北極星水處理網訊:導 語：為貫徹落實國務院《水汙染防治行動計劃》確定的城市黑臭水體整治目標和工作要求，2015年9月，住建部和生態環境部兩部委共同制訂《城市黑臭水體整治工作指南》，明確提出「2020年底前，地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內；2030年，城市建成區黑臭水體總體得到消除」。2018年5月，習近平總書記在全國生態環境保護大會上強調：「要深入實施水汙染防治行動計劃，基本消滅城市黑臭水體，還給老百姓清水綠岸、魚翔淺底的景象」。2018年6月《中共中央國務院關於全面加強生態環境保護堅決打好汙染防治攻堅戰的意見》發布，要求「著力打好碧水保衛戰，保障飲用水安全，基本消滅城市黑臭水體」。2018年9月，住建部與生態環境部聯合發布了《城市黑臭水體治理攻堅戰實施方案》，明確要求「到2018年底，直轄市、省會城市、計劃單列市建成區黑臭水體消除比例高於90%，基本實現長制久清。到2019年底，其他地級城市建成區黑臭水體消除比例顯著提高，到2020年底達到90%以上」。
城市河道汙染成因及黑臭水體治理的關鍵
1.1 河道水體汙染的主要成因
大量汙染物排入河道導致水質惡化，入河汙染物耗氧速率高於河道復氧速率，嚴重時，河流從有氧環境轉化成厭氧環境，有機汙染物發生厭氧分解產生硫化氫和硫醇類等物質，水中鐵錳等重金屬還原成硫化亞鐵等，導致水體黑臭。
1.2 黑臭水體治理的核心問題
黑臭河流被稱為患癌症的河流，2015年2月，中央政治局常務委員會會議審議通過《水十條》，要求加快城市黑臭水體整治。截止至2016年，75%地級以上城市河流有黑臭現象，64%分布在東南沿海河網地區。
黑臭水體治理核心要從兩方面做起，一是減少排放側，有效方法包括減少汙水直排、控制雨天溢流汙染等，徐教授指出想要保證水質持續、穩定地改善，一定要重視雨天溢流問題；另一方面，要增加供給側，有效方法包括提高水體流速，讓河網水系流動起來，以提高水體中溶解氧含量，提升水體自淨能力。
近幾年，我國河道黑臭治理初見成效，主要工作包括拆除違章建築、清理垃圾、疏浚底泥、建設生態護坡、建設濱水景觀等，但是治理反覆、反覆治理問題也普遍存在，已成為我國黑臭河道治理頑症。
黑臭水體治理面臨的挑戰
中國城市建成區管網密度從1981年的3.17km/km²提高到2016年的10.61 km/km²。2016年，中國城市平均汙水處理率達到90%，東南沿海城市汙水集中處理率高達94%以上，達到世界領先水平。
根據環境公報，近20年來，我國汙水處理率高達95%，管網覆蓋率高達90%，但是，河道黑臭問題卻越來越普遍，究其原因，是混流式排水系統的普遍存在。混流式排水系統是指汙水管道接入了雨水系統，或是雨水管道接入了汙水系統，混流式排水系統對城市水環境造成較大汙染。
混流式排水系統導致了三類城市河道汙染問題，分別是管網高覆蓋情況下的城市水體黑臭問題、汙水高處理率情況下的城市水體黑臭問題、雨天管網溢流情況下的城市水體黑臭問題。這三類水體黑臭問題，不僅在中國存在，在其他發展中國家也普遍存在。
2.1 管網高覆蓋情況下的城市水體黑臭
中國城市排水管網覆蓋率達到90%以上，與歐美國家和日本相當，但城市排水管網密度遠低於日本、美國。中國城市排水管網密度2016年平均在10.6 km/km²，日本高密度地區城市排水管網密度2004年達到50km/km²，美國城市排水管網密度2002年平均在20-30 km/km²。
中國城市排水管網建設過程中，重視總管和幹管的建設，忽視收集管網的建設，這導致了很多汙水無法進入汙水管網，只能直排河道，造成了排水管網高覆蓋率情況下城市河道黑臭。
2.2 汙水高處理率情況下的城市水體黑臭
中國城市汙水收集處理率和歐美國家接近，但是，城市水體水質差距很大，大量地下水和雨水排入汙水處理廠，虛高了城市汙水處理率，高處理率數字背後隱藏了汙水未經處理直接排放的真相。
中國南方地區汙水管道中的地下水入滲比例可高達28-40%，地下水入滲量可達3800-6300m³/(km²·d)，而德國為1296m³/(km²·d)，約是德國的3-5倍。地下水入滲明顯降低了汙水處理廠晴天的進水濃度，中國汙水處理廠設計生活汙水進水COD是350mg/L，但是4000多座汙水處理廠中約有1000座進水COD在150mg/L以下，這個問題在中國南方城市更加明顯。
大量雨水非法進入城市汙水處理廠，大型汙水處理廠雨天平均進水量超過晴天平均進水量16-35%，最大值達到同期晴天進水量的1.7-2.2倍。雨水管道接入汙水處理廠的問題在中小城市更加嚴重，雨天汙水處理廠進水量高達晴天進水量的2倍以上。
2.3 雨天管網溢流情況下的城市水體黑臭
雨天黑臭治理最為困難，和城市管網種種問題密切相關。城市合流制排水管網在遠距離汙水輸送過程中，將近一半的汙染沉積在管道底部，雨天排水「零存整取」，河道受到衝擊性汙染。在中國南方地區，合流系統雨天排水時，COD高達1200mg/L，均值也高達540mg/L左右。合流制管道晴天汙水流速慢，汙染沉積，雨天排水，沉積物擾動泛起，初期雨水溢流汙染嚴重。
中國城市汙水管網建設滯後城市發展20餘年，為了解決這些區域的汙水排放，採取雨汙水混接等臨時性措施，時至今日，沒有實施改造，分流制排水系統雨汙混接嚴重，基本上沒有完全分流的系統。國內23個分流制系統的研究分析結果顯示，混接水量佔汙水量的比例平均約為26.2%，最高達70%。初期雨水汙染主要來源於積存的混接汙水。
2.4 城市河道黑臭的治理措施
排水管網混亂、截汙效率不高、雨天汙染嚴重等排水問題是中國河道汙染的頑症，對應的治理措施包括修復破損管網，提高汙水處理廠效能；完善收集管網，全面截除直排汙染源；防治合流管網沉積，調蓄溢流汙染；雨汙混接改造，末端旱流截汙和初期雨水快速處置。
水流不暢也是城市河道黑臭的重要成因，平原潮汐河網，上遊承納下洩汙染，下遊受到頂託，水流不暢，汙染迴蕩疊加，河流自淨能力較低，採用潮汐河網大氣復氧速率和水動力耦合調控技術進行治理。
黑臭水體治理的技術需求
城市排水系統的問題，是中國城市水環境水質一道繞不過去的坎，遲早都必須要面對，城市排水管網的完善與修復，未來8至10年間，將迎來上萬億元資金的投入。
由於人口密集，交通繁忙，高樓林立，中國城市管網問題的解決非常困難，地下勘察、地下修復、地下施工存在巨大技術需求，高密度城區修復破舊管網，遠比新建管網更加困難。
中國城市每平方公裡排水管網建設成本大約是720-1899萬元，中國城市汙水收集管網缺口超過三分之一，已建管網破損率將近30%。目前，許多與管網相關的企業業績良好，過去並不受重視的城市汙水管網，逐漸迎來產業風口。
3.1 雨汙混接改造
查明地下管網雨汙混接情況是進行改造的前提，因此需要建立混接汙染源的溯源與追蹤技術及河網汙染排放清單分析技術，開發地下管網探測與診斷的機器人。城市建成地區實施地面開挖進行雨汙混接改造可行性較低，溢流汙染末端快速淨化和攔截裝置，以及排水管網自動調度實現在線調蓄的開發很有必要，還可以研發串聯生物淨化技術應對分散汙染源。
3.2 破損管道修復
目前，我國採用的管道修復技術包括原位固化法、不鏽鋼套筒法、管片內襯、短管內襯、脹管法等。針對破損管網，地下管網缺陷探測和診斷儀器設備的開發十分迫切，非開挖管網建設和帶水修復技術急需引進。
3.3 沉積物清理
目前，國內沉積物清理基本採用人工疏浚，部分地區實施機械清淤。因此，水力自動衝洗技術、清淤汙泥處理處置技術、預防管網沉積技術有很大的需求空間。
3.4 低影響開發
建設綠色基礎設施，可以有效減少降雨徑流，從而減少管網的溢流汙染。研究表明，綠色基礎設施可以有效消除積水、減少溢流頻率、減緩沉積物衝刷、不用開挖，經濟、環境效益增強。傳統灰色排水設施和綠色排水設施的耦合設計與優化管理運行將成為主流技術。
3.5 智慧水務
基於數學模型的排水管網分析、傳輸模擬、優化管理和基於傳感器實時數據傳輸的管網、河網運營監控、數據推理、應急處置的智慧水務平臺開發，具有很大的發展前景。
小結
中國城市水體消除黑臭面臨的最大挑戰在於管網不完善、管網混接和管網破損，城市排水管網完善與修復是城市黑臭水體治理重點，管網問題解決，中國河道黑臭治理才能見到實效。
交流與討論
報告結束後，徐祖信教授與在座的技術人員進行了交流，對大家提出的合流制汙染控制、混流式排水系統改造、截留倍數選取、調蓄池設計、旋流分離技術等問題給予了細緻的解答。
總結
龔道孝副院長對報告會進行了總結，他首先對徐祖信教授帶來的精彩報告表示感謝，徐教授對城市河道汙染成因及黑臭水體治理的關鍵、面臨的挑戰以及技術需求的介紹，讓我院廣大技術人員收益匪淺。他指出應處理好海綿城市建設、黑臭水體治理、城市排水防澇、汙水系統提質增效四項工作的關係，提出要全面統籌、協同推進。海綿城市建設、黑臭水體治理、城市排水防澇、汙水系統提質增效都是落實習近平生態文明思想的重要舉措，目標都是推動城市高質量發展，促進城市品質提升和人居環境改善，核心都是從系統思維上提出解決水問題的方案。這四項工作的不同之處在於，海綿城市建設是城市發展理念和建設方式，黑臭水體治理和城市排水防澇解決的是具體城市水問題，汙水系統提質增效是針對性地解決管網覆蓋性不強、收集率不高和進水濃度低等問題。海綿城市建設、黑臭水體治理、城市排水防澇、汙水系統提質增效都要從城市規劃建設管理入手，實施對象包括城市河湖水系、市政管網水廠和泵站、建築小區、道路廣場、園林綠地等，治理的技術路線都可以按照「源頭減排、過程控制、末端治理」的思路進行。城市黑臭水體治理是一項複雜的系統工程，他指出未來黑臭水體治理的技術需求和市場前景，主要體現在系統方案編制、技術集成、智慧監測監管、長效機制建立等四個方面。
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