“污水管網(wǎng)系統(tǒng)改造是當(dāng)前國(guó)內(nèi)許多城市普遍面臨的難題，我本身也有困惑：為什么歐美國(guó)家的混流制系統(tǒng)COD濃度比我們國(guó)家分流制系統(tǒng)還要高， 甚至在新建區(qū)域？有沒(méi)有簡(jiǎn)單的計(jì)算公式，能夠較快估算出下水道系統(tǒng)中的外來(lái)水、污水量及污水管網(wǎng)內(nèi)COD濃度和溢流負(fù)荷，并可以應(yīng)用在投資和效益分析，從而為項(xiàng)目規(guī)劃提供支持？”中持新概念環(huán)境發(fā)展宜興有限公司總工藝師、新加坡PUB（國(guó)家水管理機(jī)構(gòu)）前首席專家曹業(yè)始博士在“2021（第十三屆）上海水業(yè)熱點(diǎn)論壇”上先談了進(jìn)行這項(xiàng)研究的動(dòng)機(jī)。

　　論壇上，曹博士以西、北歐一些城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)和污水處理廠為例，比較國(guó)內(nèi)和歐洲國(guó)家污水管網(wǎng)外來(lái)水入侵等情況，并分析了造成國(guó)內(nèi)污水濃度偏低的因素,提出了估算公式。在詳實(shí)的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提出污水管網(wǎng)系統(tǒng)質(zhì)量平衡概念模型并討論模擬的結(jié)果。提出了改造當(dāng)前國(guó)內(nèi)下水道系統(tǒng)需要綜合考慮的四個(gè)因素及相關(guān)建議。

　　曹業(yè)始

　　影響污水管網(wǎng)性能和效率的四個(gè)因素

　　影響污水管網(wǎng)性能和效率的四個(gè)主要因素：1. 外來(lái)水入侵。城市污水主要由兩部分組成：城市供水使用后產(chǎn)生的污水 (used water)以及外來(lái)水。由滲透水、流入水、雨水組成的外來(lái)水。2.污水廠的處理能力。處理量相對(duì)應(yīng)于國(guó)內(nèi)的截流系數(shù)，國(guó)內(nèi)一般設(shè)置值為1.2, 即處理量是收集的污水的1.2倍 (最新指導(dǎo)文件將該系數(shù)擴(kuò)大到1.5)。3.用水效率, 4. 污水收集率。

　　下水道系統(tǒng)：邊界和因素

　　下圖將供水和污水關(guān)聯(lián)起來(lái)，供水方面有包括家庭、公共、工業(yè)三類水組成的綜合用水使用后進(jìn)入到污水管網(wǎng)，綜合用水量數(shù)據(jù)可以從城市的水務(wù)局和年鑒中查詢到。綜合用水加外水匯入下水道的總量形成了下水道里的污水。

　　污水分成兩股，一股送到污水廠處理，另一股從下水道溢出的污水排入水環(huán)境。

　　本文的討論為國(guó)內(nèi)的一線城市，這類城市制造業(yè)已經(jīng)外移，城市污水基本上是生活污水。在這樣的條件下，以個(gè)人污染物的日排放負(fù)荷作為計(jì)算基準(zhǔn)，如個(gè)人COD日產(chǎn)生量120g/人/天，個(gè)人綜合用水量(SCWC, 升/人/天)可以采用年度統(tǒng)計(jì)數(shù)值，從這些數(shù)據(jù)可以使用下面等式估算出外來(lái)水量(SQi/i)升/人/天、溢流污水量(SQE)升/人/天。

　　外來(lái)水占比、稀釋倍數(shù)和管內(nèi)污水流量提供估算方法

　　外來(lái)水占比定義為：外來(lái)水/(外來(lái)水+收集的污水)。稀釋倍數(shù) (DF)定義為：管網(wǎng)內(nèi)污水/收集污水(供水) ，如果DF為1，就表明沒(méi)有外水進(jìn)來(lái)，如果DF為2，就表明外水和收集的污水為一比一。

　　值得注意的是最大COD濃度值定義為個(gè)人排污量除以綜合用水量COD值，計(jì)算公式 為CODMAX = PLCOD(120)/SCWC。報(bào)告人指出，在污水全收集(X = 100%)且管網(wǎng)外來(lái)水可以忽略(DF≈1)的條件下，混合污水COD最大濃度為120/SCWC (g/L)，綜合用水量(SCWC)決定了下水道混合污水COD能夠達(dá)到最大濃度。

　　由于用污水廠處理量代替SRW存在的風(fēng)險(xiǎn)，報(bào)告人建議用DF=COD_MAX/COD_RW,之中COD_RW為下水道COD濃度）計(jì)算DF值。

　　在得出稀釋倍數(shù)后，用稀釋倍數(shù)乘以綜合用水量（SCWC），即得出個(gè)人管內(nèi)污水流量SRW (升 /人/天)，公式為SRW=SCWC·DF。隨后既可以得出個(gè)人溢流污水量（SQE），公式為SQE = SRW – SCWC。報(bào)告人指出，需要注意的是，由于不同用水效率，相同的外來(lái)水占比或稀釋倍數(shù)并不意味著相同數(shù)量的外來(lái)水量。

　　污水(污水處理廠進(jìn)水)COD濃度估算

　　在污水全收集(X = 100%)的條件下，且雨水為干凈的水、的條件下，就得出了下圖第一個(gè)公式初步估算出管網(wǎng)中的COD濃度。公式表明，管網(wǎng)中污水COD的濃度取決于綜合用水量和稀釋倍數(shù)，前者與綜合用水效率有關(guān)，而后者與外來(lái)水(或管網(wǎng)滲漏)有關(guān)。

　　在下表中，選取了西歐和國(guó)內(nèi)七個(gè)案例，管網(wǎng)中公開(kāi)文獻(xiàn)中與水有關(guān)的數(shù)據(jù)，用公式進(jìn)行計(jì)算，得出計(jì)算值與報(bào)告數(shù)據(jù)相當(dāng)接近，證明了公式的可用性。

　　部分歐洲國(guó)家和中國(guó)的人日均綜合用水量、人日均污水處理量、人日均(混合)污水量及污水COD濃度等相關(guān)數(shù)據(jù)

　　用水效率是國(guó)內(nèi)污水低濃度不可忽視的因素相之一

　　下圖匯集了來(lái)自西、北歐一些國(guó)家和城市與中國(guó)北京及另外兩個(gè)一線城市污水稀釋相關(guān)的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)。從西、北歐地區(qū)城市的數(shù)據(jù)綜合來(lái)看，平均稀釋倍數(shù)大約達(dá)到2倍，也就是供水與外來(lái)水的比例為1:1。

　　報(bào)告人強(qiáng)調(diào)，這些數(shù)據(jù)表明，合流制系統(tǒng)外來(lái)水量占到管網(wǎng)內(nèi)污水量50%或以上，意味外來(lái)水量(Qi/i)和收集污水量(CWC)相當(dāng)甚至更多；對(duì)分流制系統(tǒng)，外來(lái)水占比差異較大，德國(guó)北部最低，但也有較高(50%)的情況， 如丹麥和挪威的案例所示。

　　同時(shí)可以看到，北京的外來(lái)水比例基本與德國(guó)北部處在一個(gè)水平上，表明我們可以做好下水道管理. 以上可見(jiàn)，污水管道泄漏是一個(gè)世界性的問(wèn)題, 而從數(shù)值上面看, 國(guó)內(nèi)下水道外來(lái)水稀釋倍數(shù)和占比與西、北歐似乎差別不大。

　　但是依據(jù)綜合用水量和稀釋倍數(shù)和占比計(jì)算外來(lái)水的體積時(shí), 如下圖示, 對(duì)應(yīng)相同的外來(lái)水占比或稀釋倍數(shù)，用水效率較高(低人日均綜合用水量）的一些西歐國(guó)家和城市相比用水效率較低(高人日均綜合用水量）的國(guó)內(nèi)城市，前者部分區(qū)域外來(lái)水量可以是后者部分區(qū)域的約50%。

　　相似的占比或稀釋倍數(shù)范圍內(nèi)，歐洲的污水管道里污水COD濃度仍可維持在400 ∽680mg/L 范圍(如德國(guó)和蘇黎世的合流制系統(tǒng)），遠(yuǎn)高于當(dāng)前許多國(guó)內(nèi)污水管道系統(tǒng)里的COD濃度。

編輯：王媛媛