曹业始：当前国内污水管网系统改造应综合考虑的四个因素

　　“污水管网系统改造是当前国内许多城市普遍面临的难题，我本身也有困惑：为什么欧美国家的混流制系统COD浓度比我们国家分流制系统还要高， 甚至在新建区域？有没有简单的计算公式，能够较快估算出下水道系统中的外来水、污水量及污水管网内COD浓度和溢流负荷，并可以应用在投资和效益分析，从而为项目规划提供支持？”中持新概念环境发展宜兴有限公司总工艺师、新加坡PUB（国家水管理机构）前首席专家曹业始博士在“2021（第十三届）上海水业热点论坛”上先谈了进行这项研究的动机。

　　论坛上，曹博士以西、北欧一些城市污水管网系统和污水处理厂为例，比较国内和欧洲国家污水管网外来水入侵等情况，并分析了造成国内污水浓度偏低的因素,提出了估算公式。在详实的数据分析基础上，进一步提出污水管网系统质量平衡概念模型并讨论模拟的结果。提出了改造当前国内下水道系统需要综合考虑的四个因素及相关建议。

　　曹业始

　　影响污水管网性能和效率的四个因素

　　影响污水管网性能和效率的四个主要因素：1. 外来水入侵。城市污水主要由两部分组成：城市供水使用后产生的污水 (used water)以及外来水。由渗透水、流入水、雨水组成的外来水。2.污水厂的处理能力。处理量相对应于国内的截流系数，国内一般设置值为1.2, 即处理量是收集的污水的1.2倍 (最新指导文件将该系数扩大到1.5)。3.用水效率, 4. 污水收集率。

　　下水道系统：边界和因素

　　下图将供水和污水关联起来，供水方面有包括家庭、公共、工业三类水组成的综合用水使用后进入到污水管网，综合用水量数据可以从城市的水务局和年鉴中查询到。综合用水加外水汇入下水道的总量形成了下水道里的污水。

　　污水分成两股，一股送到污水厂处理，另一股从下水道溢出的污水排入水环境。

　　本文的讨论为国内的一线城市，这类城市制造业已经外移，城市污水基本上是生活污水。在这样的条件下，以个人污染物的日排放负荷作为计算基准，如个人COD日产生量120g/人/天，个人综合用水量(SCWC, 升/人/天)可以采用年度统计数值，从这些数据可以使用下面等式估算出外来水量(SQi/i)升/人/天、溢流污水量(SQE)升/人/天。

　　外来水占比、稀释倍数和管内污水流量提供估算方法

　　外来水占比定义为：外来水/(外来水+收集的污水)。稀释倍数 (DF)定义为：管网内污水/收集污水(供水) ，如果DF为1，就表明没有外水进来，如果DF为2，就表明外水和收集的污水为一比一。

　　值得注意的是最大COD浓度值定义为个人排污量除以综合用水量COD值，计算公式 为CODMAX = PLCOD(120)/SCWC。报告人指出，在污水全收集(X = 100%)且管网外来水可以忽略(DF≈1)的条件下，混合污水COD最大浓度为120/SCWC (g/L)，综合用水量(SCWC)决定了下水道混合污水COD能够达到最大浓度。

　　由于用污水厂处理量代替SRW存在的风险，报告人建议用DF=COD_MAX/COD_RW,之中COD_RW为下水道COD浓度）计算DF值。

　　在得出稀释倍数后，用稀释倍数乘以综合用水量（SCWC），即得出个人管内污水流量SRW (升 /人/天)，公式为SRW=SCWC·DF。随后既可以得出个人溢流污水量（SQE），公式为SQE = SRW – SCWC。报告人指出，需要注意的是，由于不同用水效率，相同的外来水占比或稀释倍数并不意味着相同数量的外来水量。

　　污水(污水处理厂进水)COD浓度估算

　　在污水全收集(X = 100%)的条件下，且雨水为干净的水、的条件下，就得出了下图第一个公式初步估算出管网中的COD浓度。公式表明，管网中污水COD的浓度取决于综合用水量和稀释倍数，前者与综合用水效率有关，而后者与外来水(或管网渗漏)有关。

　　在下表中，选取了西欧和国内七个案例，管网中公开文献中与水有关的数据，用公式进行计算，得出计算值与报告数据相当接近，证明了公式的可用性。

　　部分欧洲国家和中国的人日均综合用水量、人日均污水处理量、人日均(混合)污水量及污水COD浓度等相关数据

　　用水效率是国内污水低浓度不可忽视的因素相之一

　　下图汇集了来自西、北欧一些国家和城市与中国北京及另外两个一线城市污水稀释相关的文献数据。从西、北欧地区城市的数据综合来看，平均稀释倍数大约达到2倍，也就是供水与外来水的比例为1:1。

　　报告人强调，这些数据表明，合流制系统外来水量占到管网内污水量50%或以上，意味外来水量(Qi/i)和收集污水量(CWC)相当甚至更多；对分流制系统，外来水占比差异较大，德国北部最低，但也有较高(50%)的情况， 如丹麦和挪威的案例所示。

　　同时可以看到，北京的外来水比例基本与德国北部处在一个水平上，表明我们可以做好下水道管理. 以上可见，污水管道泄漏是一个世界性的问题, 而从数值上面看, 国内下水道外来水稀释倍数和占比与西、北欧似乎差别不大。

　　但是依据综合用水量和稀释倍数和占比计算外来水的体积时, 如下图示, 对应相同的外来水占比或稀释倍数，用水效率较高(低人日均综合用水量）的一些西欧国家和城市相比用水效率较低(高人日均综合用水量）的国内城市，前者部分区域外来水量可以是后者部分区域的约50%。

　　相似的占比或稀释倍数范围内，欧洲的污水管道里污水COD浓度仍可维持在400 ∽680mg/L 范围(如德国和苏黎世的合流制系统），远高于当前许多国内污水管道系统里的COD浓度。

编辑：王媛媛