城镇污水处理提质增效的内涵与思路

时间：2020-01-15 17:36:56 来源：中国给水排水 作者：孙永利

导读：污水管道旱季高水位、低流速导致的颗粒物沉降是我国独有的现象,也是我国城镇污水处理厂进水污染物浓度低、碳氮磷比例失调的根本原因；入渗/入流污水管道的清水、低浓度污水排口截流，以及排入雨水管道并经末端截流进入污水管网的施工降水或基坑排水，是城镇污水处理厂旱季进水污染物浓度偏低、处理水量远超污水排放量的重要原因；降雨期间大量雨水涌入污水管道和合流制管道，冲刷并携带旱季沉积物进入城镇水体，是水体雨后黑臭、底泥问题无法彻底根除的核心缘由，也是大部分城镇“生活污水集中收集率”偏低的直接根源。结合城镇污水处理提质增效工作的实施，从污水处理行业监管、收集设施效能评估、雨污水管网建设改造、降雨污染控制和工业废水管控等方面提出了重点工作方向。明确指出,全面恢复市政污水管网旱季流速、降低清水入渗入流量、推进降雨污染控制是根治现阶段我国特有城镇水环境问题的最现实、有效的途径。

经国务院同意，2019年4月29日住房和城乡建设部、生态环境部、国家发展改革委联合印发了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（20192021年）》（以下简称《三年行动方案》），明确提出加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，尽快实现污水管网全覆盖、全收集、全处理的总体要求，提出地级及以上城市建成区基本消除“生活污水直排口”“生活污水收集处理设施空白区”“黑臭水体”，最终实现“生活污水集中收集效能”显著提升的工作目标，并从“推进生活污水收集处理设施改造和建设”“健全排水管网长效机制”“完善激励支持政策”“强化责任落实”4个方面提出了13项工作任务，为我国城镇污水处理行业提质增效工作指明了方向。为此，正确理解文件的出台背景，系统分析城镇污水处理设施效能低下的原因，科学梳理引发城镇水体污染的“真问题”，合理选择工程措施和技术手段，对症下药，快速实现污水收集效能提升，是城镇污水处理行业亟需解决的问题。

01 行业监管由“污水处理”转向“污水收集”

城镇污水处理率是一个重要的行业监管指标，对快速推进城镇污水处理工程建设，实现污水处理设施全面普及发挥了重要作用。统计结果显示，2000年以来我国城镇污水处理能力以每年不低于500×104 m3/d的规模快速增长，尤其是2001年2009年污水处理率的年增长幅度均超过5个百分点；到2018年，75%以上的设市城市污水处理率超过90%，40%以上超过95%，部分城镇的污水处理量甚至远远超过供水量，表明我国大部分城镇污水处理设施能力可以满足居民生活污水处理需求。

污水处理率是指城镇污水处理厂实际处理水量与城镇生产生活排放污水量的比值，但由于城镇污水处理厂处理的水中掺混了地表水、地下水、山溪水、施工降水等，该比值已经难以满足行业质量管控和效能评价的需求。首次通过《三年行动方案》提出的“生活污水集中收集率”指标，以城镇污水处理设施收集的污染物总量与居民生活排放的污染物总量之比作为统计计算依据，更好地反映了城镇污水的收集普及水平和管网的转输能力。统计结果表明，虽然很多设市城市的“污水处理率”处于较高水平，但“生活污水集中收集率”指标多处于相对较低水平，也就是说污水处理厂虽然处理了很多“污水”，但“污染物”的处理水平并不高，“污染物”外排环境水体的问题仍普遍存在，盲目扩大污水处理规模和提高污水处理厂排放标准并不一定能化解我国的水环境污染问题，城镇污水处理行业需要由“规模增长”向“质量提升”“效益提升”转变，全面提升城镇污水管网的运行性能是城镇污水处理提质增效的核心和关键。

“生活污水集中收集率”指标测算公式中的污水处理设施收集污染物总量,主要是通过城镇污水处理厂处理水量与污染物平均浓度计算的。虽然从公式的表达形式看，污水处理量越大，生活污水集中收集率就会越高，但这并不代表可以通过扩大污水处理规模，多处理污水来实现生活污水集中收集率指标的提升，因为《三年行动方案》也明确了进水BOD5<100 mg/L的污水处理厂是提质增效的核心，也是未来行业关注的重点。盲目扩建城镇污水处理厂来提升生活污水集中收集率，必将引发污水处理厂进水污染物浓度偏低的问题，并非明智之举。

02 管网考评由“工程建设”转向“建管运维”

2.1提高管道流速是提升生活污水收集率的前提

流量、充满度、流速是排水管道的重要设计参数，而流速是管道运行效果的最主要评价指标，直接决定了污水中的颗粒物是否会发生沉降。对于给定的污水管道，在恒定流量的情况下，充满度越高意味着过水断面面积越大，流速越低。实际水量低于设计水量,而充满度高于设计充满度的管网，实际流速必然低于设计流速，甚至可能低于不沉降流速的控制要求，出现明显的颗粒物沉积问题。按高充满度设计，而实际水量已经接近甚至超过设计水量的污水管道，满管流并不一定会引起管道的低流速沉积问题。与分流制污水管道相比，合流制管道旱季高充满度运行时的流速问题更加突出，颗粒物沉积问题更加严重。

管道沉积物以泥沙等无机固体和大分子有机物（COD或BOD5）为主，旱季污水的COD或BOD5大量沉淀在管道内，是我国城镇污水处理率较高，但居民生活污水收集率偏低的根本原因；虽然沉淀物中也含有氮磷有机物，但溶解性的氨氮、磷酸盐等物质通常不会沉淀，而长期沉积在管道内的含氮含磷有机物还可能发生水解反应，向水中释放氨氮、磷酸盐等溶解性物质，这是我国城镇污水处理厂进水碳氮磷比例失调、脱氮除磷所需碳源不足的重要原因。COD/TN或COD/NH3-N是污水管网颗粒物沉降问题的最佳识别因子，指标值降低是污水管道低流速运行，大分子有机物沉淀导致的COD降低，而溶解性氮并未因沉淀而降低的最佳说明。降低管道运行水位，多数情况下只会提高COD或BOD5浓度，但不会引起氮磷浓度的明显增加，有助于缓解污水处理厂碳源不足问题。降雨期间，大量雨水涌入分流制污水管道和合流制管道，导致管道流速增加，冲刷并携带旱季沉积的有机物排入城市水体，严重影响了城市水体的治理效果，增加了水体水质维持的难度。

上述结果表明，旱季流速是管道运行状况的重要考核指标，不能合理控制管道旱季水位和流速，再好的管道质量也无法彻底解决低流速导致的颗粒物沉积问题。通过降低充满度和运行水位，将管道实际流速恢复至不低于设计流速或最小沉降流速是解决旱季沉降问题的最有效措施，也是快速提升居民生活污水集中收集率指标的最佳途径。

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