高，因此常作为污水管道检测的辅助方法。

本文以我国西南地区某污水处理厂进厂主干管检测项目为例，以COD和NH3-N作为特征因子，判断破损点并解析外来水侵入量，之后采用QV检测进行验证。结果显示准确率较高，有利于提高检测效率，大幅减低检测成本。

2.1 流量和水质检测

在污水主干管上每隔约200米设置一个检测点，支管接入点前后设置检测点。使用流量计检测每个检测点的瞬时流量，检测三次取平均值。同时取水样带回实验室，将水样预处理后，使用重铬酸钾法测定COD浓度，使用纳氏分光光度法测定NH3-N浓度。

2.2 外来水侵入量计算方法

基于水质特征因子的化学质量平衡公式可用于全系统水平地解析外来水入渗量。对于污水管网系统满足下列关系式：

Qj+Qs+Qw=Qg

(1)

QjCj+QsCs+QwCw=QgCg

(2)

式中：Qj和Cj分别代表污水管网进水流量和特征因子浓度；
Qs和Cs分别代表污水管网在该片区所收集入管的污水流量和特征因子浓度；
Qw和Cw分别代表污水管网外来水(包括地下水、沟渠水、雨水等)的流量和特征因子浓度；
Qg和Cg分别代表污水管网出水流量和特征因子浓度。上述公式适用于整个污水管网系统，也适用于某一子区域或某一管段。

将式(1)和式(2)整理得：

(3)

若选择计算的污水管段为封闭系统，无支管接入或未收集周边污水，外来水均属于清洁水。则可将Qs和Cw视为0，则式(3)可简化为 ：

(4)

2.3 QV检测

对采用特征因子法检测分析出的破损点，采用QV检测进行验证。

3.1 不同检测点流量与特征因子浓度检测结果

项目所在地区地下水位较高，雨水充沛，因此外来水极易入侵。本文共选取9个检测点，分别记为WS1—WS9，检测结果见表1。从表1中可以发现，该污水处理厂进厂主干管，流量从287.04L/h升高至396.66L/h，从水量平衡的角度分析，该管段具有外来水入侵现象。

表1 不同检测点流量与特征因子浓度检测结果

3.2 不同指标对应外来水侵入情况

由于部分计算得出的外来水侵入量出现负值，与实际情况不符。因此将计算结果中的负值修正为0。计算结果为负的原因可能是因为测定的是瞬时值，取样时具有一定偶然性。

由表2结果可以看出，水量对应侵入量和NH3-N对应侵入量较为接近，而COD对应侵入量则要偏大。因为水量对应侵入量最为可靠，所以基于NH3-N计算出的侵入量更接近真实值。分析WS1—WS9管段，无论采用哪种方法，均可判断出该管段存在明显外来水侵入现象，侵入量主要集中在WS3—WS4管段之间，基于水量、COD和NH3-N计算得出的外来水侵入量分别为94.32mg/L、166mg/L和93mg/L，侵入量较大，完全超出入渗标准，判断在该管段中可能存在较大破损点。

表2 不同指标对应外来水侵入情况

通过QV检测验证了以上判断，检测结果如图1所示。

图1 WS3—WS4管段QV检测图像

当前我国污水管网外来水侵入问题严重，但基于现场测量的实验较少。本文针对某一污水主干管，分别以COD和NH3-N为特征因子解析外来水侵入量，并与基于水量平衡法得出的结果进行对比，结果表明NH3-N作为特征因子对应的侵入量更准确。同时判断出该管段存在破损点，并以QV检测方法进行验证。

基于特征因子法识别出污水管网中外来水入侵严重的区域，可有效提高污水管道检测效率，大幅节约污水管道检测的人力和资金成本，可尝试在实际应用中加以推广。

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