从案例看不同类型排水系统与污水厂水力负荷的特点

在“2025（第二十三届）水业战略论坛”上，新加坡公用事业局(PUB）前首席专家曹业始博士以“从案例看不同类型排水系统与污水厂水力负荷的特点”为题，作了深度分享。报告意在通过若干实例，呈现真实的管网内和污水厂进水流量物理图像，供业界同行参考。

在“2025（第二十三届）水业战略论坛”上，新加坡公用事业局(PUB）前首席专家曹业始博士以“从案例看不同类型排水系统与污水厂水力负荷的特点”为题，作了深度分享。

报告指出，城市水污染管理的目的在于减少排入受纳水体中的污水污染物质量，从而提升城市水环境质量。不同类型的管网如分流制、混合制和合流制及其相连的污水厂水力负荷（流量）的特征和匹配，直接涉及到整个城市污水系统的更新改造、提高集中收集率的效率。近十年来，国内很多管网系统已经“雨污分流”，对这些系统中外水和雨水入侵量的认识，对于进一步的污水系统的更新改造的效果关系甚大。报告意在通过若干实例，呈现真实的管网内和污水厂进水流量物理图像，供业界同行参考。

曹业始

01城市污水系统的运行指标与描述参数

污水管网覆盖率、管网内外来水、市政用水效率、污水厂处理能力是描述城市污水系统运行状态和效率的四个重要参数。

城市污水管网覆盖率：直接影响城市污水收集率，低覆盖率导致污水直排，进而污染受纳水体。

管网外来水：包括地下水入渗和河流、小溪、雨水径流等。外来水降低了城市污水浓度，增加管网和污水厂水力负荷、城市污水厂污染物排放负荷和污水溢流量。欧美一些国家对外水的管网入侵量作了非强制式的规定，如德国管网外来水不能多于原污水。稀释倍数（DF）和管网污水占比，常用来表征外水入侵。

用水效率：人均日综合用水量（SCWC, L/(人·天)）用来作为衡量市政用水效率的参数。用水量越低，污水污染物浓度越高。西欧、北欧一些国家人均日用水量约为150升/人·日，新加坡约为210升/人·日，美国人均日用水量较高，国内在150-250升/人·日之间，因地区而异。

污水厂处理能力：污清比和峰值系数常用来表征污水厂处理能力。前者为污水处理量与用（售）水量的比值，后者是最大处理（峰值）流量与年均流量的比值。

应用稀释倍数和污清比可估算城市污水集中收集率和溢出率。污水集中收集率的大小主要取决于管网内污水总量（原污水+外来水）以及污水厂的处理能力，与污水浓度无直接的对应关系。当然，在一定集中收集率要求的前提下，外来水量越少，污水厂处理能力的要求相对较低。污水浓度越高，城市污水系统的基础设施规模越小，运行费相应降低。在相同的排放标准要求下，污水厂排放污染物负荷也较低。

02案例分析

报告介绍了五个典型案例。其中三个为“纯”分流收集系统、一个分流-合流混合系统，一个合流系统，重点介绍系统的设计水力负荷及运行情况。

案例一：管理良好的纯分流制污水系统：Grüneck WWTP，德国

参见图1，慕尼黑附近的Kläranlage-Grϋneck污水处理厂，服务区域约100平方公里，服务区内人口约70,000名，污水处理厂当量人口160,000，服务区用水量11,000m³/d，人日均综合用水量约150L/(人·天)，设计最大（峰值）流量为42425m³/d，设计污清比为3.6。在2019-2023期间，污水厂进水COD在700-800mg/L之间，年平均外水占比10-15%。

该区域采用纯分流制排水系统，初雨不进入污水厂处理。雨季污水厂实行雨季运行模式，管网中所有污水都进入污水厂全过程处理，达标排放。

图1中表格列出2023年污水厂运行数据，进水COD年均值743mg/L，实际最大峰值流量30136m³/d，年均污水处理量为10551m³/d，运行峰值比为2.8，污水全收集无溢流。须注意到，旱季时日均最大小时流量（红线）约为日均均值（绿线）的1.5倍，雨季时有额外外水流入管网。相对应2023年COD进水均值为743mg/L，外水占比15%，管网呈现良好状态。

2024年情况发生了很大变化，日均进水COD下降到451mg/L，外水占比＞40%，接近原污水量。这一变化与德国北部2024年从5月至11月期间的洪水事件密切相关，洪水导致河流水，污水厂服务区地下水位持续处于高位，外水的大量涌入，给污水处理系统带来了很大压力，6月至9月期间，处理量多次逼近管网四万吨的最大设计峰值。

图1（右下图中绿线为日均流量,红线为日最大小时流量，绿线是红线的1.5倍）

图注：请勿引用/Please don't quote this ppt

管网修复已成为该厂今年（2025年）的主要任务之一。目前正在通过机器人等先进技术进行管网检测和修复，减少外水渗入。

案例二：管理良好的分流制管网水力负荷：新加坡深隧污水系统

新加坡深隧污水系统进水COD平均浓度约540mg/L，污水厂以全收集为目标，人均综合用水量约200L/（人·天），管网外水年均稀释倍数为1.1，外来水占比在10%以内，在年降水量约2300毫米条件下，与国际上最好的分流制管网（如德国北部）相近。

在设计深隧系统时，观察到已建成的深隧的每年有两天污水厂的进水流量高达设计流量的1.5倍以上，设计污清比2.2，峰值系数为2.0。污水厂采用MBR膜技术，雨季的污水全过程处理量控制在年均流量的1.5倍以内，生物膜过程以外0.5倍流量用高速沉降处理。应注意到深邃的调蓄作用在设计雨季峰值量时的可能影响。

图2

案例三：管理良好的分流制污水系统：Bonnybrook WWTP,加拿大

Bonnybrook污水处理厂日均处理量396000m³/d，峰值处理量为1069000m³/d，峰值系数约为2.5，该厂污水中外水占比约1/3。污水厂COD进水浓度约380mg/L。

图3呈现了该污水厂13年处理水记录，可见每年雨季最大处理量都达到设计峰值。

图3

上面介绍的三个分流制的污水系统案例说明，即使是良好分流制管网（污水浓度已较高），与合流制相比，入侵外水较少，但仍有旱季外水和雨季外水入侵，不容忽视。

案例四：管理良好城市混合(分流-合流)制污水系统：阿姆斯特丹西部污水厂，荷兰

该厂是阿姆斯特丹最大的污水处理厂，服务区内75%管网为分流制，25%为合流制（主要在老城区）。服务区域内人均综合用水量约为160L/（人·天）。设计峰值系数3.6，污清比约为5（与合流制系统相近）。采用了在线和离线的调蓄池，以减弱雨季高峰流量，但仍有雨季溢流现象。

如图4所示，2023年COD浓度呈现显著季节性波动：年均浓度为512mg/L，旱季则高达至821mg/L，反映出雨季外水量影响。雨季进入污水厂污水进行全过程处理，并达标排放。

阿姆斯特丹西部污水厂的设计对国内一些经雨污改造后保留了部分合流制城市污水处理系统或有参考价值。

图4：请勿引用/Please don't quote this ppt

案例五：管理良好的城市合流制管网污水系统：Werdhölzli 污水处理厂，瑞士

苏黎世Werdhölzli污水处理厂连接合流制管网。人日均综合用水约165L/(人·天)，2019年日均进水COD浓度约400 mg/L，设计峰值系数约3,污清比约5.6。图5中右下图为旱季进水，右上图为雨季一周期间内污水厂进水流量和出水水质部分指标，雨季期间进厂的污水也经污水厂的全过程处理，出水水质达TN＜10mg/L。2019全年下雨天数120天，其中调蓄池用了75次，溢流发生35次，其中两座大型调蓄池之一Werdinse溢流发生共计250小时，另一Glatt调蓄池溢流排放共计65小时,年溢流负荷比＜5%。

图5

03思考与建议

丹麦、德国、荷兰等欧洲国家早在90年代开始了城市污水系统改造（现仍在进行），目前管网覆盖率＞90%，由于较高的用水效率和管网质量，污水浓度一般在400-600mg/L（甚至更高）。提高污水浓度已不是工作重点，而控制和减少溢流成了主要任务，如案例和图6显示，即使是与分流制管网相连的污水厂设计污清比和峰值系数≥2。2024年欧盟修订的《城市污水处理指令》（UWWTD）进一步要求成员国在2045年污水溢流量不得超过处理厂进水负荷的2%。

图6

相较于欧洲一些国家采用的高峰值（污清比）设计标准，国内城市污水处理系统仍面临一些不同发展阶段的矛盾，参见图6，国内一些城市污水系统溢流比较欧洲发达国家高约20%。对此，报告强调应从实际出发而非盲目“照搬照抄”，应因地制宜地制定污水控制和处理水污染系统的策略。面对一些城市污水处理系统存在管网覆盖率不足、污水收集率偏低、管网质量有待提高等等问题。若以污水厂进水BOD为100mg/L为分界线（见图7）：

1、对污水厂进水BOD浓度<100mg/L的污水系统,需集中资源增加管网的覆盖率(>90%），进行管网修复减少入侵管网的外水，提高污水浓度。

2、对部分污水厂进水BOD浓度≥100mg/L、但污水集中收集率仍较低（<73%）的污水系统，可考虑在进行管网改造的同时适当提高峰值系数和污清比至1.6-2.4之间,包括已经“雨污分流”改造的城市污水系统，主要进行原厂在地的水力扩容（如有效使用或扩大现有的二沉池）。

3、从实际出发、因地制宜,灰绿结合,综合考虑经济效率和环境保护目标，结合当前与长远目标,充分利用国内优势，吸取发达国家教训和经验，用较小的成本比发达国家做得更好！

图7

本报告是中国城市污水系统的提质增效和更新改造项目的一部分，有兴趣的同行可参考如下已发表的项目论文。

编辑：李丹