生活污水集中收集处理率精准核算方法的对比分析

李 璇，蒋永伟，曹 蕾，张皓驰

（江苏省环境工程技术有限公司，江苏 南京 210019）

0 引言

江苏省境内河湖众多、水网密布、水域面积辽阔，占国土面积的17%，居全国之首，水域治水任务繁重。当前污水收集处理不到位是制约江苏区域水环境质量，尤其是城市水环境质量改善的重要因素。近来，江苏省陆续出台《江苏省水污染防治条例》，《江苏省水污染防治工作方案》，《江苏省 “十三五” 重点流域水污染防治规划》等文件，大力推进水污染防治工作。2023 年3 月28 日，江苏省DB 32/4440—2022《城镇污水处理厂污染物排放标准》正式实施。“最严” 地标的实施，对全省污水收集处理效能提出了更高要求。

客观准确评估现有污水集中收集处理率，是源头治理、科学治污的必要前提，是精准指导环境基础设施建设的重要支撑。2018 年住房和城乡建设部《关于开展城市生活污水集中收集率试统计工作的通知》（建办城函[2018]625 号）指出：城市生活污水集中收集率以水量、五日生化需氧量（BOD5）进行核算。邓玉莲[1]研究表明仅用水量法无法准确体现排水管网的收集与转输能效，通过数学模型对现有排水管网进行评估发现，采用BOD 法计算的生活污水集中收集率的影响最大；李一平等[2]建议采用水量法和多指数污染物法（同时以COD 和氨氮作为指标）进行污水系统效能评估；孙永利等[3]分析了造成收集率和污水厂进水BOD 浓度都比较低的原因，提出了相应的整改措施。

2021 年江苏省生态环境厅制定的《江苏省城镇区域水污染物平衡核算办法（试行）》中明确以化学需氧量（COD）为核算因子，通过核算区域城镇生活水污染物产生、处理与排放情况，科学评估区域生活污水实际集中收集处理率。针对核算结果，省政府出台了《关于加快推进城市污水处理能力建设全面提升污水集中收集处理率的实施意见》（苏政办发[2022]42 号），提出了2025 年苏南、苏中和苏北地区差异化的污水集中收集处理率目标。

杨鑫等[4]分析采用COD 法核算生活污水收集效能的区域和时段差异，提出了针对性对策建议。

本文从基本思路、方法差异、优缺点对3 种核算方法进行对比分析，并通过实际算例进行说明。

1 核算方法

1.1 COD 法

根据苏水治办[2021] 6 号[4]，生活污水集中收集率（R1）可表示为：

式中：Q收集为污水处理厂收集到的生活污水量，可表示为污水厂收集的生活污水中COD 量（）与生活污水污染物校核浓度（C）的比值；Q 产生为污水处理厂收水范围的生活污水产生总量，通过污水处理厂收水范围的居民综合生活用水总量（Q 用）与生活用水成为生活污水的产生系数K 的乘积得到。

核算区域内各核算单元生活污水COD 收集量之和，即为该核算区域生活污水COD 收集总量。通过方法设定的城镇生活污水污染物校核质量浓度进行校核，分别得出该核算区域内生活污水集中收集总量。校核浓度的数值主要包括：

（1）低阶校核质量浓度（260 mg/L），根据《江苏省城镇生活污水处理提质增效三年行动实施方案（2019-2021 年）》（苏建城[2019]220 号），城镇污水处理厂进水化学需氧量（COD）基准质量浓度为260 mg/L，即为该核算办法中生活污水污染物（COD）低阶校核浓度。

（2）高阶校核质量浓度（350 mg/L），根据污染源普查调查结果、国家给排水设计标准等有关技术规范，考虑城镇居民每人每天COD 排放量、居民生活污水定额和污染物的迁移转化等因素，区域城镇生活污水污染物（COD）高阶校核质量浓度取值为350 mg/L，即为该核算办法中生活污水污染物（COD）高阶校核浓度。

1.2 BOD 法

根据《城市（县城）和村镇建设统计调查制度》[5]，城市生活污水集中收集率（R2）可表示为：

式中：P排为污水厂收集的生活污染物人口当量，可表示为污水厂收集的生活污染物总量（)与地区人均日生活污染物排放量（）的比值；为人均生活污染物排放量，建议可取45 g/d；P用为城区用水总人口，数据来源于《中国城市建设统计年鉴》。

式中：Q进为污水处理厂进水水量，数据来自《中国城市建设统计年鉴》指污水处理厂进水中BOD5污染物浓度，数据来自住房和城乡建设主管部门的 “全国城镇污水处理管理信息系统”。

1.3 水量法

根据建城函[2010]166 号[6]，城镇污水处理率（R3）可表示为：

式中：Q1为污水处理厂污水处理量，依据 “全国城镇污水处理管理信息系统” 本年度数据；Q2为其他设施污水处理量，数据来源于《中国城市建设统计年鉴》上一年度数据；Q 为污水排放总量，数据来源于《中国城市建设统计年鉴》上一年度数据。

2 方法对比分析

在 “水量法” 计算中，“城镇污水处理率”，“处理设施利用效率” 等统计指标，易造成污水处理厂运行负荷 “假性饱和” 和污染物收集处理能力 “虚高” 的情况，不能全面准确评估污水产生、收集、处理过程中，污水收集管网系统和污水处理厂实际运行效能[2]。

BOD 法和COD 法将关注重点由 “水量比” 转变为 “水污染物量比”。为了更好地利用计算结果，实现精准治污，以下主要通过对比分析BOD 法和COD法的设计思路、计算过程和优缺点，并通过算例来直观反映两者差异。

2.1 相同点

虽然BOD 法和COD 法的计算过程不同，但是其基本思路、工作目标和核算意义具有较高的一致性。

（1）2 种方法的主要目的均是计算出污水集中收集处理率，基本思路都是对比了污水处理厂收集到的污染物量与该区域产生的污染物量；

（2）2 种方法的工作目标都是加快开展提质增效工作，尽快实现污水管网全覆盖、全收集、全处理，深入打好污染防治攻坚战；

（3）2 种方法的核算结果均能客观反映该区域生活污水收集处理情况和污水收集处理设施建设运行水平，为促进区域水环境质量持久性改善提供决策依据。

2.2 不同点

2.2.1 计算方法的差异

（1）核算因子

BOD 法以BOD5为核算因子，优点在于BOD5是生活污水中的主要污染物，使用该因子衡量生活污染物的量不易受工业等其他污染源的影响。但是BOD5在收集过程中会出现沿程降解，污水厂测到的数据并不能准确评估进入管网值，且测量方法耗时长，现阶段还无法实现在线监测。

COD 法选取COD 为核算因子，避免了沿程降解带来的数据变化问题，指标数值更稳定。目前，江苏省城镇污水处理厂基本上全部安装了进水口水量和COD 浓度在线监测设备，数据获取难度低，且能掌握全年全天所有时段的数据，使按日统计污染物收集量成为可能，为精准核算污染物收集量提供了有效支撑。

由于工业废水接管城镇生活污水厂进行处理的现象较为普遍，污水厂也同时收集了工业和畜禽养殖废水，需要将这2 部分的COD 污染物量从污水厂收集的总COD 污染物量中扣除。对于接管口按照相关规定安装水量、水质自动监测设施的工业企业以监测数据为准单独核算接入废水中COD 总量，对于无在线监测设施的工业企业可根据其工业用水总量及排放系数进行估算，排放系数参考环境统计数据或污染源普查数据资料获取。

（2）统计范围

BOD 法在计算收集率时，P排针对的是污水处理厂的收水范围，但P用是采用统计年鉴的数据，统计范围为行政区域，这2 个统计范围并不能完全匹配，可能会带来计算结果的误差。

COD 法在计算收集率时，Q收集和Q产生针对的是同一区域污水处理厂的收水范围，是对比了同一个范围内实际产生的生活污水量和实际收集的生活污水量，其统计范围即为一个或者多个污水处理厂的收水范围。

（3）数据源

BOD 法主要基于统计数据，数据来源主要有《中国城市建设统计年鉴》和 “全国城镇污水处理管理信息系统”，间接数据的使用可能会累积更大的误差。

COD 法主要使用了原始数据，包括污水处理厂和工业企业的在线监测数据、供水单位的实际售水数据等。从源头数据开始统计和分析，方便后期对收集的数据进行挖掘，合理评估污染物产生、收集、处理和排放全过程变化。

（4）核算单元

BOD 法因其数据来源受限，最小统计单元为县级以上城市，所以该方法主要适用于大尺度估算，整体评估区域的污水收集管网建设水平和运行效能。

COD 法以区域内每个污水处理厂为单元，再求和得出每个区域的核算结果，以此类推计算，形成县、市、省各个层级的核算结果。

2.2.2 数据挖掘深度不同

COD 法在生活污水集中收集处理率核算基础上进一步深化研究，提出了COD 集中收集削减率、生活污水收集处理理论规模、生活污水收集缺口等概念和计算方法，为后续制订 “一区一策”，“一厂一策” 系统化整治能力提升方案提供了有效支撑。例如：区域污水集中处理设施能力与污水产生量相匹配的，重点推动污水管网建设与改造修复，提升水污染物收集能力；区域污水集中处理设施能力与污水产生量不匹配的，重点推进污水集中处理设施建设，满足污水处理需求；区域水污染物集中收集削减率较低的，重点推进污水处理设施及管网提质增效，进一步提升污染物去除效率。

2.2.3 工作流程和效率不同

BOD 法所需数据来源于统计部门和数据平台，计算流程简单，仅需从统计年鉴和管理系统中提取相应的数据进行计算，即可得到全省各个行政区划的收集率数据，最终得出全省的收集率数据。该方法简单快捷，工作量小，效率高。

COD 法涉及到供水单位、工业企业、畜禽养殖场、污水处理厂的数据收集和调研，数据处理校核和质量控制工作量大，且需要环保、住建、水利（水务）、农业农村等相关部门协调配合，是一项参与人员众多，数据调查深入细致的工作。

3 案例分析

为了进一步说明2 种核算方法计算过程和用途的区别，分别以某3 个相邻县级市的城镇污水处理厂为例，对比讨论其收集效果。基于当地社会发展水平和生活习惯，校核质量浓度取350 mg/L，生活污水产生系数取0.85。污水厂相关数据及核算结果见表1，污水厂相关数据再分析见表2。

表1 污水厂单元相关数据和分析结果对比

表2 污水厂单元相关数据再分析

厂1：该污水处理厂收水范围位于老城区，仅收集生活污水，排水体制主要为合流制。

因为污水厂收水范围内实际生活用水总量除以年鉴中城区用水总人口，得到该区域的生活用水校核量为362 L/（人·d），大于《2021 年城市建设统计年鉴》给出的226 L/（人·d）。主要因为年鉴中城区用水总人口小于污水厂收水范围内的用水人口。这一原因也会影响BOD 法中城区用水总人口（P用）偏小，从而导致该方法得到收集率偏高。

根据COD 法统计数据进一步深入分析可知，该污水厂进水量大于收水范围内生活污水产生量，进水COD 浓度偏低，存在外水超收现象。虽然污水厂运行负荷偏高，但通过对比区域生活污水产生量和污水厂设计规模可知，污水厂有足够能力处理区域内产生的生活污水，因此不宜采用扩大污水厂规模的方式提高生活污水收集率。而是要以 “挤外水” 为优先策略，加强管道运行维护、检查井缺陷整改等工作，解决大量外水入流入渗的问题[3]。

厂2：该污水处理厂收水范围位于新城区，仅收集生活污水，排水体制主要为分流制。

该单元BOD 法收集率（R2）明显低于COD 法收集率（R1），主要是由于BOD 污染物在管道内沿程降解导致生活污染物人口当量（P排）偏小。

根据COD 法核算数据分析可知，该污水厂进水量略小于生活污水产生量，污水厂超负荷运转，表明该区域生活污水的收集系统较为完善，需结合区域规划和自身的功能定位，抓紧开展污水厂的扩建或者新建工程，以满足未来发展的需要。

厂3：该污水处理厂收水范围内有工业企业，部分工业废水也依托该污水处理厂进行处理。

根据COD 法调研数据再分析可知，污水厂进水量的36%为工业废水，其余为生活污水，污水厂运行负荷已达96%。建议可参考（苏环办[2023]144号）[7]文件要求，评估工业废水接入的可行性，建议将工业废水接入专业的工业废水处理厂，腾出被挤占的处理能力，提高该区域生活污水的收集率。

综上，2 种方法因其数据来源、计算方法不同，即使是针对同一个区域同一个单元，得出的收集率数值并不相同。同时，从计算过程中发现，BOD 法收集率计算所需数据较少，较易得出结果，但难以作进一步分析。COD 法收集率计算所需数据较多，但得到了含收集率在内的一系列指标，可综合分析该区域污染源组成及占比、生活污水处理规模和缺口等，为区域环境可持续发展提供数据支撑。

4 结论及展望

4.1 结论

本文对比研究了生活污水收集率精准核算方法，简述了3 种核算思路，并重点对比了2 种现广泛采用的生活污水收集率核算方法，分析了其各自的特点，最后通过算例进行了说明，主要结论如下：

（1）水量法是将收集处理的污水量与污水的排放量进行比较，评价污水的处理比例，易出现污水处理厂运行负荷 “假性饱和” 和污染物收集处理能力 “虚高” 的情况；

（2）BOD 法和COD 法的基本思路均为对比了污水处理厂收集到的污染物量与该区域产生的污染物量，均能客观反映该区域生活污水收集处理情况和污水收集处理设施建设运行水平；

（3）BOD 法会出现沿程降解损失，P排和P用的数据统计范围需尽量匹配，计算数据主要来自统计年鉴或管理信息系统自有数据。

（4）COD 法过程中稳定，需考虑工业和畜禽业排放扣减，Q收集和Q产生针对同一范围，计算数据基于直接监测数据。

（5）BOD 法最小统计单元为行政区域，适用于大尺度估算，核算效率高，而COD 法最小单元为单个污水处理厂覆盖区域，适用于不同尺度区域核算，数据信息量大、质控工作难度较大，但应用价值高，可为区域环境基础设施建设提供精准可靠的数据支撑。

4.2 展望

（1）探索多因子评价方法：从 “水量法” 过渡到“水污染物总量法”，可实现水污染物产生量和处理量的有效平衡。但BOD 法与COD 法均可能存在污染物沿程降解导致的核算收集率失真现象。可开展基于多污染因子的分析评价方法研究，通过资料调研、管道沿程采样分析、试点计算，逐步推进多污染因子评价的可行性分析，如引用氨氮、总氮、总磷等指标作为补充或者使用综合系数分析法；

（2）完善COD 法中生活污水污染物校核浓度的取值：由于生活污水中的污染物在化粪池及管网中不可避免的降解，南、北方生活水平、用水习惯不同，以及季节性用水变化情况等，导致用于校核的基准浓度可能存在一定的偏差。建议在后续工作中进一步提高科学合理性，充分考虑基准校核浓度因季节变化及南北地域差异，必要时分区域、分季节进行校核；

（3）由于城市管网存在地下水渗入、河水倒灌等因素，导致污水厂收集处理的COD 总量中有一部分实际为 “外水” 汇入，如何进行外水扣减更加精准核算实际的污水收集处理率需要进一步深化研究。