“污水管網系統改造是當前國內許多城市普遍面臨的難題，我本身也有困惑：為什么歐美國家的混流制系統COD濃度比我們國家分流制系統還要高， 甚至在新建區域？有沒有簡單的計算公式，能夠較快估算出下水道系統中的外來水、污水量及污水管網內COD濃度和溢流負荷，并可以應用在投資和效益分析，從而為項目規劃提供支持？”中持新概念環境發展宜興有限公司總工藝師、新加坡PUB（國家水管理機構）前首席專家曹業始博士在“2021（第十三屆）上海水業熱點論壇”上先談了進行這項研究的動機。

　　論壇上，曹博士以西、北歐一些城市污水管網系統和污水處理廠為例，比較國內和歐洲國家污水管網外來水入侵等情況，并分析了造成國內污水濃度偏低的因素,提出了估算公式。在詳實的數據分析基礎上，進一步提出污水管網系統質量平衡概念模型并討論模擬的結果。提出了改造當前國內下水道系統需要綜合考慮的四個因素及相關建議。

　　曹業始

　　影響污水管網性能和效率的四個因素

　　影響污水管網性能和效率的四個主要因素：1. 外來水入侵。城市污水主要由兩部分組成：城市供水使用后產生的污水 (used water)以及外來水。由滲透水、流入水、雨水組成的外來水。2.污水廠的處理能力。處理量相對應于國內的截流系數，國內一般設置值為1.2, 即處理量是收集的污水的1.2倍 (最新指導文件將該系數擴大到1.5)。3.用水效率, 4. 污水收集率。

　　下水道系統：邊界和因素

　　下圖將供水和污水關聯起來，供水方面有包括家庭、公共、工業三類水組成的綜合用水使用后進入到污水管網，綜合用水量數據可以從城市的水務局和年鑒中查詢到。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境。

　　本文的討論為國內的一線城市，這類城市制造業已經外移，城市污水基本上是生活污水。在這樣的條件下，以個人污染物的日排放負荷作為計算基準，如個人COD日產生量120g/人/天，個人綜合用水量(SCWC, 升/人/天)可以采用年度統計數值，從這些數據可以使用下面等式估算出外來水量(SQi/i)升/人/天、溢流污水量(SQE)升/人/天。

　　外來水占比、稀釋倍數和管內污水流量提供估算方法

　　外來水占比定義為：外來水/(外來水+收集的污水)。稀釋倍數 (DF)定義為：管網內污水/收集污水(供水) ，如果DF為1，就表明沒有外水進來，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濃度值定義為個人排污量除以綜合用水量COD值，計算公式 為CODMAX = PLCOD(120)/SCWC。報告人指出，在污水全收集(X = 100%)且管網外來水可以忽略(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能夠達到最大濃度。

　　由于用污水廠處理量代替SRW存在的風險，報告人建議用DF=COD_MAX/COD_RW,之中COD_RW為下水道COD濃度）計算DF值。

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

　　污水(污水處理廠進水)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公式初步估算出管網中的COD濃度。公式表明，管網中污水COD的濃度取決于綜合用水量和稀釋倍數，前者與綜合用水效率有關，而后者與外來水(或管網滲漏)有關。

　　在下表中，選取了西歐和國內七個案例，管網中公開文獻中與水有關的數據，用公式進行計算，得出計算值與報告數據相當接近，證明了公式的可用性。

　　部分歐洲國家和中國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濃度等相關數據

　　用水效率是國內污水低濃度不可忽視的因素相之一

　　下圖匯集了來自西、北歐一些國家和城市與中國北京及另外兩個一線城市污水稀釋相關的文獻數據。從西、北歐地區城市的數據綜合來看，平均稀釋倍數大約達到2倍，也就是供水與外來水的比例為1:1。

　　報告人強調，這些數據表明，合流制系統外來水量占到管網內污水量50%或以上，意味外來水量(Qi/i)和收集污水量(CWC)相當甚至更多；對分流制系統，外來水占比差異較大，德國北部最低，但也有較高(50%)的情況， 如丹麥和挪威的案例所示。

　　同時可以看到，北京的外來水比例基本與德國北部處在一個水平上，表明我們可以做好下水道管理. 以上可見，污水管道泄漏是一個世界性的問題, 而從數值上面看, 國內下水道外來水稀釋倍數和占比與西、北歐似乎差別不大。

　　但是依據綜合用水量和稀釋倍數和占比計算外來水的體積時, 如下圖示, 對應相同的外來水占比或稀釋倍數，用水效率較高(低人日均綜合用水量）的一些西歐國家和城市相比用水效率較低(高人日均綜合用水量）的國內城市，前者部分區域外來水量可以是后者部分區域的約50%。

　　相似的占比或稀釋倍數范圍內，歐洲的污水管道里污水COD濃度仍可維持在400 ∽680mg/L 范圍(如德國和蘇黎世的合流制系統），遠高于當前許多國內污水管道系統里的COD濃度。

編輯：王媛媛