在“2025（第二十三屆）水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，新加坡公用事業(yè)局(PUB）前首席專家曹業(yè)始博士以“從案例看不同類型排水系統(tǒng)與污水廠水力負荷的特點”為題，作了深度分享。報告意在通過若干實例，呈現(xiàn)真實的管網內和污水廠進水流量物理圖像，供業(yè)界同行參考。

在“2025（第二十三屆）水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，新加坡公用事業(yè)局(PUB）前首席專家曹業(yè)始博士以“從案例看不同類型排水系統(tǒng)與污水廠水力負荷的特點”為題，作了深度分享。

報告指出，城市水污染管理的目的在于減少排入受納水體中的污水污染物質量，從而提升城市水環(huán)境質量。不同類型的管網如分流制、混合制和合流制及其相連的污水廠水力負荷（流量）的特征和匹配，直接涉及到整個城市污水系統(tǒng)的更新改造、提高集中收集率的效率。近十年來，國內很多管網系統(tǒng)已經“雨污分流”，對這些系統(tǒng)中外水和雨水入侵量的認識，對于進一步的污水系統(tǒng)的更新改造的效果關系甚大。報告意在通過若干實例，呈現(xiàn)真實的管網內和污水廠進水流量物理圖像，供業(yè)界同行參考。

曹業(yè)始

01城市污水系統(tǒng)的運行指標與描述參數(shù)

污水管網覆蓋率、管網內外來水、市政用水效率、污水廠處理能力是描述城市污水系統(tǒng)運行狀態(tài)和效率的四個重要參數(shù)。

城市污水管網覆蓋率：直接影響城市污水收集率，低覆蓋率導致污水直排，進而污染受納水體。

管網外來水：包括地下水入滲和河流、小溪、雨水徑流等。外來水降低了城市污水濃度，增加管網和污水廠水力負荷、城市污水廠污染物排放負荷和污水溢流量。歐美一些國家對外水的管網入侵量作了非強制式的規(guī)定，如德國管網外來水不能多于原污水。稀釋倍數(shù)（DF）和管網污水占比，常用來表征外水入侵。

用水效率：人均日綜合用水量（SCWC, L/(人·天)）用來作為衡量市政用水效率的參數(shù)。用水量越低，污水污染物濃度越高。西歐、北歐一些國家人均日用水量約為150升/人·日，新加坡約為210升/人·日，美國人均日用水量較高，國內在150-250升/人·日之間，因地區(qū)而異。

污水廠處理能力：污清比和峰值系數(shù)常用來表征污水廠處理能力。前者為污水處理量與用（售）水量的比值，后者是最大處理（峰值）流量與年均流量的比值。

應用稀釋倍數(shù)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決于管網內污水總量（原污水+外來水）以及污水廠的處理能力，與污水濃度無直接的對應關系。當然，在一定集中收集率要求的前提下，外來水量越少，污水廠處理能力的要求相對較低。污水濃度越高，城市污水系統(tǒng)的基礎設施規(guī)模越小，運行費相應降低。在相同的排放標準要求下，污水廠排放污染物負荷也較低。

02案例分析

報告介紹了五個典型案例。其中三個為“純”分流收集系統(tǒng)、一個分流-合流混合系統(tǒng)，一個合流系統(tǒng)，重點介紹系統(tǒng)的設計水力負荷及運行情況。

案例一：管理良好的純分流制污水系統(tǒng)：Grüneck WWTP，德國

參見圖1，慕尼黑附近的Kl?ranlage-Gr?neck污水處理廠，服務區(qū)域約100平方公里，服務區(qū)內人口約70,000名，污水處理廠當量人口160,000，服務區(qū)用水量11,000m3/d，人日均綜合用水量約150L/(人·天)，設計最大（峰值）流量為42425m3/d，設計污清比為3.6。在2019-2023期間，污水廠進水COD在700-800mg/L之間，年平均外水占比10-15%。

該區(qū)域采用純分流制排水系統(tǒng)，初雨不進入污水廠處理。雨季污水廠實行雨季運行模式，管網中所有污水都進入污水廠全過程處理，達標排放。

圖1中表格列出2023年污水廠運行數(shù)據(jù)，進水COD年均值743mg/L，實際最大峰值流量30136m3/d，年均污水處理量為10551m3/d，運行峰值比為2.8，污水全收集無溢流。須注意到，旱季時日均最大小時流量（紅線）約為日均均值（綠線）的1.5倍，雨季時有額外外水流入管網。相對應2023年COD進水均值為743mg/L，外水占比15%，管網呈現(xiàn)良好狀態(tài)。

2024年情況發(fā)生了很大變化，日均進水COD下降到451mg/L，外水占比＞40%，接近原污水量。這一變化與德國北部2024年從5月至11月期間的洪水事件密切相關，洪水導致河流水，污水廠服務區(qū)地下水位持續(xù)處于高位，外水的大量涌入，給污水處理系統(tǒng)帶來了很大壓力，6月至9月期間，處理量多次逼近管網四萬噸的最大設計峰值。

圖1（右下圖中綠線為日均流量,紅線為日最大小時流量，綠線是紅線的1.5倍）

圖注：請勿引用/Please don't quote this ppt

管網修復已成為該廠今年（2025年）的主要任務之一。目前正在通過機器人等先進技術進行管網檢測和修復，減少外水滲入。

案例二：管理良好的分流制管網水力負荷：新加坡深隧污水系統(tǒng)

新加坡深隧污水系統(tǒng)進水COD平均濃度約540mg/L，污水廠以全收集為目標，人均綜合用水量約200L/（人·天），管網外水年均稀釋倍數(shù)為1.1，外來水占比在10%以內，在年降水量約2300毫米條件下，與國際上最好的分流制管網（如德國北部）相近。

在設計深隧系統(tǒng)時，觀察到已建成的深隧的每年有兩天污水廠的進水流量高達設計流量的1.5倍以上，設計污清比2.2，峰值系數(shù)為2.0。污水廠采用MBR膜技術，雨季的污水全過程處理量控制在年均流量的1.5倍以內，生物膜過程以外0.5倍流量用高速沉降處理。應注意到深邃的調蓄作用在設計雨季峰值量時的可能影響。

圖2

案例三：管理良好的分流制污水系統(tǒng)：Bonnybrook WWTP,加拿大

Bonnybrook污水處理廠日均處理量396000m3/d，峰值處理量為1069000m3/d，峰值系數(shù)約為2.5，該廠污水中外水占比約1/3。污水廠COD進水濃度約380mg/L。

圖3呈現(xiàn)了該污水廠13年處理水記錄，可見每年雨季最大處理量都達到設計峰值。

圖3

上面介紹的三個分流制的污水系統(tǒng)案例說明，即使是良好分流制管網（污水濃度已較高），與合流制相比，入侵外水較少，但仍有旱季外水和雨季外水入侵，不容忽視。

案例四：管理良好城市混合(分流-合流)制污水系統(tǒng)：阿姆斯特丹西部污水廠，荷蘭

該廠是阿姆斯特丹最大的污水處理廠，服務區(qū)內75%管網為分流制，25%為合流制（主要在老城區(qū)）。服務區(qū)域內人均綜合用水量約為160L/（人·天）。設計峰值系數(shù)3.6，污清比約為5（與合流制系統(tǒng)相近）。采用了在線和離線的調蓄池，以減弱雨季高峰流量，但仍有雨季溢流現(xiàn)象。

如圖4所示，2023年COD濃度呈現(xiàn)顯著季節(jié)性波動：年均濃度為512mg/L，旱季則高達至821mg/L，反映出雨季外水量影響。雨季進入污水廠污水進行全過程處理，并達標排放。

阿姆斯特丹西部污水廠的設計對國內一些經雨污改造后保留了部分合流制城市污水處理系統(tǒng)或有參考價值。

圖4：請勿引用/Please don't quote this ppt

案例五：管理良好的城市合流制管網污水系統(tǒng)：Werdh?lzli 污水處理廠，瑞士

蘇黎世Werdh?lzli污水處理廠連接合流制管網。人日均綜合用水約165L/(人·天)，2019年日均進水COD濃度約400 mg/L，設計峰值系數(shù)約3,污清比約5.6。圖5中右下圖為旱季進水，右上圖為雨季一周期間內污水廠進水流量和出水水質部分指標，雨季期間進廠的污水也經污水廠的全過程處理，出水水質達TN＜10mg/L。2019全年下雨天數(shù)120天，其中調蓄池用了75次，溢流發(fā)生35次，其中兩座大型調蓄池之一Werdinse溢流發(fā)生共計250小時，另一Glatt調蓄池溢流排放共計65小時,年溢流負荷比＜5%。

圖5

03思考與建議

丹麥、德國、荷蘭等歐洲國家早在90年代開始了城市污水系統(tǒng)改造（現(xiàn)仍在進行），目前管網覆蓋率＞90%，由于較高的用水效率和管網質量，污水濃度一般在400-600mg/L（甚至更高）。提高污水濃度已不是工作重點，而控制和減少溢流成了主要任務，如案例和圖6顯示，即使是與分流制管網相連的污水廠設計污清比和峰值系數(shù)≥2。2024年歐盟修訂的《城市污水處理指令》（UWWTD）進一步要求成員國在2045年污水溢流量不得超過處理廠進水負荷的2%。

圖6

相較于歐洲一些國家采用的高峰值（污清比）設計標準，國內城市污水處理系統(tǒng)仍面臨一些不同發(fā)展階段的矛盾，參見圖6，國內一些城市污水系統(tǒng)溢流比較歐洲發(fā)達國家高約20%。對此，報告強調應從實際出發(fā)而非盲目“照搬照抄”，應因地制宜地制定污水控制和處理水污染系統(tǒng)的策略。面對一些城市污水處理系統(tǒng)存在管網覆蓋率不足、污水收集率偏低、管網質量有待提高等等問題。若以污水廠進水BOD為100mg/L為分界線（見圖7）：

1、對污水廠進水BOD濃度<100mg/L的污水系統(tǒng),需集中資源增加管網的覆蓋率(>90%），進行管網修復減少入侵管網的外水，提高污水濃度。

2、對部分污水廠進水BOD濃度≥100mg/L、但污水集中收集率仍較低（<73%）的污水系統(tǒng)，可考慮在進行管網改造的同時適當提高峰值系數(shù)和污清比至1.6-2.4之間,包括已經“雨污分流”改造的城市污水系統(tǒng)，主要進行原廠在地的水力擴容（如有效使用或擴大現(xiàn)有的二沉池）。

3、從實際出發(fā)、因地制宜,灰綠結合,綜合考慮經濟效率和環(huán)境保護目標，結合當前與長遠目標,充分利用國內優(yōu)勢，吸取發(fā)達國家教訓和經驗，用較小的成本比發(fā)達國家做得更好！

圖7

本報告是中國城市污水系統(tǒng)的提質增效和更新改造項目的一部分，有興趣的同行可參考如下已發(fā)表的項目論文。

編輯：李丹