我國(guó)城市黑臭水體治理面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇

水處理網(wǎng)訊:本文根據(jù)我國(guó)城市截污治污基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行情況的統(tǒng)計(jì)分析（不包括香港、澳門(mén)、臺(tái)灣省等地區(qū)），詳細(xì)分析了管網(wǎng)高覆蓋率城市水體黑臭、污水高處理率城市水體黑臭、雨天黑臭3類黑臭問(wèn)題和城市排水管網(wǎng)建設(shè)以及管理的對(duì)應(yīng)關(guān)系，闡述了治理城市黑臭水體的技術(shù)和市場(chǎng)需求。城市污水治理基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)框架基本形成背景下的水體黑臭問(wèn)題，不僅在我國(guó)存在，在其他發(fā)展中國(guó)家也普遍存在，但在歐美河流治理范例中，這些問(wèn)題并不突出。因此，期望我國(guó)解決這些問(wèn)題的技術(shù)方法和管理體系能為發(fā)展中國(guó)家水污染治理提供借鑒，對(duì)推進(jìn)水環(huán)境治理和城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

0 引言

城市水體黑臭是當(dāng)今我國(guó)最突出的環(huán)境問(wèn)題之一。2015年4月《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》發(fā)布，將城市黑臭水體治理作為一項(xiàng)重要任務(wù)，要求到2020年，全國(guó)地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)，到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。2018年5月，生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)把消滅城市黑臭水體作為實(shí)施水污染防治行動(dòng)計(jì)劃的重要內(nèi)容。2018年6月《關(guān)于全面加強(qiáng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)，堅(jiān)決打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn)》發(fā)布，對(duì)城市黑臭水體治理等“五大水相關(guān)戰(zhàn)役”作出詳細(xì)規(guī)定。

城市黑臭水體治理是一項(xiàng)長(zhǎng)期的系統(tǒng)性工程，與城市規(guī)劃不合理、基礎(chǔ)設(shè)施不匹配、監(jiān)督管理不完善等復(fù)雜因素密切相關(guān)，導(dǎo)致黑臭水體治理面臨巨大的挑戰(zhàn)。2016年2月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、環(huán)保部正式發(fā)布黑臭水體清單，全國(guó)220多個(gè)地級(jí)以上城市黑臭水體高達(dá)2 100個(gè)，64%集中在東南沿海地區(qū)，因此，我國(guó)城市黑臭水體治理存在巨大的市場(chǎng)機(jī)遇。治理是否見(jiàn)到成效不僅取決于技術(shù)支撐，也需要強(qiáng)大的社會(huì)資本投入，同時(shí)，政府的管理體系也亟需完善。

1 我國(guó)城市水環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)基本情況

改革開(kāi)放以來(lái)，隨著我國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市人口比例從1978年不足20%到2018年增長(zhǎng)為約60%，城市人口達(dá)到8億人，我國(guó)城市水系單位面積的污水排放量是歐美城市的3~4倍。自上世紀(jì)90年代開(kāi)始，我國(guó)政府大力推動(dòng)城市污水治理基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，污染治理投資逐年增加。到2016年，我國(guó)城市在污水處理工程建設(shè)的總投資達(dá)到1 485.5億元，占GDP比例維持在1.1%~1.8%，我國(guó)城市平均污水處理率達(dá)到90%，與歐美國(guó)家污水處理率相近，東南沿海城市污水集中處理率高達(dá)94%以上，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。我國(guó)城市建成區(qū)管網(wǎng)密度從1981年的3.17 km/km²提高到2016年的10.61 km/km²。但是，我國(guó)城市重污染水體依然保持在9%左右，大部分集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污水治理較為領(lǐng)先的東南沿海地區(qū)。這個(gè)背景下的城市水體污染問(wèn)題是我國(guó)和其他發(fā)展中國(guó)家普遍存在的共性問(wèn)題，其成因及對(duì)策值得深入剖析和探討，對(duì)我國(guó)和世界上類似國(guó)家的水環(huán)境治理以及城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導(dǎo)作用和借鑒意義。

2 城市排水管網(wǎng)問(wèn)題是黑臭水體治理面臨的挑戰(zhàn)

經(jīng)過(guò)多年的持續(xù)努力，我國(guó)城市排水管網(wǎng)架構(gòu)基本形成，但是，建設(shè)規(guī)劃不成體系，總管、干管比較完整，支管和收集管網(wǎng)殘缺不齊，施工質(zhì)量比較粗糙，由此，嚴(yán)重影響了污水截污納管，大量污染直排河道。我國(guó)城市的管網(wǎng)問(wèn)題導(dǎo)致的水體黑臭可以分成3類。

2.1 污水管網(wǎng)高覆蓋背景下的城市水體黑臭

只重污水總管和干管建設(shè)，忽視收集管網(wǎng)建設(shè)；強(qiáng)調(diào)主要河流污染治理，不按水系截污治污是我國(guó)城市污水管網(wǎng)高覆蓋率背景下水體黑臭的根本成因。

2.1.1 忽視污水收集管網(wǎng)建設(shè)

我國(guó)城市排水管網(wǎng)覆蓋率已經(jīng)達(dá)到90%以上，與歐美國(guó)家和日本相當(dāng)，但收集管網(wǎng)不完善，城市排水管網(wǎng)密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于日本、美國(guó)等城市。日本城市排水管網(wǎng)長(zhǎng)度在2004年已達(dá)到35萬(wàn)km，排水管網(wǎng)密度一般在20～30 km/km²，高密度城區(qū)可達(dá)50 km/km²；美國(guó)城市排水管道長(zhǎng)度在2002年約為150萬(wàn)km，城市排水管網(wǎng)密度平均在15 km/km²以上。我國(guó)城市排水管網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，往往只注重總管和干管的建設(shè)，忽視了收集管網(wǎng)的建設(shè)，這個(gè)問(wèn)題在中國(guó)縣級(jí)城市更加嚴(yán)重。眾多污染源無(wú)法納入污水管網(wǎng)，只能直排河道，造成管網(wǎng)高覆蓋率情況下城市河道黑臭。

回顧上海市蘇州河水環(huán)境綜合整治一期工程實(shí)施之際，雖然當(dāng)時(shí)已經(jīng)建成了中心城區(qū)污水集中處理工程（即合流污水治理一期工程和污水治理二期工程），但是由于污水收集管網(wǎng)建設(shè)不同步，污水實(shí)際收集處理率只有44%，56%的污水未經(jīng)處理直接排入河道。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，重點(diǎn)實(shí)施了收集管網(wǎng)建設(shè)，污水收集率提高到90%以上。

2.1.2 忽視河網(wǎng)水系截污治污

我國(guó)城市水體污染最嚴(yán)重的東南沿海地區(qū)，河網(wǎng)密布，縱橫交錯(cuò)，互聯(lián)互通。在污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)和建設(shè)時(shí)，往往重視干流的截污，忽視支流的截污；重視中心城區(qū)的截污，忽視按水系截污，導(dǎo)致往復(fù)回蕩河流水質(zhì)相互影響，干流截污效益不明顯。例如，在1993年上海市合流污水一期工程建成后，直接排向蘇州河干流的污染源被全部截流，但是在蘇州河中下游的6支流范圍內(nèi)，仍有上千個(gè)污染源未被截流，每天直排污水量約30萬(wàn)m³，支流污染嚴(yán)重影響了干流水質(zhì)，這是當(dāng)時(shí)合流污水一期工程竣工后蘇州河干流仍然黑臭的重要原因。隨后開(kāi)展的蘇州河環(huán)境綜合整治工程，重點(diǎn)實(shí)施了基于河網(wǎng)水系全面截污的污水管網(wǎng)工程建設(shè)，有效實(shí)現(xiàn)了全水系截污治污，為蘇州河消除黑臭、改善水質(zhì)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 污水高處理率背景下的城市水體黑臭

根據(jù)我國(guó)城市每年發(fā)布的環(huán)境公報(bào)可以看出，各地污水處理率基本都在90%以上，污水收集處理率和歐美國(guó)家接近，但是城市水體水質(zhì)差距較大。原因是大量地下水和雨水排入污水處理廠，虛高了城市污水處理率，高處理率數(shù)字后面隱藏了污水未經(jīng)處理直接排放的真相，導(dǎo)致河道受到嚴(yán)重污染。

2.2.1 管道破損導(dǎo)致地下水入滲量較大

截至2015年底，我國(guó)城市排水管道長(zhǎng)度總量達(dá)到54萬(wàn)km，其中26.1萬(wàn)km排水管網(wǎng)的使用時(shí)間在10年以上。由于污水腐蝕、侵蝕、沖刷、沉積及地面荷載等影響，污水管道破損嚴(yán)重的問(wèn)題在我國(guó)城市普遍存在。敷設(shè)在地下水水位以下的排水管道，地下水進(jìn)入污水管網(wǎng)，擠占了污水管網(wǎng)的輸送容量，降低了污水處理廠的進(jìn)水濃度，我國(guó)4 000多座污水處理廠中約有1 000座進(jìn)水COD在150 mg/L以下，污水處理廠設(shè)計(jì)生活污水進(jìn)水COD是350 mg/L，兩者相比說(shuō)明污水處理廠處理的并不全是污水。我國(guó)南方城市這個(gè)問(wèn)題更加明顯，南方污水管道地下埋深一般3~5 m，深的達(dá)到7 m，低于地下水位，如果管網(wǎng)不防滲，地下水就會(huì)滲入管網(wǎng)，所以解決污水管網(wǎng)滲漏的問(wèn)題非常關(guān)鍵。北京市污水處理廠進(jìn)水氨氮濃度38.1 mg/L，總氮濃度48.8 mg/L；南方城市污水處理廠的進(jìn)水氨氮濃度21.9~24.0 mg/L，總氮濃度30.4~35.1 mg/L，據(jù)此可以推算出我國(guó)南方地區(qū)污水管道中地下水的比例可高達(dá)28%~40%。根據(jù)調(diào)查，我國(guó)南方城市的管道地下水入滲量可達(dá)3 800~6 300 m³/(km²·d)，而德國(guó)為1 296 m³/(km²·d)，是德國(guó)的3~5倍。

2.2.2 大量雨水非法進(jìn)入城市污水處理廠

圖1a為我國(guó)某大型污水處理廠2011~2018年晴天進(jìn)水量和雨天進(jìn)水量比較，晴天年平均進(jìn)水量總體比較穩(wěn)定，波動(dòng)較小，年際變化不是十分明顯，但是雨天進(jìn)水量有逐年增加的傾向。污水處理廠雨天進(jìn)水量明顯高于晴天進(jìn)水量，雨天平均進(jìn)水量超過(guò)晴天平均進(jìn)水量14%~23%，最大值達(dá)到同期晴天進(jìn)水量的1.7~2.2倍。圖1b做了污水處理廠晴天與雨天進(jìn)水氨氮濃度的比較，從中可以看出，雨天污水處理廠的氨氮濃度明顯低于晴天進(jìn)水濃度，污水處理廠雨天年平均氨氮濃度為18~25 mg/L，而晴天進(jìn)水的氨氮年平均濃度為21~26 mg/L。圖2給出了同一污水處理廠雨季（5~8月）晴天進(jìn)水量和雨天進(jìn)水量的比較，從中可以看出，雨天和晴天進(jìn)水量平均值差異更加明顯，雨天進(jìn)水量大于晴天進(jìn)水量16%~35%。雨水進(jìn)入了污水處理廠，增加了污水處理的水量，降低了進(jìn)水濃度，侵占了污水管網(wǎng)輸送容量。

這個(gè)問(wèn)題在中小城市更加嚴(yán)重，污水處理廠雨天被淹的事件也時(shí)有發(fā)生。圖3是我國(guó)某中小城市污水處理廠晴天和雨天進(jìn)水量調(diào)查結(jié)果，雨天時(shí)污水處理廠的進(jìn)水量高達(dá)旱天進(jìn)水量的2倍以上，以致暴雨發(fā)生時(shí)，污水處理廠溢流嚴(yán)重，廠區(qū)甚至發(fā)生漫流。雨水管道非法接入污水管網(wǎng)可能是因?yàn)楣芫W(wǎng)施工監(jiān)理不到位所致，但是，也有部分地區(qū)為了避免雨天溢流污染對(duì)河道的影響，故意接入污水管網(wǎng)。

2.3 雨天黑臭

隨著黑臭水體治理措施加大，許多城市水體晴天消除了黑臭，但伴隨而來(lái)的是雨天河道黑臭，這種現(xiàn)象在我國(guó)東南沿海城市尤為嚴(yán)重。合流制系統(tǒng)初期雨水排放和分流制系統(tǒng)雨水管網(wǎng)溢流是我國(guó)城市河道雨天黑臭的重要成因，也是我國(guó)城市黑臭水體治理中最難攻克的難關(guān)。

2.3.1 我國(guó)城市合流制系統(tǒng)污水輸送沿程沉積嚴(yán)重

我國(guó)大概有10.9萬(wàn)km的合流制管網(wǎng)，大部分城市的中心城區(qū)為合流制系統(tǒng)。我國(guó)城市規(guī)模較大，污水處理廠通常位于郊區(qū)，所以，合流制系統(tǒng)輸送距離較遠(yuǎn)，晴天流速較慢，污水管網(wǎng)一定程度上成為顆粒態(tài)污染物的蓄存箱，導(dǎo)致末端污水處理廠進(jìn)水濃度偏低。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，超過(guò)70%的污水處理廠進(jìn)水COD濃度低于300 mg/L，超過(guò)30%的污水處理廠進(jìn)水COD濃度低于200 mg/L（見(jiàn)圖4）。表1為我國(guó)典型城市污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)與部分國(guó)家污水廠進(jìn)水水質(zhì)的對(duì)比?？梢园l(fā)現(xiàn)我國(guó)污水處理廠進(jìn)水NH3-N濃度與美國(guó)南加州污水處理廠進(jìn)水濃度值相當(dāng)，其平均值甚至高于歐洲的數(shù)值，但是，SS濃度卻相差約100 mg/L，BOD、SS平均濃度分別為這些國(guó)家污水處理廠進(jìn)水濃度的74.3%、62.6%，說(shuō)明我國(guó)城市合流制排水管網(wǎng)在污水輸送過(guò)程中，將近1/3的顆粒態(tài)污染被沿程沉積，合流制系統(tǒng)污染沿途沉降也降低了污水處理廠的進(jìn)水濃度。