城市排水工程由汙水收集係統（排水管道）和汙水處理係統等組成；汙水的成功收集、高效處置是解決城市水環境汙染和水生態惡化等問題的重要舉措之一。城市生活汙水從產生、排放，到最終進入汙水處理廠這一漫長的輸送過程中，汙染物會發生複雜的物理、生化反應；此外，汙水水質還與當地合流製管道係統占比、降雨、麵源汙染、居民生活習慣等因素息息相關，進而在一定程度上影響最終進入汙水處理廠汙染物的濃度及形態。

羅惠雲等人研究指出降雨會使居民小區化糞池出水生化需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、總氮（TN）、氨氮（NH3-N）和總磷（TP）平均濃度降低39%以上。郝曉宇等、金鵬康等研究發現汙水在管網傳輸的過程中，物理沉積作用和微生物降解作用會造成總化學需氧量（TCOD）、硝酸鹽氮（NO-3-N）、NH3-N濃度變化，高分子量（蛋白質等）和部分中等分子量（腐殖質）的有機物會向不飽和性有機物質轉化。張濤等通過動力學模型的方法定量分析了管道內汙水水質變化規律，指出無論在好氧或厭氧條件下，都會發生有機物質的生物轉化，且厭氧條件下生物轉化速率比好氧條件下低。上述研究雖然對汙水收集過程中汙水水質變化的規律以及影響因素做出了相關報道，但隻是針對單個城市汙水水質變化的研究，且缺乏對汙水從上遊至下遊收集過程中的係統分析及對比分析。而此方麵的研究對了解不同區域汙水水質時空變化，對如何優化汙水係統，如何做好設計參數選擇具有重要意義。

本研究選擇青島、北京、常州3個典型城市為研究對象，現場采集分析了不同城市生活汙水在排出、收集、輸送至汙水處理廠相關樣品水質參數，通過進一步對比分析揭示汙水水質參數的變化規律；在此基礎上進一步探究不同區域水質差異性的影響因素，如化糞池設置、公共建築存在、管道傳輸過程等；相關研究成果可為汙水管網設計參數的進一步優化提供技術支撐和理論依據。

1.1 數據采集

此次試驗選取常州、青島和北京3個城市作為研究對象，城市信息見表1。不同城市選定的研究對象包括小區、公共建築、化糞池、管道等信息如表1所示。

表1 北京、青島和常州城市信息

（1）常州。選擇清潭區體育花苑小區（居住人數3 000人）和懷德苑小區（居住人數4 600人）總出水管、永紅街道和清潭中學兩個公共建築總出水管和1條重力管道進行測試觀察。

（2）青島。選擇市南區金茂灣和曉港名城兩個小區（常駐人口均約為4 500人）總出水管、發達商廈和中國海洋大學兩個公共建築總出水管和1條重力管道進行測試觀察。

（3）北京。選擇朝陽區融華世家（居住人數900人）和歐陸經典小區（居住人數4 200人）總出水管、遠大中心和名人大廈2個公共建築總出水管進行測試觀察，並在上述小區內共選擇2個化糞池的進水和出水點作為測試點；此外選取在北京地區無流量匯入的一條一條無流量匯入的重力管道進行水質參數變化測定。

上述3個城市不同小區、公共建築管道排口、化糞池進出水口及管道不同段取樣時間及其間隔信息見表2，管道的基本情況見表3。

表2 3個城市水樣取樣點時間及頻次

表3 3個城市所研究管道基本特征

注：調研小區、公建總出水管管徑均為300 mm

具體測試點如圖1所示。

圖1 調研城市小區、公建（化糞池）、管道位置示意

1.2 研究生活汙水匯入汙水處理廠信息管道下遊汙水處理廠水質信息

選擇管道下遊的常州市清潭汙水處理廠（規模1.5萬m³）、青島市團島汙水處理廠（10萬m³）、北京市10號汙水處理廠（10萬m³）進行檢查，常州數據為2017年11月、2018年1-8月數據，青島為2017年3-5月、10-11月，2018年7-8月數據，而北京數據為2017年1-12月數據。

1.3 水樣采集及水質化學測定方法

水樣采集方法：按照《地表水和汙水監測技術規範》（HJ/T 91-2002）要求進行采樣，按照《水質采樣 樣品的保存和管理技術規定》（HJ 493-2009）對樣品進行保存、運輸並在規定時間內完成分析。測定的水質參數主要包括SS、COD、BOD5、NH3-N、TN和TP，均采用國標法進行測定。

2.1 北京、青島、常州汙水處理廠進水水質差別分析

北京、青島和常州在我國地理位置上差異較大，城市規模、生活用水習慣也有所區別，因此導致城市汙水處理廠進水水質有所差別，不同月份3個城市的水質情況如表4所示。

表4 北京、青島、常州研究區域下遊汙水處理廠進水水質

通過典型月份分析北京、青島、常州3個城市汙水處理廠水質參數，發現其差異明顯，如青島團島汙水處理廠COD在3個季節均最高，且在春季達到最大平均值，為832.5 mg/L，常州清潭汙水處理廠COD 3個季節均最低，同樣在春季達到最大值，為1762 mg/L；在不同季節，3個城市COD也表現出一致的規律，在春季COD汙染物濃度最大，夏季COD偏低；BOD5、SS、NH3-N、TN也呈現相同的規律。相反，TP濃度在春冬季節較高，夏季濃度較低，三地全年月均水質情況如圖2所示。

圖2 北京、青島、常州研究區域下遊汙水處理廠全年水質狀況

北京、青島及常州3座城市COD濃度年均值分別為528.4 mg/L、732.4 mg/L和158.5 mg/L，北京和青島顯著高於常州，其中北京COD變化幅度最大，於6月份出現最高值（825.8 mg/L），而常州水質最穩定；BOD5濃度年均值3個城市依次為275.6 mg/L、301.9 mg/L和81.2 mg/L，北京和青島濃度接近，遠大於常州；總體來看，SS、TN、TP和NH3-N濃度均為青島最高，常州最低，冬季汙染物濃度均值大於夏季；綜上，3個城市汙水處理廠進水水質青島汙染物濃度最高，北京次之，常州最低，在季節分布上，存在著春冬濃度大於夏季的現象。

2.2 不同區域城市汙水處理廠水質的影響因素

本文對我國不同地區典型汙水處理廠進水水質進行了文獻調研，對相關的水質參數進行了整理，具體見表5。

表5 我國不同地區典型城市汙水處理廠進水水質月均值

從表5中可以看出我國南北方汙水汙染物指標濃度，除昆明市合流製排水地區BOD5、COD和TP濃度偏高外，其他南方城市BOD5、COD、SS、NH3-N、TN、TP等指標的月平均值範圍分別為71.9~170.6 mg/L、58~346.8 mg/L、120~390、7.5 mg/L ~35.7 mg/L、20.4~45.2 mg/L、1.46~4.7 mg/L，普遍低於北方（對應的數據分別為95~292.59 mg/L、285~558 mg/L、130~312 mg/L、15~65.3 mg/L、20~89.0 mg/L、3~10.0 mg/L）。總體上，南方降水量大，用水量也較大，這將會導致南方城市水量較北方城市偏大，相應的汙染物濃度偏低。

韋啟信等研究發現，城市汙水處理廠SS/BOD5受管網體製的影響比較大，在分流製主導的城市汙水中，SS/BOD的範圍為0.7～1.0；而合流製主導的城市汙水為1.2～2.0。孫迎雪等對昆明市不同排水體積的汙水進行了統計和分析，發現截流式合流製的地區汙水汙染物濃度明顯高於分流製，但張建軍等在珠海市的統計卻發現分流製下各汙水處理廠進水汙染物濃度均比相應截流式合流製高。朱鐵才等對珠三角地區的研究也表明，市區汙水處理廠進水汙染物濃度總體高於縣城和鎮區汙水處理廠；研究表明，排水體製不完善、居民用水習慣、旱廁的使用、合流的雨汙管網及管網的降解作用將使得汙染物濃度顯著降低。

雨水和工業廢水的進入對汙水處理廠進水水質的影響是很顯著的。降雨會將地麵上的無機懸浮物和難降解有機攜帶進入汙水管道，導致汙水的BOD5/COD數值下降，SS/COD數值升高。王盟等通過相關係數法研究得出，當汙水處理廠處理水量變化幅度較大時進水COD濃度與處理水量顯著相關，與降雨密切相關。降雨對不同地區的影響呈現兩麵性，一些地區汙水處理廠進水水質受降雨的影響表現為：枯水期汙染物濃度高於豐水期，雨水對汙水中的汙染物起到了稀釋的作用。但在另一些地區表現為：除了NH3-N外，其他汙染物的雨季進水質量負荷明顯高於旱季，以TP、SS和COD最為明顯，這主要是由初雨匯入和管底沉積物衝刷導致。呂博等的研究表明，青島工業區汙水水質波動較大，季節性生產企業的汙水排放會對水質產生很大的衝擊。無錫市在采取了“6699”行動之後，城市汙水中的工業廢水占比減少，各項汙染指標在五年間呈下降趨勢。

另外，化糞池的設置及公共建築的分布對汙水水質也會產生明顯影響。當前我國公建數量大約為5億，其水耗是住宅小區水耗的10~20倍。公建中，行政辦公樓、酒店、文化娛樂設施、交通建築、園林景觀建築等公建的衝廁水含有較高的COD和NH3-N濃度；來自飯店、餐飲中心和商場的餐飲廢水具有高濃度的有機物和動植物油，COD遠遠高於普通生活汙水，這會讓城市汙水水質受到一定的衝擊。化糞池具有較長的汙水停留時間，可以讓懸浮物充分沉降，對汙水有較好的淨化作用，這也是其影響城市汙水水質的主要原因之一。但我國大部分城市沒有統一的化糞池管理機構，很多地區管理維護較差，導致化糞池無法發揮很好的淨水作用。

2.3 化糞池、公共建築等存在對生活汙水水質的影響及分析

2.3.1 化糞池設置的影響

本次研究所選擇的區域僅有北京市融華世家和歐陸經典小區設置有化糞池，對其處理前後的水質進行了監測，水質參數變化如圖3所示。

圖3 北京市調研小區生活汙水流經化糞池前後水質參數變化

如圖3a和圖3b所示，生活汙水流經化糞池後COD和BOD5平均濃度顯著降低，進水COD和BOD5平均濃度分別為1 103.8 mg/L和524.8 mg/L，而對應出水分別為361.6 mg/L和169.8 mg/L（去除率67.24%和67.64%）。生活汙水中顆粒物對COD和BOD5的貢獻率在60%以上，因而化糞池的重力沉降和厭氧消化作用可以有效去除汙水中的有機汙染物。王紅燕等對西北地區蘭州市居民區化糞池進行調查和分析，表明生活汙水經化糞池處理後，COD和BOD5濃度去除率分別達到83.6%和51.1%，與本研究結果一致；朱信成等通過研究確定了未設置化糞池是包頭市汙水處理廠進水 COD 濃度偏高的重要影響因素之一。從圖3c中可以看出，生活汙水流經化糞池前後SS平均濃度分別為204.4 mg/L和160.9 mg/L，化糞池對SS的去除率為21.25%。丁慧等對哈爾濱市幸福家園化糞池的進出水質情況進行了研究，結果表明汙水流經化糞池其SS去除率達到了59.3%，可見化糞池的重力沉降作用能夠有效截留顆粒物。

從圖3d和圖3e可知汙水流經化糞池前後NH3-N平均濃度分別為37.6 mg/L和53.7 mg/L，增幅度達42.75%；但TN變化不明顯，進出水平均濃度分別為77.7 mg/L和80.0 mg/L。化糞池中沉降顆粒物含有大量有機氮，在無氧或缺氧條件下，通過還原脫氨、水解脫氨及脫水脫氨等過程將有機氮轉化為氨氮，是氨氮升高的主因，其對後續硝化和反硝化有利。生活汙水流經化糞池前後TP平均濃度如圖3f所示，分別為7.9 mg/L和7.7 mg/L，總磷去除率為2.33%，化糞池對總磷並無顯著削減。化糞池對SS、NH3-N、TN、TP的濃度增加或削減情況隨月份變化不大，而COD和BOD5的去除率在2月最高，2月COD、BOD5去除率分別為79.40%和75.02%，明顯高於3月和4月（4月分別為53.86%和56.39%）。王紅豔等探究了不同季節化糞池各汙染物去除率變化情況，結果表明BOD5春夏兩季去除率為35%左右，秋冬兩季平均高達65%左右。理論上，氣溫升高後化糞池微生物活性升高，有機物的厭氧水解會增加COD和BOD5。

2.3.2 公民建存在的影響

常州市小區及公建汙水水質變化如圖4和圖5所示，由圖中可以看出，夏季汙染物濃度數值顯著低於冬季，以小區總排口為例，其冬季SS、COD、BOD5、NH3-N、TN和TP的平均濃度分別為340.7 mg/L、855.1 mg/L、322.2 mg/L、72. 3 mg/L、94.5 mg/L和9.6 mg/L；夏季相應數值分別為103.0 mg/L、551.0 mg/L、241.0 mg/L、65.5 mg/L、95.4 mg/L和8.3 mg/L。常州的夏季是典型的雨季，降雨主要集中在6月7月份，考慮夏季以淋浴會產生大量汙水，導致汙水的汙染物數值出現了較大幅度的下降。

圖4 常州市小區生活汙水水質參數

圖5 常州市公建汙水水質參數

此外，公建收集到的汙水各汙染物濃度要明顯低於小區，以COD為例，小區總排口收集汙水的COD為681.3 mg/L，而公建收集到的汙水的對應數值僅有213.7 mg/L，僅為小區COD的31.37%。由此可見，來源的不同會影響汙水水質。此外，從圖5還可以看出夜間汙染物排放濃度要低於白天，公建汙水的數據規律體現得更為明顯。仍是以COD為例，夜晚取樣段常州小區的總排口汙染物濃度平均數值為653.2 mg/L，日間時段的監測平均濃度為709.3 mg/L，高於夜晚8個百分點比夜晚COD高8%；而對於公建而言，其日間時段汙染物濃度平均數值為221.6 mg/L，是夜間汙染物COD平均值191.8 mg/L的1.2倍。表6顯示了北京和青島小區及公建收集汙水水質在兩個不同時段的變化情況，從表中數值可以看出，日間和夜晚時段汙染物濃度差值較大，數據規律基本和上述一致。

表6 北京和青島小區及公建收集汙水水質比較

2.3.3 管道輸送的影響

2018年4—10月，選取常州市一條重力管道進行研究。汙水平均流速為0.5 m/s，坡度1.5‰，均勻設置5個監測點，水質監測數據結果如下表所示。

重力管道監測水質波動範圍如表7所示。

表7常州市汙管道水質監測數據

注：①括號內數據為所有監測點變化區間

由表7可以看出，在水質監測期間，5月份的6個水質監測指標濃度均高於其他月份；監測期內COD、BOD5、NH3-N、TN、TP、SS的濃度的均值為：177.7 mg/L、51.7 mg/L、23.7 mg/L、31.1 mg/L、2.6 mg/L、84.5 mg/L。對監測數據整理後形成常州市管網水質延程變化（圖6）。

圖6 常州市研究區域汙水管道水質參數延程變化

由圖6a可看出，7—10月此段管段上遊進水（監測點1）COD介於107.4～212.9 mg/L，經過約1 000 m 管道的輸送後，管道中段（監測點3）COD 含量降至94.4～188.6 mg/L，7—10月COD去除率分別為12.11%、11.39%、12.16%、1.3%；這主要是由於在管網內微生物的作用下，汙水中部分可生物降解汙染物會得到一定去除。Green等采用SBR生物反應器模擬一條37 km長的重力汙水主幹管研究管道中COD濃度變化，結果表明COD去除率達到79%～80.8%；但本文研究的重力管道長度有限，因此COD的去除率較小。但5—6月監測點3相比監測點2，COD均值出現31.5 mg/L和5 mg/L的小幅升高，6個月份監測點4 COD含量均值相比監測點3有較大幅度的升高，分別增加了9.30%、4.80%、34.2%、8.48%、13.50%、8.79%，因此推斷此處有外源汙水匯入。

2018年7—8月期間青島市一條管長1 km的重力管道的研究結果與上述結果較一致（見圖7）。7月和8月監測管道進水COD 均值分別為466.8 mg/L和794.1 mg/L，經過約1 000 m 管網的輸送後，COD 降為454.3 mg/L和724.1 mg/L，去除率為2.67%和8.82%，與常州COD濃度下降的程度接近。監測點4 COD濃度明顯升高，經調查在監測點4附近有支管接入。

圖7 青島市研究區域汙水管道化學需氧量延程變化

與COD相似，7—9月常州市此監測管段進水（監測點1）BOD5濃度均值介於16.2～139.1 mg/L（見圖6b），經輸送後管道中（監測點3）BOD5降至13.1～59.8 mg/L，去除率分別為18.98%、66.79%、26.29%，高於COD平均去除率；Raunkjaer以一段5 km長的重力流汙水管道為例，發現城市生活汙水在汙水管道輸送後BOD去除率達 30%～40%。圖6b中5個月份的數據都顯示監測點3（或4）開始BOD5含量均值相比監測點2（或3）有較大幅度的升高（分別增加36.60%、16.54%、54.29%、29.47%、7.04%），表明新鮮汙水的匯入會增加BOD5含量。

由圖6c可看出，5月、6月、7月、9月份管道進水（監測點1）NH3-N濃度均值為16.4～39.6 mg/L，經1 000 m 管道輸送後去除率分別為13.06%、1.28%、1.24%、4.75%，低於COD及BOD5去除率。焦丁通過城市汙水管網模擬試驗探究汙水中NH3-N在管網中的延程變化，結果表明汙水經過150 m、300 m、450 m、600 m、750 m、900 m、1 050 m、1 200 m的流動後，NH3-N平均降低率分別為4.05%、6.29%、6.64%、7.80%、9.32%、10.90%、11.31%、11.44%。總體上，管道中COD和NH3-N含量變化具有高度的一致性（8月和10月除外）。由圖6d可看出，汙水管道中TN含量變化幅度較小，去除率在0.19%～7.17%。任武昂通對城市汙水管網的監測結果表明，汙水在管網中每流動1 000 m，TN的平均降幅為3.46%。上述的研究結果表明，汙水管網在削減氮汙染物方麵有較大潛能。

由圖6e可看出，汙水管道中TP的變化無明顯規律，這與金鵬康模擬城市汙水管道的監測結果是一致的。由圖6f可看出，汙水管道中SS的變化與COD的變化規律也具有較高的一致性（10月份除外）。在進水中SS平均含量為57.63～146.63 mg/L，經過約1 000 m的管道之後平均去除率介於10.38%～20.76%。郝曉宇通過城市汙水管網模擬試驗發現SS在管道中的去除率為9.2%，上述研究結果表明SS在管道中通過沉積得到了一定去除。

2.3.4 化糞池設置、公民建存在及管道輸送對水質影響的總體比較

總體而言，化糞池的設置對COD和BOD5的削減明顯，高達67.24%和67.64%；1 000 m的管道輸送對COD和BOD5濃度的削減率平均值為9.24%和37.35%，由於此次采樣的管道長度在2 000 m以內，汙水在此段管道內的水力停留時間較短，這也是汙染物削減率相對較低的原因。雖然化糞池對TN濃度影響不大，但NH3-N經過化糞池之後其含量增加了42.75%，值得工程研究者注意，應進行源頭控製；1 000 m管道輸送對NH3-N有一定的削減作用，削減率平均值為5.08%（TN為3.46%）。化糞池的沉降使得SS削減率達到了21.25%，而SS在1 000 m管道輸送後削減率為10.38%～20.76%。TP在化糞池中變化不大，而管道輸送中TP濃度變化卻沒有明顯規律。

(1) 北京、青島、常州3個典型城市汙水處理廠的進水水質因居民生活習慣、降雨因素、化糞池設置、公共建築布設、排水管網輸送長度等不同有較大差異。總體上青島城市汙水處理廠汙染物濃度最高、北京次之、常州最低，三地COD平均值依次為528.4 mg/L、732.4 mg/L和158.5 mg/L，春季進水濃度大於夏季，且南方城市水質波動較小。

(2) 通過分析6個北方城市和9個南方城市的汙水處理廠進水水質發現：南方城市汙水處理廠進水中汙染物含量普遍低於北方；合流製排水體製帶來的雨水對於汙水處理廠進水水質的影響十分顯著。

(3) 3個典型城市長期沿程水質監測數據表明：化糞池對生活汙水中SS、COD、BOD5的去除有顯著影響，其去除率分別達到了21.25%、67.24%和67.64%，冬季去除率明顯較高，NH3-N濃度經化糞池後濃度增加了42.75%，需要重點關注。公建對汙水處理廠進水水質的影響主要體現在其日夜水質的巨大差異，其日間時段汙染物濃度是夜間汙染物COD的1.16倍。此外，通過物理沉降、微生物分解等，城市管網中汙水的汙染物濃度也有不同程度的削減，經過約1 000 m的管道輸送，COD、BOD5、NH3-N、SS平均去除率分別為9.24%和37.35%、5.08%、17.00%。

微信對原文有修改。原文標題：公共建築、化糞池設置及管道傳輸對城市生活汙水水質參數的影響分析；作者：魏亮亮、李健菊、陳顏、薛重華、於航、任益民、夏鑫慧、朱豐儀、楊海洲；作者單位：哈爾濱工業大學環境學院、住房和城鄉建設部科技發展促進中心。刊登在《給水排水》2020年哈工大校慶專刊。