网地首发时间 ： 312501-27 15:2331网增首发地址: hpc.Ttak caki ns/ata/11.591.2025035.1425.04 环境工程学报 第19卷第3期2025年3月 JEE Vol. 19 No.3Mar. 2025 CHINESE 2OUBINRL OF DNVE htt:/.cjee.ac.cn @E-mail:cjee@rcees.ac.cn 城市污水污染物排放量和污水集中收集率的计算 曹业始，丁永伟²，KROISSH，高闯阔²，VANLOOSDRECHTM， DAIGGERG T 1.中持水务股份有限公司研发分公司，宜兴214213：2.苏州市排水有限公司，苏州215021：3.维也纳工业大学 水质和资源管理研究所，维也纳，奥地利1040：4.代尔夫特理工大学生物技术系，代尔夫特.
荷兰2629HZ； 5.密歇根大学土木和环境工程系，密歇根州，美国48109 摘要城市污水集中收集率是城市污水系统运行效率的关键指标，城市污水污染物排放量是计算城市污水集中收集 率的必需参数，但城市污水系统较高溢流量和缺乏溢流监测带来计算城市污水排污量的困扰.
为此，应用城市污水系 统模型和用水、污水处理、常住人口数等常规市政数据，首次提出了根据污水处理厂进水流量和负荷计算城市污水污 染物排放量和污水集中收集率的2种方法.
以面积约110km”、常住居民近100×10人口的城区污水系统为例，展示了 应用2种方法的所需数据、具体步骤和计算结果，分析了2种方法各自的适用性.
对流动人口、工商业活动和人日排 污量等因素对域市污水污染物排污量的影响和估算进行了讨论.
2种方法对当下国内和国外一些国家的城市污水排污 量、污水集中收集率的计算和城市污水系统运行效率的评估，具有现实意文.
关键词城市污水排污量：污水集中收集率：污水溢流：污水处理厂：城市污水系统：城市水环境 城市污水集中收集率涉及到城市污水源、管网和外水人侵、污水处理厂设计和运行、溢流和接受水体质 量各方面，是城市污水系统运行致率的关键指标，也是影响城市水环境质量的重要参数之一.
近几年来，全 国范围内开展了污水处理厂提质增效和管网更新改造等一系列行动，基本上消除了黑臭水体现象，城市水环 境状态得到了显著改善.
今年（2024年）提出了新目标：力争到2027年污水处理厂进水BOD，浓度高于 100mgL的城市生活污水处理厂规模占比达90%以上或较2022年提高5%，同时城市生活污水集中收集 率达73%以上，推进雨季溢流污染总量削减.
为了控制和减少城市污水溢流污染，发达国家已投人巨大资 源，但仍面临不少困难，今年（2024）新修改的欧盟水框架指令提出了城市水污染物收集率的新指标.
国 内外水业界都面临着一系列的新的任务和挑战.
城市污水排污量是计算城市污水集中收集率的必需参数.
对那些管网管理良好的分流制和有溢流记录的 合流制系统（如苏黎世Werdh6lzli污水处理厂和维也纳污水处理厂-），发达国家常根据污水处理厂进口 负荷和溢流记录直接计算城市污水排污量，但对于管网状态较差和缺乏溢流监测的城市污水系统，污水集 中收集率计算仍有待解决.
就国内面言，由于较多管网外来水人侵、污水处理厂较低的雨季处理能力（特别 在雨季），污水处理厂进水污染物负荷常是管网收集城市污水污染物负荷的一部分，加以缺乏溢流监 测，难以由污水处理厂进水负荷直接计算城市污水污染物负荷“.
因此，开发结合国内情况且相对简单、易 用的计算城市污水污染物排放量和污水集中收集率计算方法有一定的迫切性.
本研究提出了应用城市生活污 水系统模型，利用服务区内用水量、污水处理量和常住人口数等常规市政数据，根据污水处理厂进水流量和 负荷计算城市污水污染物排放量和污水集中收集率的2种方法，并以面积约110km²、常住居民约100×10 人口的城区污水系统为例，展示了应用2种方法的具体步骤，分析了2种方法的适用性，提出用于估算不同 经济发展水平的城市污水排污量和污水集中收集率的经验公式.
收稿日期：2024-09-26录用日期：2024-12-29 第一作者：曹业始（1949-），男，博士，总工艺师.
研究方向为城市污水处理过程优化、新工艺开发和城市污水厂运行、区 城水污染控制及环境政策等，c_yeshi1949@hotmaileom国通信作者
2 环境工程学报 第19卷 1途径和方法 1.1城市污水系统 城市污水系统包括（图1）：城市活动，供（用）水：污水收集和输送系统（管网）、人侵管网外来 水；污水处理厂；溢流排放和受纳水体.
模型参数、计算公式和模型验证可详见文献.
外来水 Q 验流Q 污水主管网 Q Q0Q 受纳水体 城市污水处理 城市话动 图1城市污水系统水量平衡简化模型 Fig. 1 The simplified model of hydraulic flow in urban sewage system （Q：常住居民排放污水；Q：通账行者排效污水：Qc：工商业排效污水：Q：外来水；Q：溢流：Qxx1污水处理厂出水，m²d） Q: Sewge dishage f ihabitnts activits; Q: Sewage discharge frm cmts activiies: Q: Sewage dishargd frmindstry ad cmercial activities; Q: Extraeous wer into sewer pipes; Q: Overlow; Qo: Effluent flw of sewage tretment plant md) 1.2城市污水污染物的3类来源 城市污水集中收集率为污水处理厂进水的污染物负荷（loadings of wastewatertreatment plants，WL）与 污水管网收集的城市污水污染物负荷（urban sewage pollutant loadings，UL）之比（WL/UL）.
污水管网内 未被输送到污水处理厂处理的污染物负荷称为污染物溢流负荷，包括合流制系统溢流（binedsewer overflow，CSO）、部分分流制系统的溢流（separate sewer overflow，SSO）和管网外漏的污染物负荷.
澄 流负荷对管网收集城市污染物排放负荷（UL）之比为溢流比，污水集中收集率溢流比=1.
城市污水集中收 的污水集中处理率的要求.
理解城市污水的来源和组成有助于计算城市污水排污量（负荷，UL）和污水集中收集率.
城市污水排污 量（UL）为3类活动排污量之和（图1、式1）：1）常住居民（Inhabitants）生活活动产生的污水排污量 （负荷，IL），可由人日排污量PE（Personalequivalent，详见2.3）乘以常住居民数计算；2）流动人口 （Commuters）（通勤/旅行者）生活活动产生的污水排污量（负荷，CL）；3）工商业（如食品加工、旅游 业和餐饮等）活动产生的污水排污量（负荷，ICL）.
UL = IL CL ICL (1) 由于部分常住居民和外地通勤者在城市污水系统服务区内工作，上述3类排污量之间互有交叉.
3类负 荷、特别是后2类对城市污水污染负荷的贡献随城市/地区不同的经济发展水平和产业结构而有所不同.
因 此，城市污水排放负荷的计算具有一定的不确定性，需要合理地简化.
实践中常用UL/IL[1（CLICL）/L]比值表达流动人口和工商业污染负荷相对于UL贡献大小4.
工商业及旅游业经济发达地区，CL和ICL对城市污水污染负荷的相对贡献不可忽略.
瑞士苏黎世市常住居 民45x10，另有每日25x10通勤者（许多来自邻近地区到该市工作，早到晚归）.
以苏黎世Werdholzli污 水处理厂进水COD负荷和人日COD排污量PEcx/120g（人-d）（详见2.3）作为单位的当量人口 （Population cquivalents，详见2.3）为当地常往居民数1.3倍，表示该市污水排污量（UL）约为常住居民排 污量（IL）的1.3倍.
奥地利维也纳常住居民190×10，另有每日19×10流动人口（主要是旅游者），以 维也纳污水处理厂进水COD负荷和PEcov/120g（人d）作为单位的当量人口约为当地常住居民排污量
第3期 曹业始等：城市污水污染物排放量和污水集中收集率的计算 3 居民数之比2023年分别为1.28和1.45，德国各州此比值在1.04-1.45之间 疫情期间与疫情前相同期间污水处理厂进水特征的变化反映了流动人口和工商业活动对城市污水排污量 的影响.
2020年2月至4月疫情期间，北京部分外来务工人员和居民未从春节假期后返回，相当大部分商 业活动暂停.
相对于2019年相同期间，北京老城区污水处理厂的进水COD负荷减少了34%.
同样，由 于疫情的影响，2023年3月至5月期间，相对于2022年相同期间，上海老城区污水处理厂进水COD负荷 减少了38%.
与北京情况不同，在疫情期间，上海城区进出人员很少，可基本排除流动人口的影响，工商 业活动（ICU）暂停是污水处理厂进水负荷减少的主要原因.
以上案例均为经济高度发达城市.
3.1将讨论不 同经济发展水平和行业结构城区流动人口和工商业活动对城市污水排污量具体影响.
1.3重要系统参数 1）用水量、污水处理厂进水量和污清比.
城市污水系统服务区内用水量（售水量）与服务区内管网收 集的原污水（QQQ，图1）有直接的数量对应关系，是表征城市污水系统不可或缺的参数.
欧洲一些 国家的设计规范常将用（售）水量简化为城市活动排放的原污水量，国内设计规范采用换算系数表示二者 之间的数量关系（原污水量=售水量-换算系数）.
为了便于对比，本文将服务区用水量作为服务区的原污 水量.
如前所述，原污水量由3类活动组成.
由于现国内大多数一、二线城市内原有制造业已被移出城区， 本文中工商业主要是服务业和旅游业.
按专业惯例，3类活动产生污水称为城市生活污水.
污清比为污水处 理厂进水（处理）量与对应服务区内用水量（原污水）之比.
除原污水外，污水处理厂进水量包括入侵管 网外来水（I/I）.
当早季渗漏水（Infliltration）与人流水（In-flow）量较小时，设计污清比与国内设计指南 表征城市污水系统性能的不可或缺的参数之一.
2）人日排污量和当量人口.
人日排污量的指标参数包括：COD、BOD、氮、磷和SSI-17.
其大小与经 济发展水平相关.
一般而言，发展水平越高，其值越大.
国内排水设计规范列出人日排污量范围：40g g（（（P.）-O80Z1~（P）O08）（P-Y）O09（PY）-O8 （P）-（PY）-6（P）N1（P）N PE（Personalequivalent）表示，用作为计算污染量的单位.
由污水处理厂进口污染物负荷（WL）除以 PE值被定义为当量人口（Population equivalents），广泛用于表示城市生活污水排污量（负荷）和城市污水 厂设计.
将当量人口与PE相乘即得到以质量表达的相关污染物量（负荷）.
由于PE代表人日24h内的 排污量，部分常住居民在当地工商业就业，所以除了家庭和公共活动产生的排污量中相当大部分外，由公式 PE-常住居民数算得的常住居民生活排污量同时也包含了部分工商业活动排污量，进一步讨论见3.1.
3）稀释倍数.
稀释倍数（dilution factor，DF）为污水管网里全污水量（原污水外来水： QQeQeQ，图1）与管网收集城市活动排放原污水量之比，可由公式（2）或（3）计算.
DF=（SCWC营住居民数Q）/（SCWC常住居民数） (2) DF = ( PEcoo/SCWC) /CODN (3) 式中：SCWC（Specificprehensive water consumption）为个人综合日均用水量，L（人-d）；Q，为外 来水量，m*d；PEcop为人日COD排放量，g（人d）；COD为污水处理厂进水浓度，mgL.
稀释倍数数值表征了污水系统外水人侵程度，也是表征城市污水系统性能的不可或缺的参数.
与稀释 倍数（DF）对应的外水占比（管网中外来水与全污水之比）可由（DF-1）/DF计算.
污水集中收集率由公 式(4)计算 污水集中收集率=污清比/污水稀释倍数 (4) 污清比/污水稀释倍数（污水厂处理量/污水管网里全污水量）≥1（100%）对应污水处理厂污水全收集 和处理，溢流可忽略不计.
以上稀释倍数及其计算用以研究和表征整个污水系统外水人侵（图1）.
系统内子系统（如居民小区、 泵站服务区）或局部区域也有相对应外水入侵数值，这些数据对辨识系统内外水入侵分怖和程度不可或缺， 但与整个系统外水表征值没有直接相等关系.
考虑现国内相当部分管网运行现状，应用夜间流量等方法
4 环境工程学报 第19卷 在靠近污水厂进水口处主干管实测系统外水人侵数据常有困难，故采用以进水浓度作为特征因子（稀 释）（18计算系统污水稀释程度 模型假设包括5：1）污水系统服务区内制造业很少，工商业活动排放的污水成分与生活污水相近； 2）管网里污水输送过程中降解和外来水污染忽略不计（“干净"外来水），污水在输送过程中充分混合，稳 态；3）系统边界可以是管网复盖的整个城市污水系统或子系统或局部区域.
相关参数值选用和污水在管网中 反应等对计算结果的影响将在3.1和3.2讨论.
2结果 2.1研究区域 本课题研究区域为长三角地区某市老城区.
该市经济高度发达，服务业、旅游业繁荣，外来务工人数众 多.
老城区污水系统管理和运行效率详情可参见文献.
区内有A、B和C3座城市污水处理厂，设计总处 理量为36×10m²d，其中A污水处理厂18x10m²-d，B污水处理厂14x10m²d，C污水处理厂 4x10m²-d.
排水系统采用分流制，污水干管长度约310km，支管长约1700km，管网全覆盖，基本没有 化粪池.
由于地处河网地区，地下水位和河面均较高.
服务片区内没有其他污水处理厂和自备水源.
售水量 和污水处理厂进水量5-9月期间增加一般不超过10%，全年变化不大.
污水厂出水在全年基本不外加碳源情 况下满足江苏省太湖地区排放标准（COD：40mgL、NH-N：3mg.L.TN：10mgL.TP：0.3 mgL）².
3座污水处理厂服务面积约110km².较老城区行政边界多约5%.
考虑一些老城区常住居民在 相邻工业园区上班，将老城区常住居民数作为3座污水处理厂服务区常住居民数.
本研究采用2021年数 据：污水处理量34.2×10m²-d，用水量26.1x10m²-d.年均运行污清比1.3.接近设计污清比1.4.
累计 降雨量1580mm.
人均日综合用水量（SCWC）229L-（人d）由2020年老城区行政边界人口普查常住 居民数（92.4x10人口）和区内日售水量计算.
据长三角区域发达城市的研究，计算中采用的PE值为： 日（PY）81（P）81（P）01 H423].
2.2流量法 该法主要原理是应用稀释法计算管网里全污水量，其与污水处理厂进水量差值为溢流量，污水处理 厂进水量对全污水量之比即污水集中收集率.
所需参数包括：SCWC、PEco，污水处理厂进水流量和24h COD流量加权浓度（进水粗格栅前集水井24h混合样），常住居民数（详见2）.
本节采用A污水处 理厂说明流量法的应用，该厂服务区内常住居民数约46×10人口，污水处理厂设计日均处理量18× 10m²d，2021年日均处理量17.1×10°m²d， 服务区内日均售水12.8x10m²d，年均运行污清 900 COD度稀释倍数 7.0 比1.3.
800 700 50 图2呈现了2021年A污水处理厂进水COD 600 5.0 浓度和对应的污水稀释倍数.
表1陈列了雨、早 500 天和全年进水COD浓度均值、对应污水稀释倍数 400 均值和污水集中收集率均值，其中雨天定义为日降 300 雨量>5mm当天与第2天，其余为早天.
由图可 进 见，进水COD在90~800mgL之间变化，早、 100 雨天浓度差别明显.
雨、早天进水浓度均高于指标 要求的BOD>100mgL-，说明管网状态良好.
稀释倍数在1~6之间变化，早、雨天差别明显， 2021年早天均值为1.5，相当于管网污水中外来水 日期 （流入水和渗漏水）为1/3：雨天均值为2.0，相 图22021年A污水处理厂进水COD浓度和 当于管网中污水量一半为外来水；年均值为1.7， 对应污水稀释倍数 相当于全年平均管网中外来水占比为 40%（表1）、Fig.2The influent COD concentration ofA-sewage treatment 与2018年实测数据相符.
plant and the corresponding dilution factor in 2021
第3期 曹业始等：城市污水污染物排放量和污水集中收集率的计算 5 图3呈现了2021年与A污水处理厂相关流 表1A污水处理厂2021年旱、雨天和全年进水COD浓度、 量和降雨记录，蓝线为计算得出的全污水流量，红 对应的污水稀释倍数和污水集中收集率平均值 线为污水处理厂进水流量（处理量），棕黄色为降 Table 1 The average influent COD concentration 雨量，绿色部分为全污水流量减去实际处理量， corresponding dilution factor and sewage collctive ratio of 即溢流量.
由图可见，整个雨季（5月-9月）溢流 dry rainy days and the whole year of A-sewage 频繁.
7月28日的日降水达全年最大值133mm， treatment plant in 2021 进水COD浓度下降至全年最低值90mg-L”（图 类别进水COD浓度/（mgL）稀释倍数污水集中收集率 2）.全污水流量高达75x10m²-d，溢流量高 早天 355 1.5 89% 达55x10m²-d，全污水和溢流量分别约为当天 雨天 277 2.0 65% 污水处理量的3.8倍和2.8倍；同时，进水负荷下 全年 320 1.7 %L 降至最小值（详见2.2）.
这些数据和与西欧国家 的相关设计规范所强调的吻合：即使分流系统，仍 存在雨水人侵管网，在一定条件下，其量可达数倍 8×10° 计算流量 140 于收集的原污水4，因此在管网和污水厂设计和运 ×10 厂进水量 120 行中不容忽视.
雨季平均污水稀释倍数（2.0）大 6x10 降雨量 溢流量 sx 100 大超过设计（1.4）和运行污清比（1.3），是导致 雨季溢流频繁的主要原因.
图3同时显示，即使 80 早季污水处理厂进水日均COD浓度达355 3×10 mgL，仍有少量溢流发生，由于溢流量较少，对 2×10 地表水水质量影响易被忽略.
1×10 图4显示了2021年A污水处理厂管网内全 污水量由小到大的分布、进水污水量和服务区日均 售水量（原污水量）.
由图可见，全年约250d 出现程度不同的溢流，其中约100d全污水量是售 日期 水量的2倍，10d全污水量是售水量的3倍.
全 图32021年A污水处理厂进水污水量、计算全污水量、 污水量相当日均全污水量为22×10md，实际 溢流量和降雨量 污水处理厂A日均进水污水量为17.1x10md Fig. 3 The actual influent flow calculated full influent 由于全污水浓度与污水处理厂进水浓度相同，流量 flow and overflow of A sewage treatment plant and 比即为负荷比，可计算得到年均污水集中收集率 precipitation in 2021 为77%，大于指标要求的73%，与此相对应的 溢流比为23%.
应用同样方法可算得早、雨季污 8×10 水集中收集率分别为89%和65%（表1）与此相 7×10 计算金流量 6×10 污水厂进水量 对应的溢流比分别为21%和35%.
若采用 日均售水量 PEc/90gCOD-（人d）（相当45g BOD （人d）-），年均污水集中收集率将高达 41 103%.
可见，PE值对污水集中收集率有显著影 3×10 响，选用适当的PE值是获取正确污水排污量和收 2×10 集率条件之一，3.1将对此做进一步讨论.
1×10 由日均全污水（22×10㎡²d）和日用水量 50 00C051001 250 300350 （12.8×10m²-d）之差得日均外来水为9.2×10 m²d，占管网内全污水量的42%，为用水量（原 天数d 污水量）的72%.
由日均全污水和日均COD浓度 图42021年A污水处理厂计算全污水量分布图、 污水处理厂进水量和售水量 （320mgL）得污水处理厂服务区污水COD负 Fig. 4 The calculated full inflow actual influent flow of 荷（UL）为70400kg-d，以PEc/120g（人d） A sewage treatment plant and sale water volume at the service 为人日COD排放单位，此COD负荷相当 area of A sewage treatment plant in 2021
