小編說

近年來，各地大力推進城鎮污水處理廠提標改造工作，一些地方要求將主要指標提升到地表水Ⅳ類標準。根據全國城鎮污水處理廠的運行數據（數據來源：行業主管部門全國城鎮污水處理管理信息系統數據），基于產污系數法，測算城鎮污水處理廠提標到準Ⅳ類水和改善污水收集管網兩種情形下的污染物削減效能提升潛力以及相應的投入，并提出城鎮污水處理提質增效的側重點。

住房和城鄉建設部城鄉規劃管理中心 陳瑋博士

 

研究對象和方法

1.1污水處理廠排放標準現狀

根據全國城鎮污水處理管理信息系統數據，剔除沒有標明實際執行排放標準的、以及規模小于1萬m3/d的污水處理廠進行了梳理（以下簡稱規模以上），并結合有公開報道的情況，對污水處理廠實際執行的排放標準進行了更新。經分析，截至2017年底，城鎮污水處理廠不同排放標準的規模分布情況如表1所示。

1.2城鎮污水處理廠提標潛能分析

根據表2，針對COD、氨氮兩個主要污染物指標，分析污水處理提標改造到準Ⅳ類后的新增污染物削減效能，按照式（1）計算：

新增削減能力理論值=（現行排放標準-改造后排放標準）×城鎮污水處理規模（1）

從表2可知，在不考慮征地、拆遷、土地、技術等工程可行性前提下，若將現有城鎮污水處理廠全部提升改造到準Ⅳ類，按準Ⅳ類和GB 18918—2002標準限值之差推斷出新增COD削減能力為138.4萬t/年、氨氮削減能力為77.8萬t/年，看起來也是相當可觀的，然而，在實際中由于運行管理水平的不斷提高、環境保護監管的日益嚴格，實際運行中的污水處理廠出水污染物濃度普遍低于排放標準要求，大部分污水處理廠出水的年均COD和氨氮指標已經達到甚至優于準Ⅳ類標準（見表3），因此，不能簡單用不同排放標準的差值，當作可新增的污染物削減能力。

為此，對現有污水處理廠排放情況作進一步分析，目前執行準Ⅳ類的污水處理廠尾水的加權平均COD和氨氮濃度分別僅有18.7 mg/L和0.7 mg/L，假設所有污水處理廠改造后都能達到這個水平，則按式（2）計算實際可增加的削減能力：

新增削減能力=（出水實際加權平均值-改造后可望達到的標準）×城鎮污水處理規模（2）

單就COD、氨氮兩項指標而言，繼續進行提標改造到地表Ⅳ類，可分別新增COD和氨氮削減能力為33.0萬t/年、6.4萬t/年，相對于改造所付出的工程代價，污染物削減效能提升的幅度將十分有限，從技術經濟角度已經不具備合理的投入產出效益。

1.3城鎮污水管網提質潛能分析

當前，我國城鎮污水的另一個特點是進水污染物濃度南北方地區差異很大。筆者曾另文對此進行過分析（相關閱讀：合流制管網截流倍數對城鎮污水處理廠處理效能影響），由于南方地下水位高、河網豐富，客水進入污水管網稀釋了污染物濃度，導致我國南方地區城鎮污水處理廠進水的污染物濃度普遍偏低，側面說明管網收集效率還有很大提升空間。

關于管網收集效能的研究方法有很多，若將整個城市看成一個封閉體系，污染物要么在管網、要么在污水處理廠、要么在城市環境當中。從總量平衡的角度，只要關心管網收集的污染物能達到多少即可，因此采用產污系數法分析較為適宜，這需要了解每個地區相對合理的進水污染物濃度應該是多少，而此方面我國開展的研究十分有限。2010年，國務院第一次全國污染源普查中曾給出過相對完整、準確的人均產污系數等基礎數據，以下基于此數據開展分析。

第一次全國污染源普查中，根據氣候和地理特征將全國劃分為5個地區，其中一區包括北京、天津、遼寧、山西、山東、黑龍江、吉林、內蒙古、河北；二區包括江蘇、上海、浙江、福建、廣東、廣西、海南；三區包括湖南、湖北、江西、河南、安徽；四區包括重慶、四川、貴州、云南；五區包括陜西、寧夏、甘肅、青海、新疆、西藏。同時，根據經濟水平、人口等又將每個區中的城市劃分為了5類，對每一類城市的人均污水日排放量、COD日產生量、氨氮日產生量等給出了具體數值，可以計算出該城市產生的生活污水COD和氨氮濃度，并考慮在污水管網輸送過程中COD降解20%、氨氮基本保持不變，以此為基礎，將每座污水處理廠按照其所在地“對號入座”，得到各廠理論上合理的進水污染物濃度，然后再按污水處理規模加權平均后，作為該省份的理論進水濃度，進而求出改善污水收集效能（管網質量提升）可能帶來的污染物削減效能潛力，計算見式(3)：

每省理論新增污染物削減能力=（進水污染物濃度理論值-進水污染物實際值）×該省城鎮污水處理規模（3）

完善污水管網可帶來的污染物削減效能如表4所示。通過完善污水管網，理論上可將COD和氨氮的年削減能力分別增加722.8萬t和213.4萬t，分別是城鎮污水處理廠提標到準Ⅳ類可新增削減能力的21.9倍和33.3倍，由此可見，改造管網比單純將污水處理廠提標到準Ⅳ類更高效。

城鎮污水處理提質增效投入產出分析

2.1可行性分析

城鎮污水處理水平應隨著城鎮化發展和環境質量要求不斷提升，這是毋庸置疑的，但提質增效的技術路線重點應放在污水處理廠提標還是污水管網完善上則應因地制宜，“廠網并重、廠網同改”當然是技術上最理想的考慮，然而從經濟可行性，特別是對于工程實施后所能達到的收益而言，就必須要有所側重�？傮w上，污水處理廠提標和管網改造的主要優缺點如表5所示。

在水環境質量改善方面，簡單利用污水處理廠提標對水環境質量進行改善可能是杯水車薪，一方面，影響水環境質量（特別是城市黑臭水體）的成因非常復雜，在工業點源的直接排污、小散亂企業的偷排、農業面源的污染、城市面源的污染、應收未收的直排污水、合流制管網的溢流污染沒有得到杜絕之前，將所有的工程重點都放在污水處理廠可能是舍本逐末；另一方面，一些南方水網地區，河道本身的水質都達不到地表水Ⅳ類標準，甚至是黑臭河，將污水處理廠的排放標準提到準Ⅳ類后再排到其中，是一種投資浪費。

因此，如果能認識到“表象在水中、根源在岸上”，通過完善污水管網系統，將直排、偷排、溢流的污水都查清、堵住，水環境將能得到立竿見影的改善，我國2015年開始的城市黑臭水體整治工作中已經多次驗證了這一技術路線的正確性。

在技術難度上，對城鎮污水處理廠提標改造到準Ⅳ類，需要增加大量的工藝流程，國內很多地方采用了基于膜工藝的深度處理技術，這對材料技術發展產生了依賴性。而管網改造在技術上不存在太大難題，除了局部使用的非開挖修復等新工藝、新技術外，大部分管網改造采用傳統工程做法、只要提高設計施工質量即可。

在配套要求上，污水處理廠提標改造主要受限于是否有足夠的預留用地空間；污水管網改造則涉及到大量的沿線征地拆遷等工作，且施工時道路開挖量大，對城市運轉、居民生活影響較大，這也是許多城市雖然認識到管網改造的重要性、但卻不愿意實施的重要原因。

在投入上，污水處理廠改造周期較短，一般1年左右即可完成，短期的投資強度高；管網改造需要分批、分段進行，且多隨道路等其他工程逐步完善，周期長，投資強度不高。

在運行維護上，提標改造后的污水處理廠，由于膜工藝的大量采用，更新、維護成本很高；同時，對運行管理人員的要求更高，人才隊伍建設、管理經驗的積累都需要時間；管網改造后，只要維護費用投入跟上就可以保證較好的養護水平。

綜合來看，管網的投入雖然是個“久久為功”的過程，但綜合效費比是最優的（如圖1所示）。

2.2投資效益分析

基于前述研究結果，對改造污水處理廠和改造建設污水管網的資金投入情況進行簡單估算，估算投入不包括征地、拆遷等相關費用。

對于城鎮污水處理廠從一級A提標到準Ⅳ類，按照平均單位水量投入500元估算；從一級B提升到準Ⅳ類，按照單位水量投入1 000元估算；從二級及其他排放標準提升到準Ⅳ類，按照單位水量投入1 500元估算。

對于改造管網的費用從幾個方面考慮：一是對現有的合流制管網采取雨污分流、合流制溢流污染調蓄與處理控制措施，按照《2016年中國城市建設統計年鑒》，對現有城市、縣的159 735 km合流制管網進行改造，按照《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》確定的合流制管網改造單位投資175萬元/km進行估計；二是對建成時間超過30年的老舊管網進行改造，包括原位修復、局部更換等，這部分任務量和投資在《“十三五”全國城鎮污水處理及再生利用設施建設規劃》已有體現，總長度27 708 km、單位投資約180萬元；三是現有雨污分流管網的查缺補漏、質量提升，針對正在服役的管網進行查缺補漏，封堵漏點、改造錯接等，由于缺少管網質量情況的統計數據，暫按《2016年中國城市建設統計年鑒》城市、縣的312 112 km雨污分流管網的30%需要改造考慮，主要以原位修復為主，按100萬元/km估算。

理想情況下的城鎮污水處理提質增效投入分析結果如表6所示。

根據估算結果，不考慮工程可行性和實施期限的前提下，污水處理廠全面提標到準Ⅳ類，投資需1 557.5億元，折合污染物削減能力費效比（提升單位污染物削減能力的投資額）為，COD 33.0億元/（萬t/年），氨氮242.2億元/（萬t/年）。改造污水管網、提升收集效能的總投資是4 230億元，折合成COD削減能力費效比是5.85億元/（萬t/年），氨氮19.8億元/（萬t/年）。

技術路線選擇的思考

盡管許多地方也都認識到水環境改善必須要抓好“控源截污”這個關鍵環節，“控源截污”的核心在于做好污水收集，但污水處理廠提標改造到地表Ⅳ類仍然愈演愈烈，甚至連財力較為薄弱的部分西北地區都要以準Ⅳ類作為污水處理的排放標準。之所以產生這樣的現象，筆者認為有以下幾個原因：

一是沒有抓住問題的關鍵環節。水環境治理是系統工程，系統工程不能用單一的工程思維和末端治理思維去考慮問題。污水處理的最終目的是水環境質量的改善，如果不能把污水產生、收集、處理、回用從全系統、全環節考慮，并和最終水環境質量掛鉤，就可能過分強調某一個環節從而走向極端，高投入最后很可能會導致“就水論水、事倍功半”。

二是想當然地看待城鎮污水收集、處理工程體系。理論上，傳統的城鎮污水收集、處理模式如圖2所示。然而在現實中，特別是地下水位高、河網豐富且管網系統質量不高的地區，污水收集處理體系是“四水合一、首尾聯通”的，原本“一夫當關萬夫莫開”的污水處理廠往往被“短路”（如圖3所示），發揮的作用大打折扣。加之管網屬于地下工程，滲漏、混接、倒灌等問題難以及時發現。如果把資金投入和技術重點都關注在污水處理廠，無疑是“只見樹木、不見森林”。

三是標準的導向值得商榷。我國的污水處理標準隨著經濟社會發展不斷提升是必要的，過去的排放強度導向也發揮了重要作用，但隨著經濟社會發展、污水處理水平已經到了新的階段，標準提升的思路不應再重復排放強度導向、全國“一刀切”，更應注重“分類分區指導、環境質量倒逼”的思路，例如可借鑒美國采用的最大日負荷量TMDLs（Total Maximum Daily Loads），按照水環境可接納的最大日污染負荷總量，反推各類工程措施的治理要求、確定排放標準。

對策和建議

4.1建立水環境治理的系統思維

當前水環境治理的復雜性、艱巨性，都決定了工程技術人員要盡快從傳統的“末端治理”轉向“源頭減排、過程控制、系統治理”。在源頭減排上，應運用海綿城市理念，從建筑小區、道路等雨水產匯流入手，一方面，盡可能將雨水原地消納、滯蓄、利用，減少雨水進入合流制管網的水量，就能降低合流制管網溢流頻次，減少污染；另一方面，將雨水帶來的大氣濕沉降、沖刷路面等城市面源污染，盡可能在源頭消納，減少進入水體。

在過程控制上，應把管網質量的改善作為重中之重，持之以恒地推進，既要防止污水“跑冒滴漏”進入環境，也要防止外水倒灌“鳩占鵲巢”。在系統治理上，應緊緊把握水環境改善這個“初心”，多專業協同、全環節考慮，從城市規劃時就要保護好城市生態本底，先“梳山理水”，再“造地營城”；城市建設中要統籌考慮建筑、道路、園林綠地、污水收集處理、河流水體等，系統建設，避免“頭疼醫頭、腳疼醫腳”；在管理上要提升精細化水平，推動水環境治理從“工程導向、簡單粗暴”向“效果導向、精雕細琢”轉變，從高速度發展向高質量發展轉變。

4.2管網改造應作為污水處理提質增效的核心內容

管網的改造是長期性的，難以一蹴而就，但要充分認識到管網對于污水收集的重要意義，并作為水環境治理的核心工作常抓不懈。對于南方河網地區，管網改造的重點是防地下水滲漏、防河水倒灌，特別是要謹慎采用沿河敷設大規模截流干管的方式；對于北方缺水地區，管網改造的重點是堵漏，防止污水外漏污染土壤和地下水。

此外，一些城市熱衷于造壩攔水、抬高城市內河水位以營造景觀，在制定排水與污水處理技術方案時，要認真分析人為抬高河道水位可能造成的污水管網倒灌等問題。

4.3污水處理廠提標應因地制宜

城鎮污水處理廠的標準不能盲目提高，要認真分析水環境治理的目標和需求，逐步建立以水環境容量倒推污水處理排放標準的思路。對于具有土地空間、具備建設人工濕地等自然生態處理方式的地區，應鼓勵將污水處理廠尾水經自然生態處理后達到準Ⅳ類，并作為生態景觀用水加以利用；對于經濟發達、干旱缺水、環境容量低、技術力量強的地區，可將污水處理廠排放標準直接提升到準Ⅳ類，并用于河道景觀、生態補水、市政雜用、工業用水等；對于經濟實力強、水資源豐富、水質型缺水地區，可在綜合分析污水處理廠提標、管網系統改造的技術經濟性基礎上，多管齊下，“廠、網、河”全方位提升；對于經濟實力薄弱地區，應把近期工作放在污水管網“控源截污、查缺補漏”上，全面摸清污水管網狀況，而不應盲目地把污水處理廠提標到準Ⅳ類放在優先位置。

微信對原文有刪減。原文標題：基于產污系數法測算城鎮污水處理系統的主要污染物削減效能提升潛力；原文作者：陳瑋、徐慧緯、高偉、趙曄、程彩霞、張曉亮、梁雨雯；作者單位： 住房和城鄉建設部城鄉規劃管理中心、中科院地理科學與資源研究所、住房和城鄉建設部信息中心、中國市政工程華北設計研究總院北京分院�？�登在《給水排水》2018年第7期。