生活污水集中收集處理率精準(zhǔn)核算方法的對比分析

李 璇，蔣永偉，曹 蕾，張皓馳

（江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

江蘇省境內(nèi)河湖眾多、水網(wǎng)密布、水域面積遼闊，占國土面積的17%，居全國之首，水域治水任務(wù)繁重。當(dāng)前污水收集處理不到位是制約江蘇區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量，尤其是城市水環(huán)境質(zhì)量改善的重要因素。近來，江蘇省陸續(xù)出臺《江蘇省水污染防治條例》，《江蘇省水污染防治工作方案》，《江蘇省 “十三五” 重點(diǎn)流域水污染防治規(guī)劃》等文件，大力推進(jìn)水污染防治工作。2023 年3 月28 日，江蘇省DB 32/4440—2022《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》正式實(shí)施。“最嚴(yán)” 地標(biāo)的實(shí)施，對全省污水收集處理效能提出了更高要求。

客觀準(zhǔn)確評估現(xiàn)有污水集中收集處理率，是源頭治理、科學(xué)治污的必要前提，是精準(zhǔn)指導(dǎo)環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要支撐。2018 年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《關(guān)于開展城市生活污水集中收集率試統(tǒng)計工作的通知》（建辦城函[2018]625 號）指出：城市生活污水集中收集率以水量、五日生化需氧量（BOD5）進(jìn)行核算。鄧玉蓮[1]研究表明僅用水量法無法準(zhǔn)確體現(xiàn)排水管網(wǎng)的收集與轉(zhuǎn)輸能效，通過數(shù)學(xué)模型對現(xiàn)有排水管網(wǎng)進(jìn)行評估發(fā)現(xiàn)，采用BOD 法計算的生活污水集中收集率的影響最大；李一平等[2]建議采用水量法和多指數(shù)污染物法（同時以COD 和氨氮作為指標(biāo)）進(jìn)行污水系統(tǒng)效能評估；孫永利等[3]分析了造成收集率和污水廠進(jìn)水BOD 濃度都比較低的原因，提出了相應(yīng)的整改措施。

2021 年江蘇省生態(tài)環(huán)境廳制定的《江蘇省城鎮(zhèn)區(qū)域水污染物平衡核算辦法（試行）》中明確以化學(xué)需氧量（COD）為核算因子，通過核算區(qū)域城鎮(zhèn)生活水污染物產(chǎn)生、處理與排放情況，科學(xué)評估區(qū)域生活污水實(shí)際集中收集處理率。針對核算結(jié)果，省政府出臺了《關(guān)于加快推進(jìn)城市污水處理能力建設(shè)全面提升污水集中收集處理率的實(shí)施意見》（蘇政辦發(fā)[2022]42 號），提出了2025 年蘇南、蘇中和蘇北地區(qū)差異化的污水集中收集處理率目標(biāo)。

楊鑫等[4]分析采用COD 法核算生活污水收集效能的區(qū)域和時段差異，提出了針對性對策建議。

本文從基本思路、方法差異、優(yōu)缺點(diǎn)對3 種核算方法進(jìn)行對比分析，并通過實(shí)際算例進(jìn)行說明。

1 核算方法

1.1 COD 法

根據(jù)蘇水治辦[2021] 6 號[4]，生活污水集中收集率（R1）可表示為：

式中：Q收集為污水處理廠收集到的生活污水量，可表示為污水廠收集的生活污水中COD 量（）與生活污水污染物校核濃度（C）的比值；Q 產(chǎn)生為污水處理廠收水范圍的生活污水產(chǎn)生總量，通過污水處理廠收水范圍的居民綜合生活用水總量（Q 用）與生活用水成為生活污水的產(chǎn)生系數(shù)K 的乘積得到。

核算區(qū)域內(nèi)各核算單元生活污水COD 收集量之和，即為該核算區(qū)域生活污水COD 收集總量。通過方法設(shè)定的城鎮(zhèn)生活污水污染物校核質(zhì)量濃度進(jìn)行校核，分別得出該核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集總量。校核濃度的數(shù)值主要包括：

（1）低階校核質(zhì)量濃度（260 mg/L），根據(jù)《江蘇省城鎮(zhèn)生活污水處理提質(zhì)增效三年行動實(shí)施方案（2019-2021 年）》（蘇建城[2019]220 號），城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水化學(xué)需氧量（COD）基準(zhǔn)質(zhì)量濃度為260 mg/L，即為該核算辦法中生活污水污染物（COD）低階校核濃度。

（2）高階校核質(zhì)量濃度（350 mg/L），根據(jù)污染源普查調(diào)查結(jié)果、國家給排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)等有關(guān)技術(shù)規(guī)范，考慮城鎮(zhèn)居民每人每天COD 排放量、居民生活污水定額和污染物的遷移轉(zhuǎn)化等因素，區(qū)域城鎮(zhèn)生活污水污染物（COD）高階校核質(zhì)量濃度取值為350 mg/L，即為該核算辦法中生活污水污染物（COD）高階校核濃度。

1.2 BOD 法

根據(jù)《城市（縣城）和村鎮(zhèn)建設(shè)統(tǒng)計調(diào)查制度》[5]，城市生活污水集中收集率（R2）可表示為：

式中：P排為污水廠收集的生活污染物人口當(dāng)量，可表示為污水廠收集的生活污染物總量（)與地區(qū)人均日生活污染物排放量（）的比值；為人均生活污染物排放量，建議可取45 g/d；P用為城區(qū)用水總?cè)丝冢瑪?shù)據(jù)來源于《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》。

式中：Q進(jìn)為污水處理廠進(jìn)水水量，數(shù)據(jù)來自《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》指污水處理廠進(jìn)水中BOD5污染物濃度，數(shù)據(jù)來自住房和城鄉(xiāng)建設(shè)主管部門的 “全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)”。

1.3 水量法

根據(jù)建城函[2010]166 號[6]，城鎮(zhèn)污水處理率（R3）可表示為：

式中：Q1為污水處理廠污水處理量，依據(jù) “全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)” 本年度數(shù)據(jù)；Q2為其他設(shè)施污水處理量，數(shù)據(jù)來源于《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》上一年度數(shù)據(jù)；Q 為污水排放總量，數(shù)據(jù)來源于《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》上一年度數(shù)據(jù)。

2 方法對比分析

在 “水量法” 計算中，“城鎮(zhèn)污水處理率”，“處理設(shè)施利用效率” 等統(tǒng)計指標(biāo)，易造成污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷 “假性飽和” 和污染物收集處理能力 “虛高” 的情況，不能全面準(zhǔn)確評估污水產(chǎn)生、收集、處理過程中，污水收集管網(wǎng)系統(tǒng)和污水處理廠實(shí)際運(yùn)行效能[2]。

BOD 法和COD 法將關(guān)注重點(diǎn)由 “水量比” 轉(zhuǎn)變?yōu)?“水污染物量比”。為了更好地利用計算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治污，以下主要通過對比分析BOD 法和COD法的設(shè)計思路、計算過程和優(yōu)缺點(diǎn)，并通過算例來直觀反映兩者差異。

2.1 相同點(diǎn)

雖然BOD 法和COD 法的計算過程不同，但是其基本思路、工作目標(biāo)和核算意義具有較高的一致性。

（1）2 種方法的主要目的均是計算出污水集中收集處理率，基本思路都是對比了污水處理廠收集到的污染物量與該區(qū)域產(chǎn)生的污染物量；

（2）2 種方法的工作目標(biāo)都是加快開展提質(zhì)增效工作，盡快實(shí)現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集、全處理，深入打好污染防治攻堅戰(zhàn)；

（3）2 種方法的核算結(jié)果均能客觀反映該區(qū)域生活污水收集處理情況和污水收集處理設(shè)施建設(shè)運(yùn)行水平，為促進(jìn)區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量持久性改善提供決策依據(jù)。

2.2 不同點(diǎn)

2.2.1 計算方法的差異

（1）核算因子

BOD 法以BOD5為核算因子，優(yōu)點(diǎn)在于BOD5是生活污水中的主要污染物，使用該因子衡量生活污染物的量不易受工業(yè)等其他污染源的影響。但是BOD5在收集過程中會出現(xiàn)沿程降解，污水廠測到的數(shù)據(jù)并不能準(zhǔn)確評估進(jìn)入管網(wǎng)值，且測量方法耗時長，現(xiàn)階段還無法實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。

COD 法選取COD 為核算因子，避免了沿程降解帶來的數(shù)據(jù)變化問題，指標(biāo)數(shù)值更穩(wěn)定。目前，江蘇省城鎮(zhèn)污水處理廠基本上全部安裝了進(jìn)水口水量和COD 濃度在線監(jiān)測設(shè)備，數(shù)據(jù)獲取難度低，且能掌握全年全天所有時段的數(shù)據(jù)，使按日統(tǒng)計污染物收集量成為可能，為精準(zhǔn)核算污染物收集量提供了有效支撐。

由于工業(yè)廢水接管城鎮(zhèn)生活污水廠進(jìn)行處理的現(xiàn)象較為普遍，污水廠也同時收集了工業(yè)和畜禽養(yǎng)殖廢水，需要將這2 部分的COD 污染物量從污水廠收集的總COD 污染物量中扣除。對于接管口按照相關(guān)規(guī)定安裝水量、水質(zhì)自動監(jiān)測設(shè)施的工業(yè)企業(yè)以監(jiān)測數(shù)據(jù)為準(zhǔn)單獨(dú)核算接入廢水中COD 總量，對于無在線監(jiān)測設(shè)施的工業(yè)企業(yè)可根據(jù)其工業(yè)用水總量及排放系數(shù)進(jìn)行估算，排放系數(shù)參考環(huán)境統(tǒng)計數(shù)據(jù)或污染源普查數(shù)據(jù)資料獲取。

（2）統(tǒng)計范圍

BOD 法在計算收集率時，P排針對的是污水處理廠的收水范圍，但P用是采用統(tǒng)計年鑒的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計范圍為行政區(qū)域，這2 個統(tǒng)計范圍并不能完全匹配，可能會帶來計算結(jié)果的誤差。

COD 法在計算收集率時，Q收集和Q產(chǎn)生針對的是同一區(qū)域污水處理廠的收水范圍，是對比了同一個范圍內(nèi)實(shí)際產(chǎn)生的生活污水量和實(shí)際收集的生活污水量，其統(tǒng)計范圍即為一個或者多個污水處理廠的收水范圍。

（3）數(shù)據(jù)源

BOD 法主要基于統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源主要有《中國城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》和 “全國城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)”，間接數(shù)據(jù)的使用可能會累積更大的誤差。

COD 法主要使用了原始數(shù)據(jù)，包括污水處理廠和工業(yè)企業(yè)的在線監(jiān)測數(shù)據(jù)、供水單位的實(shí)際售水?dāng)?shù)據(jù)等。從源頭數(shù)據(jù)開始統(tǒng)計和分析，方便后期對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘，合理評估污染物產(chǎn)生、收集、處理和排放全過程變化。

（4）核算單元

BOD 法因其數(shù)據(jù)來源受限，最小統(tǒng)計單元為縣級以上城市，所以該方法主要適用于大尺度估算，整體評估區(qū)域的污水收集管網(wǎng)建設(shè)水平和運(yùn)行效能。

COD 法以區(qū)域內(nèi)每個污水處理廠為單元，再求和得出每個區(qū)域的核算結(jié)果，以此類推計算，形成縣、市、省各個層級的核算結(jié)果。

2.2.2 數(shù)據(jù)挖掘深度不同

COD 法在生活污水集中收集處理率核算基礎(chǔ)上進(jìn)一步深化研究，提出了COD 集中收集削減率、生活污水收集處理理論規(guī)模、生活污水收集缺口等概念和計算方法，為后續(xù)制訂 “一區(qū)一策”，“一廠一策” 系統(tǒng)化整治能力提升方案提供了有效支撐。例如：區(qū)域污水集中處理設(shè)施能力與污水產(chǎn)生量相匹配的，重點(diǎn)推動污水管網(wǎng)建設(shè)與改造修復(fù)，提升水污染物收集能力；區(qū)域污水集中處理設(shè)施能力與污水產(chǎn)生量不匹配的，重點(diǎn)推進(jìn)污水集中處理設(shè)施建設(shè)，滿足污水處理需求；區(qū)域水污染物集中收集削減率較低的，重點(diǎn)推進(jìn)污水處理設(shè)施及管網(wǎng)提質(zhì)增效，進(jìn)一步提升污染物去除效率。

2.2.3 工作流程和效率不同

BOD 法所需數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計部門和數(shù)據(jù)平臺，計算流程簡單，僅需從統(tǒng)計年鑒和管理系統(tǒng)中提取相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，即可得到全省各個行政區(qū)劃的收集率數(shù)據(jù)，最終得出全省的收集率數(shù)據(jù)。該方法簡單快捷，工作量小，效率高。

COD 法涉及到供水單位、工業(yè)企業(yè)、畜禽養(yǎng)殖場、污水處理廠的數(shù)據(jù)收集和調(diào)研，數(shù)據(jù)處理校核和質(zhì)量控制工作量大，且需要環(huán)保、住建、水利（水務(wù)）、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等相關(guān)部門協(xié)調(diào)配合，是一項參與人員眾多，數(shù)據(jù)調(diào)查深入細(xì)致的工作。

3 案例分析

為了進(jìn)一步說明2 種核算方法計算過程和用途的區(qū)別，分別以某3 個相鄰縣級市的城鎮(zhèn)污水處理廠為例，對比討論其收集效果?；诋?dāng)?shù)厣鐣l(fā)展水平和生活習(xí)慣，校核質(zhì)量濃度取350 mg/L，生活污水產(chǎn)生系數(shù)取0.85。污水廠相關(guān)數(shù)據(jù)及核算結(jié)果見表1，污水廠相關(guān)數(shù)據(jù)再分析見表2。

表1 污水廠單元相關(guān)數(shù)據(jù)和分析結(jié)果對比

表2 污水廠單元相關(guān)數(shù)據(jù)再分析

廠1：該污水處理廠收水范圍位于老城區(qū)，僅收集生活污水，排水體制主要為合流制。

因為污水廠收水范圍內(nèi)實(shí)際生活用水總量除以年鑒中城區(qū)用水總?cè)丝?，得到該區(qū)域的生活用水校核量為362 L/（人·d），大于《2021 年城市建設(shè)統(tǒng)計年鑒》給出的226 L/（人·d）。主要因為年鑒中城區(qū)用水總?cè)丝谛∮谖鬯畯S收水范圍內(nèi)的用水人口。這一原因也會影響B(tài)OD 法中城區(qū)用水總?cè)丝冢≒用）偏小，從而導(dǎo)致該方法得到收集率偏高。

根據(jù)COD 法統(tǒng)計數(shù)據(jù)進(jìn)一步深入分析可知，該污水廠進(jìn)水量大于收水范圍內(nèi)生活污水產(chǎn)生量，進(jìn)水COD 濃度偏低，存在外水超收現(xiàn)象。雖然污水廠運(yùn)行負(fù)荷偏高，但通過對比區(qū)域生活污水產(chǎn)生量和污水廠設(shè)計規(guī)?？芍鬯畯S有足夠能力處理區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的生活污水，因此不宜采用擴(kuò)大污水廠規(guī)模的方式提高生活污水收集率。而是要以 “擠外水” 為優(yōu)先策略，加強(qiáng)管道運(yùn)行維護(hù)、檢查井缺陷整改等工作，解決大量外水入流入滲的問題[3]。

廠2：該污水處理廠收水范圍位于新城區(qū)，僅收集生活污水，排水體制主要為分流制。

該單元BOD 法收集率（R2）明顯低于COD 法收集率（R1），主要是由于BOD 污染物在管道內(nèi)沿程降解導(dǎo)致生活污染物人口當(dāng)量（P排）偏小。

根據(jù)COD 法核算數(shù)據(jù)分析可知，該污水廠進(jìn)水量略小于生活污水產(chǎn)生量，污水廠超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，表明該區(qū)域生活污水的收集系統(tǒng)較為完善，需結(jié)合區(qū)域規(guī)劃和自身的功能定位，抓緊開展污水廠的擴(kuò)建或者新建工程，以滿足未來發(fā)展的需要。

廠3：該污水處理廠收水范圍內(nèi)有工業(yè)企業(yè)，部分工業(yè)廢水也依托該污水處理廠進(jìn)行處理。

根據(jù)COD 法調(diào)研數(shù)據(jù)再分析可知，污水廠進(jìn)水量的36%為工業(yè)廢水，其余為生活污水，污水廠運(yùn)行負(fù)荷已達(dá)96%。建議可參考（蘇環(huán)辦[2023]144號）[7]文件要求，評估工業(yè)廢水接入的可行性，建議將工業(yè)廢水接入專業(yè)的工業(yè)廢水處理廠，騰出被擠占的處理能力，提高該區(qū)域生活污水的收集率。

綜上，2 種方法因其數(shù)據(jù)來源、計算方法不同，即使是針對同一個區(qū)域同一個單元，得出的收集率數(shù)值并不相同。同時，從計算過程中發(fā)現(xiàn)，BOD 法收集率計算所需數(shù)據(jù)較少，較易得出結(jié)果，但難以作進(jìn)一步分析。COD 法收集率計算所需數(shù)據(jù)較多，但得到了含收集率在內(nèi)的一系列指標(biāo)，可綜合分析該區(qū)域污染源組成及占比、生活污水處理規(guī)模和缺口等，為區(qū)域環(huán)境可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)論及展望

4.1 結(jié)論

本文對比研究了生活污水收集率精準(zhǔn)核算方法，簡述了3 種核算思路，并重點(diǎn)對比了2 種現(xiàn)廣泛采用的生活污水收集率核算方法，分析了其各自的特點(diǎn)，最后通過算例進(jìn)行了說明，主要結(jié)論如下：

（1）水量法是將收集處理的污水量與污水的排放量進(jìn)行比較，評價污水的處理比例，易出現(xiàn)污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷 “假性飽和” 和污染物收集處理能力 “虛高” 的情況；

（2）BOD 法和COD 法的基本思路均為對比了污水處理廠收集到的污染物量與該區(qū)域產(chǎn)生的污染物量，均能客觀反映該區(qū)域生活污水收集處理情況和污水收集處理設(shè)施建設(shè)運(yùn)行水平；

（3）BOD 法會出現(xiàn)沿程降解損失，P排和P用的數(shù)據(jù)統(tǒng)計范圍需盡量匹配，計算數(shù)據(jù)主要來自統(tǒng)計年鑒或管理信息系統(tǒng)自有數(shù)據(jù)。

（4）COD 法過程中穩(wěn)定，需考慮工業(yè)和畜禽業(yè)排放扣減，Q收集和Q產(chǎn)生針對同一范圍，計算數(shù)據(jù)基于直接監(jiān)測數(shù)據(jù)。

（5）BOD 法最小統(tǒng)計單元為行政區(qū)域，適用于大尺度估算，核算效率高，而COD 法最小單元為單個污水處理廠覆蓋區(qū)域，適用于不同尺度區(qū)域核算，數(shù)據(jù)信息量大、質(zhì)控工作難度較大，但應(yīng)用價值高，可為區(qū)域環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

4.2 展望

（1）探索多因子評價方法：從 “水量法” 過渡到“水污染物總量法”，可實(shí)現(xiàn)水污染物產(chǎn)生量和處理量的有效平衡。但BOD 法與COD 法均可能存在污染物沿程降解導(dǎo)致的核算收集率失真現(xiàn)象?？砷_展基于多污染因子的分析評價方法研究，通過資料調(diào)研、管道沿程采樣分析、試點(diǎn)計算，逐步推進(jìn)多污染因子評價的可行性分析，如引用氨氮、總氮、總磷等指標(biāo)作為補(bǔ)充或者使用綜合系數(shù)分析法；

（2）完善COD 法中生活污水污染物校核濃度的取值：由于生活污水中的污染物在化糞池及管網(wǎng)中不可避免的降解，南、北方生活水平、用水習(xí)慣不同，以及季節(jié)性用水變化情況等，導(dǎo)致用于校核的基準(zhǔn)濃度可能存在一定的偏差。建議在后續(xù)工作中進(jìn)一步提高科學(xué)合理性，充分考慮基準(zhǔn)校核濃度因季節(jié)變化及南北地域差異，必要時分區(qū)域、分季節(jié)進(jìn)行校核；

（3）由于城市管網(wǎng)存在地下水滲入、河水倒灌等因素，導(dǎo)致污水廠收集處理的COD 總量中有一部分實(shí)際為 “外水” 匯入，如何進(jìn)行外水扣減更加精準(zhǔn)核算實(shí)際的污水收集處理率需要進(jìn)一步深化研究。