中國在水污染治理問題上已經(jīng)取得了顯著的進步。中國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2018年第二季度全國城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施建設(shè)運行情況通報顯示，截至2018年6月底，全國設(shè)市城市、縣（以下簡稱城鎮(zhèn)，不含其它建制鎮(zhèn)）累計建成污水處理廠3,802座，污水處理能力達1.61億立方米/日，成為全世界單日污水處理量最大的國家。然而，消除黑臭水體依然是巨大挑戰(zhàn)，同時中國污水廠面對日益嚴格的排放標準，也有很多問題尚待解決，其中一大問題是進水COD往往異常的低。中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會（CUWA）2017年發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，市政污水廠的進水COD平均值僅為267mg/L，南方地區(qū)的一些污水廠COD甚至低于100mg/L，而歐洲污水廠的進水COD一般在400-1,000mg/L。
表1. 中國各地區(qū)污水廠進水水質(zhì)和新加坡的對比（單位：mg/L）
中國大多數(shù)城市污水廠進水COD的C/N為7.5-8.8，屬于中等偏低的水平，而且有大量惰性固體組分。為了保留更多碳源用于脫氮除磷，許多污水廠都略去初沉池，而且有厭氧消化工藝的污水廠占比不到10%，因此大部分污水廠都要通過外加碳源滿足一級A的總氮標準（TN<10mg/L）。
進水COD濃度低也可能是由于污水管網(wǎng)存在滲漏問題，包括了外滲和內(nèi)滲。黑臭水體問題很大程度跟管網(wǎng)滲漏有關(guān)。專家認為，要解決黑臭水體問題，先要解決污水廠進水低濃度的問題，并且要對管網(wǎng)滲漏情況進行量化。國內(nèi)外水務(wù)專家就此進行了聯(lián)合研究，目的是開發(fā)出一套簡易的量化方法，探討管網(wǎng)滲漏對黑臭水體和污水廠運行的影響，最后提出相關(guān)建議。專家團包括新加坡PUB前首席專家的曹業(yè)始博士、荷蘭TU Delft的Mark van Loosdrecht教授，國際水協(xié)會前主席Helmut Kroiss教授和Glen Daigger教授、上海城市建設(shè)設(shè)計研究總院總工唐建國、北京排水集團楊向平原總經(jīng)理、中國水協(xié)排水委員會甘一萍秘書長、江南大學(xué)李激教授、中國土木工程學(xué)會水工業(yè)分會張悅理事長等。他們的報告發(fā)表在國際水協(xié)會的期刊《Water Science & Technology》上。
研究方法
研究人員將污水廠進水的氮磷濃度分解為三個來源，第一是人們?nèi)粘Ｉ钣盟a(chǎn)生的負荷，第二是污水管網(wǎng)的內(nèi)滲和外滲，第三是少量進入管網(wǎng)的工業(yè)廢水。此外，還有部分污水在管網(wǎng)里發(fā)生生物降解，這都會影響進水COD的濃度。
圖1. 污水下水道的內(nèi)滲外滲過程示意圖
研究團隊首先以新加坡為例，計算人均污水負荷值。結(jié)果顯示，新加坡的人均用水量為200L/天，假設(shè)內(nèi)滲率約10%（旱天），沒有外滲現(xiàn)象，COD在管網(wǎng)的降解率為10%，可以算得COD、氮和磷的個人負荷人別為121、9.7、1.0g/人/天。這些數(shù)值和奧地利、德國等歐洲國家?guī)缀跻荒Ｒ粯印?/div>
初步計算反映了中國污水管網(wǎng)存在嚴重的滲漏問題。在這次研究里，他們專門考察了北京、上海和廣州的情況，并和新加坡進行對比。下表是人均用水和滲漏對比的概況，統(tǒng)計的都是處理量在10萬m³/天以上的污水廠。
滲漏對水環(huán)境的影響
上表2統(tǒng)計顯示，中國污水管網(wǎng)的整體外滲率達39%，考慮到南方水位較高，他們認為外滲情況主要發(fā)生在北方，而南方以內(nèi)滲為主，致使進水濃度便低。但總的來說，這些外滲的COD和氮磷進入地下水或者地表水，導(dǎo)致黑臭水體的形成。這種擴散污染很難控制，而且其中形成的硫化物、硝酸鹽或亞硝酸鹽會進一步消耗可降解的COD。
另外，數(shù)據(jù)顯示上海污水廠COD的惰性顆粒組分超過30%，歐洲只為8-20%，VSS/SS比范圍在30-60%之間，低于歐洲的70%。具體參數(shù)見下表4。
作者認為，上述結(jié)果說明合理設(shè)計和運行下水道系統(tǒng)，對于保護水生環(huán)境、消除黑臭水體，以及確保污水廠可持續(xù)運行至關(guān)重要。北京的案例證明了“廠網(wǎng)一體化”管理策略的有效性。最近住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、發(fā)展改革委印發(fā)《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案(2019—2021年)》對下水道的修復(fù)技術(shù)做出了指示，應(yīng)該能加快污水管網(wǎng)系統(tǒng)的修復(fù)和完善。
對污水廠運行的影響
管網(wǎng)的滲漏問題使污水廠的運行表現(xiàn)偏離其設(shè)計能力。下水道系統(tǒng)的COD生物去除率高，使得進水COD/N比值偏低，平均在7.7-8.8之間，低于新加坡的11.2(表 4)。許多污水廠測得的進水VSS/TSS比率很低，約為30-60%，這表明固體的生物降解性較差。這是由于內(nèi)滲引入的許多細砂和黏土（直徑小于200µm）造成的，這些物質(zhì)來自土地開發(fā)和城市化發(fā)展。進水碳源短缺、生物降解性差，為了滿足氮磷的出水要求，必須外加碳源才能達標排放。這些細砂也占據(jù)了活性污泥池和厭氧消化管的空間，降低了處理效率和沼氣產(chǎn)量。作者認為目前移除初沉池和厭氧污泥消化的常規(guī)做法過于簡單，管理者需要根據(jù)當?shù)鼐唧w情況，對污水廠運行進行優(yōu)化。好文推送：工業(yè)污水的特征都有哪些呢？
七點建議
研究團隊的比較分析方法對中國下水道管網(wǎng)的滲漏進行了初步量化，總的來說40%的水量流失和50%的COD和氮磷外滲量十分驚人。這也反應(yīng)了管網(wǎng)問題確實和黑臭水體密切相關(guān)，同時也降低了污水處理廠的運行效率。他們指出，修復(fù)下水道管網(wǎng)的完整性，消除滲漏問題，能幫助中國從根本上解決黑臭水體的問題，實現(xiàn)城市可持續(xù)水管理的目標。對于日后應(yīng)該采取怎樣的措施，作者們列出了以下七點建議：
有四點建議是關(guān)于對管網(wǎng)滲漏調(diào)查的優(yōu)化：
1. 開展全國范圍的調(diào)查，評估對目前下水道 (以及部分雨水系統(tǒng)) 的滲漏情況。要達到量化的目的，調(diào)查要考慮旱天和雨天天氣、時間/空間條件的變化情況（例如一年里地下水位的變化），這樣有助了解表面現(xiàn)象背后的復(fù)雜機制；
2. 研究在當?shù)貤l件下，滲漏對水環(huán)境和黑臭水體的影響;
3. 研究內(nèi)滲地下水/河水與污水的相互作用、以及外滲污水和地下水/河水的相互作用，以及這些相互關(guān)系對水環(huán)境和COD在管網(wǎng)里的生物降解的影響;
4. 根據(jù)成本效益分析, 制定任務(wù)清單和替代方案，并列明優(yōu)先級，最終制定下水道系統(tǒng)的修復(fù)計劃，并予以執(zhí)行。
另外三點建議是關(guān)于如何在現(xiàn)有進水水質(zhì)條件下改善污水廠的運行表現(xiàn)：
5. 結(jié)合當?shù)厍闆r，評估當前污水水質(zhì)，尤其是可生物降解和惰性固體的組成比，因為了解進水特性是污水廠設(shè)計和運行必不可少的首要任務(wù)。
6. 評估現(xiàn)有工藝單元的運行效率，特別是沉砂池和生物處理單元。分析并確定對污水廠進行升級或改造會遇到的瓶頸問題。
7. 根據(jù)目前的進水特性，對各單元/工藝開發(fā)一套合理的、一體化的設(shè)計指南，尤其是那些滲漏情況嚴重的地區(qū)。
