雨污混排和偷排的精准化监测分析——以上海市浦东新区曹路段河道为例.pdf

第42 卷第4期2023年8 月经验介绍四川环境SICHUAN ENVIRONMENTVol.42,No.4August 2023D0I:10.14034/ki.schj.2023.04.042雨污混排和偷排的精准化监测分析一以上海市浦东新区曹路段河道为例张祺，杨丰源，谢燕（上海浦公节能环保科技有限公司，上海2 0 12 0 0）摘要：为彻底排查河道雨水排管是否存在雨污混接情况，以上海市浦东新区曹路段河道为例，从智能化大数据监测的角度出发，采用可实时监测雨水管网中排水情况的智能化监管系统，通过对其水位、水质、视频等综合监控的方法，选取水质监测因子电导率、COD、氨氮、总磷、溶解氧以及PH等为研究对象，对雨污混接情况进行监测判断，得出了曹路河段确实存在雨污混排的现象，证实了该监测系统确实有效。该实时监测系统研究成果可有效协助河道养护单位完成河道综合养护管理工作，整体提升城市的智慧化管理，为长期有效监管河道雨水管网的运行状态，及城市安全维护提供保障。关键词：雨污混排；监测；溯源；智能化中图分类号：X83Accurate Monitoring and Analysis of Rain and Sewage Mixed Dischargeand Ilegal DischargeTaking the Caolu Section ofPudong New Area,Shanghai as an ExampleZHANG Qi,YANG Feng-yuan,XIE Yan(Shanghai Pugong Energy Saving&Environmental Protection Technology Co.,LTD,Shanghai 201200,China)Abstract:In order to thoroughly check whether there is a mixed connection of rainwater and sewage in the rainwater drainagepipes of the river,taking the Caolu section of Pudong New District,Shanghai as an example,from the perspective of intelligentbig data monitoring,an intelligent monitoring system that can monitor the drainage in the rainwater pipe network in real time isadopted,through the comprehensive monitoring method of its water level,water quality,and video,etc.,the water qualitymonitoring factors such as conductivity,COD,ammonia nitrogen,total phosphorus,dissolved oxygen and PH were selected asthe research objects to monitor and judge the mixed discharge of rain and sewage,and it is concluded that the phenomenon ofmixed discharge of rain and sewage did exist in the Caolu section,which confirmed that the monitoring system is indeed effective.The research results of the real-time monitoring system can effectively assist the river maintenance unit to complete thecomprehensive maintenance and management of the river,improve the intelligent management of the city as a whole,and provideguarantee for the long-term effective supervision of the operation status of the river rainwater pipe network and safety maintenanceof the city.Keywords:Rain and sewage mixed discharge;monitoring;traceability;intelligentize文献标识码：A文章编号：10 0 1-3 6 44(2 0 2 3)0 4-0 3 0 5-0 8引言“十八大”以来，为推动生态文明建设和生态环境保护，国家对打好污染防治攻坚战作了全面部署，尤其在治理城市黑臭水体及水质污染方面，提收稿日期：2 0 2 2-0 3-2 8作者简介：张祺（19 8 0-），男，上海人，2 0 10 年毕业于中央广播电视大学工商管理专业，本科，研究方向为水质监测。出了更高的要求和标准。城市排水管网是城市基础设施的重要组成部分，承担着汛期雨水排放、工业及生活污水的输送等功能，在雨、污水的分隔及排放上起着决定性的作用；大量已建成住宅建筑306在阳台仅有雨水排放口，未设置污水排放口，导致分流制社区存在洗衣废水进入雨水管网系统从而进人河道的问题 2 ，同时快速城市化也对城市水质造成了一定影响 3 为解决上述诸多问题，需严格管控雨污混排问题并及时上报处理，但现阶段的排水口雨污混排监测，仅仅以“雨水管网晴天无流水”作为判断依据 4，经常会造成晴天频繁误报、雨天排污却漏报的情况，本研究通过水质、水位、雨量、视频等综合监控，结合各河道背景值筛查及智能化大数据分析，对其进行全天2 4小时不间断的实时监测和智能预警，可做到精准预报，减少大量线下筛查确认工作，大大降低人力成本，平台将数据突变或异常会将信息自动推送至养护单位，可多部门、多负责人共同查看，同时，发现雨污混接情况的排水管，可追溯至污染源头，能迅速锁定来水区域，缩?水洞港路四川环境小了排查范围，减少大量工作量，对河道的偷排现象可以有效地管控，为实现排查源头、应截尽截提供数据支撑。全面提升河道运维养护、应急处置能力，并改善河道水质情况，持续提升生态水平。1材料与方法1.1研究区域概况本文于上海市浦东新区曹路段河道雨水排口选取3 个点位进行监测（图1），分监测雨水管口在受纳水体水面之上、中间和之下三种不同水位监测环境，且周边污染源分别是工地、工厂及居民区，分别采取液位+电导率+雨量器+抓拍模式、双电导率（分别位于排口内和排口外，其排口外位于排污口上游）+雨量器+抓拍模式进行监测，现对2 0 2 1年10 11月的监测数据进行分析。五洲大道立交桥$221赵家沟42卷沪崇苏立交桥公路体育中心凌空北路。上汽通用汽车中虹家园上海立信会计金密路巨峰路金融学院浦东校区华东路金各1.2水质监测因子筛选管网水质监测核心监测目标主要为判断来水类型（清水、生活污水、工业废水），只需定性判断来水是清水或者污水，抑或混水。选取监测水质参数不仅要反映水质变化，还需适应全工况环境，不序号监测因子1电导率2COD金钻路上川路跨线桥曹路民雷路图1点位分布图Fig.1 Point distribution map产生二次污染，价格实惠，运维少，精准性高等特点，经筛选发现电导率是最适参数（表1）。此外研究证明，在市政污水管网中的COD值与电导率值有很强的相关性，电导率的变化可以直接反映COD 的变化 5-6 表1水质监测因子特性Tab.1Characteristics of water quality monitoring factors适应工况适应全工况工控限制高毛家美曹路是否有废液维护周期无基本免维护部分产品有每周准确性1%1020%4期续表1序号3456张祺等：雨污混排和偷排的精准化监测分析一以上海市浦东新区曹路段河道为例监测因子氨氮总磷溶解氧pH307适应工况是否有废液工控限制高部分产品有需将水抽至地面有工控限制高无适应全工况无维护周期每周每周每周每周准确性1020%1020%1020%1%1.3产品特性及数据分析监测产品需满足体积小、易安装；防水、防腐防爆，保障在雨水管网恶劣环境下能长期正常工作；设备内置电池，电池三年内无需维护或更换；可适应雨水管网复杂工况，监测无盲区；测量精度和测量频率高，可自定义设置；无线通信可靠，窖井下亦可传输；安装维护简便，可拆卸移装，不影现层展现终猴应用层标准规范体系支撑层数据层基础设施层低洼地水流量水位/液位水质响管网日常养护等特性，其总体框架包括感知层、基础设施层、数据支撑层、应用层和展现层五个不同层次（图2）。本文所进行的数据分析均使用Prism软件完成（是一款数据处理与图形软件，是常用数据处理软件，仅是对本研究所得的数据进行图表分析，以使读者获得更直观的效果）。展现对象办公大员相关药导专业部手机PC数据中心大屏辅助决策数字驾驶舱水环境综合蓝测须警子系统污水琴直排区长效运维监管系统物联网数据中台基础信息数据在线监测数据业务管理数据专题分析数据基础地形图数据政务云、电子政务外网、移动互联网、物联网言网闸泵站排水户河道公众运维巡检管理子系统统计分析中心GIS应用服务上级部门环保水利信息安全体系城管住建气象治水办图2 雨污混排和偷排监测系统架构图Fig.2 Structure diagram of monitoring system for mixed discharge of rainwater and sewage and illegal discharge2结果与讨论2.1雨水管口在受纳水体水面之上情况监测分析现已于上海市浦东新区海鹏路18 号超煜（曹路）新型产业中心处加装污水直排监测仪，由液位传感器、电导率传感器、雨量器、摄像头及主机组装而成，该组合利于监测雨水管口在受纳水体水面之上的点位，通过一个月的平台监测数据（图3）观测可发现以下几种情况：晴天液位增高，分别于10 月2 5日及11月1日有晴天偷排情况；晴天电导率值突变，其相对偏差高于10 0%，说明该排口与10 月15日及10 月2 4日有晴天偷排情况；由数据分析可得出该河道电导率背景值为150 350s/cm，降雨时，泥沙冲刷导致电导率波动范围为2 0%50%7 ，故当降雨时，电导率值突变，且相对偏差为12 2%、2 58%，远高于正常波动范围时，说明于10 月2 0 日及11月5日存在雨污混排的情况（图4），如图4a降雨量一定时，液位微增，电导率值突变，则在9：0 0 10：3 0 这段时间内河道雨水排管内有污水混排，图4b在降雨量为零，液位几乎不变的情况下，电导率值成几何倍数增长，说明有污工业废水从雨水管中偷排，如图4c降雨量增加，液位随之增加，电导率值大幅度增加后迅速下降，在1小时内呈2 3 倍增长趋势快速变化，可能是由于夜间混排造成的。308四川环境42卷海鹏路18 号安装图例海鹏路18 号超煜（曹路）新型产业中心丰所在区城：上海市二浦东新区看板星百统计不统计#站点编号：2 10 9 2 40 0 1数据分组时长不分姐时间2021-10-1500:00晴天电导率值突变三站点类型：排口液位水质监测恩分析图像2021-11-0923:59数据分格晴天液位值突变告蒙Q搜家飞500O.52021-10-2316:12:05电电电压V:3.57(m:0.494m(us/cm):149.24us/em10-1610-18图3 海鹏路18 号监测点安装图例及平台监测数据展示Fig.3Installation legend and platfrom monitoring data display of monitoring point 18 Haipeng Road1、降雨量一定时，液位微增，电导率值突变，则在9:0010:30这段时间内河道雨水排管内有污水混排。600-电导率(us/cm)降雨量（mm）一液位（mm）400-(uo/sn）率吉审200-液位m:0.026m降通i(mm)海鹏路18 号平台监测数据展示2、在降雨量为零，液位几乎不变的情况下，电导率值成几何倍数增长，说明有污工业废水从雨水管中偷排。E46007(uu)然/吾里素3210-24电池电压(V)10-26电导率(us/em)(uo/sn)率吉申400-200-1o-2810-30空高（m)电导率(us/cm)降雨量（mm）液位（mm）11-01液位（m)11-0311-0511-0711-09E10(uu)/吾里0000:119:300:0010:30日期(10.2 0)(a)8:008:30日期(10.2 4)(b)9:009:3010:004期张祺等：雨污混排和偷排的精准化监测分析一以上海市浦东新区曹路段河道为例3、降雨量增加，液位随之增加，电导率值大幅度增加后迅速下降，在1小时内呈2 3 倍增长趋势快速变化，可能是由于夜间混排造成的。8007电导率(us/cm)降雨量(mm)600-液位(mm)(uo/sn)率吉审400-309100110(w)/1200-01:001:302:002:30 3:00日期(11.0 5)(c)图4雨污混排数据分析Fig.4Data analysis of mixed drainage of rain and sewage2.2雨水管口在受纳水体水面之下情况监测分析现已于上海市浦东新区金群璐8 2 号中虹家园和上海市浦东新区顾明路船板桥处加装污水直排监测仪，由双电导率传感器、雨量筒、摄像头及主机组装而成，该组合利于监测雨水管口在受纳水体水面之下的点位，通过近一个月的平台监测数据观测发现上海市浦东新区金群璐8 2 号中虹家园点位双电导率趋势一致，且并未有双电导率值间的相对偏金群路8 2 号中虹家园丰所在区城：上海市二浦东新区看板是否统计不统计分组时长不分维0.10.010.3:304:004:30差高于8%的情况（如图5），可得出该点位并无雨污混排情况；而上海市浦东新区顾明路船板桥则在多个时间段有明显的偷排现象，以11月2 0 日为例，在降雨量为0 时，双电导率相对偏差高达100%多，且排口内浓度明显高于排口外浓度，说明在11月2 0 日夜间顾明路船板桥处有污水直排现象(图6)。#站点编号：2 10 9 2 40 0 2三站点类型：排口液位水质监测数据分析时间2021-10-1500:00国图像告警2021-11-1500:00Q推索数据分析=2.500400200500排口内（电导）3.552021-10-1902:24:28排口外（电号）（us/cm）：417.2 5u s/c m排口内（电号）（us/cm）：42 0.8 9 u s/c m电池电压M:3.52V10-1810-1610-2010-22降雨量（mm)图5金群璐8 2 号监测数据Fig.5Monitoring data of Jinqunlu No.8210-24排口外（电导）（us/cm)10-2610-2810-30排口内（电导）（us/em）11-0111-03电池电压(V)11-0511-0711-0911-1111-1311-15310四川环境42卷11月2 0 日：明显雨水管内的电导率浓度是雨水管外（河道水）浓度的近2 倍，且降雨量为0，无雨水泥刷泥沙的可能，说明有雨污混排现象。降雨量15007排污口内电导率排污口外电导率(uo/sn)率者甲1 000500-05图6 顾明路船板桥安装图例及雨污混排数据分析Fig.6 Installation legend of Mixed Discharge Data qand Analysis of Rairwater Guming Road Shi Pboard Bridge Sewage2.3混排原因工业企业将应接入污水管网的厕所、洗手池等废水混排在雨水管网内；建筑工地生活区内未建立完整的污水管网，故洗漱、清洗衣物等废水混排人雨水管网；住宅小区内违规搭建、私拉乱接等问题高发 8，将厕所、厨房等废水混排入雨水管网内；老旧商铺内不规范洗车场露天洗车、临时大排档违法排污等非法排污 9 ；污水管网入流入渗，均是雨污混接问题的源头。2.4智能化预警根据各河道背景值设置预警阈值，如：当电导率值瞬时值标准偏差3 0%时，除刚降雨时，排除雨水冲刷泥沙导致电导率突增的可能，其余电导率值异常时平台自动预警；且降雨量为0，液位增高时，平台自动预警并抓拍。根据污染严重程度与预警时长划分为三级预警，并自动分析预警原因及统计，便于养护单位日常监管，与目前市面上常见的1086420时间CCTV技术（视频干管检测技术）和带水检测技术相比 10 ，其更为智能，检测范围更广，是未来雨污河道检测的方向。2.5精准化溯源为了及时杜绝排污现象再次发生，及贯彻城镇污水处理提质增效三年行动方案（2 0 19 2021年）建城【2 0 19】52 号的通知要求和浦东新区人民政府关于印发浦东新区生态建设和环境保护“十四五”规划的通知（浦府【2 0 2 1108号）要求，规范人河排污口监管，按照“取缔一批、合并一批、改造一批”的原则，推进人河排污口分类整治，强化人河排污口规范化建设。可对混排的雨水管口进行溯源，通过对连通管口的监测数据反馈，能迅速锁定来水区域，监测点由终端河道排口主干管网依次追溯至雨污分流工程不同标段的交界处、乡镇、街道行政区域交界处、工业园区及大型社区交界处，缩小排查范围，再根污水外4期据需要可进一步布设临时监测点位，实现快速锁定接正常排放张祺等：雨污混排和偷排的精准化监测分析一一以上海市浦东新区曹路段河道为例地表污染雨水排水户地下水311污水来源（见图7）。地下水雨水管网区污水管网X河流污水处理厂雨水入流入渗排水户图7 雨污混接溯源图Fig.7 Traceability diagram of mixed connection of rain and sewage2.6拓展应用据了解，在正常情况下，建筑工地施工产生的泥浆水应该经过三级沉淀，达到排放标准后再排放至下水道，沉淀的泥浆外运至指定地点处理。但是，很多工地的泥浆沉淀池往往面积和深度都不达标，为图省事，直接将尚未沉淀达标的泥浆水排放至下水道，导致管道淤积，排水能力大打折扣。若不能及时发现排污问题，长时间流人导致淤泥堆积，水位上涨，造成溢流现象，这对管道过流能力造成了一定影响；大量偷排进市政雨水管中的泥浆水容易沉淀在管道中，造成管道堵塞、排水不畅，防洪排涝能力将大大下降；且泥浆水随雨水管网输送至车陂涌中，造成河涌污染，底泥增厚，河床抬升。由于部分泥浆已经硬化，清淤工作较为困难，清淤成本较高，高达数十万元，是道路养护单位最难解决问题之一。故如何及时预警工地偷排现象成为道路养护单位最迫切的需求，不仅可节约高额的清淤成本，更保证了市政雨水管网的防洪排涝能力，同时可及时整治偷拍的建筑工地。针对排水管道中多为渣土、砂石、有机污泥和颗粒物杂质的混合物，选用悬浮物传感器监测，其优势在于可灵敏地反应管道中混合物变化，且有自清洁功效，解决传感器在管道中监测养护的难题；另由智能液位传感器辅助监测，其日常管道水位测量（浅流、非满管工况下，）通过高性能小盲区收发分体式超声波液位传感器来实现排水管道中非接触式精确测量。满管、溢流等工况下，自动切换为通过电子水尺和静压液位传感器测量水位高度，实现全量程无盲区水位测量。安装点位位于窖井下方（见图8），其体积小，信号强，既不会影响管道日常维护，亦不会出现信号传输中断情况，可根据实际防汛等级需求设置不同级别警戒值，并反馈实时预警情况及等级，其预警筛查方式先排除雨量大小对水位的影响，根据雨量监测站反映的每小时累计雨量变化，消除水位高于警戒线的预警推送干扰；再根据超过不同警戒线水位停留时间，排除涨潮可能时间段，判断排水管内淤积物堆积厚度，将清淤信息及时推送平台。312四川环境地面智能液位传感器智能液位传感器42卷主机三级警戒线入水口二级普戒线一级警戒线出水口游积物淤积物图8 窑井下方安装示意图及管道内安装示意图Fig.8 Installation diagrum below the inspection well and installation diagram inside the pipeline3 结 论本研发实时监测雨水管网中排水情况的智能化监管系统，可通过对河流水位、水质、视频等综合监控方法，利用大数据进行相关分析，对系统所得到的结果进行判断，得出监测点位的雨污混排情况，并及时预警下发派单，由养护单位对其进行维护，保障水质安全。对上海市浦东新区曹路段河道雨水排口3 个点位进行为期一个月的监测，并利用大数据对其进行智能化分析，由专业Prism软件进行数据分析验证，证明该处确实发生雨污混排现象，并快速溯源，且通过终端向源头有效布点监测，最终达到精准溯源的效果。经研究发现该系统可有效协助河道养护单位完成河道综合养护管理工作，整体提升城市的智慧化管理，长期有效的监管河道雨水管网的运行状态，为城市安全维护提供保障。参考文献：1王志华.城市排水管网雨污混流成因分析及治理对策浅析J.绿色环保建材,2 0 2 0,（5）：6 7-6 9.2沈世豪，秦贺贺，樊金红，等上海典型城区阳台雨水管排放洗衣废水对水体污染的研究J四川环境，2 0 2 0，3 9(3):25-31.3王静，王腊春城市化对水源系统的影响一一以南京市为例 J四川环境，2 0 0 5，2 4(5)：13-16,2 3.4李佳川，高剑,宋小伟，等.上海市分流制地区雨污混接调查技术导则介绍 J.上海水务，2 0 13,2 9（2）：17-2 0.5赵勇,李有,王永刚，等.城市污水中电导率与COD相关性分析 J.重庆环境科学,2 0 0 3，（2）：3 6-3 8,6 1.6石志平，付友宝，韩迎嘉.生活污水电导率与CODc的相关性分析 J.云南环境科学，2 0 0 4，（S1）：2 2 1-2 2 2,2 2 6.7林原，袁宏林，陈海清.西安市屋面路面雨水水质特征分析J.科技风,2 0 11,(6):12 8-13 3.8张燕剑.青浦区某小区雨污分流改造的探索 J.山西建筑，2019,45(12):93-95.9王捷.上海市分流制排水地区雨污混接综合治理研究D.兰州：西北师范大学,2 0 19-0 5-0 1.10朱隽.带水检测技术在中大型雨污水管网中应用 J.市政设施管理,2 0 2 0,(4):3 9-40.