導 讀：汙水（shuǐ）管網外來水入侵、管網汙水收集率、市（shì）政用水（shuǐ）量和（hé）汙水處理廠處理量是（shì）影響城市汙水係統和城市水環境（jìng）質量的四個主要（yào）因素。汙水（shuǐ）係統改造不僅提升汙染物收集率（lǜ）和汙水管（guǎn）網中汙染物(如COD)濃度，同時直接影響到對受納水體的汙染物排放溢（yì）流負荷。使（shǐ）用簡（jiǎn）化的城市汙水係（xì）統模型和國內外實際數據, 定量表征（zhēng）和討論了四個因素對汙水管網（wǎng）汙水COD濃度和排放到受納水體的溢流汙染物負荷的影響, 並（bìng）就汙水稀釋倍數、汙水處理廠處理量、汙染物（wù）去除（chú）效率、排放標準和溢流排放負荷之間的多重對應關係進行了分析和討論，根據國內現狀，提出改造和升級（jí）汙水管網及汙（wū）水處理廠需（xū）要考慮的三點建議。

1 研究背景與目（mù）標

近年來，不少城市通過改造（zào）升（shēng）級汙水管網和汙水處理廠，提高了管網中COD濃度, 基本消除城市河流的（de）黑臭現象，城市水環境質量保護取（qǔ）得了重大進展。然（rán）而，由於城市建設的快速發展（zhǎn）和部分基礎（chǔ）設施建設的相對滯後，一些城市仍存在汙水（shuǐ）管網COD濃度偏低、雨後（hòu）河流（liú）“返（fǎn）黑返臭”等現象,需要進一步采用係統、綜合的方法, 將市政用水、汙水管網、汙水處理廠和受納水體作為一個係統加以研究和優化（huà），從而解決遺留的問題。汙水（shuǐ）係統在城市水環境保（bǎo）護中發揮（huī）著關鍵作用, 在規（guī）劃（huá）汙水係統（tǒng）提質增效時，城市水環境質（zhì）量改善為最終目（mù）標（biāo）, 在考慮提高汙水管網汙（wū）染物(COD)濃度和汙水處理廠（chǎng）效率時, 應（yīng）同時關注汙染物溢流排放負荷（hé）對受納水體水質的影響。研究表明, 汙水管網外來水入侵（qīn）、管網汙水收（shōu）集率、市政用水量(用水效率（lǜ）)和（hé）汙水處理廠處理量四個因素在很大（dà）程度上決定了汙水（shuǐ）係（xì）統性能和效率。從某種意義上來說, 研究汙水（shuǐ）係統的改進和優化就是探索（suǒ）和發現四個因素的（de）因地製宜的最佳組合。本文應用已驗證的簡化汙水係統模（mó）型和質量（liàng）平衡原理, 結合國內外實際數據進行了相關計算, 定量表征了在不同的條件下四個（gè）因素對管網汙染物濃度和水環（huán）境排放（fàng）負荷之（zhī）間的關（guān）係, 討論了管網外來水（shuǐ）、汙水管網汙水收集率、綜合（hé）用水量（liàng）、汙水處理廠處理量與去除效（xiào）率和汙水汙染（rǎn）物濃度（COD）與（yǔ）溢流排放負荷（hé）之間的（de）多重對應關係。根據國內各地不同情況, 提出改造和升級汙水係統的（de）策略。本文內容有助於在定量了解現（xiàn）存汙水管網和汙水處理廠的能力的基礎（chǔ）上，製定因地製宜、具有成本效益的改善（shàn）城市汙水係統效能和城市水環（huán）境的係統規劃（huá）。

2 研究方法（fǎ）

2.1 汙水係統模型（xíng）、參數與計算

圖1為本研究中采（cǎi）用已被驗證的基於質量平衡原理（lǐ）的市政汙水係統概念模型，係統包括市政供（gòng）水、汙水係統（tǒng）收（shōu）集和運輸、汙水處理廠、溢流排放和受納（nà）水體。

為便於（yú）與國際國（guó）內數據對比，以個人日消耗和排（pái）放量作為相關模型參（cān）數質量（liàng）和轉化單位。模型參數包括: 人均日綜合用水量 (Specific Comprehensive Water Consumption, SCWC), L/(人·d); X: 管網汙水收集率,%; 人均日外來水量(SQI/I), L/(人·d); SQOUT, 人均日汙水處理廠處（chù）理量L/(人·d); SQSO, 人均日溢流汙水量L/(人·d), 本文中既包括（kuò）合流製係統和分流（liú）製係統的溢流(Combined Sewer Overflow, CSO或Separate Sewer Overflow, SSO)，也包括汙水管網（wǎng）的泄漏量。除了第 3.4 節圖7~圖9外, 本文（wén）選用（yòng） COD 為指標汙染物。假設條件（jiàn）: 服務區內很少的製造業(汙水（shuǐ）幾乎都是市政汙水)。COD在線降解可忽略不計, 汙水流動橫截麵充分混合, 外來水汙染（rǎn）可忽略不計（jì） (COD∽ 0 mg COD/L)，計算結果為在穩態條件下獲得。

表1匯總了本文中使用的術語及其定義和計算公式。PLCOD［120 g/(人·d)］ 是汙水係統產生的人均日（rì）COD負荷(係（xì）統（tǒng）總汙（wū）染物負荷)。為便於與現有文獻進行比較（jiào）, 假設在汙水全收（shōu）集條件下, 人均日綜合用水量即人均日（rì）排汙水量和管網收集量［L/(人（rén）·d)］。本文中（zhōng）外來水為除汙水管網（wǎng）收集的原汙水之外三種（zhǒng）外來水：入滲水、入（rù）流水(即業內常說的“清水”)和雨水。稀釋（shì）倍數(DF)是表示（shì）外來水侵入程度的重（chóng）要參數, 根據表1中的定（dìng）義, 當SQI/I可（kě）以忽略不（bú）計時［∽0 L/(人·d)］, DF=1。汙水處理廠（chǎng）處理量比(TR)定義為汙水處理廠處（chù）理量與汙水管網服務（wù）區用水量的比（汙清比，SQOUT/SCWC）。CODMSW為汙水處（chù）理廠進口COD濃度，可從當地汙水（shuǐ）處理廠（chǎng）的監測記（jì）錄中讀取或通過計算(見表1）, SQout可以從汙水處理（lǐ）廠處理量和服務區人口數算得。溢流排放（fàng）到受納水體的汙染物負荷包括: CSO (或SSO) 、未收集的原（yuán）汙水和汙水處理廠出水。文中在不同的部分使用了不（bú）同的溢出負荷項（xiàng）。3.4 節關（guān）於負荷比結果（guǒ）與討論同（tóng）時適用（yòng）於 COD、氮（dàn）和磷。如（rú）表1所介紹（shào）, 四（sì）個因素和相關（guān）參數均可以從當地水機構收集或通過簡單計算獲（huò）得。

本文采用國內和部分歐洲國家實際參數值和相關計算公式(見表1)進行（háng）計算, 引用了這些參數值和計算值結果定量表征（zhēng）入侵外來水（SQI/I）、汙水收集率（X）、人（rén）均日綜合（hé）用水量 (SCWC)和汙水處理廠（chǎng）處（chù）理量（liàng）比四個因素對汙水管網COD濃度（dù）和 溢流負荷的影響, 並根據質量流和平衡原理, 探索汙水管網汙水收集率, 稀（xī）釋倍數、汙水處理廠處（chù）理量、去除效率和溢流及處理廠排放負荷之間固有（yǒu）存在的市政用（yòng）水（shuǐ）、汙水收集和運輸、汙水處（chù）理廠的性能和受納水體水（shuǐ）質多重對（duì）應關係。模型（xíng）邊界可以是城市汙水係統或一個汙水處理廠服務的區域。

2.2 局限性（xìng）

對於那些服務區（qū）域內旅遊業發達，有食品、啤酒或屠（tú）宰業或工業園區, 或汙染明顯的徑流，這些（xiē）行業或徑流排放的汙染物負（fù）荷構成（chéng）正常個（gè）人（rén）日排放負荷(PL)外的（de）附加項（xiàng）, 為了避免低估外來（lái）水量, 應用模型時需要修訂個人日（rì）排放負（fù）荷, 例如, 增加PLCOD［> 120 g/(人·d)］；同時，他（tā）們的用水也應計為用水量的組成部分, 其餘仍可用文獻和本文中所介紹的方法計算。另一種方法是在在（zài）模型中將上文提到的附加活動視為一個單獨的組成部分加入，特別是當（dāng）工業園區位於汙水處理（lǐ）廠（chǎng）服務（wù）區內（nèi）時。為了減少由於COD參與汙（wū）水（shuǐ）管網運輸過（guò）程中（zhōng）的反應（yīng）造成（chéng）的計算誤（wù）差（chà），也可以用磷作為汙（wū）染物指標。

3 結果和討論

本部分定量表征和論述四個因素和汙水係統運（yùn）行效率之間各自對應（yīng）影響關係, 這裏（lǐ）汙水係統運行效率的主（zhǔ）要指標是排放到受納水體的汙染（rǎn）物負荷和汙水管道中的汙染物濃度(主要是COD）。由於不同因素間相互關聯，在討論一個因素的影響時將涉（shè）及其他因素和條件。利用本文介紹的相關內容，有興趣的讀者可以從一些易獲得的數據和信（xìn）息（xī）開始, 定量估算和解析當地汙水係統（tǒng）的現狀, 然後（hòu）進一步辨識改善汙水係統效率的最大影響因素和估計達到汙水（shuǐ）係（xì）統改造目標需要（yào）滿足的條件。

3.1 外來水入侵

汙水管網中外來水（shuǐ）(SQI/I)在稀釋汙（wū）染物濃度的同時, 也提高了管網汙水輸送和汙水處（chù）理廠處（chù）理量及向受納水體排放汙染物負荷, 降低了汙水係統效率, 增加了運營成本和受納（nà）水體（tǐ）水質惡化的風險。外（wài）來水入侵不僅發（fā）生在中國，而是一個世（shì）界性問題（tí）。外來水（shuǐ）量與市政（zhèng）(綜合)用水量一起決（jué）定了汙水管（guǎn）網中COD和濃（nóng）度(見表1，以COD為例)。可靠的外（wài）來水入（rù）侵估算是汙水係統改造和規劃不可或缺的參數。圖2顯示了外（wài）來水、用水量和COD濃度之間關係（xì）。其（qí）中第二(右）Y軸的顏色對（duì）應於圖中不（bú）同COD濃度的等值線。歐洲一些國家的汙水管網外來水在 50 ~180 L/(人（rén）·d)［SCWC在140~200 L/(人·d），見（jiàn）3.3節］,對應於汙水管網 COD 濃度500~700 mg/L。國內汙水管網外來水估算在 140~300 L/(人·d), 加（jiā）之較高（gāo）的SCWC(見3.3節)，相當部分汙水管網 COD濃度在200~400 mg/L，甚至更（gèng）低。與歐洲一些國（guó）家相比, 由（yóu）於有待改進汙水管網質量與（yǔ）管理水平, 國（guó）內汙水管網係統較高的外來水（shuǐ）是管網汙水(COD)低濃（nóng）度的主要因素之一, 也是導致汙水處理廠較低的運營效率的主要原因。當然國內也有一些質量優良、管理良好汙水管（guǎn）網（wǎng）係統（如北京）, 其外來水較少（shǎo）, 加之較（jiào）低（dī）的人均綜合用水量, 汙水（shuǐ）COD 濃（nóng）度約在550 mg/L。

以SCWC作為基準稀釋倍數(Dilution Factor, DF)常用於表征管（guǎn）網中（zhōng）外來（lái）水的侵入和對（duì）汙（wū）水（shuǐ）的稀釋程度 (見表1)。比較不（bú）同估算外（wài）來水量（liàng）方法（fǎ），水（shuǐ）量平衡法和濃度(水質稀（xī）釋（shì）)法相對簡單和直接, 但濃度法較可靠，特別考慮到目前國內汙水處理（lǐ）廠處理能力限製(見3.4節), 相（xiàng）當部分汙水處理（lǐ）廠處理的汙水隻是汙（wū）水管網中汙水（shuǐ）的一部分。圖3是由基（jī）於濃度法計算(見表1)製成, 其中第二(右）Y軸顏色對應圖中不同的稀釋倍數等值線。一般水務機構和公司都有（yǒu）汙水處理廠進（jìn）水COD濃度和SCWC數據,可（kě）由此二數據從圖（tú）3直接（jiē）或由內插或外（wài）延讀得對（duì）應的汙水稀釋倍數, 然後通過簡單的計算得知（zhī）外來水(SQI/I)(見（jiàn）表1)。應該注意的是（shì）, 取（qǔ）決於SCWC, 相同的稀釋倍數並不總是意味著相同數量的外來水（shuǐ）侵入。歐洲一些國家的汙水稀釋倍數在1.5~3, 國內大部（bù）分汙水管網汙水稀釋倍數也在類（lèi）似範（fàn）圍內。然而（ér），由於歐洲一些國家的用（yòng）水量較（jiào）少，國內的汙水管網外來水入侵（qīn）絕對（duì）量高於一些歐（ōu）洲國家(見 3.3節（jiē）)。

總體而（ér）言, 修複（fù）汙水管網減少外來水入侵（qīn）仍然是當前國內改善（shàn）城市水（shuǐ）環境質量的關鍵（jiàn）步驟和緊（jǐn）迫任務, 尤其對南方一（yī）些城市而言。國內外的實踐表明，這是一項高投資、長周期工作, 非一蹴而就，需要進行詳盡規劃。作為一種事前估計方法, 可將現有汙水處理廠進水中COD 值（zhí）(CODMSW)與管網理論最大 CODMAX (SQI/I=0 L/(人·d))進行比較(見圖（tú）6)，估計修複現有汙（wū）水管（guǎn）網可能帶來的COD濃度增加（jiā）幅度, 3.3節將對此給予進一步說明。

3.2 汙水管網收集率（lǜ）

汙水管網收集率（lǜ）為管網收集汙水占市政產生汙水的比例，與汙水管網（wǎng）覆蓋率直接相（xiàng）關。管網汙（wū）水收（shōu）集率的大小影響汙水處理廠進水COD濃度和溢流排放至受納（nà）水體的汙染物負荷。圖5顯示了在SCWC為250 L/(人·d)、PLCOD 120 g COD/(人·d)和SQI/I從可忽略［∽0 L/(人（rén）·d)］增加到 300 L/(人·d)時, 汙（wū）水收集率從50% 至 100% 時, 汙水處理廠進水中的 COD 濃度的變化。當（dāng）SQl/I 可以忽略不計［∽0 L/(人·d)］, COD濃度達到最（zuì）大值 (CODMAX) 480 mg/L,與收集率無關。在固定的SQl/I情況下, 管網COD濃度隨著（zhe）管（guǎn）網汙水收集率（lǜ）下降而降低，收集率每降低10%，COD下降約30 mg /L。在固定的收集率情況下, COD濃度隨著SQI/I下降（jiàng）而降增加。當（dāng）SQI/I從 200 L/(人·d)增加到 100 L/(人·d)時，COD 濃度（dù）可增加約 100 mg/L。圖5顯示，如（rú）果要達到最（zuì）近住建部等四部委要求到2025 年汙水集中收集率（lǜ）達70%和汙（wū）水處理廠進水 BOD 濃（nóng）度不低於（yú）100 mg/L (相對的COD估算為 250 mg/L, 按照1 mg BOD/L= 2.5 mg COD/L計算)的城（chéng）市生活汙（wū）水處理（lǐ）廠達90%以上，假設SCWC 250 L/(人（rén）·d),外來水SQI/I必須控（kòng）製在160 L/(人·d)水平（píng）。

在許多情況下，管網汙水收集率的高低在控製受納水體（tǐ）水質方麵發揮著主導作用。舉例來說, 假設管網收集到汙水都在汙水處理廠得到處理(管網係統溢流排放可忽略)、且汙水處理廠去除率保持80%的高水平，當管（guǎn）網汙水收集率分別為70% 和（hé）60% (未收集率30%和40%)時，未收集汙水加上汙水處理廠尾水排放到受納（nà）水體負荷可達總汙水汙染物負荷的36%和48%。考慮目前國內汙水係統和汙水處理（lǐ）廠低（dī）SQOUT/SCWC（汙清（qīng）比）的情況，汙染物排放到（dào）受納（nà）水體負荷率將更高。在這種情（qíng）況下，進一（yī）步提高汙水處理廠的去除效率或者單純依賴（lài）提高（gāo）排放標準對改善受納水體水質的影響可（kě）能（néng）有限, 3.4節中將進一步加以討論（lùn）。

當前國內許多城市汙水主幹管網覆蓋率達到90%，接近歐盟（méng）、日本和美國等國家的水平。但由於城市的快速發展，支（zhī）管與主幹管網（wǎng）的聯接不夠完善（shàn）。此外，一些城市汙水管（guǎn）網建設落後於（yú）汙水處理廠（chǎng）。如前所述, 管網低汙水收集（jí）率不僅降低管網中汙水COD濃度（dù）, 更嚴重的問（wèn）題是直排汙水可成為水環境惡化重要因素（sù）。為此，各城市應遵循最近國家相關管理機構要（yào）求, 將進一步提高汙水管網（wǎng）覆蓋率（lǜ）、消除管網空（kōng）白區和消除（chú）汙水直排，把提升管（guǎn）網（wǎng）汙水收集率放在優先考慮位置，避免盲目提高汙水處理廠出（chū）水標準。

3.3 市（shì）政綜（zōng）合用水量

市政綜合（hé）用水量與市（shì）政汙水產生量之間（jiān）的耦（ǒu）合關係是顯而易見（jiàn）的：原汙水(即不含外來水的汙水）是供水被利用後直接（jiē）產生的（de）水(也稱用過水, used water)。在相同的外來水（shuǐ）條件下（xià）, 用水量越少(用水效率越高）, 汙水管網（wǎng）裏(混合)汙水量越少, 汙染物濃（nóng）度越高。西、北（běi）歐一（yī）些國家的SCWC介於140~200 L/（人（rén）·d），國內2020年數據（jù）介於140~310 L/(人·d)［18］, 比歐洲一些國家值（zhí）高（gāo）。除了高外來水量(SQI/I)，較高的用（yòng）水量(SCWC)是國（guó）內市政汙水汙染物(COD以及氮和磷）濃度較低的另一重要因素(見表1、 圖 6、 圖3)。

圖6給出了在 SQI/I從微（wēi）不足道到350 L/(人·d) 條件下（xià）, 人均日綜合用水量(SCWC)對管（guǎn）網汙水COD濃度的影響。隨著SCWC增加, 管網COD濃（nóng）度顯著降低。當SCWC<200 L/(人·d)時, 尤其敏感。最上線代表在外來水可忽（hū）略（luè）條件下(SQI/I∽0）汙水管網中COD在不同用水量(SCWC)可能達到的最高濃（nóng）度 (CODMAX)。讀（dú）者（zhě）可以根據當地 SCWC 值，從（cóng）圖6中讀取對應的管網（wǎng）CODMAX, 並與（yǔ）現有的汙水（shuǐ）處理廠進水中COD 濃度比較, 進而評估通過汙水管網修（xiū）複提高現有汙水（shuǐ）處理廠進水（shuǐ）COD濃度潛在的空間。對於對那些外來（lái）水已得到很好控製(SQI/I<100 cod="">500 mg/L)［2］，進一步（bù）增加汙水處理廠進水COD濃度的努力方向可能在於（yú）提高用水效率(減少SCWC); 對於那些COD濃度低的汙水管網(<250 mg/L), 如在溫熱多雨珠三角地區，在SCWC≥300 L/(人·d)條件下, 即使外（wài）來水（shuǐ）入（rù）侵減少到100 L/(人·d), 管網汙水COD最高濃度也（yě）隻可以達到300 mg/L的水平(見表1、圖2、圖6)。所（suǒ）以, 汙（wū）水管網修複和提高用水效率(降低用水量)應同時進行。

總體（tǐ）而言, 修複汙水管網（wǎng）減少外來水入侵仍然是當前國內改善（shàn）城市水環（huán）境質量的關鍵（jiàn）步驟和緊迫任務, 尤其對南（nán）方一些城市而言。國內外的（de）實踐表明，這（zhè）是一項（xiàng）高投資、長周期工（gōng）作, 非一（yī）蹴而就（jiù），需（xū）要進行詳盡規（guī）劃。作為一種事前估計方法, 可將現有汙水（shuǐ）處理廠進水中COD 值(CODMSW)與管網理（lǐ）論最大 CODMAX (SQI/I=0 L/(人·d))進行比較(見圖6)，估計修複現有汙（wū）水管網可能帶來的COD濃度增加幅度, 3.3節將對此給予進（jìn）一步說明。

3.2 汙水管網（wǎng）收集率（lǜ）

汙（wū）水管網收集（jí）率為管網收集汙水占（zhàn）市政產（chǎn）生汙水的比例，與汙水管網覆蓋率直接相關。管網汙水收集率的大小影響汙水處理廠進水COD濃度和溢流排放至受納水體的汙染物負荷。圖5顯示了在SCWC為250 L/(人·d)、PLCOD 120 g COD/(人·d)和SQI/I從可忽略［∽0 L/(人·d)］增加到 300 L/(人（rén）·d)時, 汙水收集（jí）率從50% 至 100% 時, 汙水處理廠進水中的（de） COD 濃度的變化。當SQl/I 可（kě）以忽略不計［∽0 L/(人·d)］, COD濃度達到最大值 (CODMAX) 480 mg/L,與收集率無關。在固定的SQl/I情況（kuàng）下, 管網COD濃度隨著管網汙水收集率下降而（ér）降低，收集率每降低10%，COD下（xià）降約30 mg /L。在固定的收集率情況下, COD濃度隨著SQI/I下降而降增加。當SQI/I從 200 L/(人（rén）·d)增加到 100 L/(人·d)時，COD 濃（nóng）度可增加約 100 mg/L。圖5顯示，如果（guǒ）要達到最近（jìn）住建部等四部委要求到2025 年汙水集中（zhōng）收集率達70%和汙水處（chù）理廠進（jìn）水 BOD 濃度不低於100 mg/L (相對的COD估算為 250 mg/L, 按照（zhào）1 mg BOD/L= 2.5 mg COD/L計算)的城市生活汙水處理廠達90%以上，假設SCWC 250 L/(人·d),外來水SQI/I必須控製在160 L/(人·d)水平。

在許（xǔ）多情況下，管網汙水收集率的高低在控製受納水體水質方麵發揮著主導作用。舉例來說（shuō）, 假設管網收集到汙水都在（zài）汙水處（chù）理廠得到（dào）處（chù）理(管網係（xì）統溢流排放可（kě）忽略)、且汙水處理（lǐ）廠去除率保（bǎo）持80%的高水平，當（dāng）管網（wǎng）汙（wū）水收集率（lǜ）分（fèn）別為70% 和60% (未收集率30%和40%)時，未收集汙水加上汙水處理廠尾水排放到（dào）受納水體（tǐ）負荷可達總汙水汙染（rǎn）物負荷的36%和48%。考慮目前（qián）國內汙水係統和汙（wū）水處理廠低SQOUT/SCWC（汙清比）的情況，汙染物排放到受納水體負荷率將更高。在（zài）這種情況下，進（jìn）一步提（tí）高汙水處理廠的去除效率或者單純依賴提高排放標準對改善受納水體水質的影響可能有限, 3.4節（jiē）中將進一步加以討論。

當前（qián）國內許多城（chéng）市汙水主幹管（guǎn）網覆蓋率達到90%，接近歐盟、日本和美（měi）國等國家的水（shuǐ）平。但由於城市的快速發展，支管與主幹管網的聯接不夠（gòu）完善。此外，一些城（chéng）市汙水管網建設落後於（yú）汙水（shuǐ）處理廠。如前所述, 管網（wǎng）低汙水收集率不僅降低管網（wǎng）中汙水COD濃度, 更嚴重的問題是直排汙水可成為水環境惡化重要因素。為此，各城市應遵循最近國家相關管理機構要求, 將進一步提高汙水管（guǎn）網（wǎng）覆（fù）蓋率、消除管網空白區和消除汙水直排，把提升管網汙水收集率放在優先考慮位置，避免盲目提高汙水處理廠出水標準。

3.3 市政綜合用水量

市政綜合用水量與市（shì）政汙水產生量之間的耦合關係是（shì）顯而易（yì）見的：原汙水(即不含外來水的汙水）是供水被利用後直接產生的水(也稱用過水, used water)。在相同的外來水條件下, 用水量越少(用水效率越高（gāo））, 汙（wū）水管網裏(混合（hé）)汙水（shuǐ）量越（yuè）少, 汙染物濃度越高。西、北歐一（yī）些國家的SCWC介於140~200 L/（人·d），國內2020年數據介於140~310 L/(人·d)［18］, 比歐洲一些國家值高。除（chú）了高外來水量（liàng）(SQI/I)，較高的用水量(SCWC)是國內市政汙水汙染物(COD以及氮和磷）濃度較低的另一重要因（yīn）素(見表1、 圖 6、 圖（tú）3)。

圖6給出了在 SQI/I從微不（bú）足道到350 L/(人·d) 條件下, 人均日綜合用水量(SCWC)對管網汙水COD濃度（dù）的影響。隨著SCWC增加, 管網COD濃度顯著降（jiàng）低。當SCWC<200 L/(人·d)時, 尤其敏感。最上線代表在外來水可忽略（luè）條件下(SQI/I∽0）汙水管網中COD在不同用水量(SCWC)可能達到的最高濃度 (CODMAX)。讀者可以根據當地 SCWC 值，從圖（tú）6中讀（dú）取對應的管網CODMAX, 並與現有的汙水（shuǐ）處理（lǐ）廠進水中COD 濃度比較, 進而評（píng）估通（tōng）過汙水管網修複提高現有汙水處理廠進水COD濃度潛在的空間。對於對那些外來水已得（dé）到很好控製(SQI/I<100 cod="">500 mg/L)［2］，進一步增加汙水處理廠（chǎng）進水COD濃度的努力方向可能（néng）在於提高用水（shuǐ）效率(減少SCWC); 對於那些COD濃度低的汙水（shuǐ）管網（wǎng）(<250 mg/L), 如（rú）在溫熱（rè）多雨珠三角地區，在SCWC≥300 L/(人·d)條件下, 即（jí）使外來水入侵減少到100 L/(人·d), 管網汙水COD最高濃度也隻可以達到300 mg/L的水平(見表1、圖2、圖6)。所以, 汙水管網修複和提高用水效率(降低用水（shuǐ）量)應同（tóng）時進（jìn）行。

3.4 汙水處（chù）理廠處理量

城市汙水管網排放到受納水體的汙染物負荷可分為兩（liǎng）部分: 汙水處理廠排放和管網的溢流（liú）排放（fàng）(見圖1)。兩部分過量排放量都（dōu）會（huì）導致受納（nà）水質惡化。在（zài）一定混合汙水稀釋倍數和管（guǎn）網汙（wū）水接近全收集情況（kuàng）下, 汙水處理廠處理量比(TR), SQOUT/SCWC(汙清比)直接影（yǐng）響管網溢流排放負荷大（dà）小。一般來說,當SQOUT/SCWC(見表（biǎo）1)較高時, 溢流排放負荷（hé）較少，反之管網溢流負荷（hé）較大。圖7展示了在汙（wū）水全收集、SQOUT/SCWC為1, SCWC分別為200、250、300 L/(人·d)和汙水稀釋倍數在1~2變（biàn）化時, 汙水處理廠進水COD濃度、管網溢流COD負荷對汙水管（guǎn）網收集COD負荷比（bǐ）之間的關係（xì）。汙（wū）水COD濃度隨著稀釋（shì）倍數的增加而減少, 但與（yǔ）SCWC無關，溢（yì）流負荷比隨著（zhe）稀釋倍數的（de）增加而增加（jiā）。當稀釋倍（bèi）數為1.2, COD 溢流負荷比約（yuē）20%;稀釋倍數為1.4時，負荷比約35%; 稀釋倍數為1.8時, 負荷比約43%。以上（shàng）三種汙（wū）水稀釋倍數在某種（zhǒng）程度上對應長三（sān）角部（bù）分城市汙水幾乎全收集且泄漏得（dé）到合理控製的分（fèn）流式管網係統旱季、年均和雨季平均值。對於那些汙水高度稀釋如在旱季已經滿管流的汙水管網, 溢流負荷比將更高。

需要注意（yì）的是, 汙水管網中較高汙（wū）染物濃度並不總是意味著較少量汙染物（wù）溢流排放負（fù）荷, 在很（hěn）大程度上後者取決於汙水處（chù）理廠SQOUT/SCWC比。兩個擁有（yǒu）相同的SCWC和SQI/I的市政汙水管（guǎn）網，管網（wǎng）中汙水（shuǐ）量和COD濃度相同,汙（wū）水處理廠處理量比較大的（de）管網的溢（yì）流（liú）負荷低於汙水處（chù）理廠處理量（liàng）比較（jiào）小管網溢流負荷(見1.1節)。一個SCWC=230L/(人·d)、SI/I= 160 L/(人·d) (稀釋（shì）倍數1.7)的汙水管網, 汙水COD約340 mg/L，而另一個管（guǎn）網SCWC和SQI/I都為300L/(人·d)(稀釋倍數2)，汙水COD濃度約200 mg/L。但在各汙水處理廠SQOUT/SCWC分別1.2 和 1.7 (汙水處理廠處理（lǐ）量/汙（wū）水量比0.7和 0.9)情況下，各自汙染物溢出負荷比（bǐ）分別為33%和15%(見表1)。一般來說,汙水處理廠較高SQOUT/SCWC和較大處理量/管網汙水量比有利於減（jiǎn）少溢流排放負荷。所以，當努力增加汙水管網汙（wū）水COD 時，應該（gāi）同時考慮到管網的溢出負荷。

圖8、圖9由汙水量平衡原（yuán）理計算所得, 結果與討論（lùn）同（tóng）時適用於COD、氮（dàn）和磷。圖8顯示了汙水稀釋倍數（shù）(DF)和（hé）汙水處理廠TR（SQOUT/SCWC，汙清比)與汙染物溢流(不包括汙水處理廠排放)負荷比的關係, 其中第二(右（yòu））Y軸的顏色對應於圖中不同汙（wū）染物溢流負荷比的等值（zhí）線。當SQOUT/SCWC等於或高於稀釋倍數（DF）時，幾乎沒有（yǒu）溢流。歐洲一些國家包括德國、奧地（dì）利、瑞士和北歐許多汙水處（chù）理廠汙水設計處理量上限≥3·QS,aM(QS,aM:市政（zhèng）用水量）,管網汙水年均稀釋倍（bèi）數仍在 1.5~3, 雖然上述大部分國（guó）家的（de）50%以上的汙水管網已經是分流係統，但汙水處理廠的高處理能力有效減少溢流排放。如蘇（sū）黎（lí）世 Werdhlzli和維也納MWWTP汙水處理廠，均連接合流製汙水管網，各自（zì）年均汙染物溢流排放負荷僅為管網收集負荷的3%和7%。從圖8可見, 對應稀釋倍數從 1.5、2和3，以30%作為溢流負荷（hé）控製目標, 汙水處理廠SQOUT/SCWC（清汙比（bǐ））應不小於 1.1、1.4、1.7；以（yǐ）20%作為（wéi）控製目標SQOUT/SCWC應不小於（yú）1.3、1.7、2.2。讀者可以根（gēn）據當（dāng）地管網汙水（shuǐ）稀釋倍數和汙水處理廠SQOUT/SCWC估算溢流汙染物負荷, 也可以根據允許溢流汙染物負荷思考現有汙水處理廠處理能力SQOUT/SCWC是否合適（shì）。

圖9進一步展示（shì）在稀釋倍數(DF)為2，汙（wū）水處理廠（chǎng）SQOUT/SCWC比在1~2，汙染物去除率分別為75%和93%條件下（xià），五種負荷（hé）對汙（wū）水管網全收集（jí）負荷的比率。五種負荷（hé）分（fèn）別是：①汙水處理廠去除75%汙（wū）染物後排放負荷；②汙水處理廠去除93%汙染物後的排放負荷；③汙水管網溢流負荷；④汙水處理廠在75%汙染物（wù）去除率時排放負荷加汙水（shuǐ）管（guǎn）網溢流負荷；⑤汙水處理廠在93%汙染物去（qù）除率時（shí）的排放負荷加汙水管網溢流負荷。假設進水中的總氮(TN)約為40 mg/L，75%去除率對應（yīng）出水總（zǒng）氮約10 mg N/L, 93%的去除率對應出水總氮約3 mg/L(脫氮技術（shù）極限值)。為了區（qū）分（fèn）處理後和管網溢出的（de）兩部分汙水負荷，圖9用汙水處理廠處理量/管網汙水量(SCWC·DF)比（bǐ）(TR/DF，表1)代替稀釋倍數和SQOUT/SCWC比用來：當TR/DF≥1時，管網內的汙水（shuǐ）全部進入汙水處理廠（chǎng）處理；TR/DF<1時，管網汙水溢流發生(見圖9)。

圖9表明：①在圖（tú）9的（de）條件下，當TR/DF從0.5的增加到（dào）1（對應汙水處理廠處理量為50%到100%管網內汙水（shuǐ））, 汙水處理廠排放負荷比增加, 溢流（liú）負荷比減少, 總負荷比減少。在（zài）一定TR/DF條件下，汙水處理廠的汙染物（wù）去除效率對管網溢流負荷比沒有（yǒu）影響；②溢流（liú）和汙水處理廠排（pái）放對總排放負荷的相對貢獻隨（suí）TR/DF變化。當TR/DF為0.5，溢流負荷比50%， 汙水處理廠排放負荷比（bǐ）在汙水（shuǐ）處理廠汙染物75%和（hé）93%的去除率下分別為13%和（hé）3%，相應的總排放負荷比分別為（wéi）63% 和53%，汙染物去（qù）除（chú）率減少了10個百分點；當（dāng）TR/DF為1，溢流負荷（hé）比忽略（luè）不計（jì），汙水處理廠在75%和93%的去除率下排放負荷比分別為25%和7%，相應（yīng）的總排放負（fù）荷比分別為25%和7%。總排放負荷比較（jiào）TR/DF=0.5時減少18個百分點；③TR/DF值常決定了對受納水體的汙染物排放負荷。當TR/DF≤0.6，即使汙水處理（lǐ）廠去除效率93%，仍有約44%的汙染物排放到水環境中；如果排入受納水（shuǐ）體排放負荷允許值為10%收集負荷，無論汙（wū）水（shuǐ）處（chù）理（lǐ）廠（chǎng）執行（háng）多（duō）麽嚴格（gé）排放標準，TR/DF必須≥0.95。在此說明，適當的TR/FD而不僅是汙水（shuǐ）處理廠的去除效率對滿足受納水體允許排放負荷至（zhì）關重（chóng）要。

歐洲一些國家城市汙水（shuǐ）管理政（zhèng）策之一是：除（chú）了允許排放到水環境（jìng）中的溢（yì）流外，原則上汙水管網中的汙水都必須經處理後排放，即使增加運行成本。這些國家有賴於大於等於3倍SCWC的（de）汙水處理（lǐ）廠（chǎng）處理能力（TR，汙清比）, 汙水處理廠處理能力大於等（děng）於（yú）管網內汙水量（liàng）(TR/DF≥1），加以汙水（shuǐ）處（chù）理廠高排放標準,在汙水稀（xī）釋倍數1.5~3的情況（kuàng）下，即使在雨季，仍能有效控製汙水係（xì）統溢流,保護了城市水生態環境。國內（nèi）汙水（shuǐ）處理廠設計處理量上限較低，2019年統計城市人均汙水處理量對人均綜合（hé）用水（shuǐ）量比值(TR/DF)在0.8~1.2，盡管（guǎn）近年（nián）來一（yī）些城市此項比率有所提高，但總體（tǐ）來說仍低於德國和荷蘭的年均值2和丹麥、瑞典的接近（jìn）3的（de）年均（jun1）值（zhí）。由圖8和圖（tú）9可見，當汙水處理廠處理量/SCWC=1.2，汙水稀釋倍數2.0 和2.5，各自通（tōng）過溢流排放汙染物到城市水環境約占的（de）汙水管網收集汙染物負荷40%和 50%，與文獻相近。在如此高對受（shòu）納水體的溢（yì）流負荷（hé）下，提升汙水處理廠（chǎng）高排放標準對（duì）受納水（shuǐ）體水質改善作用可能相當有限。此外，相對於管網中較大混合汙水流量，汙水處（chù）理廠（chǎng）較低處理能力可導致管網流動截麵增加，管內汙水流速降低甚至滿管（guǎn）運行，成（chéng）為固體在（zài）管網運輸過程中沉（chén）降和發酵和部（bù）分管網修複效果不彰的可能原因之一。

考慮當前國內汙水（shuǐ）處理廠較低處（chù）理（lǐ）量和汙水稀釋導致排放負荷對城市水環境的影響，有（yǒu）必要認真考慮提升現有部分汙水處理廠處理能力（lì）的合理性和可行性。2021年《室外排水設計標準》(GB 50014-2021)已增加了與汙水處理廠流量相關係數值，並要求在分流製管網和汙水處理廠設計中考慮包括雨水在內（nèi）的外來水因素。許多汙水處理廠擴容升（shēng）級可以通過原位改造現有部分工藝單元來進行，但擴大處理（lǐ）廠（chǎng）規模涉及額外的投資，尤其考慮（lǜ）到（dào）當前國內較高用水量（liàng）和汙水管網外來水侵入（rù）情況，汙水處理廠擴容需要根據當（dāng）地情況與其他選項進行比較或同時進行，前者包括（kuò）: 管網改造增加汙染物濃度、提（tí）高汙水處理廠去除效率和改善用水效率以及（jí）應用調蓄設施等（děng），結（jié）合技術、管理（lǐ）、投資和實（shí）施時間多方麵考慮。近幾年國（guó）內汙水管網改造（zào）增加汙染物濃度經驗和（hé）成果是（shì）與此相關寶貴的經驗和知識。目前可就這個題（tí）目展開進一步討論，結合國內特有經驗如海綿城市等，選擇泄漏已（yǐ）獲（huò）較好控製管網道相連的汙水處理廠開展示範工（gōng）程（chéng），積累實踐經驗。

3.5 三點建議

綜上所述, 汙水係統的（de）提質增效應綜合用水、汙水收集、汙水處（chù）理（lǐ）、溢流汙（wū）染和受納水體之間內在相互影響的關係, 追求技術、經濟可行的解決方案，以滿足改善汙水係統總體運行效率及質量（liàng）總目標。為此，提出（chū）了以下三項汙水係統修複策略:

（1）對那些外來水入侵嚴重（chóng）(旱季滿管運行（háng）、汙水高度稀釋, COD<200 400="" cod="">400 mg/L），以（yǐ）定期維護作為汙水管網管理（lǐ）的主要策略。當用水效（xiào）率明顯較低［例如SCWC >280L/(人（rén）·d)］, 應同時考慮節水。

（2）提高汙水管（guǎn）網汙水（shuǐ）收集率是改善城市水環境直接有效的途徑,較發達城市汙水管（guǎn）網收集率應努力維持大於80%。對於那些外（wài）來水入侵已獲得適當控製的汙水（shuǐ）係統 (COD > 300 mg/L, 稀釋倍數 ≤ 2）, 應（yīng）考慮適當增加現有汙水處理廠處理量上（shàng）限以減少溢流負荷。

（3）市政（zhèng）汙水係統係統提質增效, 應在（zài）城市（shì）水環境保護視野下, 在受（shòu）納水體的允許排（pái）放（fàng）負荷基礎（chǔ）上, 確定和綜合考慮用水、汙水管網、汙水處理廠與受納水體水質之（zhī）間量（liàng）化、多重關聯關（guān）係（xì）, 以控製並（bìng）減少汙染物負荷（hé）為（wéi）總體（tǐ）目（mù）標, 提高汙水COD濃度為手段, 辨（biàn）識在汙水係統修複和城市水質改（gǎi）善中起支配（pèi）作用的因素和（hé）最佳組合（hé）, 根據目（mù）標, 結合財政、管理和技術能（néng）力和汙水係統修複需要的時間等因素，通過多種方案比較，尋求（qiú）兼顧理想與實際（jì）、最具成本效益的方法。

4 結論

這項工作應用簡（jiǎn）化城市汙水係統模型和基（jī）於質量平衡原理計算, 定量表征了與汙水係統性能和效率相關的汙（wū）水管網外來（lái）水、管網汙水收（shōu）集率、市政綜合用水量和汙水處理廠處理能力四個關鍵因素對汙水管網COD濃度和溢流負荷之（zhī）間的數量關係（xì），並結合國內外實際數據進行了定量（liàng）討論（lùn）和分析。有助於加強進行城市汙水（shuǐ）係統提質增效時所需的對城市汙水係統和（hé）子係統要素之（zhī）間關聯關係和（hé）影響程度（dù）的理解，提供綜合考慮城市用水、管網汙水收集率、汙（wū）水處（chù）理廠處理能力（lì）和汙染物去除效率以及（jí）受納水體水質的定量描述方法, 以控製並減少汙染物（wù）負荷為總體（tǐ）目標, 提高汙水管網內汙水COD濃度為手（shǒu）段, 辨（biàn）識在汙水係（xì）統修複和城市水質（zhì）改善（shàn）中起支（zhī）配作用的因素和最佳組合, 根據目標, 結合財政（zhèng）、管理和技（jì）術能力和汙（wū）水係（xì）統修複需要的時間（jiān）等（děng）因素，通過多種方案比較，尋求最具成本（běn）效益的方法和途（tú）徑, 在充分的定性和定量分析、評估的基礎上, 形成技術可行、經濟有效的係統決策。

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