管网工程

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

各省、自治区住房城乡建设厅、生态环境厅、发展改革委、财政厅、市场监管局（厅），直辖市住房城乡建设（管）委、生态环境局、发展改革委、财政局、水务局、市场监管局（委），海南省水务厅，新疆生产建设兵团住房城乡建设局、生态环境局、发展改革委、财政局、市场监管局：为贯彻落实党中央、国务院关于全面推进美丽中国建设有关部署，加快城市生活污水管网补短板，建立运行维护长效机制，切实提升城市生活污水收集效能，现就有关事项通知如下。一、工作目标以效能提升为核心，以管网补短板为重点，坚持问题导向、重点突破、建管并举、系统整治、精准施策，推动建立厂网统筹的城市生活污水专业化运行维护管理模式。到2027年，基本消除城市建成区生活污水直排口和设施空白区，城市生活污水集中收集率达到73%以上，城市生活污水收集处理综合效能显著提升。二、推进设施体系建设（一）开展污水收集系统问题排查。各地要按照每5—10年完成一轮城市生活污水管网排查滚动摸排的要求，持续推进管网现状评估和修复工作，建立管网长效管理与考核评估机制。污水处理厂进水污染物浓度偏低的地区，重点开展施工降水排入、城市水体倒灌、地下水入渗入流等进入城市生活污水管网问题排查。（二）加快实施污水管网改造。各地要开展水体沿线雨水排口和合流制溢流口防倒灌改造，严防河湖水倒灌生活污水管网。加快破损检查井改造与修复，逐步淘汰砖砌污水检查井，新建污水检查井推广使用混凝土现浇或成品检查井。全面开展超使用年限、材质落后、问题突出排水设施的更新改造。因地制宜推进雨污分流改造。强化工业园区和工业企业内部雨污水错接混接和雨污分流改造。到2025年，城市污水处理厂进水生化需氧量（BOD）浓度高于100毫克/升的规模占比达到90%或较2022年提高5个百分点，污水收集效能明显提升。（三）推进污水收集和处理设施补空白。城市新区生活污水管网规划建设应与城市建设同步推进。老旧城区、城中村和城乡结合部可因地制宜采用集中纳管与分散收集处理等方式处理生活污水。鼓励有条件的大中型城市适度超前建设污水处理设施和规模化污泥集中处理处置设施。（四）推进雨季溢流污染总量削减。各地要因地制宜采取雨前降低管网运行水位、雨洪排口和截流井改造、源头雨水径流减量等措施，削减雨季溢流污染入河量。超过排水系统承载能力溢流的，应在保障城市排水防涝安全的前提下，采取措施最大限度减少污染入河。鼓励各地在完成管网建设改造的前提下，建设雨季溢流污水快速净化设施，结合本地实际明确排放管控要求。加强工业园区和工业企业雨水排口监管，降低雨季排污环境影响。三、加强管网设施管理（五）强化排水许可管理。各地排水主管部门要严格落实污水排入排水管网许可制度，结合当地实际情况，对排水户实行分级分类管理，确定重点排水户清单。到2025年，各城市重点排水户全面落实排水许可要求。（六）加强执法监督。各地排水主管部门要会同有关部门，加强对城市生活污水管网建设和运维以及排水行为的联合监管和执法联动，形成执法合力，加强溯源执法。整治“小散乱”排水户污水排入雨篦、雨水管道行为，杜绝工业企业通过雨水管网违法排污。逐步健全排水户排水监管体系，加强对排水户排放污水监管，依法对违法排水行为进行处罚。（七）严格质量管控。各地要强化生活污水管网建设质量管理，严格实行工程质量终身负责制，督促建设、勘察、设计、施工、监理单位依法依规对管网工程质量负责，确保管网符合标准。相关单位应严格执行标准规范，严格组织管线工程验收，鼓励邀请管网运行维护单位参加验收。各地市场监管部门要运用好“双随机、一公开”监管方式，加强排水管材质量安全监管。四、完善管网运行维护机制（八）明确管网运行维护主体，建立常态化长效运维机制。各地要建立城市生活污水管网专业化运行维护队伍，严格规范安全作业流程，保障城市生活污水管网运行维护费用。排水主管部门要积极推动居住社区内部雨污水管网养护工作委托城市生活污水管网专业化运行维护单位负责。（九）持续推进“厂网一体”专业化运行维护。各地要完善城市生活污水管网建设管理体制和机制，鼓励组建城市生活污水管网专业企业，实行“厂网一体”专业化运行维护。排水主管部门要构建以污染物收集效能为导向的管网运行维护绩效考核体系和付费体系，对污水处理厂和管网联动按效付费。以提升污水收集处理效能为目标，建设城市污水管网全覆盖样板区。五、保障措施（十）加强组织领导。省级住房城乡建设部门要会同生态环境、发展改革等部门对生活污水管网建设改造的整体进展和实施效果进行检查评估，及时通报有关情况，总结经验，鼓励先进，督促落后。建立健全生活污水收集处理设施建设改造工程联审联批制度，优化审批程序，提高审批效率，加快项目落地。（十一）健全污水管网建设和运行维护费用保障制度。各地要建立健全费用保障机制，合理调整污水处理收费标准，加强污水管网建设和运行维护，地方人民政府可视情况给予运营补贴，保障污水管网设施正常、可持续运行。（十二）完善资金筹措机制。允许地方安排地方政府专项债券支持符合条件的污水管网建设和改造项目。鼓励金融机构按市场化原则为污水管网建设和改造项目提供融资支持。鼓励社会资本通过特许经营等方式参与，研究探索规范项目收益权、特许经营权等质押融资担保。

近期，北京市自来水集团为进一步落实市委市政府领导提出的“供水集团也是节水集团”的要求，坚持走科技节水之路，力争用好每一滴“南水”。对已建成的昌平回龙观管网压力控制区进行节水设备升级，将原有的闸门控压方式更新为水力减压阀控压，每年节水量从20万立方米增加到近100万立方米。据了解，回龙观地区是相对独立的供水区域，面积800万平方米，以住宅为主，人口约30万，日均用水量约为1.5万立方米。选取该区域安装水力减压阀控压的原因，一是该区域临近第九水厂，管网主干线的供水压力较大，控压节水效果显著；二是用水早、晚高峰水量变化明显，24小时控压节水效果显著。早在2011年，市自来水集团对回龙观地区实施过供水管网精细化管理，初步建成了回龙观管网压力控制区，在保证用水高峰时段管网末端压力正常的基础上，通过调整该区域进水口处闸门开启程度，将区域内的管网压力从37米降到34米，每年可节水20余万立方米。为进一步强化管网压力控制效果，北京市自来水集团从2014年开始实施回龙观加装水力减压阀项目，由水力减压阀代替原有的控压闸门，使区域内的供水管网压力随着用水量的变化自动调整，始终保持恒定的压力值，从而达到24小时全天候节水效果。经测定，采用水力减压阀的控压方式，管网末端压力基本保持在30米，管网运行更加经济，区域供水压力更加均衡。据统计，采取新的区域控压方式，日均用水量降低了0.27万立方米，每年可节水近100万立方米。安恒集团水联网技术服务中心技术工程师正在检查设备现场施工图鼎力支持北京自来水集团高效实施该精细化水管理方案的是安恒集团水联网技术服务中心。2015年，北京市自来水集团与安恒集团共同合作的“可持续的中国城市供水管网综合漏损控制解决方案”曾获得中国国际经济交流中心与保尔森基金会合作推出的2015年“可持续发展规划项目奖”，安恒集团总裁万众华先生就曾指出“分区计量有它的科学之处，当供水规模足够大的时候，必须要通过精细化的管理，把它控制在每个单元才能把产销差、漏损降下来。”节水为先！“一直是水联网LeakView管网漏损控制系统坚持的理念，让每一滴水都能发挥自身最大的价值和意义”。安恒集团水联网技术服务中心基于“水联网”理念研发的城市供水管网漏损控制管理系统LeakView和“DMA分区管网主动漏损控制解决方案”，目前已经成供水行业管网监控和漏损控制方面唯一的高可靠、高性能、优效率的信息化解决方案。整套方案也在紧跟信息化发展，在不断完善与升级中始终践行着水资源智慧化精细水管理的“水联网”理念，在多年实际项目中将“互联网+”的概念彻底融入到工程实际应用中，为供水行业及全社会带来巨大的经济和社会效益。安恒集团水联网技术服务中心全力支持“分区调度、区域控压、小区计量”的管网精细化管理措施，力促北京实现每年节水3600万立方米的宏大目标，并且为北京的节能降耗做出贡献。到目前为止，北京自来水集团与安恒集团水联网技术服务中心已累计合作建成了6个压力控制区，其中望京、回龙观2个压力控制区安装了水力减压阀，均取得了明显的节水效果。下一步，集团将在亦庄、北苑等地区继续推广此方式，进一步提高节水效果。