王凱軍：城市水環(huán)境管理與考核變化引起的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題
時(shí)間：2020-07-02 13:02
來(lái)源： JIEI創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室
作者：劉秋琳
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王凱軍：后黑臭河道時(shí)代水環(huán)境問(wèn)題的系統(tǒng)思考
我國(guó)城市水環(huán)境管理與考核的變化
王凱軍教授首先分析了我國(guó)正面臨城市水環(huán)境管理重大戰(zhàn)略轉(zhuǎn)折期，表現(xiàn)為四大趨勢(shì)：
從追求工程結(jié)果到關(guān)注環(huán)境效果的轉(zhuǎn)變：從監(jiān)控重點(diǎn)污染源到監(jiān)控河流斷面水質(zhì)的轉(zhuǎn)變；以前追求點(diǎn)源控制，實(shí)行河長(zhǎng)制以后，改為考察斷面水質(zhì)，而溢流污染跟斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)密切相關(guān)。
主控污染源類型的變化：由控制有機(jī)污染為主轉(zhuǎn)變?yōu)榈�、磷營(yíng)養(yǎng)元素的控制；下一階段COD不再是主要問(wèn)題，氮磷才是主要問(wèn)題。
從點(diǎn)源控制到面源控制的轉(zhuǎn)變：水污染控制主戰(zhàn)場(chǎng)由點(diǎn)源控制向流域綜合整治方面轉(zhuǎn)變；
從被動(dòng)防治到主動(dòng)修復(fù)的轉(zhuǎn)變：最為重要的轉(zhuǎn)變是由被動(dòng)防治，轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)生態(tài)修復(fù)和建設(shè)。特殊地區(qū)主動(dòng)追求與其經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展相適應(yīng)的更高的環(huán)境質(zhì)量。
今后相當(dāng)長(zhǎng)的一個(gè)時(shí)期內(nèi)城市面源污染控制將是重點(diǎn)方向之一。以通州為例，在現(xiàn)有情景下，一場(chǎng)中小型降雨，北運(yùn)河河道水質(zhì)COD迅速由30~40 mg/L升高至70~90 mg/L，要超過(guò)20天河道水質(zhì)才能完全恢復(fù)。整個(gè)夏季如果有多場(chǎng)降雨，那斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)就存在問(wèn)題了。以前是一個(gè)季度四次監(jiān)測(cè)，現(xiàn)在是連續(xù)監(jiān)測(cè)，可以看出汛期達(dá)標(biāo)率顯著低于非汛期。
我國(guó)排水體制與水環(huán)境目標(biāo)管理的不適應(yīng)性
我國(guó)排水體制已不適應(yīng)環(huán)境管理變化的需求。并非要評(píng)價(jià)分流制和合流制哪個(gè)好，哪個(gè)不好，而是目前我國(guó)既缺乏對(duì)分流制初期雨水污染的制度安排，也缺乏對(duì)合流制溢流污染的制度設(shè)計(jì)。初期雨水的污染毋庸置疑，據(jù)監(jiān)測(cè)，初期雨水污染物濃度遠(yuǎn)高于污水廠排放標(biāo)準(zhǔn)，而混合雨水污染物濃度仍然達(dá)不到水環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)。
從國(guó)際上看，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家大多數(shù)采取合流制。比如，英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)合流制都在70%左右，西班牙更是高達(dá)80%，德國(guó)科隆市合流制系統(tǒng)甚至占94%、日本東京合流制系統(tǒng)占90%以上。采用哪種排水系統(tǒng)跟降雨量也沒(méi)有關(guān)系。在歐美，降雨量400多毫米的城市有采用合流制的，1000多毫米的城市也有采用合流制的。
問(wèn)題在于我國(guó)的合流制跟國(guó)際上的不太一樣，我們的是溢流式合流制，而國(guó)際上的是截流式合流制。截流倍數(shù)比我國(guó)大的多，而且早在綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)之前就已經(jīng)對(duì)溢流污染有所考慮。合流制系統(tǒng)下，末端污水處理廠在旱季有一半設(shè)施是閑置的，專門用于處理雨季污水，其溢流的部分是可控的。而我們的設(shè)計(jì)理念是有限的截流，從理念上來(lái)講與國(guó)外不同。首先，國(guó)外對(duì)于溢流污染控制，根據(jù)水環(huán)境容量和水安全性考慮，主要是以懸浮物和大腸桿菌為主要控制指標(biāo)。是以控制此外經(jīng)計(jì)算，下一步我國(guó)哪怕采用2-5倍甚至10倍的截流倍數(shù)，對(duì)于Ⅲ類水、Ⅳ類水，根據(jù)我國(guó)從監(jiān)控重點(diǎn)污染源到監(jiān)控河流斷面水質(zhì)的監(jiān)管體制的轉(zhuǎn)變，溢流這部分不但COD超標(biāo)，在氮、磷上仍然是超標(biāo)的，是需要控制的。
《城市黑臭水體整治工作指南》中指出黑臭水體的整治應(yīng)按照“控源截污、內(nèi)源治理；活水循環(huán)、清水補(bǔ)給；水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”，這里說(shuō)的非常好，控源截污，但是什么源沒(méi)有控制�。课廴驹词鞘裁�？
新加坡，小區(qū)旱季零污水排放，污水處理廠進(jìn)水COD濃度達(dá)565mg/L。北京城區(qū)現(xiàn)在也能達(dá)到513mg/L，但是上海僅為280mg/L，廣州更甚，僅為181mg/L。綜合考慮用水量、排水量、進(jìn)水濃度以及理論排放當(dāng)量，可以推算出我國(guó)至少有40%-50%的COD損失了，這才是水體黑臭的根源。據(jù)報(bào)道在上海市城鎮(zhèn)污水處理率達(dá)到了94.3%的程度，但是發(fā)現(xiàn)有56%的污水直接或間接進(jìn)入了河道。
從全國(guó)來(lái)看，我國(guó)污水處理量逐年增加，但進(jìn)水濃度卻逐年降低，這使得污染減排工作大打折扣。這種濃度降低到底是什么原因？根據(jù)目前技術(shù)COD低濃度的情況發(fā)現(xiàn)，可按用水量區(qū)分，有以下三種情況：
如果收集的污水量小于用水量，說(shuō)明用水浪費(fèi)，管網(wǎng)建設(shè)落后；
如果收集污水量相當(dāng)，說(shuō)明有一半以上污水沒(méi)有收集，并且雨污不分；
如果收集污水量大，說(shuō)明管網(wǎng)破損嚴(yán)重。大數(shù)據(jù)顯示理論濃度應(yīng)該可以達(dá)到500 mg/L，但絕大多數(shù)城市都沒(méi)能達(dá)到這個(gè)水平。
根據(jù)我們的計(jì)算我國(guó)36個(gè)重點(diǎn)城市，其中有25個(gè)的COD漏損率超過(guò)50%，這直接導(dǎo)致我們過(guò)于樂(lè)觀地估計(jì)了我們的污水處理率，實(shí)際上可能有50%以上污水沒(méi)有接入到管網(wǎng)，這是最主要的一個(gè)問(wèn)題。
圖 36個(gè)重點(diǎn)城市污水處理量、COD削減量及COD遺失率對(duì)比（2017年）
以《北京市進(jìn)一步加快推進(jìn)城鄉(xiāng)水環(huán)境治理工作三年行動(dòng)方案(2019年-2022年》分析，其中第一個(gè)行動(dòng)計(jì)劃中提到2012年北京市污水處理率已經(jīng)達(dá)到了83%，目標(biāo)到2015年提高到90%，提高了228萬(wàn)方/天的處理量，然而花費(fèi)了300個(gè)億。上海的情況也與之類似。這究竟是什么原因造成的呢？
最主要的是沒(méi)有達(dá)到污水的全收集，這一定是第一位的原因。我們?cè)賮?lái)看其他原因，有的城市排污口已經(jīng)堵上了，旱季沒(méi)有溢流，但進(jìn)水濃度還是這么低。什么原因？因?yàn)槌练e？初步估算一下，四千多座污水處理廠，兩千多座的進(jìn)水濃度在150mg/L以下，如果是沉積起主要作用的話，起碼一半沉下來(lái)了，簡(jiǎn)單一算十來(lái)天管道就將積滿流不了水了。實(shí)際上還在流水，這說(shuō)明不可能完全是沉積問(wèn)題。綜合分析，主要還是污水的全收集問(wèn)題。
我國(guó)城市雨水溢流污染解決途徑
我們分析溢流污染主要有以下四種解決技術(shù)途徑：一是盡快建立雨污分離系統(tǒng)，二是建立海綿城市理念解決雨水問(wèn)題，三是擴(kuò)大合流制處理雨污水問(wèn)題，四是建立新型污水排放體系。三部委發(fā)布的《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019—2021年）》有三項(xiàng)重點(diǎn)任務(wù)：一、開(kāi)展污水管網(wǎng)排查，摸清底數(shù)是為了了解過(guò)去，二、管控管網(wǎng)建設(shè)工程質(zhì)量，是為了管好未來(lái)，三、強(qiáng)化污水管網(wǎng)建設(shè)，管網(wǎng)錯(cuò)混接改造，實(shí)施清污分流。這幾件事基本都停留在黑臭水體層面，對(duì)下一步的水環(huán)境質(zhì)量改善幫助不太大。
通過(guò)查閱年鑒上的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些年的雨污分流改造并不成功。管網(wǎng)建設(shè)使得雨水管道增加了二十多萬(wàn)公里，污水管道也增加了二十多萬(wàn)公里，但十多萬(wàn)的雨污合流管道卻一直沒(méi)有多大的變化，這些設(shè)施基本都在城市中心，很難改動(dòng)。在這種情況下，合流制溢流污染是繞不過(guò)去的坎。如果強(qiáng)勢(shì)進(jìn)行分流改造，按全國(guó)管道和污水處理廠基礎(chǔ)設(shè)施投入大概算一筆帳，全國(guó)污水處理廠建成形成了八千億的固定資產(chǎn)，而污水管道建設(shè)則需要近十萬(wàn)億資產(chǎn)，投資比達(dá)1:10，由此可見(jiàn)投資管道解決溢流污染問(wèn)題是一種經(jīng)濟(jì)效益比較差的投資方式。當(dāng)然，在新建城市或者管道普及不夠的地方建管道是合理的。
再來(lái)看海綿城市建設(shè)，30個(gè)海綿城市，平均每平方公里投資1~2個(gè)億，1平方公里按年1000毫米降雨那就是降解率100萬(wàn)方水的水資源問(wèn)題，平均3000方/日。這么發(fā)展下去全國(guó)海綿城市要達(dá)到40%建成區(qū)的話將是一個(gè)海量投資。國(guó)際上是在排水體制基本解決80%的溢流問(wèn)題之后，來(lái)搞綠色基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，我國(guó)排水體制還沒(méi)有解決基本問(wèn)題，就想用海綿城市來(lái)減少75%到80%的溢流。
大概統(tǒng)計(jì)一下，一個(gè)中等城市海綿城市是百億級(jí)投資，分流制改造是十億級(jí)投資，而合流制投入是一個(gè)億的投資，技術(shù)經(jīng)濟(jì)比選下肯定是合流制最佳。加拿大一個(gè)城市也做過(guò)系統(tǒng)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)海綿城市投資是最高的，完全分流是第二，而利用污水廠來(lái)提效的效益最高的。
圖 系統(tǒng)解決方案對(duì)比分析
充分利用已建成的城市污水基礎(chǔ)設(shè)施，濃度低反而是一個(gè)優(yōu)勢(shì)。我們要把壞事變成好事來(lái)解決中國(guó)的問(wèn)題。因?yàn)槲鬯幚碓O(shè)計(jì)原理非常簡(jiǎn)單，負(fù)荷與跟量和濃度的乘積有成正比。如果濃度低了一倍，也就意味著流量可以提高一倍�；蛟S有人會(huì)說(shuō)，流量多了水力條件也變了。其實(shí)，這跟里面的水力條件沒(méi)關(guān)系，因?yàn)楝F(xiàn)在的活性污泥系統(tǒng)內(nèi)回流、外回流等內(nèi)部已經(jīng)折騰到了3~4倍的流量。所以，如果我們能夠利用這一基礎(chǔ)設(shè)施，可能是一個(gè)非常好的方式，限制性因素僅僅是二次沉淀池。
新型城市排水系統(tǒng)建設(shè)的技術(shù)、政策和標(biāo)準(zhǔn)支撐
通過(guò)上述討論可以清楚的看出，解決CSO問(wèn)題是存在多條技術(shù)路線的，這樣就要強(qiáng)調(diào)治理頂層設(shè)計(jì)優(yōu)先，需要確定明確的路線圖。這不是三年五年可以做到的，需要二三十年的長(zhǎng)期規(guī)劃，應(yīng)該在政策、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范上都有配套措施。特別，跟國(guó)家污染減排體系(NPDES)排放許可證發(fā)放是有關(guān)的。在這點(diǎn)上我們要學(xué)習(xí)國(guó)際在標(biāo)準(zhǔn)制定方面的經(jīng)驗(yàn)，如美國(guó)點(diǎn)源污染發(fā)的許可證100萬(wàn)份，暴雨一期和暴雨二期許可證是幾百萬(wàn)份，很大比例的管理許可證是放在了公共設(shè)施的雨水排放點(diǎn)源污染上了。接下來(lái)我將提出一些具體的政策建議。
政策建議一：我國(guó)應(yīng)該盡快實(shí)行濃度限批，節(jié)水優(yōu)先，杜絕劣質(zhì)下水道工程。加快制定城市面源污染物排放標(biāo)準(zhǔn)或雨水污染物削減技術(shù)規(guī)范。
政策建議二：海綿城市的建設(shè)重點(diǎn)應(yīng)該是解決城市面源污染控制的最后一公里---提出精準(zhǔn)海綿建設(shè)的概念。海綿城市要抓，但是要精準(zhǔn)。根據(jù)國(guó)家地理信息系統(tǒng)，精準(zhǔn)利用地形、河道精準(zhǔn)建設(shè)海綿城市設(shè)施，結(jié)合儲(chǔ)存等灰色基礎(chǔ)設(shè)施有效解決CSO問(wèn)題。因?yàn)楹＞d城市理念是城建、交通、住房、水利等部門都要齊抓共管，要貫徹到不同部門的一系列標(biāo)準(zhǔn)上。舉個(gè)最簡(jiǎn)單的例子，馬路低于綠地是道路的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題，所以綠地不住水，通過(guò)馬路自然排下來(lái)了。要改變涉及道路設(shè)計(jì)、園林設(shè)計(jì)和衛(wèi)生等不同與水不相關(guān)的部門。
為了解決CSO問(wèn)題，我們?cè)谕ㄖ葑隽艘恍┭芯俊２扇杀兜牧髁吭谟晏鞗_擊5小時(shí)，其出水COD、氨氮、TN、TP并沒(méi)有什么影響，能承受五個(gè)小時(shí)以上沖擊。下一步我們想改為3倍流量再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在沉淀上解決問(wèn)題不只這一種方法，如果放給企業(yè)，他們會(huì)有很多的技術(shù)和方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。我們?cè)谕ㄖ莘治隹梢岳梦鬯畯S超負(fù)荷處理雨水，只要對(duì)沉降性采取一些促進(jìn)措施，雨季每天就可以多處理7.5萬(wàn)方。同時(shí)，污水處理廠現(xiàn)狀水塘13.5萬(wàn)平米，7-8米，容積100萬(wàn)立方米，如果僅僅利用20萬(wàn)立方米調(diào)蓄庫(kù)容存儲(chǔ)雨水。對(duì)于降雨量33mm可以實(shí)現(xiàn)全面控制，從而解決副中心雨水徑流污染問(wèn)題。整體效果超過(guò)目前海綿城市建設(shè)徑流控制率75%的要求。
政策建議三：我國(guó)應(yīng)該修訂城市污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)雨季超水力負(fù)荷處理，制定相應(yīng)的排放標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)同控制城市面源污染或雨水溢流污染。
昆明目前正在修訂城市污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)，且已經(jīng)形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，這是國(guó)內(nèi)第一個(gè)明確提出如果雨季達(dá)到1.3倍以上，雨季預(yù)留可以執(zhí)行最低標(biāo)準(zhǔn)。這等于在全國(guó)開(kāi)了一個(gè)口子，鼓勵(lì)雨季多處理雨水，并有相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)措施。我們從末端解決問(wèn)題，首先盡可能利用現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施、污水管網(wǎng)系統(tǒng)、處理系統(tǒng)等，特別是現(xiàn)在負(fù)荷嚴(yán)重不足的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，再來(lái)雨水調(diào)蓄，結(jié)合起來(lái)。這樣制定發(fā)展路線圖，可能還真需要20年以上的時(shí)間，我們才能徹底解決這個(gè)問(wèn)題。
