化学需氧量(COD)作为衡量水体有机污染程度的核心指标,其在排水系统中的浓度水平直接反映城市水环境治理的质量。不同类型污水携带的 COD 不仅来源存在显著差异,浓度范围也呈现出鲜明特征。深入解析生活污水、工业废水、雨水径流中 COD 的来源构成与浓度区间,对优化污水处理工艺、精准管控污染源具有重要指导意义。
一、排水系统中 COD 的主要来源构成
排水系统中的 COD 来源复杂多样,按污染性质可分为点源污染与面源污染两大类,不同来源的污染物组成与排放特征存在本质区别。
生活污染源是 COD 的稳定贡献者,主要来自城镇居民日常生活产生的污水。厨房排水中的动植物油脂、食物残渣,卫生间排放的粪便、洗涤剂,以及洗涤废水含有的表面活性剂等,共同构成了生活污水中的 COD 主体。这类污染物以碳水化合物、蛋白质、脂肪等可生物降解有机物为主,占生活污水 COD 总量的 70% 以上。据住建部统计,我国城镇居民人均每日产生的生活污水中,COD 排放量约为 50-80 克,其中厨房排水贡献占比超过 55%。
工业污染源具有行业特异性强、污染物浓度高的特点。化工、印染、食品加工、造纸、酿造等行业是 COD 排放的重点领域:化工企业排放的废水中含有大量芳烃、醇类等有机化合物;印染废水携带的染料、浆料和助剂具有较高化学稳定性;食品加工过程中产生的高浓度有机废水富含糖类、蛋白质等营养物质;造纸行业的制浆废水则含有木质素、纤维素等难降解有机物。工业废水的 COD 排放量虽不及生活污水,但单位排放量的环境危害程度更大,部分行业废水 COD 浓度可达生活污水的数十至数百倍。
面源污染中的雨水径流 COD 来源具有分散性与随机性。城市地表积累的大气沉降物、机动车尾气颗粒物、路面油污、建筑扬尘,以及农业生产中流失的化肥、农药和畜禽粪便,在降雨过程中随径流进入排水系统。这类 COD 成分复杂,既包含可降解的植物碎屑,也含有轮胎磨损产生的橡胶微粒等难降解物质。研究表明,城市初期雨水的 COD 浓度往往高于后期径流,这与地表污染物的冲刷规律直接相关。
二、生活污水中 COD 的浓度特征与影响因素
生活污水的 COD 浓度呈现相对稳定的区间范围,同时受地域气候、生活习惯和排水系统类型影响表现出一定变异性。
在我国,采用分流制排水系统的城市,生活污水 COD 浓度通常在 150-400mg/L 之间。南方地区因人均用水量较高(日均 180-220 升),污水稀释程度大,COD 浓度多维持在 150-250mg/L;北方地区用水量较低(日均 120-160 升),同时冬季取暖期洗涤剂使用量增加,COD 浓度普遍达到 250-400mg/L。合流制管网中的生活污水因可能混入雨水或工业废水,浓度波动较大,范围扩展至 100-500mg/L。
生活污水的 COD 组成具有明显的时段特征。早中晚三餐高峰期,厨房排水导致 COD 浓度较平时上升 30%-50%,其中油脂类物质占比可达 40%;夜间 10 点至次日凌晨 5 点,以卫生间排水为主,COD 浓度降至低谷,且蛋白质类物质占比升至 50% 以上。这种周期性波动在住宅小区尤为明显,日浓度极差可达 100-200mg/L。
地域饮食文化对生活污水 COD 浓度影响显著。以米食为主的南方地区,污水中碳水化合物含量高,COD 的可生化性(BOD5/COD)通常在 0.5-0.6 之间;而北方地区因肉类消费量大,蛋白质和脂肪占比增加,可生化性略降至 0.4-0.5。西南地区偏好辛辣饮食,污水中含有更多植物纤维和香料成分,导致 COD 浓度比全国平均水平高出 15%-20%。
三、工业废水 COD 浓度的行业差异与排放特征
工业废水的 COD 浓度因行业生产工艺不同呈现数量级差异,且污染物成分的复杂性远超生活污水。
食品加工与酿造行业是高 COD 排放的典型代表。啤酒酿造废水在发酵阶段 COD 浓度可达 8000-15000mg/L,即使经过预处理,进入市政管网的废水 COD 仍维持在 500-1500mg/L;肉类加工企业的屠宰废水含有大量血液、油脂和组织碎屑,COD 浓度通常在 2000-6000mg/L,且氨氮含量与 COD 呈现显著正相关。这类废水的共同特点是可生化性强(BOD5/COD>0.6),但排放量集中,易对污水处理厂造成冲击负荷。
化工与制药行业废水的 COD 浓度波动大且毒性强。精细化工企业排放的废水中,含有苯系物、酚类等难降解有机物,COD 浓度在 1000-5000mg/L 之间,可生化性通常低于 0.3;抗生素生产废水因含有残留菌丝体和有机溶剂,COD 浓度高达 5000-20000mg/L,且对微生物具有抑制作用。这类废水必须经过严格的预处理,将 COD 降至 500mg/L 以下才能接入市政管网,否则会严重干扰污水处理厂的生化系统。
纺织印染与造纸行业的 COD 排放具有水量大、色度高的特点。棉纺印染废水的 COD 浓度一般在 800-2000mg/L,其中活性染料和助剂占 COD 总量的 30%-40%;制浆造纸废水未经处理时 COD 可达 10000-30000mg/L,漂白工序产生的含氯有机物不仅提高 COD 值,还具有强致癌性。随着清洁生产技术的推广,部分企业通过碱回收等工艺,可将排放废水的 COD 控制在 300-800mg/L,但处理成本显著增加。
四、雨水径流中 COD 的浓度变化与影响因素
雨水径流的 COD 浓度受降雨特征、汇水面性质和城市化程度影响,呈现出高度的时空变异性。
城市不同下垫面的雨水径流 COD 浓度差异显著。沥青路面因积累大量轮胎磨损颗粒和机动车漏油,初期雨水 COD 浓度可达 300-800mg/L;混凝土屋面径流受大气沉降物影响,COD 浓度为 150-300mg/L;城市绿地径流因植被拦截和土壤吸附,COD 浓度仅为 50-150mg/L。商业区由于人流密集和交通繁忙,其雨水径流 COD 浓度比居民区高出 50%-80%。
降雨过程中的 COD 浓度呈现明显的衰减规律。一场典型降雨事件中,前 15 分钟的初期径流 COD 浓度最高,可达后期稳定浓度的 3-5 倍。以北京为例,夏季首场暴雨的初期径流 COD 浓度普遍超过 500mg/L,随着降雨持续,浓度逐渐降至 100-200mg/L。这种 “初期冲刷效应” 使得 60%-70% 的 COD 负荷集中在占总径流量 20%-30% 的初期雨水当中。
季节变化对雨水径流 COD 浓度影响显著。北方城市冬季因融雪剂使用和大气污染物沉降增加,雨水(融雪)径流 COD 浓度比夏季高出 40%-60%;南方梅雨季由于连续降雨,地表污染物得到充分冲刷,雨水 COD 浓度反而低于旱季首场降雨。此外,PM2.5 浓度较高的雾霾天后,雨水径流 COD 浓度会出现峰值,这与大气颗粒物中的有机碳冲刷有关。
五、三类污水 COD 浓度差异的比较与管理启示
生活污水、工业废水、雨水径流的 COD 浓度差异本质上反映了污染来源的不同属性,这种差异为针对性治理提供了科学依据。
从浓度范围看,工业废水 COD 浓度最高(100-20000mg/L),且不同行业间差异悬殊;生活污水浓度中等且稳定(100-500mg/L);雨水径流浓度最低但波动最大(50-800mg/L)。这种梯度差异决定了污染管控的优先级:工业废水必须实施源头减排和深度处理,生活污水需强化集中处理设施的稳定运行,雨水径流则应重点控制初期污染。
污染物可生化性的差异影响处理工艺选择。生活污水和食品工业废水适合采用生化处理技术,通过活性污泥法或生物膜法可去除 80% 以上的 COD;化工、制药等行业的难降解 COD 则需要结合高级氧化、活性炭吸附等物化工艺;雨水径流因水量波动大,宜采用人工湿地、植草沟等生态处理方式,在削减 COD 的同时兼顾景观功能。
不同污水的 COD 排放规律对管网设计提出要求。工业废水应尽可能采用单独收集处理系统,避免高浓度污水冲击市政管网;生活污水管网需考虑用水量变化导致的 COD 波动,合理设计调节池容积;雨水管网则应设置初期雨水调蓄设施,截留高浓度径流后再接入污水处理系统。
深入理解排水系统中 COD 的来源差异与浓度特征,是实现精准治污的前提。通过分类管控、分质处理的差异化策略,既能提高 COD 去除效率,又能降低治理成本,最终推动城市水环境质量的持续改善。随着污染源解析技术的进步,未来还可进一步细化 COD 的组分特征,为靶向治理提供更精确的科学支撑。