孙永利：城镇污水处理提质增效工作思路与进展
慧聪水工业网孙永利：中国市政工程华北设计研究总院有限公司城市环境研究院院长兼总工程师，国家城市给水排水工程技术研究中心副总工程师，教授级高级工程师。长期从事城市水体和污水处理的技术与政策研究。承担国家和省部级科研课题、子课题20余项。研究成果获中国专利优秀奖1项，国际水协（IWA）科技创新全球最高奖1项，省部级科技进步一等奖3项，二等奖4项，三等奖7项。获授权专利40余项，其中发明专利20余项。
1.政策要求
1.1政策要求——国家战略需求方面
习近平总书记在2018年5月的全国生态环境保护大会上，明确提出要加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，意味着污水处理由设施增长阶段进入提质增效阶段。尤其在2018年6月党中央国务院发布的《关于全面加强生态环境保护，坚决打好污染防治攻坚战的意见》中，明确提出城镇污水处理“提质增效”三年行动要求，明确要实现污水管网全覆盖，污水全收集和全处理工作，该文件还明确提出要开展城市初期雨水的收集和处理，有效降低城市面源污染。
1.2政策要求——行业发展需求方面
2019年配合住建部编制提质增效有关政策文件时，专家集思广益绘制了城镇排水的理想模式和实际特征逻辑图。
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从上图不难看出，我国的城镇排水系统问题错综复杂，但总结起来无外乎污水外排引起的水体黑臭和外水进入引起的污水处理厂低进水浓度两方面，这种情况在发达国家是很少见的。因此可以说，基于管网问题的提质增效是中国特色问题，需要有具有中国特色的应对方案。
基于上图再结合我国的实际问题，总结出我国污水收集处理方面存在9方面的矛盾问题，这里面包括设计问题、运行问题和管理问题，还有一些是这两年黑臭水体治理过程中出现的问题。限于时间关系先不作一一介绍。
1.3政策要求——总体考核目标层面
2019年住房城乡建设部、生态环境部、发改委三部门联合印发了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2021）》，在目标方面可用三个基本消除+两个提升表述。三个基本消除主要是指消除生活污水直排口、生活污水设施空白区和城市黑臭水体，这三个问题实际上都是老百姓最直观的表象问题；两个提升是指城市生活污水收集率和污水处理厂进水BOD浓度，这两个提升则属于技术层面的要求。
1.4政策要求——污水收集率替代处理率方面
在《行动方案》中首次引入“城市生活污水集中收集率”指标，住建部也在前期很长时间就开始了相关的核算工作，但仍有很多人不太理解这个指标与污水处理率到底有什么区别。简单给大家解释一下，其实城市生活污水集中收集率的本意是城市污水处理设施收集了多少居民生活污染物与城镇居民生活排放了多少污染物之比，这个指标与“污水处理率”的最直接区别：污水处理率代表水量比，考虑的是处理了多少水；而城市生活污水集中收集率则代表水量比×水质比，考虑的是处理了多少污染物。
由于公式中采用了“人均日生活污染物排放量”这个指标，而国内外对于这个指标的研究相对较少，真正有用的数据不多，现阶段参考室外排水规范选用了人均日BOD排放量45g这个值，处于室外排水规范最新修编提出的40~60g的下限值。目前也有很多业内人士，包括地方政府提出应该有南北差异，为此我们也研究了相关的测试方法，并在江苏省某城市做了方法验证，有望未来在更多的城市开展测试工作。
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2.工作进展
我们一直在配合住建部进行新指标的相关测算工作，前期的总体分析结果情况简单展示如下。
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首先，2019年与2018年相比，生活污水收集率指标整体的确有一定幅度的增长，而且很多城市的污水收集率指标有所增长；但也需要清醒地认识到我们的短板和差距，仍有近60%的城市污水收集率不足50%。
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其次，在城市污水处理厂平均进水BOD浓度方面，仍有70%左右的城市年均值不足100mg/L。当然，随着提质增效工作的推进，已经有47个城市2019年的平均浓度较2018年涨了30mg/L以上。
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再者，进入统计范围的3953座城镇污水处理厂有67%左右的进水BOD浓度目前低于100mg/L，这意味着全国可能有接近70%的城镇污水处理厂需要在未来两年内完成“一厂一策”系统化方案；如果缩小到城市范畴，2377座城市污水处理厂中大概有1483座的BOD浓度低于100mg/L。经大概统计，目前完成“一厂一策”的污水处理厂只有520多个，也就是说只有30%多的污水处理厂完成了“一厂一策”方案。
根据上述数据不难看出，我国现在有260多个城市的污水收集率不足60%，但是大部分城市表示黑臭水体已经完成治理任务，现在已经基本上没有直排口和空白区问题，那我们另外40%的污染物去哪里了？这可能是未来很多城市不得不面临的一个很重要的问题，或必须要迫切解决的问题。
3.未来方向
在讲未来方向之前先讲讲《行动方案》。相信与黑臭水体治理一样，行动方案发布后，肯定很多人又在议论，怎么又是“三年”，又是短期行为，不是要求百年质量，建百年工程吗？回答这个问题先从比较容易理解的看病说起，如果把发达国家的管网比作只需要定期体检、定期保健的普通人，那么我们的很多管网实际上是有点病入膏肓的重病患者或者是已经受到生命威胁的患者，这个时候可能需要考虑的是尽快的通过急诊、门诊或住院解决生存问题。所以我认为未来“三年”，行业工作需要从以下六个方面有所转变。
3.1行业监管由“污水处理”转向“污水收集”
目前我国大部分城市污水处理厂的出水COD和氨氮指标优于一级A，甚至很多能达到地表IV类甚至III类水平。分析全国城镇污水处理厂2019年全年平均出水水质可知，98%左右的年均COD能达到一级A以上标准，95%以上的年均值能达到IV类；氨氮方面，95%以上能达到一级A，80%-90%能达到最新颁布的再生水景观环境用水的湖泊或水景类水质标准。也就是说，这些污水处理厂出水实际上已经是一种很好的水资源。但是前面也谈到，我们处理的这些水并不都是“污水”，我们需要清醒的认识到，在把这些水处理“干净”的同时，还有大量的污染物是直接或间接排放环境的，“干净水”稀释“脏水”不一定能解决环境问题。
3.2管网考评由“工程建设”转向“建管运维”
谈到污水收集率低、污水处理厂进水浓度低，通常很容易就认为是因为我们的管道质量太差、空白区和直排口太多。但实际上前面也谈到，大部分城市的问题可能并非如此。2019年参加的一个项目评审，再次印证了我们的观点，管网低流速可能是我国的最大问题。城镇污水管网都有一个设计不沉降流速，有人认为是0.6m/s，有人认为是0.75m/s。当管网低于这个流速的时候，实际上就变成了一个沉淀池，或者沉淀池结构的管网，旱季低流速时大量颗粒物沉积在管道中，而这些沉淀物中就可能包括大量COD或BOD，但是沉淀下来的有机氮磷却可以水解成溶解性的氨氮或磷酸盐，我想这也是城市污水处理厂碳氮比过低的重要原因。
还有一个就是外水渗入，尤其是地表水渗入问题，经检测发现大部分地表水是含有一些高氧化性物质的，这些物质进入管道后必然进一步消耗污水中的COD、BOD。所以这里先回答前面提出的污染物去哪了的第一个去向：沉淀衰减？
很多人都在问这个问题怎么解决，这里我只能用一个公式和一个示意图简单的表述一下：
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首先低流速情况下的管道流速计算公式一定是流量与过水断面面积的比值；第二，管道遵循连通器原理，要想管道上游水位下降，首先要确保连通的泵站水位降低。
由于我们的管道质量太差，降水位也并不是太容易的事情，我们还需要“水位”更高的城市水体适当“降水位”，这个事情实际上在黑臭水体治理过程中已经多次被验证。例如南方某城市水体底泥清淤，排空3~4米的水体后，服务范围内污水处理厂水量一下子减少了6万吨/天，接近前期污水处理量的20%。而且水体“降水位”之后还会有一系列好处，比方说更容易发现排污口、更容易实现降雨期排水防涝决策等。
3.3管网建设由“全面建设”转向“补齐短板”
在污水收集系统“补齐短板”方面，首先需要考虑的是雨水管道排污问题，“错接混接”“小商贩雨水篦子排污”等已经成为行业耳熟能详的词语，也是中国的实际特色，这些污染如果不能末端截污，就会成为漏网的污染物。当然，这里还有另外一个问题，就是我国大城市普遍处于大建设阶段，“雨水管道”成为很多城市施工降水的合法排放通道，这就导致雨水口成了“排污口”，很多城市不得不进行“雨水口”截流入污水处理厂，并最终导致污水处理厂超负荷，污水溢流。也就是说分流制可能并不一定能解决我国的环境污染问题。这里也引出污染物去哪了的第二个方向：雨水管。
第二个“短板”应该是旱季直排口，因为这也是污染物去哪了的第三个方向。所以最近几年全国各地旱季直排口沿河截流的措施层出不穷，见口就截成为很多地方的做法，但是很少有人会去关心下游的污水处理厂是否有接纳能力，更没有会去关心相关的管网是否有输送能力。所以才造成很多地方零散污水直排口治理的同时在下游形成了集中式排口的问题。也就是说污染物去哪了的第三个方向：直排口。
3.4管网改造由“雨污分流”转向“清污分流”
最近几年排水体制仍一直是行业热议话题，雨污分流改造貌似仍然是解决环境问题的法宝，但前面已经讲了分流制在国内并不一定能行，那么合流制是不是一定不行，这里先看看国外，实际上发达国家发达城市很多都是合流制，比方说日本东京都82%的合流制、比方说德国全国平均54%的合流制，人家都没有水体黑臭问题，也没有一下雨河道就臭的现象。再看看国内，2016年的统计年鉴显示合流制占比不超过31%，但是我们所有城市仍然会有一下雨河道就臭的通病。
所以就要来谈谈中国的合流制和分流制到底问题出在哪里。首先说分流制，前面讲了错接混接和小散乱排污是现阶段我国难以彻底根治的分流制雨水管道污染源，如果再叠加上大量城市“工地”施工降水排入冲刷，雨水口末端截流成为常态，同样是一个不健康的系统。再说说合流制，国外用的很好，中国为什么出问题，实际上最近这一直是一个热议的话题，不管多大的降雨量，雨水一定要有去处，这两年推进的海绵城市建设，实际上很大的一部分工作是给雨水提供更多的去处。而进入合流制管道又没有去处的雨水，一定要经过净化处理才可能实现水体污染总量减排，必须推进合流制降雨污染的快速净化，这是国际经验，是我们水环境治理方面最大的短板，也是污染物去哪了的第四个方向：降雨冲刷污染。
说起降雨冲刷污染治理，有必要提一下室外排水规范对于截流倍数的界定，我们一直在仿照发达国家的高截流倍数，但是并没有太多的人关心发达国家截流的水是要治理的，如果建一个庞大的截流干管，但是在污水处理厂前截而不治，其效果可能不如不截。
3.5降雨污染由“达标排放”转向“总量控制”
前面已经说了，污染物去哪了的第四个重要方向是降雨冲刷污染。这里简单地作个分析，这两年黑臭治理和污水处理提质增效让行业充分关注了合流制管网旱季浓度不高，雨季浓度不低的实际特征，我们也用全国平均数据做了简单的测算，如果该方法和数据成立，也就意味着年降雨量达到1100mm以上的合流制排水系统城市，每年通过降雨冲刷排入水体的污染物或河道底泥量可能接近本地区城镇污水处理厂污染物去除量或污泥产生量的50%~100%，这些污染物不能有效去除，做再多的污水处理厂提标改造，再多的管网工程建设可能也无法解决城市水体黑臭的实际问题。
这几年是污水处理提质增效年，今天讲的是提质增效主题，我们关心的是提高生活污水收集率，大家也知道合流制溢流污染的快速净化设施是很难被许可参与生活污水收集率指标核算的，也就意味着合流制溢流污染快速净化一般只能作为污染总量减排和城市水体净化的辅助手段，我们还需要从根本上探究出现上述问题的真正原因，借鉴发达国家排水系统运维养护的科学理念，切实提高城镇居民生活污染物的日常收集和处理水平。
那么发达国家的排水管网，或者说污水收集管网是怎么运维的，或者说我们跟别人的差距是什么，前面已经讲了很多城市污水收集管网旱季的流速只有0.1~0.2m/s，绝大部分管网区域都是非常好的“沉淀池”，合流制管网满管流状态下的流速更低，颗粒物沉淀成为必然，很多城市表示管道几乎从来不清通，雨季来临前沉积超过50%的管道比比皆是，每一场雨都可能成为管道污染物的一次清洗和转输过程，也是很多城市雨后水体黑臭，水体表面出现大量黑色细微漂浮物的重要原因。所以德国、日本、美国都对管网清通养护提出了明确要求，比方说管道积泥深度超过5%就要做管道维护，这不仅需要在管道养护方面做文章，也一定需要关心和关注管道“沉淀池”问题，否则清通后的管道很快就会再次达到5%的清通养护指标要求。
3.6工业废水由“达标排入”转向“限期清退”
工业废水持续排入是高排放标准污水处理厂稳定达标的一大难点和痛点。工业废水，尤其是水质已经很“干净”的工业废水排入城镇污水处理厂，首先是对污水处理厂进水BOD的稀释过程，是导致城镇污水处理厂进水BOD浓度低的一个重要原因。其次，已经在工业企业内部通过生物预处理工艺达到排入下水道标准的工业废水，所剩余的COD大部分已经是难生物降解污染物，进入污水处理厂也是稀释排放或者被底泥吸附后排放，稀释不达标就要增加污水处理工艺，加大污水处理成本，并可能最终影响再生水水质和受纳水体的生态安全性；吸附到污泥中则影响污泥的安全处置与利用。
水十条非常明确地要求，城市建成区内现有钢铁、有色金属、造纸、印染、原料药制造、化工等污染较重的企业应有序搬迁改造或者依法关闭。纳入《固定污染源排污许可分类管理名录》的工业企业也要需要有序搬出建成区或者依法关闭。《三年行动方案》明确要求，城市政府要组织对其他类型的工业企业开展城镇污水处理厂影响评估，不能继续纳管的要自建设施达标排放，环保部门要加强日常监管；可继续纳管的要按排水/排污许可要求做好日常监管，确保水质不会对城镇污水处理厂有明显影响。
另外，由于工业园区的水体多数也纳入城市水体的考核范畴，因此我们也需要关注工业园区的废水达标问题。要配合做好工业园区的顶层设计，严格推行工业企业内部的雨污分流，要避免园区道路清洗水、场地清洗水、车辆清洗水通过雨水管道直排园区水环境。这两年的黑臭水体督查已经多次发现，工业园区的雨污不分，会导致园区内水体很严重的雨季污染问题，这是未来必须要解决的问题。
