2024-04-10
焦点提醒：革新当前国内污水管网需要分析斟酌的四个身分 导 读 影响污水管网机能和效力的四个身分：外来水入侵、管网里含外来水夹杂污水的处置量(污水处置厂的处置能力)、城市用水效力、污水搜集率。以维也纳和苏黎世合流式污水管网系统和污水处置厂为例，比力国内和一些欧洲国度在污水管网外来水入侵等环境，阐发了形成国内污水浓度偏低的身分, 提出了估算公式。在此根本上，进一步提出污水管网系统质量均衡概念模子和相干建议。
革新当前国内污水管网需要分析斟酌的四个身分 导 读 影响污水管网机能和效力的四个身分：外来水入侵、管网里含外来水夹杂污水的处置量(污水处置厂的处置能力)、城市用水效力、污水搜集率。以维也纳和苏黎世合流式污水管网系统和污水处置厂为例，比力国内和一些欧洲国度在污水管网外来水入侵等环境，阐发了形成国内污水浓度偏低的身分, 提出了估算公式。在此根本上，进一步提出污水管网系统质量均衡概念模子和相干建议。
1 欧洲国度的相干数据 维也纳和苏黎世的污水管网系统笼盖97%以上市区，均以合流制为主。维也纳主污水处置厂(VMWWTP)和苏黎世Werdhölzli 污水处置厂别离是奥地利和瑞士最年夜的污水处置厂。表1给出了两座城市各自污水管网和污水处置厂的首要设想和运转参数。维也纳和苏黎世两个污水管网的外来水约为各自污水管网内污水量的36%和48%(见表2)，合流制管网溢流(CSO)化学需氧量(COD)负荷约为各自污水负荷的7%和3%。维也纳污水干管的坡度为0.4%。在旱季岑岭水量运转时，截流干管内污水流速可达1 m/s，避免污水中固体在管网内输送进程中的堆积。 表1 维也纳和苏黎世污水管网系统和VMWWTP和Werdhölzli污水处置厂的首要设想和运转数据 
表2 欧洲(和美国)污水管网外来水占比和稀释倍数 
注：因为分歧的计较方式和本地前提，表2中外来水占比和稀释倍数不具有完全可比性。文献数据(除非零丁申明，数据均来自在合流制系统)。 VMWWTP的进水设想浓度为: COD 750 mg/L、TN 60 mg/L、TP 9 mg/L，现实运转能力约为设想值的75％。Werdhölzli污水处置厂2019年进程度均浓度为:COD 400 mg/L、TN 33 mg/L、TP 4 mg/L。两座污水处置厂的出水水质节制尺度不异: COD<30 mg/L、TN<10 mg/L、TP<1 mg/L。两座污水处置厂在能量收受接管方面工作都行之有效。VMWWTP新建的厌氧消化池自2021年头最先满负荷运转，能够实现电力和热能自给。Werdhölzli污水处置厂除在更早时辰实现了电力和热能自给，其污泥干燥和燃烧厂也实现了电力和热能自给。 一般来讲，相对合流制，分流制管网具有污水和溢流量少和管网内污染物浓度高档长处，因此在新开辟和一些革新晋升区域取得较多利用，虽然投资费用很年夜， 特殊是在年夜城市和生齿浓密的老城区。在德国，合流制系统办事的生齿占比从1983年的71.2%下降到2004年的58.3%。截至2019年，北部区域分流制系统占到约90%, 并显示超卓机能。在丹麦，截至2017年，分流制系统占比约68%，芬兰分流制系统占比达73%。但是，需要指出的是，分流制管网也具有外来水和旱季溢流 (SSO）问题。一些查询拜访注解，分流制系统在对养分物节制方面优在合流制系统，但后者在重金属和COD的节制上则优在前者。在德国，分流制管网调蓄池容积比合流管网调蓄池容积年夜，旱季污水处置厂凡是需要斟酌尽量对管网内污水输送至污水处置厂进行全进程处置或对超量污水进行化学一级(强化)处置后排放。荷兰经验是，在毗连分流制管网管道中, 5%的错接是难以免的，而降雨时分流制管网系统溢流污染负荷与合流制系统现实上是统一的数目级。是以，在荷兰，将初雨引入污水管道系统或调蓄池的办法同时用在合流制系统和分流制系统。 2 管网外来水量计较 城市污水首要由以下两部门构成：①城市供水利用后发生的污水 (used water)；②外来水 (或寄生水) 。依照用水种别，第一部门污水来历为：a家庭糊口用水；b行政/机构举措措施用水（或称公共建筑用水）；c工业用水。此中a和b相加称之为公共用水 (PWC）。公共用水与c相加称之为分析用水 (CWC）。 外来水由两部门构成: 入渗水和入流水。在污水管网系统中(合流或分流系统)，入渗水是指地下水、地表水（河流）或城市供水系统渗漏经由过程老旧管道的侵入污水系统的水。入流水是指雨水、河水和山泉水经由过程管网错接点或破损部位进入污水系统的水。影响外来水量的身分是多方面的，包罗: 地下水位、城区河流水位、水文特征、泥土特点和降雨（降雨量和强度）和污水管道的施工质量、布局性状态等。污水管网内污水(夹杂污水，RW)为搜集污水和外来水之和。外来水常常被视为洁净水，外来水的侵入，下降了污水管网内夹杂污水的浓度。为了数据搜集的便当和对照国表里案例，在后续阐述中将用单元”人日均”为根本来表征相干参数。 外来水量对�ײ�APP污水管网内夹杂污水(RW) 量比被称为外来水占比值，夹杂污水对搜集污水(CS)比值被称为稀释倍数(DF）， 二者经常使用来暗示污水稀释水平(或管道渗漏)。比力评估外来水量分歧方式，水量均衡法和水质稀释方式相对简单和间接。式(1)（基在水量均衡）和式(2) （基在水质稀释法）经常使用在计较稀释倍数。 
式中 SRW 为人日均管网中夹杂污水量；SCWC为人日均分析用水量；PLCOD为人日均COD排放量；CRW 为管网中污水COD浓度。因为常常缺少SRW数据，现实上式（2)被更多地用在计较稀释倍数。 表2聚集了首要来自欧洲国度的与城市污水稀释相干的文献数据。分析来看，外来水占比规模为25%~70%，对应的稀释倍数规模为1.4~4.0。奥地利污水管网外来水占比约为1/3，苏黎世污水管网外来水占比为48%。德国和荷兰的的合流制系统外来水占比高达60%，意味着每售出1 m³自来水，对应污水管网里约2.5m³夹杂污水。丹麦污水管网平均外来水占比为50%，对应稀释倍数2。美国污水管网外来水占比50%~65%，此中入渗水量仅占15%，在峰值时约为30%。德国北部和东北部的分流制污水管网系统平均外来水占比仅14%，可是全德国的分流制系统平均外来水占比为34%。在芬兰，与分流制系统毗连48座污水处置厂的外来水占比平均值为41%。这些数据注解，合流制系统外来水量占到管网内污水量近50%或以上，意味外来水量和搜集污水量(CWC)相当乃至更多；对分流制系统，外来水占比差别较年夜，德国北部最低， 但也有较高的环境， 如丹麦和挪威的案例所示。是以可见， 污水管道外来水入侵是一个世界性的问题, 其实不仅仅只产生在中国。 国内污水管道外来水定量报导不是良多。据最近几年文献， 外来水占比约在30%~70%，对保护杰出的污水管道系统，地下水入渗量占比约在28%~40%。斟酌到很多污水管道处在满管或高水位运转，在一般水位运转前提下现实的外来水入侵可能比已陈述的的数值更高。需要留意的是，因为分歧用水效力，不异的外来水占比或稀释倍数其实不意味着不异数目的外来水量。如表2和表3显示，对应不异的外来水占比或稀释倍数，用水效力较高(低人日均分析用水量）的一些西欧国度和城市比拟用水效力较低(高人日均分析用水量）的国内城市，外来水量仅是后者的约50%。但在类似的占比或稀释倍数规模内，欧洲的污水管道里污水COD浓度仍可保持在400~680mg/L 规模(如德国和苏黎世的合流制系统），远高在当前很多国内污水管道系统的COD浓度(见表3)。申明国内污水低浓度不但仅是因为污水管道外来水侵入酿成的，特别在新建城区，用水效力应当是不成轻忽的一个身分。 表3 部门欧洲国度和中国的人日均分析用水量、人日均污水处置量、人日均(夹杂)污水量和污水COD浓度等相干数据 
注：①在污水全搜集前提下，等在人日均分析用水量(SCWC)，中国案例的用水量不包罗因为供水管泄露酿成的水丧失。② 奥地利和德国的人日均污水处置量(SRW)数据基在生齿当量(PE)，其余数据基在居平易近数。③文献［1, 25］中数据的平均值。④没有括号值由式（2）计较; 括号中的稀释倍数是按照污水处置厂记实的处置量作为人日均(夹杂)污水量(SRW)由式（1）计较。 3 含外来水夹杂污水的处置量和下降外来水量的策略 削减污水管网外来水入侵是全球城市水情况面临的一个延续挑战。欧洲的经验和教训是：正确测定外渗水进入管网位置凡是操作复杂、耗时很久，且费用不菲。而一般来说，入渗水量占外来水量相对较少，是以，削减入流水入侵常成为第一要务， 重点放在溪流、河流、施工排水和雨水等入流水量的削减上。以苏黎世为例，自19世纪80年月起，河水、小溪流和“清洁”的雨水等自然水被逐步隔离在合流制系统外， 由零丁管线(经沉淀后)排放，从而实现“清污分手”。由此，从1985年到2003年，苏黎世合流制污水管网外来水量下降了约30%，此中的60%是经由过程将小溪和河水从合流制系统平分离得以实现的，经由过程削减入渗水仅占7%。国内相当部门污水管网系统，即便在旱季也布满外来水，申明小溪、河流等外流水侵入环境严峻。是以，污水管网系统提质增效实现“清污分手”应当是优先事项，这方面的使命包罗将导入河流或雨水通道中的污水份离并接回到污水管网，消弭河水经由过程溢水管进入(倒灌)污水管网，改正雨水管与污水管之间的错接，特别是在那些具有前提的城市老旧室第小区内等雨/污水管错接和沿河截污的管网。比来在广州和国内其他城市的项目申明了近似经验的有用性。 4 污水稀释身分 假定居平易近人数等在生齿当量数 (PE)，式 (3）被用在计较污水管网夹杂污水COD浓度 (CRw)： 
式中，PLCOD为人日均COD排放量；X为污水搜集率；PLCOD,i/i为人日均外来水含COD量；SCWC为人日均分析用水量；SQi/i为人日均外来水体积。 研究数据注解，中国发财地域城市居平易近人日均COD排放量与欧洲人附近。是以，本研究可将式(3）简化为式(4），后者被用来估算管网中夹杂污水COD的浓度。 
式(4）注解，夹杂污水COD的浓度取决在分析用水量和稀释倍数，前者与用水效力相关，后者与外来水(或管网渗漏)相关。在污水全搜集(X = 100%)且管网外来水能够疏忽(DF≈1)的前提下，夹杂污水COD最年夜浓度为120/SCWC (g/L)，分析用水量(SCWC)决议了夹杂污水COD可以或许到达最年夜浓度。德国柏林市首要城区污水管网为合流制，但因为较高的水操纵效力［SCWC= 117 L/(人·d)］和超卓的外来水节制 (或与较低降雨量550mm/年相关），夹杂污水COD和总磷(TP) 平均浓度别离达963 mg/L和15.5 mg/L (2016年)。是以，管网外来水入侵越少(管网施工质量和治理越好，渗漏越少)，用水效力越高(用水量越少)，污水搜集率越高，夹杂污水的污染物浓度则越高。 表3汇总了德国、奥地利、苏黎世、北京、长三角和珠三角二城市与水相关的数据，还列出了基在污水处置厂记实的人日均污水处置量数据。具体的数据阐发可参考文末原文。如表3显示，除北京外，长三角和珠三角两座代表性城市污水COD浓度均显著低在德国，奥地利和苏黎世污水COD浓度。由于高分析用水量，国内的相当一部门污水管网外来水量要比德国等西欧国度高很多，虽然稀释倍数(1.7~1.8)与一些欧洲国度附近。且如前所述，假如下降污水管网中的水位，外来水获得不有用节制，现实的外来水入侵可能进一步增添。改良国内污水管网系统泄露、特别是“挤外水”确切是一项紧急使命。 按照式(2)计较的稀释倍数(1.7~1.8) 与利用污水处置厂的处置量作为式 (1)中SRW计较的稀释倍数(1.0~1.2)，能够估量约30％~40％的污水未经处置排放，接近文献估值。这部门未经处置污水可分为两部门: ① 未搜集进污水管网; ②在污水输送进程外渗和溢流举措措施(CSO, SSO)排出。 5 污水管网系统质量流和均衡概念模子 本节供给了一个简化的污水管网系统质量流与均衡的概念模子 (见图1)。 
图1 污水管网水力和污染物资量流与均衡简化模子 模子被用来描写五个分歧的的场景，展现外来水入侵和含外来水夹杂污水的处置(污水处置厂的处置能力)、用水效力和污水搜集率对管网里污水浓度和污染物溢流的影响。模子参数、输入数据和计较成果见表4。五个场景中，三个为德国案例：场景1为以分流制排水系统为主的北部地域，场景2和3为以合流制为主的某州。场景1和2中污水处置厂可以或许处置所有夹杂污水。为申明污水处置厂处置能力对溢流节制的主要性并与场景2比拟，假定场景3中污水处置厂只能处置1×SCWC夹杂污水。前三个场景污水都是全搜集(X=100%)。两个为中国案例：长三角和珠三角二个城市，污水搜集率均为85%。除稀释倍数，其他参数与表3中长三角和珠三角二城市环境不异，前者因下水道搜集的污水流量削减而略高在表3中值。 对五个场景模子计较成果详见表4: 当用水效力，污水搜集率类似时，污水管网渗漏和外来水入侵是污水浓度的决议身分。按照今朝国内幕况，削减和节制外来水是一项紧急的使命。 外来水入侵形成管网夹杂污水流量增添，当跨越污水处置厂水力处置负荷时，则致使溢流排放增添。是以，污水处置厂具有恰当的水力处置负荷(截流倍数)对节制溢流和受纳水体的水质相当主要。 用水效力是影响管网污水浓度的身分之一，特别是外来水入侵获得恰当节制的环境下。 污水搜集率和污染物对水情况排放负荷具有较着关系。低搜集率意味着高溢出率，虽然而至污水浓度下降现象可能其实不较着。本年发改环资等”十部分“在结合发布关在推动污水资本化操纵的指点定见中强调了增添污水搜集率的主要性。 以相对低本钱策略实现排放到水情况中污染负荷总量的最年夜水平削减，应成为城市水情况和流域管理的优先标的目的和全体评估目标。 表4 五种分歧场景下模子参数、输入数据和污水COD浓度和溢流负荷计较值 
注：① 除括号中值, 所有值为污水处置厂记实处置量,场景1~3单元是L/(PE·d)。括号中值为由式(2)计较的DF算得的人日均夹杂污水量(SRW)。②括号中为由式（2）算得DF计较人日均夹杂污水量(SRW)。③没有括号值由式（2）计较; 括号中的值是由将污水处置厂的处置量作为人日均夹杂污水量(SRW)由式（1）算得的稀释倍数。 6 污水处置厂若何应对含外来水的超量夹杂污水 图2显示了苏黎世Werdhölzli污水处置厂旱季一周（2018年8月25至31日）水力负荷从0.5 m³/s (43 200 m³/d)晋升至6.5 m³/s(561 600 m³/d，旱季最年夜的水力负荷) 时代运转环境。在峰值流量期，活性污泥SRT约14 d，HRT仅2.8 h，出水氨氮一直低在2 mg/L, 硝酸盐氮低在12 mg/L，且管网无溢流产生。国内很多城镇污水处置厂活性污泥工艺SRT 和HRT设想偏在守旧，基在设想平安系数，现有相当部门生化处置单位应可以或许接管并处置旱季进水额外负荷 。 现有相当一部门污水处置厂是按照旱季状态设想，旱季面对首要挑战是那些以水力负荷为设想根据的单位(首要是物理和化学处置单位)。为此，需要对现有污水处置厂的相干单位、举措措施和装备能力和运营数据进行评估和阐发，肯定有需要进行进级革新的单位。与此同时，应充实操纵调蓄池和污水管网系统(管网、和泵站等）的潜伏存储容积、错峰和流量节制，减缓峰值流量冲击从而削减CSO (和SSO) 溢流排放。近年在国内一些城市黑臭水体管理工作中，对管网溢流采取当场处置，改良了受纳水体水质。但从久远看，按照领受水体的功能，对现有污水处置厂进行恰当革新，采取旁路化学强化一级处置、乃至全进程处置也许更具本钱效益。 
图2 瑞士苏黎世Werdhölzli污水处置厂旱季（2018年8月25至8月31日）进水流量、出水氨氮即硝态氮和调蓄池水位在线丈量数据 7 几点建议 （1）污水管网系统进级革新需分析斟酌的四个身分：外来水入侵、含外来水夹杂污水的处置量(污水处置厂的处置能力)、污水搜集率和用水效力。 （2）对现有污水管网影响身分进行定量阐发，辨认较易实现且经济有用的步履的优先顺序。 （3）从头斟酌和肯定污水管网和污水处置厂设想规程。 （4）新政策和律例。来历：给水排水
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