城镇生活污水收集处理能力评估

朱晓晓 常闻捷 江野立 舒瑞琪 黄琴 聂慧君 王苑

摘要 准确评估城镇污水收集处理能力具有重要意义和价值。本研究以江苏某县域为研究区域，采用区域城镇生活水污染物（COD）的收集量作为核算对象，以集中式污水处理厂为核算单元，以260 mg/L和350 mg/L作为生活污水校核浓度，开展不同核算单元生活污水集中收集率的核算评估。结果表明，核算区域内生活污水集中收集率分别为67.09%（260 mg/L）和49.84%（350 mg/L），汛期生活污水集中收集率偏低。以新区为主的城东污水厂生活污水集中收集率高于均值，而以城镇老旧小区为主的城北污水厂和以城乡结合部为主的城南污水厂生活污水集中收集率相对较低。针对生活污水收集处理能力薄弱片区，提出治理措施，为城市生活污水集中收集效能提升提供参考。

关键词 生活污水；污水收集管网；收集率；化学需氧量法

中图分类号 X323；X703   文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2024）08-0069-05

城市污水管网在承接城镇生活污水、工业废水等方面发挥着重要作用。实践中，部分地区城镇污水收集处理还需在管网建设，汛期城镇污水管网水位，排水管网收集效能，污水处理厂进水浓度等方面进一步改善[1-3]。同时，城市污水处理管网铺设面广、隐蔽性强及维护投入成本高等特点[4]，导致管网摸排检修工作开展难度较大。准确评估目前城镇污水收集处理能力具有重要意义和价值。李璇等[5]对生活污水集中收集处理率精准核算方法进行了对比分析，得出水量法计算简单，易出现指标虚高的情况；BOD法的最小核算单元为行政区域，核算效率相对较高；COD法的最小单元为单个污水处理厂覆盖区域，基础数据主要来自供、排水户和水质、水量自动在线监测，且扣除了污水处理厂收集处理的工业企业生产废水COD总量，方法更加精准。生活污水集中收集率是表征生活污水有效收集情况的重要指标。尹海龙等[6]通过评估得出，按照污水厂进水量与污水排放量比值计算，当前部分城市污水截污率较高，而按照污水厂进水COD负荷与污水排放COD负荷比值计算，污染负荷截污率平均较低。本研究以主要水污染物（COD）收集量作为平衡核算指标，以260和350 mg/L作为COD校核浓度，以实际生活污水收集率与校核的理论生活污水收集率进行平衡核算，判断区域不同核算单元城镇生活污染物集中收集处理情况，为提高城镇区域生活污水集中收集处理效能提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区基本情况

研究区位于江苏西北部，毗邻洪泽湖，位于长三角经济带、沿江经济带和东陇海经济带的交叉辐射区，建成区面积约73 km2。区域内共3个饮用水源地，总供水规模达27万t/d，共4个污水处理厂，分别为城北污水处理厂、城东一期污水处理厂、城东二期污水处理厂和城南污水处理厂，总设计规模为14万m3/d，污水厂设计规模、处理工艺、出水标准和水质水量情况详见表1。

1.2 研究范围划定

以污水处理厂收集范围作为核算单元的划分依据，核算区域内共有4个污水处理厂，因此本研究共设置4个核算单元，分别为城南污水处理厂核算单元、城北污水处理厂核算单元、城东污水处理厂一期核算单元和城东污水处理厂二期核算单元，4个核算单元合并区域为核算区域。

1.3 核算方法

采用水污染物（COD）的收集量作为核算对象，根据生活污水中COD校核浓度计算得出生活污水产生量（生活污水理论收集量），并采用核算区域内生活污水集中收集总量（实际量）与生活污水产生总量（理论量）之比，作为该核算区域生活污水集中收集率。核算方法如下。

（1）核算单元内生活污水COD收集量。通过核算污水集中处理设施进水COD总量，扣除进入该污水集中处理设施的工业废水和农业养殖废水COD贡献，即为该核算单元内生活污水的COD收集量。核算公式如下。

[MS=MW－MG－MN] （1）

式（1）中，MS为核算单元内生活污水COD收集量，kg；MW为核算单元内污水COD收集总量，kg；MG为核算单元内工业废水COD收集量，kg；MN为核算单元内农业养殖污水COD收集量，kg。

（2）核算区域生活污水COD收集总量。通过城镇生活污水污染物校核浓度（C260和C350）进行校核，得出该核算区域内生活污水集中收集总量，具体计算公式如下。

[QS0=0.001×MS0/CS0] （2）

式（2）中，QS0为核算区域内生活污水集中收集总量，m3；MS0为核算区域内生活污水COD收集总量，kg；CS0为核算区域内生活污水COD校核浓度，mg/L。

（3）核算区域生活污水集中收集率。核算区域内生活污水集中收集总量与生活污水产生总量之比，即为该核算区域生活污水集中收集率，客观反映该区域生活污水集中收集能力和水平。

（a）月生活污水集中收集率。

[RM=QS0/Q] （3）

式（3）中，[RM]为核算区域内生活污水集中收集率（%），以月为单位进行核算；Q为核算区域内生活污水产生总量，m3。

（b）年生活污水集中收集率。

[RA=i=112QS0， i/i=112Q， i] （4）

式（4）中，[RA]為核算区域内生活污水集中收集率（%），以年为单位进行核算；QS0，i为核算区域内第i个月生活污水集中收集量，m3；Q，i为核算区域内第i个月生活污水产生总量，m3；i为月份，共12个月。

以上公式的使用需满足3个前置条件：①生活用水量以末端用户用水量为统计口径，以剔除管网运输过程中漏损影响；②混入污水管道中的“外水”不含该污染物；③污水在转输过程中未发生降解损耗[7]。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2010软件进行数据统计分析和作图。

2 结果与分析

2.1 生活污水收集量

从各污水厂生活污水集中收集量（表2）来看，城东一期核算单元生活污水集中收集量最大，其次为城北污水厂核算单元，城南片区主要为城乡结合部，因此生活污水集中收集量最低。从各污水厂各月份生活污水集中收集量占比情况（图1）来看，2—4月及12月份城北污水厂核算单元及城东二期污水厂核算单元生活污水集中收集量出现高值，其中2月份生活污水集中收集量最高。

2.2 生活污水集中收集率

从各核算单元生活污水集中收集率（表3）来看，全县核算区域内生活污水集中收集率分别为67.09%（260 mg/L）和49.84%（350 mg/L）。其中，城东一期和二期污水厂的生活污水集中收集率高于全县均值，分别为81.97%（260 mg/L）和60.90%（350 mg/L）、75.58%（260 mg/L）和56.15%（350 mg/L），而城北污水厂和城南污水厂生活污水集中收集率相对较低。结合各核算单元用地类型及用水类型分析，城东一期和二期污水厂服务县域经济开发区，以工业企业为主，管网覆盖程度及雨污分流程度相对较高；城北污水厂服务县域主城区，以居民区、成熟商业区等为主，城市开发程度高，开发年限较长，管网相对老旧，雨污合流制现象较为突出；城南污水厂服务县域南部新城，因开发时间较短，目前为城乡结合部，管网建设进度有待进一步加强，生活污水集中收集率较低。

从生活污水集中收集率月度变化来看（图2—3），7—9月生活污水集中收集率较低，其中城北污水厂核算单元汛期生活污水集中收集率降低趋势最为明显，表明汛期对该县域生活污水的集中收集率影响较大，雨污合流可能是造成汛期生活污水集中收集率下降的主要原因之一。城北污水厂是该县域发展较早的片区，老旧小区、城中村较多，部分管网破损、雨污合流等问题相对突出，在一定程度上影响了对区域生活污水的集中收集。

2.3 区域污水集中收集处理能力评估

根据核算结果及资料调研，进一步核算各污水处理厂处理水量负荷率，其中城南污水处理厂处理水量负荷率为55.20%～67.78%，城北污水处理厂为95.91%～103.23%，城东一期污水处理厂为75.08%～106.23%，城东二期污水处理厂为34.91%～65.51%。导致污水处理厂生活污水集中收集率偏低，生活污水处理理论能力满足需求但污水处理厂超负荷运行，以及处理效能不高的可能影响因素为污水处理能力均衡、管网配套、截污纳管、雨污分流及管网养护等方面有待进一步加强和优化。2021年度核算区域内生活污水集中收集率较2020年度有所提升，低阶（C260）生活污水集中收集率由2020年度的54.02%提升至2021年的67.09%，高阶（C350）生活污水集中收集率由2020年度的40.13%提升至2021年的49.84%，以年计研究区域生活污水集中收集率高低阶分别上升了13.07%和9.71%。

3 结论与讨论

经核算评估，核算区域内生活污水集中收集率分别为67.09%（260 mg/L）和49.84 %（350 mg/L），汛期生活污水集中收集率偏低。以新区为主的城东污水厂生活污水集中收集率高于全县均值，而以城镇老旧小区为主的城北污水厂和以城乡结合部为主的城南污水厂生活污水集中收集率相对较低。

实践中，生活污水集中收集处理存在需要进一步优化的环节。一是污水收集处理能力有待进一步均衡。城镇生活污水处理厂运行情况不一，部分污水处理厂接近满负荷运行，而部分污水处理厂暂未达到设计处理能力，区域内不同污水厂污水收集处理能力有待进一步均衡，区域生活污水收集效能有待提升。二是部分污水收集管网建设滞后，部分存在雨污混流现象。现有污水管网與污水收集实际需求还有一定差距，部分城中村、城郊结合部和老旧城区生活污水管网覆盖有待进一步提高。部分片区存在雨污混流现象，居民生活污水溢流可能会对河道水质产生负面影响[8-10]。部分城中村道路复杂，采用雨污合流或明渠（沟）排放，加之居住人口相对密集，产生的生活污水较多，对生态环境可能造成较大负荷。三是部分管网运行维护监管机制有待进一步完善。根据区域设计规模情况统计（表1），城南污水厂年均进水COD浓度为88.21 mg/L，城北、城东二期污水处理厂进水COD浓度分别为141.60和153.15 mg/L，远低于设计水平和提质增效目标。3个核算单元进水COD浓度年均值均偏低，除汛期受降雨影响外，枯水期污水厂进水COD浓度偏低可能与管网破损、老化有关。雨污混接雨水进管、管网破损地下水渗漏等都可能导致非生活污水水量激增，致使管道高水位运行，挤占污水管网输送容量，导致污水厂超负荷运行，污水收集处理能效降低，相关研究也证实非生活污水掺混对生活污水浓度和收集率存在一定影响[11-12]。四是部分管道堵塞、排水不畅或管道破损等，导致部分生活污水无法有效收集。如部分生活垃圾、厨余垃圾等未及时回收处理直接排入管网，造成部分管网堵塞、排水困难，或项目建设过程中可能存在破坏管网等情况。

针对生活污水收集处理中有待进一步改进的环节，通过加快补齐基础设施短板，尽快实现污水管网全覆盖、全收集和全处理，实现城镇生活污水收集处理提质增效。加快推进雨污管网建设，提升污水厂收集处理能力，是解决生活污水收集不够到位而污水厂超负荷运行、入厂污染物无法有效处理的关键。针对目前水量已基本满负荷运行的城北污水厂和城东一期污水厂核算单元，需进一步分片区摸排雨污管网合流、雨污管混接和错接等情况，加快推动核算单元范围内雨污分流管网改造，雨污管混接、错接点改造工作。针对水量运行负荷较低的城南污水处理厂和城东二期污水处理厂，需进一步加强雨污管网建设工作，提高支管网覆盖度。同时保障雨污管网规范高效运行，以提高污水处理效能。针对污水管道、雨水管道和污水提升泵站等管网及污水收集设施，亟待形成有效的监管机制和运维管护机制，在出现异常水质时可以及时高效溯源排查问题片区，快速摸清污染源头并有效治理。

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（责编：何 艳）

基金项目 江苏省环保集团科技项目计划（JSEP-TZ-2021-1005-RE）；江苏省环境工程技术有限公司科研项目（JSEP-GJ20220011-RE-ZL）。

作者简介 朱晓晓（1992—），女，江苏南京人，硕士，工程师，从事流域水污染治理及水生态修复研究。

收稿日期 2023-11-20