市政排水設計中的污水系統是城市水污染防治的核心環節，其目標是通過“全收集、全處理、資源化”實現污水的無害化與再生利用，保障城市水環境安全。以下從系統定位、設計前期準備、管網設計、處理工藝、污泥處置及協同管理六大維度展開詳細說明。

一、污水系統的定位與設計目標

污水系統是市政排水體系的“凈化中樞”，主要承擔生活污水、工業廢水及初期雨水的收集、輸送與處理任務，需滿足以下核心目標：

環境安全：確保處理后污水達標排放（如《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918中的一級A/地表IV類標準），減少對地表水體（河流、湖泊）的污染。資源循環：通過再生水利用（如綠化灌溉、工業冷卻、道路沖洗），實現“污水→資源”的轉化，緩解城市水資源短缺。系統韌性：應對極端天氣（如暴雨）時的“雨污混流”風險，避免污水溢流污染；兼顧遠期發展（人口增長、產業升級）的擴容需求。

二、設計前期關鍵準備：水量與水質的精準預測

污水系統設計的基礎是水量預測與水質分析，直接影響管網管徑、處理工藝選擇及投資成本。

1. 污水量預測

預測依據：基于城市總體規劃（人口規模、用地性質、產業結構），采用“綜合生活污水量+工業廢水量+未預見水量”的方法。綜合生活污水量：按人均綜合生活用水量的80%-90%計算（如人均日用水量200L，污水量約160-180L/人·d），需考慮節水型器具普及率（影響實際污水量）。工業廢水量：根據行業排放系數（如化工行業0.8-1.2m3/噸產品、紡織行業1.5-2.0m3/噸產品）核算，需結合企業入園率（集中處理可降低管網復雜度）。未預見水量：按總水量的10%-15%預留（應對規劃調整或突發排放）。

2. 污水水質分析

基礎指標：需檢測BOD?（生化需氧量）、COD（化學需氧量）、SS（懸浮物）、TN（總氮）、TP（總磷）、氨氮（NH?-N）等，明確污染特征（如是否含重金屬、難降解有機物）。特殊水質：工業園區污水：可能含高濃度鹽分、毒性物質（如重金屬離子），需單獨預處理（如化學沉淀、吸附）后再接入市政管網。初期雨水：徑流污染嚴重（SS、COD濃度可達污水的2-5倍），需通過調蓄池截流至污水處理廠深度處理。

三、污水管網設計：輸送網絡的“血管健康”

污水管網是污水系統的“運輸動脈”，其設計需兼顧輸送效率、防沉積、防混接三大核心問題。

1. 管網布置原則

分流制優先：新建城區嚴格執行“雨污分流”，避免雨水稀釋污水（降低處理效率）或污水混入雨水管（污染地表水體）；老城區可采用“截流式合流制”過渡（設置截流井，旱季全截流、雨季部分溢流）。順坡重力流：利用地形高差減少泵站能耗，管底坡度需滿足自清流速（i≥0.003，混凝土管）；地形平坦地區需設提升泵站（如上海浦東新區某片區因地勢低洼，設置5座污水泵站）。節點控制：在道路交叉口、河道交匯處設置檢查井（間距≤150m），便于清淤與檢修；重要區域（如醫院、學校）增設應急排放口（防止爆管污染）。

2. 關鍵設計參數

管徑與充滿度：管徑選擇：根據遠期污水量（近期按70%-80%設計），DN300-DN2000（小口徑用于小區，大口徑用于區域主干管）。充滿度（h/D）：重力流時h/D=0.5-0.9（h為水深，D為管徑），避免過滿導致流速降低、沉積加劇。坡度與流速：最小設計坡度：混凝土管i=0.003-0.005（D=200mm時i=0.005），塑料管i=0.002-0.003（光滑管壁阻力小）。自清流速：v≥0.6m/s（防止SS沉積），最大流速≤3.0m/s（避免管材沖刷破壞）。

3. 防混接與改造

源頭管控：新建建筑嚴格執行“雨污分流”（衛生間污水接入污水管、屋面雨水接入雨水管）；老舊小區改造時，重點整改陽臺廢水混接（如將洗衣機排水接入雨水管）。檢測與修復：采用CCTV（管道閉路電視檢測）、聲吶等技術排查混接點，通過封堵、導流等方式修復（如某城市老城區改造中，完成1200處雨污混接點整改，污水廠進水濃度提升30%）。

四、污水處理工藝選擇：從“達標”到“資源化”的升級

污水處理工藝需根據進水水質、排放標準、占地限制、能耗要求綜合選擇，核心是從“一級處理”向“三級處理”升級，實現從“無害化”到“資源化”的跨越。

1. 常規工藝：滿足基礎排放標準

一級處理（物理法）：

格柵（去除≥20mm懸浮物，保護后續設備）→沉砂池（去除0.2mm以上砂粒，防止磨損管道）→初沉池（去除SS 30%-40%、BOD? 15%-25%）。適用場景：對水質要求低的地區（如排入農田），但無法滿足當前嚴格的環保標準（如一級A標準）。

二級處理（生物法為主）：

AAO工藝（厭氧-缺氧-好氧）：通過微生物降解有機物（BOD?去除率90%以上）、脫氮除磷（TN去除率70%-80%、TP去除率80%-90%），是當前主流工藝（如北京高碑店污水處理廠）。氧化溝工藝：低負荷運行（污泥齡長），抗沖擊負荷能力強，適合中小規模污水廠（如上海閔行污水處理廠）。MBR工藝（膜生物反應器）：通過膜分離替代二沉池，SS≤10mg/L、占地面積小，適合用地緊張的城市（如深圳鹽田污水處理廠）。

2. 深度處理：實現資源化利用

三級處理工藝：物理化學法：混凝沉淀（去除TP、SS）、過濾（砂濾/活性炭過濾，提升透明度）、中和（調節pH至6-9）。生物化學法：人工濕地（利用植物-微生物協同作用，去除TN、TP，出水可達地表III類）、反硝化濾池（深度脫氮）。資源化法：反滲透（RO）生產工業回用水（電導率≤100μS/cm）、電滲析（生產鍋爐補給水）。

3. 工藝比選關鍵指標

指標

AAO工藝

MBR工藝

氧化溝工藝

占地面積    較大    小（膜組件密集）    中等    

能耗    中等    高（膜吹掃）    低    

出水水質    一級A/地表IV類    地表III類    一級B/地表V類    

適用場景    大中型污水廠    用地緊張區域    中小型污水廠    

五、污泥處理與處置：從“負擔”到“資源”的轉化

污泥是污水處理的副產物（含水率97%-99%），需通過“濃縮-消化-脫水-處置”全流程處理，避免二次污染。

1. 污泥處理流程

濃縮：重力濃縮（含水率從99.2%降至97%-98%，成本低）或機械濃縮（離心濃縮，占地小）。消化：厭氧消化（最常用）：微生物分解有機物產沼氣（CH?含量50%-70%），可發電（1m3沼氣≈21MJ，滿足廠內20%能耗）；好氧消化（能耗高）：適用于小型污水廠（如北方冬季低溫地區，厭氧消化效率低）。脫水：板框壓濾（含水率≤80%）、離心脫水（含水率≤75%）、疊螺機（占地小，適合中小型廠）。

2. 最終處置方式

土地利用：穩定化污泥（重金屬達標）可作肥料（需符合《城鎮污水處理廠污泥處置 農用泥質》GB/T 23486），用于林地、農田。衛生填埋：需與生活垃圾混合填埋（壓實密度≥0.9t/m3），但占用土地資源，逐漸被限制。焚燒發電：含水率≤60%時可自持燃燒，減量化徹底（體積減少90%），但投資與運行成本高（如上海白龍港污泥焚燒廠，日處理量3000噸）。

六、協同管理：智慧化與全周期運維

污水系統的長期高效運行依賴“設計-建設-運維”全周期協同，其中智慧化管理是關鍵支撐。

1. 智慧水務平臺

實時監測：通過GIS（地理信息系統）+SCADA（數據采集與監控系統），實時采集管網水位、流量、水質（pH、COD）及污水處理廠運行參數（污泥濃度MLSS、溶解氧DO）。智能預警：設置閾值（如管網水位超設計值0.5m觸發內澇預警），通過AI算法預測風險（如暴雨時污水溢流概率）。優化調度：根據水量波動調整泵站啟停（如夜間低流量時減少泵機運行）、優化藥劑投加量（如PAC投加量與SS濃度聯動）。

2. 全周期運維要點

建設階段：嚴格控制管材質量（球墨鑄鐵管/HDPE管，防腐層厚度≥1mm），避免接口滲漏；運行階段：定期清淤（每年1-2次，采用高壓水槍/吸泥車）、檢測（CCTV檢測覆蓋率≥100%）；應急管理：制定暴雨、管道破裂等突發事故預案（如啟用移動泵車應急排水、投加藥劑抑制污泥膨脹）。

總結

市政排水設計中的污水系統是“環境安全、資源循環、系統韌性”的綜合載體，其設計需從水量水質預測、管網布局、工藝選擇到污泥處置全流程精細化控制，并通過智慧化管理實現高效運維。未來，隨著“雙碳”目標推進（如沼氣發電替代化石能源）和“無廢城市”建設，污水系統將進一步向“低碳化、資源化、智能化”升級，成為城市可持續發展的重要支撐。