6月13日，在“2020（第十八屆）水業(yè)戰略論壇”上，中國人民大學(xué)教授、博生導師、環(huán)境學(xué)院副院長(cháng)、低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣以“城鎮污水處理：回歸問(wèn)題本質(zhì)，精準提制增效”為主題進(jìn)行了分享。

王洪臣

王洪臣首先表示，提質(zhì)增效是污水處理行業(yè)當前乃至今后一個(gè)時(shí)期的中心任務(wù)，中央和地方都有許多舉措，但提什么、增什么，提質(zhì)增效的最佳路徑是什么，一直是個(gè)討論熱點(diǎn)。他說(shuō)，十九大報告提出的三大攻堅戰，一是防范化解重大風(fēng)險，二是精準脫貧，三是污染防治。精準扶貧的“精準”二字，用到污染防治上也很貼切，而用到污水處理提質(zhì)增效上則尤為必要。王洪臣提出，城鎮污水處理行業(yè)應找準低質(zhì)低效的本質(zhì)原因，精準提質(zhì)增效。

王洪臣認為，治理水污染、改善水環(huán)境、恢復水生態(tài)，關(guān)鍵在污水處理。無(wú)論是城市黑臭，還是流域性水污染，主要是污水收集不徹底、污水處理不徹底。

那么，我國目前污水處理做得怎么樣？王洪臣介紹，2008～2018十年間，全國污水處理能力翻了一番，是一個(gè)了不起的成績(jì)。截至2018年，全國排水管道超過(guò)100萬(wàn)公里，污水處理能力超過(guò)2億立方米/日，形成了“100+2”的污水收集處理能力，成為中國水污染控制的基本物質(zhì)基礎。但是，他表示，這個(gè)系統還沒(méi)有充分發(fā)揮應有的環(huán)境效益，還要提質(zhì)、要增效。

他說(shuō)，城鎮污水處理低質(zhì)低效突出表現在兩個(gè)方面：第一，污染物收集處理率低，大量污染物進(jìn)入水體，導致黑臭；第二，污水處理過(guò)程資源消耗大，導致成本高，且產(chǎn)泥量大。只有充分認識產(chǎn)生這兩大問(wèn)題的本質(zhì)原因，才能找到提質(zhì)增效的最佳路徑，實(shí)現精準提質(zhì)增效。

污染物收集處理率低

1.污染物收集處理率有多低？

污染物收集處理率是指收集到污水處理廠(chǎng)予以處理的污染物占污染物產(chǎn)生量的比率。王洪臣介紹，2018年，全國城鎮人口以8.3億計，假設人口污染物當量80克COD，實(shí)際城鎮污水處理量587.6（497+90.6）億立方米，污水處理廠(chǎng)進(jìn)水年平均COD 280 mg/L，粗算只有67%的污染物被收集到處理廠(chǎng)進(jìn)行了處理；如果人口當量按照120克COD計，則粗算僅有45%污染物被收集到處理廠(chǎng)，一多半污染物沒(méi)有經(jīng)過(guò)污水處理廠(chǎng)的處理。

2.沒(méi)進(jìn)入污水處理廠(chǎng)的污染物去了哪里？

“分析清楚原因，才能對癥下藥，才能精準提質(zhì)增效?！?

王洪臣提出，第一，由于管道錯接、混接、漏接，部分污染物隨污水直排水體。通過(guò)這個(gè)途徑（SSOs），美國每年約有2億立方米污水直接排入各類(lèi)水體，中國一年排了多少？目前并不清楚。他表示，要認真開(kāi)展管網(wǎng)普查，要予以糾正，要雷厲風(fēng)行。

第二，由于污水處理廠(chǎng)超負荷，部分污染物只能隨污水排入水體。王洪臣調研了全國470多個(gè)污水處理廠(chǎng)，63%的污水處理廠(chǎng)水量負荷率超過(guò)80%，南方則是70%的處理廠(chǎng)超過(guò)80%，實(shí)際中，當水量負荷率超過(guò)80%，水量高峰時(shí)就可能存在溢流。進(jìn)一步分析，24%的污水處理廠(chǎng)水量負荷率超過(guò)120%，收集管網(wǎng)存在經(jīng)常性溢流。這些數字說(shuō)明，我國污水處理設施能力還遠遠不足，本已收集起來(lái)的大量污水因處理能力不足而繼續排入水體。

第三，由于合流制溢流（CSOs），部分污染物隨雨污水進(jìn)入水體。下雨時(shí)污水量增加的都是合流制，因此合流制是個(gè)普遍狀態(tài)。王洪臣表示，理論上，分流制適于建設密度低的中小城市，合流制應是大城市的首選排水體制，同時(shí)要提高截留倍數，否則就會(huì )產(chǎn)生嚴重的溢流污染。南方城市降水量大、管網(wǎng)入流入滲（I/I）以及河水倒灌等特征加劇了合流制溢流污染。放眼各地的城市水環(huán)境，不下雨時(shí)看得過(guò)去，有的城市還真有“水清岸綠、魚(yú)翔淺底”的景象，但“一下雨就回到解放前 ”也是普遍常態(tài)，致使辛苦獲得的治理效果瞬時(shí)大打折扣。美國從1989年開(kāi)始系統治理CSOs ，經(jīng)歷了“六對策”、“九對策”和“永久對策”（LTC）等歷史階段，雖然成效顯著(zhù)，但目前每年合流制污水溢流量仍達到37億立方米。美國“六對策”和“九對策”各持續了大約五年，屬于“雷厲風(fēng)行”，而“永久對策”（LTC）則屬于“久久為功”，總預算近2000億美元，紐約和洛杉磯等大城市仍在執行中。我國目前還沒(méi)有合流制溢流（CSOs）污染控制的政策、規劃以及技術(shù)對策，應盡早展開(kāi)部署。

第四，部分污染物在排水系統被降解。王洪臣研究團隊針對23個(gè)城市進(jìn)行了測試，發(fā)現居民小區總排口COD濃度都大于400mg/L，但近兩年全國污水處理廠(chǎng)進(jìn)水COD濃度年均值280mg/L左右。這些減少的污染物去了哪里？王洪臣表示，一少部分在化糞池中被降解更多的則沉積在管網(wǎng)并最終被厭氧降解。污染物在管網(wǎng)的沉積降解，導致COD延程降低，但氮磷基本沒(méi)有變化，造成污水處理過(guò)程碳氮比失調，需要投加外碳源，增加處理成本。

王洪臣表示，他的團隊通過(guò)中試模擬發(fā)現，污水中硫酸鹽在厭氧條件下發(fā)生硫酸鹽還原反應，生成硫化氫，這個(gè)過(guò)程大量消耗有機碳。另外，管道的結構、污水流速以及在管網(wǎng)的停留時(shí)間都決定著(zhù)污染物沉積和降解。他介紹，我國下水道普遍采用方涵和圓管，流速慢，停留時(shí)間長(cháng)，增大了污染物的沉積和降解。歐洲普遍采用的結構形式是倒馬蹄形，具有“小流量速度不減、大流量仍可通過(guò)”的特點(diǎn)，有機污染物在管網(wǎng)損失較少。

歐洲倒馬蹄形結構的下水道

在水資源豐富的河網(wǎng)地區，污水COD濃度在管網(wǎng)中沿程下降最多。一是由于入流入滲（I/I）嚴重，加上河水倒灌，COD被稀釋?zhuān)欢菫闇p少地下水進(jìn)入，泵站通常保持高水位運行，這樣就增大了污水在管網(wǎng)的停留時(shí)間，更易沉積及厭氧降解，因此這些地區碳氮比失調問(wèn)題也更加嚴重。在河網(wǎng)地區，解決河水倒灌可以“雷厲風(fēng)行”，而減少地下水入流入滲（I/I）則屬于“久久為功”，是個(gè)長(cháng)期任務(wù)。

3. 提質(zhì)增效優(yōu)先序？

綜合以上分析，王洪臣表示，針對污染物收集處理率低，應優(yōu)先實(shí)施投入不大但效果明顯的提質(zhì)增效措施，具體包括：在對管網(wǎng)全面普查的基礎上，糾正管網(wǎng)的錯接、混接、漏接，把直排的污水接入處理廠(chǎng)；對超負荷污水處理設施予以改擴建，提高現有設施處理能力；采取低投入對策降低合流制溢流。這些對策屬于“雷厲風(fēng)行”。另外一些提質(zhì)增效對策投入大、工期長(cháng)，需要從長(cháng)計議，系統規劃、逐步實(shí)施，具體包括：建設綠色基礎設施（海綿），控制溢流污染；建設溢流控制設施，提高截留倍數；控制管道的入流/入滲（I/I）。這些對策只能“久久為功”。

污水處理資源消耗大

1.污水處理過(guò)程資源消耗有多大？

王洪臣認為主要有投資大、占地大、能耗高、物耗高等幾個(gè)方面。目前，我國在污水處理方面的投資已超過(guò)6000億人民幣，消耗城市土地超過(guò)30萬(wàn)畝，能耗接近全社會(huì )總電耗的1%，年消耗各種藥劑超過(guò)10015萬(wàn)噸。問(wèn)題是，這些資源消耗是否為必需？答案肯定是否定的，污水處理過(guò)程存在巨大提質(zhì)增效潛力。

2. 低質(zhì)低效的主要原因在哪里？

王洪臣的團隊隨機調查了全國467座污水處理廠(chǎng)（約占總數量的10%，總規模的25%）的主要運行工況，發(fā)現目前相當一批污水處理廠(chǎng)運行工況極其不合理，與可持續運營(yíng)的理念相距甚遠，一批處理廠(chǎng)面臨運營(yíng)困境。王洪臣建議，應分析原因，找到對策，擺脫困境，走向可持續運營(yíng)之路。 

調研的472座污水處理廠(chǎng)分布

第一，生物系統污泥濃度（MLSS）過(guò)高。調研發(fā)現，67%的污水處理廠(chǎng)MLSS大于4000mg/L，約30%的處理廠(chǎng)MLSS大于6000mg/L。MLSS過(guò)高將導致一系列后果：電耗升高（為滿(mǎn)足曝氣與攪拌的需要）；曝氣器堵塞，降低曝氣效率，進(jìn)一步增大電耗；污泥沉積，減少有效池容，影響處理效果；增大二沉池固體負荷，增大出水SS，嚴重干擾后續深度處理；增大污泥流失導致系統崩潰的風(fēng)險。

造成MLSS過(guò)高的原因有哪些？首先，由于污泥活性太低，不提高污泥濃度，出水氨氮將超標；由于缺氧段太短，只能通過(guò)提高污泥濃度盡量提高脫氮效率。另外，污泥沒(méi)有出路也是重要原因。污泥運不出去，只能暫時(shí)存在系統中。第二，生物系統污泥活性（MLVSS?MLSS）太低。調研發(fā)現，61%的污水處理廠(chǎng)MLVSS/MLSS小于0.5，約30%的處理廠(chǎng)MLVSS／MLSS低于０.４。污泥活性太低的后果：在同樣污泥濃度時(shí)處理效果降低；電耗升高（為滿(mǎn)足攪拌的需要）；曝氣器堵塞，降低曝氣效率，進(jìn)一步增大電耗；污泥沉積，減少有效池容，設備磨損嚴重，大修理成本提高；降低污泥在二沉池的 “網(wǎng)捕作用”，增大出水漂浮絮體，干擾后續深度處理。

污泥活性（MLVSS／MLSS）調研結果

污泥活性太低的原因有哪些？首先原因是污水預處理系統（格柵和沉沙）效果太差，約有一半渣砂進(jìn)入后續處理單元；另外的原因是，我國90%以上的污水處理廠(chǎng)沒(méi)有建設初沉池，穿透預處理系統的渣砂直接進(jìn)入生物處理單元并逐漸積累。第三，生物系統污泥沉降性能（SVI）太差。污泥ＳＶＩ在８０～１２０時(shí)沉降性能最佳。調研發(fā)現，只有３６%的污水處理廠(chǎng)ＳＶＩ在８０～１２０范圍內，５２％的處理廠(chǎng)ＳＶＩ小于８０，２１％的處理廠(chǎng)ＳＶＩ小于５０。SVI大于120，屬于微膨脹；SVI小于80，則網(wǎng)捕作用消失，出水水質(zhì)仍然變差。

污泥沉降性能調研結果

污泥沉降性能太差的后果：SVI太低，污泥在二沉池的”網(wǎng)捕作用“變差，大量生物絮體隨出水流失，干擾后續深度處理；SVI太低，污泥處于微膨脹或膨脹狀態(tài)，污泥界面上升，導致污泥流失風(fēng)險，目前不是主要問(wèn)題。

污泥SVI太低的原因有哪些？與活性低的原因相似，主要是預處理系統（格柵和沉沙）效果差，大量渣砂進(jìn)入生物處理單元。另外，污泥濃度ＭＬＳＳ高，污泥齡（SRT）大，也是ＳＶＩ低的重要原因。第四，深度處理系統反沖洗回流量太大。反沖洗回流量太大的后果：大量反沖洗水回到工藝首端，浪費提升能力；大量反沖洗水回流至曝氣池，減少構筑物的實(shí)際水力停留時(shí)間，降低處理效果；大量反沖洗水回流至曝氣池，增大二沉池水力表面負荷，使二沉池普遍不足問(wèn)題更加突出；大量反沖洗水最后還要重新回流至深度處理的過(guò)濾系統，增大濾速，減少實(shí)際過(guò)濾能力。

反沖洗回流量太大的原因有哪些？首先，二沉池出水SS或生物絮體增大，導致過(guò)濾單元堵塞頻率增加；其次，水力負荷太大，導致過(guò)濾單元堵塞頻率增加；再者，同步化學(xué)除磷投加藥劑量太大，在濾池沉積；最后濾池承擔污染物負荷太高，例如，加到反硝化濾池的硝酸鹽量太大，導致生物堵塞。

第五，各種藥劑投加量過(guò)大。過(guò)量投加的藥劑包括為生物脫氮投加的外碳源、為化學(xué)除磷投加的無(wú)機混凝劑以及各種污泥脫水調理藥劑。為什么說(shuō)是過(guò)量投加？對于脫氮，沒(méi)有充分利用內碳源就盲目投加外碳源，投加的一大部分外碳源是用于消耗過(guò)量曝氣的氧，這是個(gè)巨大的惡性循環(huán)。對于除磷，不調整優(yōu)化生物除磷，直接用大劑量除磷藥劑保證出水，影響了污泥活性，增加了反沖洗水量，還增大了污泥量，是個(gè)多重惡性循環(huán)。

3.提質(zhì)增效優(yōu)先序？

王洪臣總結污水處理過(guò)程的提質(zhì)增效說(shuō)，，每個(gè)污水處理廠(chǎng)差別都比較大，原則上應因廠(chǎng)施策地提質(zhì)增效。但是，預處理對渣砂去除效果差，大量渣砂進(jìn)入生物系統造成低效是普遍狀況，應采取一切必要手段，將渣砂在源頭全部去除，這里蘊含著(zhù)一塊巨大的運營(yíng)優(yōu)化潛力。另外一個(gè)普遍狀況是過(guò)曝氣，雖有許多客觀(guān)原因，但在確保耗氧指標達標的前提下，優(yōu)化調整曝氣量，既可降低外碳源投加量，又可降低出水的氮磷指標，提質(zhì)增效潛力很大。

最后一句話(huà)做個(gè)總結，收集系統需要提質(zhì)增效，處理系統也需要提質(zhì)增效。污水處理行業(yè)要在分析清楚低質(zhì)低效原因的基礎上進(jìn)行精準提質(zhì)增效。謝謝大家！