城鎮(zhèn)生活污水收集處理能力評估

朱曉曉 常聞捷 江野立 舒瑞琪 黃琴 聶慧君 王苑

摘要 準(zhǔn)確評估城鎮(zhèn)污水收集處理能力具有重要意義和價值。本研究以江蘇某縣域為研究區(qū)域，采用區(qū)域城鎮(zhèn)生活水污染物（COD）的收集量作為核算對象，以集中式污水處理廠為核算單元，以260 mg/L和350 mg/L作為生活污水校核濃度，開展不同核算單元生活污水集中收集率的核算評估。結(jié)果表明，核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集率分別為67.09%（260 mg/L）和49.84%（350 mg/L），汛期生活污水集中收集率偏低。以新區(qū)為主的城東污水廠生活污水集中收集率高于均值，而以城鎮(zhèn)老舊小區(qū)為主的城北污水廠和以城鄉(xiāng)結(jié)合部為主的城南污水廠生活污水集中收集率相對較低。針對生活污水收集處理能力薄弱片區(qū)，提出治理措施，為城市生活污水集中收集效能提升提供參考。

關(guān)鍵詞 生活污水；污水收集管網(wǎng)；收集率；化學(xué)需氧量法

中圖分類號 X323；X703? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 1007-7731（2024）08-0069-05

城市污水管網(wǎng)在承接城鎮(zhèn)生活污水、工業(yè)廢水等方面發(fā)揮著重要作用。實踐中，部分地區(qū)城鎮(zhèn)污水收集處理還需在管網(wǎng)建設(shè)，汛期城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)水位，排水管網(wǎng)收集效能，污水處理廠進(jìn)水濃度等方面進(jìn)一步改善[1-3]。同時，城市污水處理管網(wǎng)鋪設(shè)面廣、隱蔽性強(qiáng)及維護(hù)投入成本高等特點[4]，導(dǎo)致管網(wǎng)摸排檢修工作開展難度較大。準(zhǔn)確評估目前城鎮(zhèn)污水收集處理能力具有重要意義和價值。李璇等[5]對生活污水集中收集處理率精準(zhǔn)核算方法進(jìn)行了對比分析，得出水量法計算簡單，易出現(xiàn)指標(biāo)虛高的情況；BOD法的最小核算單元為行政區(qū)域，核算效率相對較高；COD法的最小單元為單個污水處理廠覆蓋區(qū)域，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來自供、排水戶和水質(zhì)、水量自動在線監(jiān)測，且扣除了污水處理廠收集處理的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)廢水COD總量，方法更加精準(zhǔn)。生活污水集中收集率是表征生活污水有效收集情況的重要指標(biāo)。尹海龍等[6]通過評估得出，按照污水廠進(jìn)水量與污水排放量比值計算，當(dāng)前部分城市污水截污率較高，而按照污水廠進(jìn)水COD負(fù)荷與污水排放COD負(fù)荷比值計算，污染負(fù)荷截污率平均較低。本研究以主要水污染物（COD）收集量作為平衡核算指標(biāo)，以260和350 mg/L作為COD校核濃度，以實際生活污水收集率與校核的理論生活污水收集率進(jìn)行平衡核算，判斷區(qū)域不同核算單元城鎮(zhèn)生活污染物集中收集處理情況，為提高城鎮(zhèn)區(qū)域生活污水集中收集處理效能提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)基本情況

研究區(qū)位于江蘇西北部，毗鄰洪澤湖，位于長三角經(jīng)濟(jì)帶、沿江經(jīng)濟(jì)帶和東隴海經(jīng)濟(jì)帶的交叉輻射區(qū)，建成區(qū)面積約73 km2。區(qū)域內(nèi)共3個飲用水源地，總供水規(guī)模達(dá)27萬t/d，共4個污水處理廠，分別為城北污水處理廠、城東一期污水處理廠、城東二期污水處理廠和城南污水處理廠，總設(shè)計規(guī)模為14萬m3/d，污水廠設(shè)計規(guī)模、處理工藝、出水標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)水量情況詳見表1。

1.2 研究范圍劃定

以污水處理廠收集范圍作為核算單元的劃分依據(jù)，核算區(qū)域內(nèi)共有4個污水處理廠，因此本研究共設(shè)置4個核算單元，分別為城南污水處理廠核算單元、城北污水處理廠核算單元、城東污水處理廠一期核算單元和城東污水處理廠二期核算單元，4個核算單元合并區(qū)域為核算區(qū)域。

1.3 核算方法

采用水污染物（COD）的收集量作為核算對象，根據(jù)生活污水中COD校核濃度計算得出生活污水產(chǎn)生量（生活污水理論收集量），并采用核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集總量（實際量）與生活污水產(chǎn)生總量（理論量）之比，作為該核算區(qū)域生活污水集中收集率。核算方法如下。

（1）核算單元內(nèi)生活污水COD收集量。通過核算污水集中處理設(shè)施進(jìn)水COD總量，扣除進(jìn)入該污水集中處理設(shè)施的工業(yè)廢水和農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖廢水COD貢獻(xiàn)，即為該核算單元內(nèi)生活污水的COD收集量。核算公式如下。

[MS=MW－MG－MN] （1）

式（1）中，MS為核算單元內(nèi)生活污水COD收集量，kg；MW為核算單元內(nèi)污水COD收集總量，kg；MG為核算單元內(nèi)工業(yè)廢水COD收集量，kg；MN為核算單元內(nèi)農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖污水COD收集量，kg。

（2）核算區(qū)域生活污水COD收集總量。通過城鎮(zhèn)生活污水污染物校核濃度（C260和C350）進(jìn)行校核，得出該核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集總量，具體計算公式如下。

[QS0=0.001×MS0/CS0] （2）

式（2）中，QS0為核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集總量，m3；MS0為核算區(qū)域內(nèi)生活污水COD收集總量，kg；CS0為核算區(qū)域內(nèi)生活污水COD校核濃度，mg/L。

（3）核算區(qū)域生活污水集中收集率。核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集總量與生活污水產(chǎn)生總量之比，即為該核算區(qū)域生活污水集中收集率，客觀反映該區(qū)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]為核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集率（%），以月為單位進(jìn)行核算；Q為核算區(qū)域內(nèi)生活污水產(chǎn)生總量，m3。

（b）年生活污水集中收集率。

[RA=i=112QS0， i/i=112Q， i] （4）

式（4）中，[RA]為核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集率（%），以年為單位進(jìn)行核算；QS0，i為核算區(qū)域內(nèi)第i個月生活污水集中收集量，m3；Q，i為核算區(qū)域內(nèi)第i個月生活污水產(chǎn)生總量，m3；i為月份，共12個月。

以上公式的使用需滿足3個前置條件：①生活用水量以末端用戶用水量為統(tǒng)計口徑，以剔除管網(wǎng)運輸過程中漏損影響；②混入污水管道中的“外水”不含該污染物；③污水在轉(zhuǎn)輸過程中未發(fā)生降解損耗[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生活污水收集量

從各污水廠生活污水集中收集量（表2）來看，城東一期核算單元生活污水集中收集量最大，其次為城北污水廠核算單元，城南片區(qū)主要為城鄉(xiāng)結(jié)合部，因此生活污水集中收集量最低。從各污水廠各月份生活污水集中收集量占比情況（圖1）來看，2—4月及12月份城北污水廠核算單元及城東二期污水廠核算單元生活污水集中收集量出現(xiàn)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

從各核算單元生活污水集中收集率（表3）來看，全縣核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集率分別為67.09%（260 mg/L）和49.84%（350 mg/L）。其中，城東一期和二期污水廠的生活污水集中收集率高于全縣均值，分別為81.97%（260 mg/L）和60.90%（350 mg/L）、75.58%（260 mg/L）和56.15%（350 mg/L），而城北污水廠和城南污水廠生活污水集中收集率相對較低。結(jié)合各核算單元用地類型及用水類型分析，城東一期和二期污水廠服務(wù)縣域經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，以工業(yè)企業(yè)為主，管網(wǎng)覆蓋程度及雨污分流程度相對較高；城北污水廠服務(wù)縣域主城區(qū)，以居民區(qū)、成熟商業(yè)區(qū)等為主，城市開發(fā)程度高，開發(fā)年限較長，管網(wǎng)相對老舊，雨污合流制現(xiàn)象較為突出；城南污水廠服務(wù)縣域南部新城，因開發(fā)時間較短，目前為城鄉(xiāng)結(jié)合部，管網(wǎng)建設(shè)進(jìn)度有待進(jìn)一步加強(qiáng)，生活污水集中收集率較低。

從生活污水集中收集率月度變化來看（圖2—3），7—9月生活污水集中收集率較低，其中城北污水廠核算單元汛期生活污水集中收集率降低趨勢最為明顯，表明汛期對該縣域生活污水的集中收集率影響較大，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。城北污水廠是該縣域發(fā)展較早的片區(qū)，老舊小區(qū)、城中村較多，部分管網(wǎng)破損、雨污合流等問題相對突出，在一定程度上影響了對區(qū)域生活污水的集中收集。

2.3 區(qū)域污水集中收集處理能力評估

根據(jù)核算結(jié)果及資料調(diào)研，進(jìn)一步核算各污水處理廠處理水量負(fù)荷率，其中城南污水處理廠處理水量負(fù)荷率為55.20%～67.78%，城北污水處理廠為95.91%～103.23%，城東一期污水處理廠為75.08%～106.23%，城東二期污水處理廠為34.91%～65.51%。導(dǎo)致污水處理廠生活污水集中收集率偏低，生活污水處理理論能力滿足需求但污水處理廠超負(fù)荷運行，以及處理效能不高的可能影響因素為污水處理能力均衡、管網(wǎng)配套、截污納管、雨污分流及管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)等方面有待進(jìn)一步加強(qiáng)和優(yōu)化。2021年度核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集率較2020年度有所提升，低階（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%，高階（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%，以年計研究區(qū)域生活污水集中收集率高低階分別上升了13.07%和9.71%。

3 結(jié)論與討論

經(jīng)核算評估，核算區(qū)域內(nèi)生活污水集中收集率分別為67.09%（260 mg/L）和49.84 %（350 mg/L），汛期生活污水集中收集率偏低。以新區(qū)為主的城東污水廠生活污水集中收集率高于全縣均值，而以城鎮(zhèn)老舊小區(qū)為主的城北污水廠和以城鄉(xiāng)結(jié)合部為主的城南污水廠生活污水集中收集率相對較低。

實踐中，生活污水集中收集處理存在需要進(jìn)一步優(yōu)化的環(huán)節(jié)。一是污水收集處理能力有待進(jìn)一步均衡。城鎮(zhèn)生活污水處理廠運行情況不一，部分污水處理廠接近滿負(fù)荷運行，而部分污水處理廠暫未達(dá)到設(shè)計處理能力，區(qū)域內(nèi)不同污水廠污水收集處理能力有待進(jìn)一步均衡，區(qū)域生活污水收集效能有待提升。二是部分污水收集管網(wǎng)建設(shè)滯后，部分存在雨污混流現(xiàn)象。現(xiàn)有污水管網(wǎng)與污水收集實際需求還有一定差距，部分城中村、城郊結(jié)合部和老舊城區(qū)生活污水管網(wǎng)覆蓋有待進(jìn)一步提高。部分片區(qū)存在雨污混流現(xiàn)象，居民生活污水溢流可能會對河道水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[8-10]。部分城中村道路復(fù)雜，采用雨污合流或明渠（溝）排放，加之居住人口相對密集，產(chǎn)生的生活污水較多，對生態(tài)環(huán)境可能造成較大負(fù)荷。三是部分管網(wǎng)運行維護(hù)監(jiān)管機(jī)制有待進(jìn)一步完善。根據(jù)區(qū)域設(shè)計規(guī)模情況統(tǒng)計（表1），城南污水廠年均進(jìn)水COD濃度為88.21 mg/L，城北、城東二期污水處理廠進(jìn)水COD濃度分別為141.60和153.15 mg/L，遠(yuǎn)低于設(shè)計水平和提質(zhì)增效目標(biāo)。3個核算單元進(jìn)水COD濃度年均值均偏低，除汛期受降雨影響外，枯水期污水廠進(jìn)水COD濃度偏低可能與管網(wǎng)破損、老化有關(guān)。雨污混接雨水進(jìn)管、管網(wǎng)破損地下水滲漏等都可能導(dǎo)致非生活污水水量激增，致使管道高水位運行，擠占污水管網(wǎng)輸送容量，導(dǎo)致污水廠超負(fù)荷運行，污水收集處理能效降低，相關(guān)研究也證實非生活污水摻混對生活污水濃度和收集率存在一定影響[11-12]。四是部分管道堵塞、排水不暢或管道破損等，導(dǎo)致部分生活污水無法有效收集。如部分生活垃圾、廚余垃圾等未及時回收處理直接排入管網(wǎng)，造成部分管網(wǎng)堵塞、排水困難，或項目建設(shè)過程中可能存在破壞管網(wǎng)等情況。

針對生活污水收集處理中有待進(jìn)一步改進(jìn)的環(huán)節(jié)，通過加快補(bǔ)齊基礎(chǔ)設(shè)施短板，盡快實現(xiàn)污水管網(wǎng)全覆蓋、全收集和全處理，實現(xiàn)城鎮(zhèn)生活污水收集處理提質(zhì)增效。加快推進(jìn)雨污管網(wǎng)建設(shè)，提升污水廠收集處理能力，是解決生活污水收集不夠到位而污水廠超負(fù)荷運行、入廠污染物無法有效處理的關(guān)鍵。針對目前水量已基本滿負(fù)荷運行的城北污水廠和城東一期污水廠核算單元，需進(jìn)一步分片區(qū)摸排雨污管網(wǎng)合流、雨污管混接和錯接等情況，加快推動核算單元范圍內(nèi)雨污分流管網(wǎng)改造，雨污管混接、錯接點改造工作。針對水量運行負(fù)荷較低的城南污水處理廠和城東二期污水處理廠，需進(jìn)一步加強(qiáng)雨污管網(wǎng)建設(shè)工作，提高支管網(wǎng)覆蓋度。同時保障雨污管網(wǎng)規(guī)范高效運行，以提高污水處理效能。針對污水管道、雨水管道和污水提升泵站等管網(wǎng)及污水收集設(shè)施，亟待形成有效的監(jiān)管機(jī)制和運維管護(hù)機(jī)制，在出現(xiàn)異常水質(zhì)時可以及時高效溯源排查問題片區(qū)，快速摸清污染源頭并有效治理。

參考文獻(xiàn)

[1] 俞欣. 城市污水管道沉積負(fù)荷計算與分析[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2015，21（9）：83-86.

[2] 黃志，吳蕾，海子彬，等. 干旱年份淠河水污染綜合治理研究[J]. 安徽農(nóng)學(xué)通報，2021，27（21）：135-137，168.

[3] 孫永利. 城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效的內(nèi)涵與思路[J]. 中國給水排水，2020，36（2）：1-6.

[4] 郭效琛，李萌，趙冬泉，等. 城市排水管網(wǎng)監(jiān)測點優(yōu)化布置的研究與進(jìn)展[J]. 中國給水排水，2018，34（4）：26-31.

[5] 李璇，蔣永偉，曹蕾，等.生活污水集中收集處理率精準(zhǔn)核算方法的對比分析[J].環(huán)境科技，2023，36（6）：59-63.

[6] 尹海龍，葛佳寧，徐祖信，等. 我國河長制實施成效考核方法評估研究[J]. 中國工程科學(xué)，2022，24（5）：169-176.

[7] 喬巖石. 關(guān)于污水處理提質(zhì)增效指標(biāo)選取和主要措施的思考[J]. 安徽建筑，2021，28（7）：99-100.

[8] 于磊，黃瑞晶，李容，等. 基于河道納污能力的北運河城市副中心段合流制溢流污染控制研究[J]. 河海大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，50（5）：41-48.

[9] 于磊，黃瑞晶，李寶，等. 基于層次分析法的北京城市副中心內(nèi)澇風(fēng)險評估[J]. 北京師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2022，58（1）：62-69.

[10] 于磊，李榮，嚴(yán)玉林，等. 實時控制技術(shù)對合流制排水系統(tǒng)溢流污染削減效果模擬研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版），2023，56（8）：1013-1024.

[11] QTEISHAT O，MYSZOGRAJ S，SUCHOWSKA-KISIELEWICZ M. Changes of wastewater characteristic during transport in sewers[J]. WSEAS transactions on environment and development，2011，7（10/12）：351-360.

[12] 孫永利，吳凡松，李文秋，等. 城市生活污水集中收集率和污水處理廠進(jìn)水濃度問題的思考[J]. 給水排水，2023，59（1）：41-46.

（責(zé)編：何 艷）

基金項目 江蘇省環(huán)保集團(tuán)科技項目計劃（JSEP-TZ-2021-1005-RE）；江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司科研項目（JSEP-GJ20220011-RE-ZL）。

作者簡介 朱曉曉（1992—），女，江蘇南京人，碩士，工程師，從事流域水污染治理及水生態(tài)修復(fù)研究。

收稿日期 2023-11-20