排水设施

排水监测不仅关系着城市排水的有效控制，还涉及水污染的控制、环境保护及改善等问题，而其中被誉为第二水源的再生水的安全性更是受到广泛关注。那么，北京市的排水监测发展如何?北京市再生水的处理和利用情况如何呢? 　　带着这些问题，仪器信息网(以下简称Instrument)近日采访了北京市城市排水监测总站有限公司技术总监范云慧女士，请范云慧总监为我们全面解读北京市的排水监测系统。 　　Instrument：首先请您介绍一下，北京城市排水监测的发展历程以及现状? 　　范云慧：1954年，北京开始测量污水水量，那也是我们单位工作的起源。1956年逐步开展排水水质的化验分析工作，监测对象以排入河渠的污水为主，最初仅检测污水、污泥中的氮磷钾含量，以计算农田灌溉间接施肥量。后来考虑水质对排水设施以及运行工人的健康影响，增加蛔虫卵、悬浮物、氯化物、油类等项目的监测。 　　截止1978年，北京市建成了高碑店和酒仙桥两座城市(一级)污水处理厂及12座污水抽升泵站，这时的排水监测工作以污水厂和污水泵站为主，辅以城市排入河渠的污水水质水量监测，同时进行部分排水管网和排水大户的水质水量监测工作。 　　1994年住建部组建国家城市排水监测网。1995年，北京、天津、上海、青岛、哈尔滨5个城市排水监测站通过计量认证审核，成为首批国家级排水监测站。同时，北京排水监测站正式更名为北京市城市排水监测总站。 　　1995年至2005年，北京市污水处理厂进行了集中规划建设，我站配合相关单位开展了大量规划与研究工作。先后参加北京市东南郊污染源调查研究、北京市城市污水厂合理规模研究等科研工作 主编了国家标准《城镇污水处理厂污泥泥质》、部颁标准《污水排入城镇下水道水质标准》、《城镇排水自动监测系统技术要求》标准，参与编制了《城市污水水质检验方法》和《城市污水处理厂污泥检验方法》等标准。 　　目前，北京的排水监测对象主要分为三部分。首先是污水排放源头，即排水户。北京的排水户有几万家，重点监测排水量大、可能对管网设施或污水处理厂产生影响的排水户，包括医院、工厂、宾馆饭店、粪便及垃圾处理场站等。 　　其次，污水传输的管道，即排水管网。排水户排出的污水汇入管网支线，支线再汇入干线，最终进入污水处理厂。在此过程中，污水中的有害物质会对管网造成损害，在微生物的作用下，还会产生有毒有害气体，积聚在管网中，对养护工人造成危害，甚至会发生公共安全事件。因此，管网的监测是排水设施监测的重要一环。 　　最后是污水处理厂(再生水厂)。北京市污水处理率已达90%以上，达标排放是监测的重点。众所周知，北京缺水很严重，因此北京市制定了《加快污水处理和再生水利用设施建设三年行动方案》(2013-2015年)。根据此方案，北京城区的污水处理厂将全部升级改造成再生水厂。升级改造之后，排水转为了供水，那么水量、水压、水质的稳定性以及用水安全等内容就成为监测和研究的重点。 　　Instrument：请您介绍一下，北京城市排水监测的依据和意义? 　　范云慧：排水户和排水管网监测的主要依据是《污水排入城镇下水道水质标准》(CJ343-2010)，此标准为住建部颁布的行业标准。今年我们作为第二主编单位对此标准进行了修订，即将升级为国家标准。 　　《污水排入城镇下水道水质标准》升为国家标准后，其法律地位会提高，排水户自觉遵守的意识会加强，这将有利于排水许可制度的推行。排水户是污染的源头，排水户的污染得到有效控制，对后面的排水管网和污水处理厂都能起到保护作用。 　　如前所述，排水管网的监测主要是为了监控水质，防止对管网设施的损害和堵塞 监测产生的气体，防止公共安全事故的发生。另外，管网污水的最终去向是污水处理厂，水质水量的波动对污水处理厂运行影响很大。通过积累经验数据，快速判断异常污水来源对保证污水处理厂的良好运行有重要意义。 　　Instrument：您前面提及北京污水处理厂的升级改造，这项工作计划在什么时间完成?能否请您介绍一下再生水的供水、使用和监管问题? 　　范云慧：根据前面提到的三年行动方案，到2016年左右，北京城区全部污水处理厂将升级改造成再生水厂，郊区县的污水处理设施也以再生水厂为主。 　　目前，北京市再生水主要有三个用途。一是城市杂用，一般是小区冲厕、城市绿化、洗车、混凝土搅拌、道路喷洒等用水 二是景观环境用水，一般是河流湖泊补给水，如小月河、清河等河流和圆明园、大观园、陶然亭、奥林匹克森林公园等公园内湖泊的补给水主要是再生水 最后是工业用水，如热电厂、垃圾焚烧厂等的冷却用水。工业用水户虽然不多，但单户用水量很大，因此总量也很可观。 　　根据用途不同，再生水的水质标准也不同。比如城市杂用注重卫生学指标 景观环境用水注重氮磷等营养盐指标 工业用水注重氯化物、总硬度等易腐蚀设备及结垢的指标。 　　由于目前无法实现分质供水，因此在工艺设计及运行供水时要兼顾多种用途，水质监管也要综合几种用途的指标。再生水作为一种新生事物，又是由污水处理而来，用水的安全性不容忽视。近年来，再生水利用的安全性研究成为热点，比如再生水中抗生素和激素类物质含量、再生水输送中水质变化研究等，这也是我们下一步监测的发展方向。 　　Instrument：作为一家国有第三方检测企业，北京市城市排水监测总站有限公司的主要业务范围和优势有哪些呢? 　　范云慧：我们目前主要的业务是排水监测和供水监测，其中80%~90%都集中在排水监测方面。 　　在北京市的排水监测领域，我们处于领先地位，主要原因有以下几点：一是权威性。我们站是住建部国家城市排水监测网成员单位，是北京市唯一的国家级排水监测机构。主编、参编了多个排水标准、规范，排水监测方面经验丰富 二是资源丰富。我们已有60年的排水监测历史，积累了大量排水户、排水管网、污水处理厂等监测对象的资料与数据，熟悉各项排水法律、法规和标准，可以为客户提供全方位的服务 三是人员技术力量雄厚，经验丰富。我们团队30%以上是在排水监测一线工作多年的教授级高工、高级工程师、高级技师，多人具有污水处理运行及管网维护工作经历，因此在提供监测服务的同时可以为客户提供各种相关技术咨询服务。 　　北京的排水监测需求也在不断发生变化，比如北京市污水处理厂将全面升级改造成再生水厂，再生水监测需求将大大增加。我本人曾从事再生水监测工作8年，我们将积极发挥这一优势，逐步将工作重点转向再生水监测，以保持我们在排水监测领域的领先地位。 　　我们目前通过认证的检测能力涵盖水、气、固、流量、噪声、水处理剂等领域。随着环境治理的不断加强，污泥处置、废气治理也渐成热点。我们的业务除了供水、污水、污泥监测外，已扩展到土壤、固废、气体等相关领域。目前经过国家级认证的检测项目已达238项(不重复项)。同时，我们也从仅从事排水监测的单一型实验室逐步发展成集供排水及环保监测领域于一身的综合性监测机构。 　　Instrument：最后，请您谈一谈对我国环境监测领域第三方检测市场的看法? 　　范云慧：近几年，随着政策的利好，大家普遍看好第三方检测市场的发展。随着&ldquo 大气十条&rdquo 以及随后将推出的&ldquo 水十条&rdquo 、&ldquo 土十条&rdquo 的出台，环境监测领域的市场需求将飞速增长。 　　看好这一新兴领域，近几年民营的检测机构大量涌现，发展势头强劲。由于第三方检测机构的计量认证门槛不高，规模较小的检测机构在技术实力和生存压力的双重压力下，发展会比较艰难。第三方检测实验室应在某一领域有自己的专长，才能在激烈的市场竞争中立足。因此我建议在成立第三方检测实验室之初，要有明确的业务增长点，同时考虑数据质量和技术人员稳定性等问题，不要盲目进入此市场。 　　采访后记 　　可以预见，北京市再生水的利用在很大程度上缓解了北京市的缺水状况，但是再生水利用的一系列安全性问题仍没有最终定论。期待北京市能充分利用自己的科研资源和实践经验，加强对再生水利用的监测，加快对再生水利用的研究，早日使再生水真正成为一种为大家接受的水源。 　　再生水水质标准中重金属指标远远严于城市污水处理厂排水标准中的重金属指标，而污泥中的重金属也是阻碍污泥最终处置的最主要因素之一。此次《污水排入城镇下水道水质标准》的修订是否会对重金属指标有更严格的要求呢?我们拭目以待。 　　第三方环境检测实验室的激烈竞争不可避免。要想在未来激烈的市场竞争中占据一席之地，我国第三方环境检测实验室也许应重视以下几点：一是以技术为本，保证服务的质量，以求得长期发展 二是走差异化道路，形成自己的优势服务 三是强强联合，优势互补，以提高我国第三方环境检测实验室的整体实力。 采访编辑：李学雷 　　附录个人简介： 　　范云慧，教授级高级工程师，北京市城市排水监测总站有限公司技术总监。1997年至2004年在北京市城市排水监测总站任检验科科长，2005年至2012年在北京京城中水有限责任公司任再生水水质监测中心主任，2013年至今在北京市城市排水监测总站有限公司任市场开发总监、技术总监。2005年筹建完成全国第一家再生水水质监测中心。曾参与《再生水灌溉绿地技术规范》(DB11/T 672-2009)、《再生水水质标准》(SL 368-2006)等标准的制定修订工作。

近日，发改委和住建部联合发布《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划(征求意见稿)》，对我国“十三五”期间污水处理基础设施的建设提出了要求，任务目标为：新增污水管网13.44 万公里，老旧污水管网维修4.24 万公里，雨污合流管网改造3.89 万公里，新增污水处理设施规模4890 万立方米/日，提标改造污水处理设施规模4053 万立方米/日，新增污泥(以含水80%的污泥计)处理处置规模6.31 万吨/日，新增再生水利用设施规模2113 万立方米/日，新增初期雨水治理设施规模1016 万立方米/日，完善国家、省、市三级排水监管平台，形成全国统一、全面覆盖的城镇排水与污水处理监管体系。　　值得注意的是，此次规划中排水监管平台建设任务、技术要求和投资预算均给出了详细的计划。　　任务要求：“十三五”期间，建设国家级排水与污水处理监测站1 座、省级监测站38 座、市级监测站288 座。所有设市城市具备排水与污水处理监测能力。　　技术要求：国家和省级监测站应具备全指标监测能力和主要指标的流动检测能力，市级监测站应具备污水管网排查与检测、污水处理厂基本控制项目及部分选择控制项目的分析能力，污水处理厂监测站应具备日常指标检测能力，满足政府监管和企业运行管理的需要。建成后，基本实现全国城镇排水与污水处理设施运行监管数据的动态信息监督管理。　　投资估算：：国家污水处理监测站投资估算为0.68 亿元 已有省级监测站，监测能力未达到全指标检测的，应提升监测能力，每座监测站按0.1 亿计 新建省级监测站按每座按0.15 亿元计 市级监测站除基本控制项目外，还应具备部分一类污染物和部分选择控制项目监测能力，每座监测站按0.1 亿元计 污水处理厂监测站应具备基本控制项目的监测能力，每座监测站按0.03 亿元计。

摘要：美国内珀维尔市通过安装准确耐用的流量计，消除了传感器漂移，为流量监测系统提供了可***的数据。通过对这些可***的流量和液位数据进行分析，能够分析市政排水管网的状态，判断入流和渗漏问题，优化对市政排水管网的维护和管理，执行最优的污水管道修复策略，最终减少进入污水处理厂的流量。 关键词：流量监测；市政排水管网；入流和渗漏；优化 The successful application of Sigma flow meter in municipal sewer system Huang Weiming1, Fang Wen2, Marcia Kinley3 (1. Hach Company Beijing Representative, 2.Hach Company Beijing Representative, 3. Hach Company) Abstract: The city of Naperville has installed the strong and accurate flow meter, eliminated sensor drift, and provided reliable data for the flow monitoring system. By analyzing these reliable data of flow and level, we can know the status of the municipal sew system, judge the problem of infiltration and inflow, optimize the maintenance and manager for municipal sewer system, execute the optimized strategy for sewer rehabilitation, and finally reduce the flow into water treatment plant. Key word: flow monitoring municipal sewer system infiltration and inflow optimize 1、市政排水管网概述 市政排水管网是城市基础卫生设施的重要环节。它的作用就是及时可***地排除产生的污水或废水，给城市创造一个安全的生存和生产环境，对于维护城市公共卫生、保障人民身体健康具有非常重要的意义。 市政排水管网有合流制和分流制两种排水系统。合流制排水系统中，生活污水、降雨径流和工业废水混合排入同一管道。分流制排水系统中，生活污水和工业废水在城市污水管道排出，雨水单独由雨水管道排出，能够有效减少降雨对城市污水处理厂造成的冲击。大部分的老城采用的是合流制排水系统，大部分的新城市以及开发区采用的是分流制排水系统，合流制排水系统正逐步向分流制排水系统演变。 2、美国内珀维尔的市政排水管网问题 内珀维尔的污水收集系统是一个独立的下水道系统，包含了469英里的污水管道和19个泵站，大多数管道都是重力流形式。收集到的污水和来自附近沃伦维尔小镇的污水汇合，进入日均处理量约为8.5万吨/天的污水处理厂。 内珀维尔大部分建于20世纪60年代的混凝土管道正迅速变坏，而且，其中还有一部分管道建于20世纪20年代。在污水长年累月的腐蚀及其他环境因素的作用下，污水管道严重老化，破损和堵塞的危险成为市政管理者主要关心的问题。 一方面，由于污水管道的破损，地下水可能会进入污水收集系统。我们称之为渗漏。 另一方面，降雨时，由于雨水管路接到了污水管路，雨水会进入污水收集系统。我们称之为入流。 入流和渗漏问题会引起污水收集系统过载，冲击污水处理厂的运行，造成更高的处理费用和过多的泵房运行成本；还会造成污水管道水位升高，当超过水位警戒线时，会导致污水回流，如图1所示；甚至会造成检修口溢流，破坏环境卫生，影响公共健康。 图1、过载水位警戒线 Figure1. Warning level when overload 所以，只有减少入流和渗漏问题，才能够有效避免污水收集系统过载，从而节省处理费用，保护环境以及公共健康。这就要求能够快速找到具有入流和渗漏问题的污水管道，进行修复。 然而，要在如此多的污水管道中，找到具有入流和渗漏问题的污水管道不是一件容易的事情。况且，污水管道的环境极其恶劣，难闻的、有毒的气体随时会阻止维护工作的进程。随着经济的飞速发展，排水管网也在不断扩大。迫切需要一种快速简便的方法，来找到管网中存在入流和渗漏问题的污水管道。 3、全新Sigma流量计的应用 信息系统是市政基础设施有效运行和维护的关键，包括污水收集系统。对于污水收集系统而言，流量测量技术是信息系统的关键因素。只要能正确使用流量计，就能得到准确的流量，从而为减少入流和渗漏问题提供所需的关键信息。这些准确的流量数据，对于污水管网的运行和维护是很重要的。对污水管网进行恰当的运行和维护，能够减少污水管道的入流和渗漏问题，从而减少对污水处理容量的需求，带来更高的使用率，降低成本。对污水流量进行完全和准确的测量，还能够判断哪些污水管道的入流和渗漏问题比较严重，从而确定需要修复的污水管道。 图2、Sigma流量计探头的安装 Figure2. Installation of the Sigma flow meter 内珀维尔从20世纪80年代后期就开始解决入流和渗漏问题，2002年开始加快问题解决的进程。最近，安装了HACH公司的Sigma AV流量计，如图2所示，并开发出很好的流量监测信息系统，能够提供污水收集系统当前状态的实时信息。 整个流量监测系统有24个固定监测点和10个临时监测点，用于监测排水主干管、干管的重要节点部位的流量。其中两个固定监测点测量来自沃伦维尔小镇的流量，用于收费目的。剩下的监测点主要用于入流和渗漏的监测。在适当的位置安装适当的流量计，根据这些流量计测量到的流量信息，就能知道哪条污水管道的入流和渗漏问题最严重。区分出市政排水管网中入流和渗漏问题最严重的这部分管道，就能有针对性的进行修复。这样，就把有限的资源投入到收益最大的地方。 流量监测系统的功能，是建立在可***的流量信息上的。目前，有多种不同的测量技术用于流量测量，选择正确的流量和液位传感器是很关键的。Sigma AV流量计采用更加准确耐用的流量测量技术&mdash &mdash 多普勒频移技术。如图3所示，流体中的颗粒（固体或者气泡）使超声信号产生频率偏移，频率偏移和颗粒的流速成比例关系，通过测量频率偏移测量流体的流速；利用浸没压力方法测量液位从而计算出横截面积。根据测量的流速和面积计算出液体的流量。 图3、Sigma AV流量计测量原理 Figure3. Measuring principle of Sigma AV sensor Sigma AV流量计能够在苛刻的条件下，连续测量而没有漂移，能够在更长的维护间隔内工作，提供更加准确的流量数据，从而为城市的入流和渗漏减排计划带来了进一步的准确度和效率。 有了可***、精确的流量计后，就能准确的判断污水管道的问题了。比如： 1、流速下降了，液位却出现了一个峰值，说明有堵塞现象。用户有一次在查看数据时发现了这种现象，如图3所示。到达现场提起检修口的盖子检查，发现有一块胶合板堵住了水流。 图4、污水管道出现堵塞的情况 Figure4. Showing sewer blocked 2、在下雨时，流量有明显的增加，说明该污水管道有入流或者渗漏的问题，需要对这段污水管道进行修复。如图4所示。 图5、下雨时污水管道有入流和渗漏的情况 Figure5. Showing infiltration and inflow when rainfall 如果在下雨时，同时有多个测量点的流量有明显的增加，说明有多段污水管道出现了入流和渗漏问题。而又因为资源有限，不能同时解决所有污水管道的问题。这时候，就需要判断入流和渗漏问题最严重的污水管道，先解决这段污水管道的问题具有最大的成本效益。比较这几个流量增加的测量点，可以发现流量增加最多的那段污水管路就是入流和渗漏问题最严重的。 到目前为止，内珀维尔市已经减少大量的入流和渗漏问题。由于问题的解决，减少了进入污水处理厂的污水量，就没有必要再新建污水处理厂了。 4、结语 内珀维尔市安装了更加准确耐用的流量计，为流量监测系统提供了可***的数据。内珀维尔市的流量监测系统，由于有了可***的流量和液位数据，能够快速准确的分析城市排水管网的状态，判断污水管道是否出现入流和渗漏问题，对城市入流和渗漏减缓工程有着积极的意义。根据排水管网的分析结果，能够优化对污水管网的维护和管理，还能够执行最优的污水管道修复策略，最终减少入流和渗漏问题对污水处理厂造成的冲击。 通过准确、连续的流量和液位监测，我们不仅可以分析污水管道是否堵塞，是否出现入流和渗漏问题，还可以分析污水管道是否发生污水泄漏，从而防止污水对环境的污染，保护环境。 参考文献 [1] 叶萍. 中国城市排水建设发展的思考. 时代金融. 2006，4：95-97； [2] 王昊阳. 城市分流与河流制混合区域排水管网水质水量变化特征. 清华大学硕士学位论文. 2007，6； 详情请点击