污水系統的效率在城市水環(huán)境保護中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵作用，在考慮提高污水管網(wǎng)污染物（如 ＣＯＤ ）濃度和污水處理廠(chǎng)效率時(shí)，應同時(shí)關(guān)注污染物溢流排放負荷對受納水體水質(zhì)的影響。他們的研究表明，污水管網(wǎng)外來(lái)水入侵、管網(wǎng)污水收集率、市政用水量（用水效率）和污水處理廠(chǎng)處理量四個(gè)因素在很大程度上決定了污水系統性能和效率。從某種意義上來(lái)說(shuō)，研究污水系統的改進(jìn)和優(yōu)化就是探索和發(fā)現四個(gè)因素的因地制宜的最佳組合。應用四個(gè)因素，可以定量化描述一個(gè)城市的污水系統，包括供水、污水管網(wǎng)、污水處理廠(chǎng)和受納水體的狀況以及下一步如何實(shí)現三部一委要求到2025年城市生活污水廠(chǎng)進(jìn)水COD>250 mg/l,BOD≥100 mg/l和污水集中收集率達到>70%目標。

圖1表示了一個(gè)城市污水的簡(jiǎn)化概念模型，系統包括市政用水、污水系統收集和運輸、污水處理廠(chǎng)、溢流排放和受納水體。應用質(zhì)量平衡原理，以個(gè)人日負荷 (120 g COD/(人.天)和個(gè)人日綜合用水 (SCWC,L/ (人.天)作為污染物和水量計算單位，假設服務(wù)區內很少的制造業(yè)（污水幾乎都是市政污水）。ＣＯＤ 在線(xiàn)降解忽略不計，污水流動(dòng)橫截面充分混合，外來(lái)水污染可忽略不計，計算結果為在穩態(tài)條件下獲得。

表1匯總了相關(guān)定義、數據來(lái)源和計算公式。假設在污水全收集條件下，人均日綜合用水量即人均日排污水量和管網(wǎng)收集量。稀釋倍數是表示外來(lái)水侵入程度的重要參數，根據定義，當沒(méi)有外來(lái)水時(shí)，稀釋倍數是1。污水處理廠(chǎng)處理量比定義為污水廠(chǎng)處理量與污水管網(wǎng)服務(wù)區用水量的比（污清比，ＳＱ ＯＵＴ ／ＳＣＷＣ ）。

普遍難題：外來(lái)水入侵

在講外來(lái)水問(wèn)題之前，首先談分流制和污流制的外來(lái)水的差別，德國的一套數據顯示合流制的平均稀釋倍數是4，即管網(wǎng)中原污水的比例占25%，意味著(zhù)如果管網(wǎng)中有10萬(wàn)噸混合污水，只有2.5萬(wàn)噸是原污水，7.5萬(wàn)噸是外來(lái)水。分流制外來(lái)水平均稀釋倍數是1.8，意味著(zhù)管網(wǎng)中10萬(wàn)噸污水中有5.6萬(wàn)噸是原污水，4.4萬(wàn)噸是外來(lái)水?？梢钥吹胶狭髦坪头至髦仆鈦?lái)水存在很大的差別，但分流制污水管網(wǎng)中仍有相當比例的外來(lái)水。

如表3，德國分流制占比約40%，丹麥和芬蘭約70%，最近報道國內的分流制管網(wǎng)超過(guò)80%。從稀釋倍數上來(lái)說(shuō)，最好的分流制管網(wǎng)稀釋倍數能做到1.4（德國北部）。丹麥和芬蘭平均的稀釋倍數在1.7-2范圍。意味著(zhù)10萬(wàn)噸管網(wǎng)中的水，大約6萬(wàn)噸的原污水和4萬(wàn)噸的外水，可見(jiàn)外來(lái)水是全球性的問(wèn)題而非是中國獨有的?，F在歐洲每年都在花錢(qián)修管網(wǎng)。從某種程度上說(shuō)老管網(wǎng)中的污水有一半是原污水，可算及格。當然由于國內用水的效率比西歐和北歐的國家要低，總的外水比人家要多，盡管稀釋倍數相當。

圖2展示了人均日綜合用水量稀釋倍數與污水廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度的關(guān)系。西歐和北歐COD濃度是400-700 mg/l（當量區間），我們COD濃度100-500 mg/l。人均綜合用水量是可從水務(wù)公司查到的，污水廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度也是可以查到的，據圖2即可找到管網(wǎng)污水稀釋倍數，根據圖2，當倍數是1，綜合用水量300mg/l時(shí)，污水廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度最高時(shí)也只能夠到400mg/l，所以目前已經(jīng)達到250mg/l或更高值，再往上升比較難了。與歐洲一些國家相比，由于有待改進(jìn)污水管網(wǎng)質(zhì)量與管理水平，國內污水管網(wǎng)系統較高的外來(lái)水是管網(wǎng)污水COD低濃度的主要因素之一，也是導致污水處理廠(chǎng)較低的運營(yíng)效率的主要原因之一。

表4顯示了2018年幾個(gè)城市污水處理和用水量的數據，人均日污水處理量和人均日綜合用水量比在0.8-1.2之間，平均約為1，當然，國內這兩年經(jīng)過(guò)大規模的城市污水系統改造，有的城市污清比有了增加。2021年《室外排水設計標準》(GB50014- 2021)已增加了與污水處理廠(chǎng)流量相關(guān)系數值, 并要求在分流制管網(wǎng)和污水處理廠(chǎng)設計中考慮包括雨水在內的外來(lái)水因素。

表5呈現了西北歐四個(gè)國家的污水廠(chǎng)污清比數據，荷蘭污清比是2.1，瑞典幾個(gè)大的污水廠(chǎng)是2.8，德國公共設施的供水量是51億立方米；公共設施污水處理量是101億，實(shí)際上污清比值約為2。丹麥水協(xié)會(huì )每年都會(huì )發(fā)表報告，污水廠(chǎng)進(jìn)水量同一個(gè)地區賣(mài)出來(lái)的水量平均值是3（相當污清比約等于3）。

表6呈現了污水廠(chǎng)污清比、污水稀釋倍數和污染物溢流負荷之間的定量關(guān)系。黃色區域代表國內情況，污清比/稀釋倍數＜1；綠色區域代表部分西北歐國家情況，污清比/稀釋倍數＞1。由于國內污水廠(chǎng)污清比大大小于西北歐數據，在相同稀釋倍數下污染物溢流負荷比也較西北歐幾個(gè)國家高不少。由于雨季雨水侵入導致外來(lái)水或稀釋倍數的增加，污染物的溢流排放負荷可增加一倍，這往往是夏季河流黑臭的重要原因。因此，合理的污水處理廠(chǎng)處理量（污清比）常是控制污染物溢流負荷的重要因素。

如表7所示，污水集中收集率也與污水處理廠(chǎng)污清比直接相關(guān)。在許多情況下，污水廠(chǎng)的污清比在控制受納水體水質(zhì)方面發(fā)揮著(zhù)主導作用。由于目前國內不少污水處理廠(chǎng)低污清比的情況，相當部分污染物排放到受納水體。在這種情況下，進(jìn)一步提高污水處理廠(chǎng)的去除效率或者單純依賴(lài)提高排放標準對改善受納水體水質(zhì)的影響可能有限。

他山之石：瑞士蘇黎世污水廠(chǎng)如何應對外來(lái)水？

蘇黎世污水廠(chǎng)旱季平均日處理量17萬(wàn)噸，雨季流量52萬(wàn)噸，活性污泥泥齡14天，經(jīng)過(guò)十幾年的管網(wǎng)改造，污水稀釋倍數2，設計污清比3，在旱季的時(shí)候有200%的流量余度。年均污水排放負荷小于3%。

圖4顯示雨季時(shí)候的情況，藍線(xiàn)是進(jìn)水的流量，最大已經(jīng)超過(guò)設計52萬(wàn)萬(wàn)噸/天達56萬(wàn)噸/天，超過(guò)旱季三倍平均流量17萬(wàn)噸/天。一天當中流量經(jīng)歷了劇烈變化，蓄水槽的水位隨著(zhù)流量的增加而增加。黃線(xiàn)是氨氮的濃度，除了有三個(gè)數據是超過(guò)1mg/l以外，整個(gè)氨氮小于0.5mg/l，紅色是硝酸氮數據，有個(gè)別最高濃度超過(guò)10mg/l。原則上可以做到總氮控制在10mg/l以?xún)?。它的SRP和水力停留時(shí)間，比國內現在采用的大部分污水廠(chǎng)的活性污泥還要底一些，雨季流量增加主要影響的是物理和化學(xué)過(guò)程。

人日均外來(lái)水，污水收集率，人日均綜合用水和污清比這四個(gè)參數對于描述和理解城市污水系統是非常重要的，這四個(gè)參數效率的提升將有助于實(shí)現三部一委要求的目標。

最后曹總總結道：“未來(lái)為減少污水溢流以消除雨后河流黑臭, 改善城市水環(huán)境，提高現有部分污水廠(chǎng)的處理能力應成為城市水環(huán)境保護議程上一項重要議題和任務(wù).與建造新工廠(chǎng)和大截流比較，對現有污水廠(chǎng)部分物理和化學(xué)單元進(jìn)行升級以提高處理能力是可行且更具成本效益，也有助于提高部分管網(wǎng)修復的效益。當前迫切需要找到合適的案例進(jìn)行工程實(shí)驗, 積累實(shí)踐經(jīng)驗”。