生活污水集中收集處理率精準核算方法的對比分析

李 璇，蔣永偉，曹 蕾，張皓馳

（江蘇省環境工程技術有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引言

江蘇省境內河湖眾多、水網密布、水域面積遼闊，占國土面積的17%，居全國之首，水域治水任務繁重。當前污水收集處理不到位是制約江蘇區域水環境質量，尤其是城市水環境質量改善的重要因素。近來，江蘇省陸續出臺《江蘇省水污染防治條例》，《江蘇省水污染防治工作方案》，《江蘇省 “十三五” 重點流域水污染防治規劃》等文件，大力推進水污染防治工作。2023 年3 月28 日，江蘇省DB 32/4440—2022《城鎮污水處理廠污染物排放標準》正式實施。“最嚴” 地標的實施，對全省污水收集處理效能提出了更高要求。

客觀準確評估現有污水集中收集處理率，是源頭治理、科學治污的必要前提，是精準指導環境基礎設施建設的重要支撐。2018 年住房和城鄉建設部《關于開展城市生活污水集中收集率試統計工作的通知》（建辦城函[2018]625 號）指出：城市生活污水集中收集率以水量、五日生化需氧量（BOD5）進行核算。鄧玉蓮[1]研究表明僅用水量法無法準確體現排水管網的收集與轉輸能效，通過數學模型對現有排水管網進行評估發現，采用BOD 法計算的生活污水集中收集率的影響最大；李一平等[2]建議采用水量法和多指數污染物法（同時以COD 和氨氮作為指標）進行污水系統效能評估；孫永利等[3]分析了造成收集率和污水廠進水BOD 濃度都比較低的原因，提出了相應的整改措施。

2021 年江蘇省生態環境廳制定的《江蘇省城鎮區域水污染物平衡核算辦法（試行）》中明確以化學需氧量（COD）為核算因子，通過核算區域城鎮生活水污染物產生、處理與排放情況，科學評估區域生活污水實際集中收集處理率。針對核算結果，省政府出臺了《關于加快推進城市污水處理能力建設全面提升污水集中收集處理率的實施意見》（蘇政辦發[2022]42 號），提出了2025 年蘇南、蘇中和蘇北地區差異化的污水集中收集處理率目標。

楊鑫等[4]分析采用COD 法核算生活污水收集效能的區域和時段差異，提出了針對性對策建議。

本文從基本思路、方法差異、優缺點對3 種核算方法進行對比分析，并通過實際算例進行說明。

1 核算方法

1.1 COD 法

根據蘇水治辦[2021] 6 號[4]，生活污水集中收集率（R1）可表示為：

式中：Q收集為污水處理廠收集到的生活污水量，可表示為污水廠收集的生活污水中COD 量（）與生活污水污染物校核濃度（C）的比值；Q 產生為污水處理廠收水范圍的生活污水產生總量，通過污水處理廠收水范圍的居民綜合生活用水總量（Q 用）與生活用水成為生活污水的產生系數K 的乘積得到。

核算區域內各核算單元生活污水COD 收集量之和，即為該核算區域生活污水COD 收集總量。通過方法設定的城鎮生活污水污染物校核質量濃度進行校核，分別得出該核算區域內生活污水集中收集總量。校核濃度的數值主要包括：

（1）低階校核質量濃度（260 mg/L），根據《江蘇省城鎮生活污水處理提質增效三年行動實施方案（2019-2021 年）》（蘇建城[2019]220 號），城鎮污水處理廠進水化學需氧量（COD）基準質量濃度為260 mg/L，即為該核算辦法中生活污水污染物（COD）低階校核濃度。

（2）高階校核質量濃度（350 mg/L），根據污染源普查調查結果、國家給排水設計標準等有關技術規范，考慮城鎮居民每人每天COD 排放量、居民生活污水定額和污染物的遷移轉化等因素，區域城鎮生活污水污染物（COD）高階校核質量濃度取值為350 mg/L，即為該核算辦法中生活污水污染物（COD）高階校核濃度。

1.2 BOD 法

根據《城市（縣城）和村鎮建設統計調查制度》[5]，城市生活污水集中收集率（R2）可表示為：

式中：P排為污水廠收集的生活污染物人口當量，可表示為污水廠收集的生活污染物總量（)與地區人均日生活污染物排放量（）的比值；為人均生活污染物排放量，建議可取45 g/d；P用為城區用水總人口，數據來源于《中國城市建設統計年鑒》。

式中：Q進為污水處理廠進水水量，數據來自《中國城市建設統計年鑒》指污水處理廠進水中BOD5污染物濃度，數據來自住房和城鄉建設主管部門的 “全國城鎮污水處理管理信息系統”。

1.3 水量法

根據建城函[2010]166 號[6]，城鎮污水處理率（R3）可表示為：

式中：Q1為污水處理廠污水處理量，依據 “全國城鎮污水處理管理信息系統” 本年度數據；Q2為其他設施污水處理量，數據來源于《中國城市建設統計年鑒》上一年度數據；Q 為污水排放總量，數據來源于《中國城市建設統計年鑒》上一年度數據。

2 方法對比分析

在 “水量法” 計算中，“城鎮污水處理率”，“處理設施利用效率” 等統計指標，易造成污水處理廠運行負荷 “假性飽和” 和污染物收集處理能力 “虛高” 的情況，不能全面準確評估污水產生、收集、處理過程中，污水收集管網系統和污水處理廠實際運行效能[2]。

BOD 法和COD 法將關注重點由 “水量比” 轉變為 “水污染物量比”。為了更好地利用計算結果，實現精準治污，以下主要通過對比分析BOD 法和COD法的設計思路、計算過程和優缺點，并通過算例來直觀反映兩者差異。

2.1 相同點

雖然BOD 法和COD 法的計算過程不同，但是其基本思路、工作目標和核算意義具有較高的一致性。

（1）2 種方法的主要目的均是計算出污水集中收集處理率，基本思路都是對比了污水處理廠收集到的污染物量與該區域產生的污染物量；

（2）2 種方法的工作目標都是加快開展提質增效工作，盡快實現污水管網全覆蓋、全收集、全處理，深入打好污染防治攻堅戰；

（3）2 種方法的核算結果均能客觀反映該區域生活污水收集處理情況和污水收集處理設施建設運行水平，為促進區域水環境質量持久性改善提供決策依據。

2.2 不同點

2.2.1 計算方法的差異

（1）核算因子

BOD 法以BOD5為核算因子，優點在于BOD5是生活污水中的主要污染物，使用該因子衡量生活污染物的量不易受工業等其他污染源的影響。但是BOD5在收集過程中會出現沿程降解，污水廠測到的數據并不能準確評估進入管網值，且測量方法耗時長，現階段還無法實現在線監測。

COD 法選取COD 為核算因子，避免了沿程降解帶來的數據變化問題，指標數值更穩定。目前，江蘇省城鎮污水處理廠基本上全部安裝了進水口水量和COD 濃度在線監測設備，數據獲取難度低，且能掌握全年全天所有時段的數據，使按日統計污染物收集量成為可能，為精準核算污染物收集量提供了有效支撐。

由于工業廢水接管城鎮生活污水廠進行處理的現象較為普遍，污水廠也同時收集了工業和畜禽養殖廢水，需要將這2 部分的COD 污染物量從污水廠收集的總COD 污染物量中扣除。對于接管口按照相關規定安裝水量、水質自動監測設施的工業企業以監測數據為準單獨核算接入廢水中COD 總量，對于無在線監測設施的工業企業可根據其工業用水總量及排放系數進行估算，排放系數參考環境統計數據或污染源普查數據資料獲取。

（2）統計范圍

BOD 法在計算收集率時，P排針對的是污水處理廠的收水范圍，但P用是采用統計年鑒的數據，統計范圍為行政區域，這2 個統計范圍并不能完全匹配，可能會帶來計算結果的誤差。

COD 法在計算收集率時，Q收集和Q產生針對的是同一區域污水處理廠的收水范圍，是對比了同一個范圍內實際產生的生活污水量和實際收集的生活污水量，其統計范圍即為一個或者多個污水處理廠的收水范圍。

（3）數據源

BOD 法主要基于統計數據，數據來源主要有《中國城市建設統計年鑒》和 “全國城鎮污水處理管理信息系統”，間接數據的使用可能會累積更大的誤差。

COD 法主要使用了原始數據，包括污水處理廠和工業企業的在線監測數據、供水單位的實際售水數據等。從源頭數據開始統計和分析，方便后期對收集的數據進行挖掘，合理評估污染物產生、收集、處理和排放全過程變化。

（4）核算單元

BOD 法因其數據來源受限，最小統計單元為縣級以上城市，所以該方法主要適用于大尺度估算，整體評估區域的污水收集管網建設水平和運行效能。

COD 法以區域內每個污水處理廠為單元，再求和得出每個區域的核算結果，以此類推計算，形成縣、市、省各個層級的核算結果。

2.2.2 數據挖掘深度不同

COD 法在生活污水集中收集處理率核算基礎上進一步深化研究，提出了COD 集中收集削減率、生活污水收集處理理論規模、生活污水收集缺口等概念和計算方法，為后續制訂 “一區一策”，“一廠一策” 系統化整治能力提升方案提供了有效支撐。例如：區域污水集中處理設施能力與污水產生量相匹配的，重點推動污水管網建設與改造修復，提升水污染物收集能力；區域污水集中處理設施能力與污水產生量不匹配的，重點推進污水集中處理設施建設，滿足污水處理需求；區域水污染物集中收集削減率較低的，重點推進污水處理設施及管網提質增效，進一步提升污染物去除效率。

2.2.3 工作流程和效率不同

BOD 法所需數據來源于統計部門和數據平臺，計算流程簡單，僅需從統計年鑒和管理系統中提取相應的數據進行計算，即可得到全省各個行政區劃的收集率數據，最終得出全省的收集率數據。該方法簡單快捷，工作量小，效率高。

COD 法涉及到供水單位、工業企業、畜禽養殖場、污水處理廠的數據收集和調研，數據處理校核和質量控制工作量大，且需要環保、住建、水利（水務）、農業農村等相關部門協調配合，是一項參與人員眾多，數據調查深入細致的工作。

3 案例分析

為了進一步說明2 種核算方法計算過程和用途的區別，分別以某3 個相鄰縣級市的城鎮污水處理廠為例，對比討論其收集效果。基于當地社會發展水平和生活習慣，校核質量濃度取350 mg/L，生活污水產生系數取0.85。污水廠相關數據及核算結果見表1，污水廠相關數據再分析見表2。

表1 污水廠單元相關數據和分析結果對比

表2 污水廠單元相關數據再分析

廠1：該污水處理廠收水范圍位于老城區，僅收集生活污水，排水體制主要為合流制。

因為污水廠收水范圍內實際生活用水總量除以年鑒中城區用水總人口，得到該區域的生活用水校核量為362 L/（人·d），大于《2021 年城市建設統計年鑒》給出的226 L/（人·d）。主要因為年鑒中城區用水總人口小于污水廠收水范圍內的用水人口。這一原因也會影響BOD 法中城區用水總人口（P用）偏小，從而導致該方法得到收集率偏高。

根據COD 法統計數據進一步深入分析可知，該污水廠進水量大于收水范圍內生活污水產生量，進水COD 濃度偏低，存在外水超收現象。雖然污水廠運行負荷偏高，但通過對比區域生活污水產生量和污水廠設計規模可知，污水廠有足夠能力處理區域內產生的生活污水，因此不宜采用擴大污水廠規模的方式提高生活污水收集率。而是要以 “擠外水” 為優先策略，加強管道運行維護、檢查井缺陷整改等工作，解決大量外水入流入滲的問題[3]。

廠2：該污水處理廠收水范圍位于新城區，僅收集生活污水，排水體制主要為分流制。

該單元BOD 法收集率（R2）明顯低于COD 法收集率（R1），主要是由于BOD 污染物在管道內沿程降解導致生活污染物人口當量（P排）偏小。

根據COD 法核算數據分析可知，該污水廠進水量略小于生活污水產生量，污水廠超負荷運轉，表明該區域生活污水的收集系統較為完善，需結合區域規劃和自身的功能定位，抓緊開展污水廠的擴建或者新建工程，以滿足未來發展的需要。

廠3：該污水處理廠收水范圍內有工業企業，部分工業廢水也依托該污水處理廠進行處理。

根據COD 法調研數據再分析可知，污水廠進水量的36%為工業廢水，其余為生活污水，污水廠運行負荷已達96%。建議可參考（蘇環辦[2023]144號）[7]文件要求，評估工業廢水接入的可行性，建議將工業廢水接入專業的工業廢水處理廠，騰出被擠占的處理能力，提高該區域生活污水的收集率。

綜上，2 種方法因其數據來源、計算方法不同，即使是針對同一個區域同一個單元，得出的收集率數值并不相同。同時，從計算過程中發現，BOD 法收集率計算所需數據較少，較易得出結果，但難以作進一步分析。COD 法收集率計算所需數據較多，但得到了含收集率在內的一系列指標，可綜合分析該區域污染源組成及占比、生活污水處理規模和缺口等，為區域環境可持續發展提供數據支撐。

4 結論及展望

4.1 結論

本文對比研究了生活污水收集率精準核算方法，簡述了3 種核算思路，并重點對比了2 種現廣泛采用的生活污水收集率核算方法，分析了其各自的特點，最后通過算例進行了說明，主要結論如下：

（1）水量法是將收集處理的污水量與污水的排放量進行比較，評價污水的處理比例，易出現污水處理廠運行負荷 “假性飽和” 和污染物收集處理能力 “虛高” 的情況；

（2）BOD 法和COD 法的基本思路均為對比了污水處理廠收集到的污染物量與該區域產生的污染物量，均能客觀反映該區域生活污水收集處理情況和污水收集處理設施建設運行水平；

（3）BOD 法會出現沿程降解損失，P排和P用的數據統計范圍需盡量匹配，計算數據主要來自統計年鑒或管理信息系統自有數據。

（4）COD 法過程中穩定，需考慮工業和畜禽業排放扣減，Q收集和Q產生針對同一范圍，計算數據基于直接監測數據。

（5）BOD 法最小統計單元為行政區域，適用于大尺度估算，核算效率高，而COD 法最小單元為單個污水處理廠覆蓋區域，適用于不同尺度區域核算，數據信息量大、質控工作難度較大，但應用價值高，可為區域環境基礎設施建設提供精準可靠的數據支撐。

4.2 展望

（1）探索多因子評價方法：從 “水量法” 過渡到“水污染物總量法”，可實現水污染物產生量和處理量的有效平衡。但BOD 法與COD 法均可能存在污染物沿程降解導致的核算收集率失真現象。可開展基于多污染因子的分析評價方法研究，通過資料調研、管道沿程采樣分析、試點計算，逐步推進多污染因子評價的可行性分析，如引用氨氮、總氮、總磷等指標作為補充或者使用綜合系數分析法；

（2）完善COD 法中生活污水污染物校核濃度的取值：由于生活污水中的污染物在化糞池及管網中不可避免的降解，南、北方生活水平、用水習慣不同，以及季節性用水變化情況等，導致用于校核的基準濃度可能存在一定的偏差。建議在后續工作中進一步提高科學合理性，充分考慮基準校核濃度因季節變化及南北地域差異，必要時分區域、分季節進行校核；

（3）由于城市管網存在地下水滲入、河水倒灌等因素，導致污水廠收集處理的COD 總量中有一部分實際為 “外水” 匯入，如何進行外水扣減更加精準核算實際的污水收集處理率需要進一步深化研究。