导 读
由于服务年限较久和日常养护不到位等原因，我国的污水管道存在一定程度的结构性缺陷，在地下水水位较高的地区就可能发生地下水入渗进入污水管道的情况。进行管网运行情况检测的传统方法是使用CCTV对全管段进行检测，但这种方法成本较高，需花费大量人力和时间，效率较低。在对九江市某片区进行管网诊断时采用了特征因子法，并对比了使用常规指标COD、NH3-N、TN、TP和特征因子锰离子计算的地下水入渗量，发现基于特征因子的污水管道地下水入渗判断准确率较高，达到88.9%，能减少83%的CCTV检测工作量。
关键词: 污水管道；地下水入渗；水质特征因子；CCTV检测
引用本文：刘希希,崔诺,胡馨月，等. 特征因子法提高污水管道地下水入渗检测效率的研究［J］. 给水排水，2022，48（2）：122-128.
由于污水腐蚀、侵蚀、冲刷、沉积及地面荷载等影响，我国的污水管道存在一定程度的破裂、腐蚀、变形等结构性缺陷。在高地下水位地区，污水管道破损会造成地下水入渗进入污水管道，挤占污水管道的输送容量，还会造成污水处理厂进水量增加甚至导致溢流，降低污水处理厂的进水浓度，降低污水处理效率，增加污水处理厂和泵站的运行费用。住房和城乡建设部、生态环境部和国家发展改革委联合发布《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019—2021年）》，要求按照设施权属及运行维护职责分工，全面排查污水管网等设施功能状况、错接混接等基本情况及用户接入情况。
此前对污水管道进行地下水入渗检测的传统方法主要是使用CCTV对全管段进行排查，但这种方法的人力财力耗费较大，水位超过机器人允许范围时还需封堵管段停水作业，效率较低也影响管网和泵站的正常运行。因此有必要使用高效准确的污水管道地下水入渗检测方法来提高效率降低成本。有一些学者已经尝试了其他方法来进行检测，按照检测原理可以分为水量平衡法、示踪法和模拟法等。
一类是水量平衡法，其原理是测量上下游的流量，根据水量平衡计算外水入渗量。例如盛政等通过对基本入流量、地下水渗透量和下雨导致的入渗量进行估算和变化过程分析，来估计管道的老化程度和缺陷类型，并通过雨天的流量监测对管道入渗位置定位。KACZOR等通过分析15年间波兰某污水处理厂日污水量，计算了排水管网中外水的入渗入流量随时间的变化情况。但基于水量平衡的管道流量检测需要在管网中安装大量的流量计来获取各调查管段的污水接入量，精度不高且工作量大。
另一类是示踪法，即使用物理或化学指标指示外水，根据化学质量平衡或物理模型计算外水入渗量，示踪剂可以是化学物质，也可以是电导率等物理指标或藻类等生物指标。如刘旭辉等采用测量污水总流量和电导率的方法得出了深圳市福田区某片区的污水系统地下水入渗量及入渗比例。
除以上两类方法外，还有部分方法使用物理或数学建模来计算管道中的外水入渗量，如王学渊等利用自动抽样技术和节点随机分裂技术，利用不同传感器的信息进行管道的工况判断；TANG等通过估算进入管道的外水流量及预测周围土壤中的孔隙水压力分布来估算管道的渗漏量，但这类方法对传感器精度、数据量和计算方法的要求较高，实现起来较为困难。
在示踪法的基础上，基于化学质量平衡理论的使用水质指标的地下水入渗检测是一个更为高效可行的方法，相对于仅依靠流量的检测而言，减少了对流量监测的要求，并且不对管网运行造成干扰，同时又可以避免建模计算所需的巨大数据量。水质指标既可以是常规指标如COD、氨氮、总氮、总磷等，也可以采用指示水源特征的特征因子，如一些金属离子、安赛蜜、糖精、乙酰磺氨酸或工业化合物等。目前常见做法是先使用常规指标定位入渗管段，再使用CCTV精确定位入渗点，以此减少CCTV检测的工作量提高检测效率。
本文以中国江西省九江市某区的污水管道诊断项目为例，先使用CCTV检测该片区的全部污水管道并进行评级，寻找到适合当地情况的水质特征因子并分别使用常规水质指标和特征因子计算了地下水入渗量，对比计算结果并与CCTV检测的结果相比较，发现基于水质特征因子的污水管道地下水入渗检测准确率较高，有助于显著减少CCTV检测的工作量，提高检测效率。
1 项目背景
项目区域为江西省九江市某片区，该项目区域为老城区、新城区、城乡结合部并存，老城区早期建设的排水管网采用合流制，新城区随道路建设已按分流制要求埋设雨污水管网系统。区域总面积19.5 km²，存在新建的分流制污水管道32.8 km和待修复的合流制排水管道17.3 km。城区大部分现状合流管通过截流干管进入污水处理厂，但老城区还有部分地区的合流管未进入截流干管。管道入渗入流严重，案例区内的污水处理厂全年平均进水COD浓度不足100 mg/L，晴天COD平均浓度也只有100~120 mg/L，远低于200 mg/L左右的设计进水浓度，说明管道内存在入渗流量。
2 检测方法
2.1 CCTV检测
对项目区所有干管、主干管和支管进行检测并记录所有破损点。根据检测影像判断管道中实际是否存在破损入渗，并对破损程度进行评级。评级标准为:1级——最少量，破损处仅有少量滴水或水迹；2级——少量，滴水速度较快，但未形成水流；3级——破损处形成水流，但水流很细；4级——较多量，形成较粗水流，水从破损处涌出；5级——多量，水流较大，大量涌出或是监测点上游存在多处3级、4级入渗。
2.2 特征因子法原理介绍
由于不同来源水的水质不同，可以用水质指标来区分生活污水和地下水，因此可以采用表征不同水源类型的水质指标来定性、定量地判断管网旱天水量来源及不同源水的比例。选取何种水质指标是判断结果准确性的重要影响因素，常规水质指标包括COD、NH3-N、TN和TP，除此之外还有需根据当地水质特征进行选取的水质特征因子。
首先需在项目区选取本底水质检测点，得到能够代表该区域生活污水和地下水的水质，并且选取合适的离子作为特征因子。特征因子要求在污水和地下水中浓度差异较大且性质稳定不易变化。
2.3 水质检测及水量监测
水质监测指标：COD、NH3-N、TN、TP、特征因子（锰离子）。
使用流量计监测瞬时流量，使用自动取样器获得水样，将水样预处理后使用离子色谱仪检测阴离子浓度，使用重铬酸盐法获得COD浓度，使用纳氏试剂光度法获得NH3-N浓度，使用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法获得总氮浓度，使用钼锑铵分光光度法获得TP浓度。
在污水主干管、干管交汇节点前后及主干管上下游设置监测节点，对监测节点同步进行流量和水质监测。监测节点分布位置如图1所示。