污水收集和处理不充分的问题一直都是个国际性难题，根据联合国的资料，全世界80％以上的废水未经处理或再利用就流回了环境，这就给废水处理厂增加了相当大的负担。

 

　　结合三部委发布的《城镇污水处理提质增效三年行动方案》，提出要尽快补齐污水管网等设施短板，表明了我们当前面临的水环境中所面临的问题，早已不仅是污水处理厂等点源排放的问题，而是“厂-网-河”整个系统的问题。

 

　　对比我国与欧美等发达国家污水处理厂的进水COD浓度均值，我们的进水浓度仅有他们的40%-70%。

 

　　以美国为例，他们从1989年就开始系统治理合流制污水溢流（CSOs），经历了“六对策”、“九对策”（NMC，Nine Minimum Control Measures）和“永久对策”（LTCP，Long-Term Control Plan）等历史阶段，而我国从近几年才开始聚焦污水管网短板问题，所以在相关治理经验上值得我们思考与借鉴。

 

　　01 污水管网到底存在哪些问题？

 

　　污水管网系统的作用原理说起来很简单，无非就是将污水纳入管道并将其送至污水处理厂。

 

　　但实际过程中，由于污水管网大多埋于地面之下，我们看不见摸不着，等到发现进水浓度出问题或是下水道严重溢流的时候，往往问题都很严重了，许多不是污水的外水（雨水、河水、地下水）会混入污水管道中，造成污水处理厂超负荷。

 

　　据美国环境保护署（EPA, Environmental Protection Agency）统计，因污水管道错接、混接、漏接、管道破裂等原因导致下水道中外水入渗入流，全美每年至少有23000~75000个下水道溢水事件发生，加拿大、意大利、法国、澳大利亚、新加坡、韩国、日本等国也为预防下水道溢流带来的公共健康问题困扰多年。

 

 

　　污水管网常见问题图览

 

　　而我国现今有63%的污水处理厂水量负荷率超过80%，南方则是70%的处理厂超过80%，实际上，当水量负荷率超过80%，水量高峰时就可能存在溢流。甚至其中有24%的污水处理厂水量负荷率超过120%，收集管网存在经常性溢流。

 

　　除了容易造成溢流污染以外，我国污水处理厂还面临着进水浓度普遍偏低的问题。近两年全国污水厂平均进水COD浓度为280mg/L，但根据测试，居民小区总排口COD浓度均值大于400mg/L。这表明了在污水运送至处理厂的过程中，存在大量外水渗入和在管道内降解的情况，将宝贵的碳源消耗，造成污水处理成本上升。

 

　　再与欧美等国家相比，德国污水处理厂进水COD浓度为500-1000mg/L，美国污水处理厂进水COD浓度也约为850mg/L，对比之下，我国处理厂进水浓度只有欧美国家的40%-70%。

 

　　根据王洪臣老师的研究，由于我国污水管网系统存在的缺陷，2018年，全国城镇人口以8.3亿计，假设人口污染物当量80克COD，实际城镇污水处理量587.6亿立方米，污水处理厂进水年平均COD 280 mg/L，粗算只有67%的污染物被收集到处理厂进行了处理；如果人口当量按照120克COD计，则粗算仅有45%污染物被收集到处理厂，一多半污染物没有经过污水处理厂的处理。

 

　　02 发达国家排水管网政策与设施借鉴

 

　　下水道的历史其实非常悠久，但以前的下水道一般只是将污水送至附近的水体，真正的截留式下水道的出现最早出现在19世界50年代的欧洲。

 

　　但升级的排水系统并没有解决雨季城市内涝问题，美国、英国、德国等国家政府花了一笔又一笔资金，将水管加粗，并增加了泵站，但都没有解决城市溢流问题带来的困扰。

 

　　欧美污水处理厂流量特性

 

　　美国将城市溢流分为合流管网溢流（CSOs）和生活污水管网溢流（SSOs），CSOs问题主要发生在美国东北部和五大湖地区，主要是19世纪末和20世纪初建造的合流式污水系统中。当污水和雨水的总量超过系统的承载能力时，污水会直接排放到河水、溪流或沿海水体中。SSOs的发生则多是因为管网堵塞、破裂或故障,使雨水或地下水渗入系统，或是由于不当的运行和维修、设备或电力的故障以及人为的破坏。

 

　　而污水处理厂的进水流量通常包括污水基础流量（BWF，Base Wastewater Flow）和入渗流量及雨水入流量（I/I，Inflow & Infiltration）。美国EPA相关报告中将I/I区具体分为入流入渗量（RDII，Rainfall-derived Infiltration and Inflow）和地下水渗透量（GWI，Groundwater Infiltration），也就是说雨天污水处理厂进水流量分成三部分，即BWF 、GWI和RDII，其中BWF主要指来自住宅区、商业和工业的生活污水和生产废水，BWF与GWI共同组成了旱季流量（DWF，Dry Weather Flow）。

 

 

　　雨季污水处理厂进水流量组成

 

　　以美国田纳西州图拉荷马的污水厂为例，将每日进水流量和降雨量与进水BOD浓度进行比较（见下图，图中1mgd=3785.41m/d，1in= 2.54cm），说明雨季I/I和降雨对进水浓度存在一定的影响。从图中可以看出，降雨情形下，进水峰值流量受降雨影响较为明显，存在显着的雨水效应，也就是RDII周期，这期间污水厂承受短期的冲击性流量。

 

 

　　美国Tullahomat进水流量曲线

 

　　田纳西州根据进水BOD浓度的稀释程度，推测年总I/I量为329万m，约占总流量的68%，其中约30%的I/I可归因于干旱天气渗入。因此，通常欧美污水厂雨季设计流量一般是旱季的3～8倍。

 

　　国外溢流污水治理策略借鉴

 

　　开头提到过，美国EPA为了应对溢流污染曾制定了 “九对策”，提出要发挥污水厂存量设施的最大化处理能力，对雨季超量混合污水或峰值流量进行处理，要求对合流制管网雨季收集到的85%的流量进行处理，这样相当于控制CSOs溢流频次4～6次/年；对超量混合污水厂可采用“附加处理”措施。

 

 

　　EPA制定的九项溢流控制必要治理措施

 

　　紧接着在1995年，EPA又发布了应对溢流污染的 “永久对策”，总预算近2000亿美元，至今纽约和洛杉矶等大城市仍在执行中。其中针对城市雨水径流污染的控制与管理可总结为两大方面:

 

　　（1）通过技术性措施来控制污染

 

　　对源头控制，将雨水径流污染物从源头上控制在最低限度；

 

　　对污染物扩散途径的控制，通过研究雨水径流污染物输送和扩散机理，采取适当的措施，减少污染物排入地下或地表水体的数量；

 

　　终端治理，通过自然生态技术或人工净化技术来降解带入水体的径流污染物。

 

　　（2）非技术性的管理措施

 

　　采取的控制策略有三大突出共性：

 

　　强调源头控制；

 

　　强调自然与生态措施；

 

　　强调过程管理。

 

　　03 提升污水管网系统应对溢流的措施

 

　　源头控制

 

　　排水系统的源头控制主要是为了提升对污染物的收集与去除效率，包括消除污水收集处理设施空白区，逐步控制污水管网的I/I、实现清污分流，降低外水比例，降低管道运行液位，进一步提升管网的流速和污染物的浓度，提高脱氮除磷效率，以减少碳源、除磷等药剂的投加量。

 

 

　　雨水渗透带

 

　　另外，这几年海绵城市建设实践表明，通过“渗、滞”等源头控制设施在雨季对排水系统削峰、错峰方面也有明显作用，还能削减污水处理过程温室气体的排放并降低污水厂的运行能耗。

 

 

　　绿色设施在城市径流和下水道联合溢出中的控制过程