我国城市污水处理厂运行存在问题及解决对策研究？

~ 当前我国对生态文明建设重视程度空前，党的十九大将“增强绿水青山就是金山银山的意识”写入党章，将“美丽”作为社会主义强国目标的重要内容，水环境治理是其中最为核心的内容之一。城市污水处理厂作为治污基础设施之一，是治水工作的关键环节，其处理规模、处理水平等直接影响治水成效。
本文通过分析我国已建的上海白龙港、广州新华、宝鸡市高新区、通辽市污水处理厂，太湖地区、三峡库区污水处理厂的运行情况，发现其运行普遍存在运行负荷率较低、进水水质水量波动较大、出水水质难稳定达标等问题，通过深度剖析原因，科学地提出了针对性的解决对策，以期为我国城市污水处理厂的稳定运行提供参考，为水环境综合治理做出贡献为全面贯彻《水污染防治计划》，全国各城市先后开展黑臭水体整治工作。
城市污水处理厂在保障水环境安全方面发挥着重要作用，建设污水处理厂是解决城市水污染的重要手段。
“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划中提出，到2020年底，要实现城镇污水处理设施全覆盖，城市污水处理率达到95%，县城不低于85%。“九五”期间，我国重点流域水污染防治规划开始实施，城镇污水处理设施的建设和运行开始成为各地落实水污染物减排责任目标的主要途径。
在中央财政资金和相关政策的大力支持下，经过“十一五”、“十二五”的发展，我国污水处理厂建设取得了跨越式的进展，城镇污水处理厂的数量和规模迅速提升，城市污水处理能力不断提高。
统计资料显示，至2016年末，城市污水处理率达到93.44%，其中污水集中处理率89.8%。截至2010年，全国共有城镇污水处理厂2496座，较2006年相比提高了140%。到2016年末，城镇污水处理厂数量达到3552座，与2010年相比增加了29%。
但是，污水处理率与处理能力的持续提高与水环境污染依然矛盾突出。环保部公布的《2016中国环境状况公报》显示，全国地表水1940个监测断面中，仍有32%为IV类及以下水体。截止2017年底，住房与城市建设部和环保部认定的全国城市黑臭水体数量有2100个。
与此同时，污水处理厂排放标准不断提高，2015年发布的《水污染防治行动计划》明确提出，现有城镇污水处理设施，要因地制宜进行改造，2020年底前达到相应排放标准或再生利用要求;敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准，建成区水体水质达不到地表水Ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级A排放标准;到2030年，力争全国水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复。
由于我国城镇污水普遍存在着水质水量变化幅度大、碳氮比偏低、无机悬浮固体含量高、冬季水温低、工业有毒有害污染物冲击等突出问题，明显影响污水处理设施的正常运行，出水难以稳定达标。即使在达标排放的情况下，符合一级A/B标准的水质仍接近V类水(表1)，是水环境的重要污染源。
表1我国城镇污水处理厂排放标准主要污染物指标对比 单位:mg/L
一些城郊结合部因居民乱扔、乱排生活污水，对水环境也带来严重危害。为此，本文作者深入分析了我国南北方具有代表性的污水厂存在的问题及原因，并提出解决对策，以期为我国城市污水处理厂的稳定运行提供参考，为水环境综合治理做出贡献。
1存在问题及原因分析
1.1运行负荷率普遍较低，部分超负荷运行
根据住房与城市建设部2012年发布的《城镇污水处理厂运行、维护及安全技术规程》(CJJ60-2011)，城镇污水处理厂年处理水量应达到计划指标的95%以上。我国大部分地区的污水处理厂运行负荷率偏低，难以达到住房与城市建设部的要求。
辽宁省污水处理厂月均负荷在80%以上的仅占污水厂总数32%。通辽经济技术开发区污水处理厂现状水量未达到设计值，近一半处理设施闲置。广西城镇污水处理厂2010年负荷率达到60%以上的污水厂占总量的65%。三峡库区2014年176座污水处理厂的平均运行负荷仅为56.5%。
全国已建污水处理厂平均运行负荷率仅有65%～70%，远低于德国2008年污水处理厂平均运行负荷率95%。而一些城市由于经济发展迅速，人口数量增长过快，污水处理厂已超负荷运行，处理压力大。
污水厂处理设施负荷率低的主要原因是厂网建设不配套，污水管网覆盖率和收集率偏低。污水处理厂只有和排污管网配合使用，才能发挥治污作用。
由于污水厂建设相对简单、集中、建设周期短，管网建设相对复杂、牵涉面广、建设周期长，我国城市管理者普遍重建厂、轻管网、轻管理。
数据显示，截至2016年全国共有城镇污水处理厂3552座，与2010年相比增加了29%，排水管道长度仅增加了17%。配套管网与污水处理厂建设不同步，导致一些污水处理厂建成后面临无污水可处理的尴尬境地。
有些城市先期只建设了污水干管，由于资金不到位支管网建设推进缓慢。部分城市新建的管网存在诸多问题无法与已有干管接驳，如设计标高与已有干管不一致，已有干管积水堵塞等。
导致建成管网没有“织网成片”，污水收集率偏低。另一原因是污水厂设计规模与实际情况不符。由于部分城市对污水处理厂建设前期工作重视不够，对污水来源和收集缺少详细的规划和充分的论证，管网、泵站等辅助设施建设相对滞后，设计规模往往基于理论设计计算。在经济相对落后的地区，人均实际用水量和污染物排放量相对偏低，导致设计规模偏大，实际污水量不足。
而在一些发展较快的城市，随着经济的快速发展和居民生活水平的不断提高，污水产生量不断增加。污水厂设计规模滞后于人口经济增长速度，污水厂处理能力不足，出现超负荷运行现象。
1.2进水水质水量波动较大，与设计值不符
污水厂原水水质和水量是影响污水处理工艺运行稳定性的重要因素。我国城市污水厂进水水质水量波动较大，部分污水厂进水负荷波动幅度可达到-47%～4%。
上海白龙港污水厂进水BOD5日平均浓度波动范围为14～382mg/L，CODCr波动范围为96～824mg/L。昆明市合流制排水区域污水处理厂进水受雨季影响，悬浮物波动大。除了水质波动，一些污水厂进水水质有机物浓度与设计值有差异，严重影响了污水处理效果。
宝鸡高新区污水处理厂实际进水水质除NH3-N和TN外，其他各指标均高于设计值。宝鸡十里铺污水处理厂进水TP高于设计值外，其它各指标均低于设计值。
分析原因，主要是排水管网雨污分流不彻底、管网漏损、沿河截污冲击污水处理系统。我国老城市的排水体制一般为雨污合流制，后来部分城市改为截流式合流制。
合流制排水体制下，污水处理厂进水水质受多种因素影响。雨季时排水管网同时收集了生活污水和大量的雨水，引起污水厂水量的波动。
其中初期雨水污染物浓度高、污染严重，部分污染物指标高于旱季污水浓度，造成水质的波动。在我国，由于管网维护的不及时，老旧管网渗漏严重，地下水、河水及雨水的混入也直接影响了进入污水处理厂的水量、水质。
在一些南方地区，由于前端管网建设不完善，污水厂旱季水量偏小，需要抽取河道水;但在雨季，雨污合流管网的水量又远超过污水厂的处理规模，造成了旱雨季水质波动较大。
沿河截污系统对污水处理系统的冲击，是造成水质水量波动的又一原因。作为合流制改造过程中的过渡产物，沿河截污系统在一些南方城市较为常见。
该系统可极大程度地改善河流长期以来的黑臭状况，但也存在一些问题。系统雨季收集的合流水含有大量雨水，导致污水厂旱、雨季污水处理量逐年加大，污水处理厂雨季负荷普遍偏大。
而截污箱涵系统大部分尚未配备相应的末端处理设施，携带大量污染物的初小雨直接进入污水厂，造成水质波动，处理效果难以保障。
另外，我国处于经济快速发展阶段，区域经济差异明显。经济相对发达、人口密集地区的城市不断扩容，但实际扩容速度与规划往往不一致，致使污水增长量与污水厂设计规模不一致。
当污水量超过设计规模时，污水处理厂处于“吃不饱”状态，当设计规模超过实际处理需求时，又造成“大马拉小车”现象。
西北地区的污水处理设施则由于服务数量不足、管网配套差等问题处于“吃不饱”状态，这些都影响着污水处理厂的进水水质水量。
1.3出水水质难以稳定达标，NH3-N、TN超标
我国现有污水处理厂大部分执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准，其中执行一级A标准的占总数量的29.3%，执行一级B标准的接近60%。截至2016年底，我国仅有30%的污水厂尾水达到一级A标准，高达70%的污水处理厂排放标准达到或低于一级B排放标准。
大部分污水厂主要超标污染物为NH3-N、TN，上海市白龙港污水处理厂采用A2/O工艺，出水NH3-N一级B达标率仅有46%，TN一级B达标率68%。
三峡库区176座污水厂一级B达标率60.7%，通辽污水厂一级A达标保障率低于50%，宝鸡十里铺污水厂NH3-N、TN一级A达标保障率分别为42.4%、42.5%。
广州新华污水处理厂出水TN和NH3-N在1-3月份偶尔超标，不能稳定达到一级A标准。污水处理厂出水水质不达标，无法充分发挥效能，不仅降低了污水厂投资效益，也给污水厂运行管理带来困难，应充分引起运行管理者的重视。
工艺是污水厂处理效果的关键保障因素，我国城镇污水厂使用的工艺主要为普通活性污泥工艺、氧化沟及其改良工艺、A2/O及其改良工艺、SBR及其改良工艺、A/O及其改良工艺和曝气生物滤池(BAF)工艺，这六类工艺覆盖了全国90%以上城镇污水处理厂的主体工艺类型。
上述工艺具备脱氮功能，而实际运行中由于进水水质水量波动或与设计值不符、生物处理设施超负荷运行、碳源不足、碳氮比不足等原因，出水难以达到排放标准。
当污水处理厂进水BOD5、TN、TP浓度低于设计进水浓度时，从多方面严重影响污水处理效果。一方面，污水中BOD5浓度过低导致生物处理单元中的微生物所需有机物不足，影响反硝化阶段脱氮效果。
另一方面，进水污染物浓度偏低时生物反应池中曝气量高于微生物需求量。如不能及时调整曝气池曝气量，容易出现曝气过量，导致活性污泥沉淀分离效果较差。
除此之外，南方地区冬季缺少保暖措施，致使进水水温较低，不利于硝化反硝化细菌的生长，出水NH3-N、TN浓度无法保障。除了工艺方面的原因，污水厂的运行管理水平也对出水水质有重要影响。
污水厂的运行是一个复杂的过程，操作人员应在水质、环境条件发生变化的条件下，充分利用各种工艺的弹性进行适当调整，及时发现并解决问题。
操作人员除了要具备一定的物理、化学及微生物学方面的知识，还需了解污水处理基本知识、厂内构筑物的作用以及化验指标的含义及其应用等。
在国外，污水处理厂的运行通常由博士来实施。在国内，由于薪资水平等原因的限制，大部分污水厂的员工学历层次普遍偏低、技术素养不足，往往凭经验操作污水厂各工艺设施，严重制约和影响污水处理厂整体运行水平。
1.4其他问题
随着工业化、城市化进程的推进，城郊结合部生态环境问题日益凸显。这种“结合”是城市与乡村、农业与工业、农民与市民的结合，充满着一种不确定的、动态的过渡和转型。
城郊结合部的城中村建筑废弃物、生活垃圾四处堆积，居民乱排生活污水，流经的小河流颜色发黑，垃圾漂浮，污染严重。
如果不能得到有效控制，时时威胁着当地居民的健康。由于制度措施的不完善、管理不到位，使得城郊结合部出现这样的难题。工业园区的发展对经济发展的促进作用日益显著，但随之而来的环境污染也在加剧。
大型集中的工业园区一般都有污水处理厂，对大量的、中小型工业企业的废水，采用经预处理后与园区生活污水合并处理的方式，实际运营过程中也有不少问题出现。
一是实际水量与设计不符。在园区污水处理厂设计阶段，由于对发展规模预估不足，实际污水量超出污水处理厂处理能力。部分企业由于生产状况不稳定，使污水处理厂处理量不足。
二是实际进水水质与设计不符。实际入园企业的类型与规划不符，导致污水特征发生较大变化，使污水厂难以达标排放。
2对策与建议
2.1政府统筹规划，污水处理厂、管网建设同步推进
政府各部门应结合各自职能，协调一致，科学组织，实现污水处理厂的长效管理[11]。住建部门会同环保、发改委等部门，紧跟城市发展脚步，牵头编制污水处理厂、污水管网的统筹规划，以前瞻性思维规划和设计污水处理厂。
地方政府要制定政策推进污水处理厂的运营规范化，与物价、住建、财政等部门联合，因地制宜地研究制定与当地经济社会发展水平相适应的污水处理收费制度。
财政部门应增加对污水处理厂的资金投入，创新投资建设运营模式，提高污水厂运行人员的工资水平，从而吸引高水平、高素质的人才进行运行管理。环保部门要加强对污水处理厂出水水质的检查监督，对整治不力的要严肃查办。
2.2完善污水收集系统，实现水量浓度“双提升”
为充分发挥污水厂效能，要坚持厂网并举，将排水管网和污水厂作为一个整体建设。首先要加快新增污水管网建设，建成从“用户—支管—干管—污水处理厂”路径完整、接驳顺畅、运转高效的污水收集系统，提高已建污水厂运行负荷。
其次是要强化老旧管网改造，对漏损严重的管网、排水口、检查井进行维修，减少管道淤积，确保收集的污水水质、水量稳定。再者是要彻底进行合流制管网改造，难以改造的地区加快建设截流、调蓄等设施，减少雨季雨水对污水厂水量水质的冲击。
2.3源头分散处置初期雨水，减轻进厂污水量变化幅度
针对初期雨水影响进水水质水量问题，宜源头分散处置。从初期雨水的特点和国内外初期雨水处置经验来看，初期雨水应采用源头分散收集、分散处置等方式;初期雨水集中收集非常困难，主要原因在于若设置集中收集系统，上游初期雨水到达时，下游早已是干净的雨水，很难保证能够收集到20～30分钟前的初期雨水。
已建设初小雨收集系统的城市，应增设相应末端处理设施，减轻初小雨对污水处理厂的水质影响。有条件接入污水处理厂处理的，应论证污水处理厂具备接收条件后再接入。
2.4加强管网精细化管理，防患于未然
重视建成污水管网的日常管理与维护工作，加强管网的精细化管理[12]。首先是要加强日常巡查，对存量管网“修补测”、“定期体检”并加以修缮。
采用CCTV和QV手段对管道内部进行检测，掌握其病害的分布状况和程度，为管道修复提供基础。其次要实行定期清淤制度，保证污水管道正常通水。
目前大部分城市管道仍采用人工清淤，不仅工作环境恶劣，且效率低下，无法满足需求。可引进高科技清淤手段，如清淤机器人等，实现自动高效清淤。
再者，对排水管网数据进行信息化处理，建立污水管网水质在线监测系统等，实时掌握水质情况。当水质出现异常时可及时查出管段存在问题，并提醒污水处理厂采取有效应对措施[34]。
2.5优化污水处理厂服务范围，提标扩容
污水处理厂一般位于城市建设区，随着城市建设和城市更新的开展，城市污水量增长较快而污水处理厂或污水系统扩容困难的矛盾日益突出。
对污水厂超负荷运行的地区，通过服务范围的调整解决污水处理厂污水增量问题有着重要的意义。同时考虑提升污水处理厂处理能力，进行污水厂扩建。
按照GB18918-2015《城镇污水处理厂污染物排放标准(征求意见稿)》的要求，自2016年7月1日起新建污水处理厂和自2018年起敏感区现有城镇污水处理厂均执行一级A标准。
对排放标准较低污水处理厂改造，因地制宜合理选择改造措施，提高出水水质。提标改造路径一般包括水力改造、设备改造和工艺升级改造等，其中污水处理工艺改造是提高出水水质的关键。
TN和NH3-N主要通过生化系统处理去除，这两个指标是生化系统改造的主要目标污染物。TN的去除效果受制于进水碳氮比，由于我国大部分污水处理厂进水碳氮比偏低，可通过改进运行方式，合理利用内部碳源，或投加碳源的方式，提高反硝化能力。
当NH3-N不达标时，可在二级生物处理后增加曝气生物滤池。涉及具体项目时，按照“一厂一策、分门别类”的原则制定适宜的工艺方案。
2.6集散结合，统筹治水
城市主城区的生活污水应集中处理，通过建设完善污水管网将污水收集到污水处理厂集中处理。而在城郊结合部，有条件建设管网的城市应逐步完善管网系统，对污水进行集中处理。短期内无法建设管网系统的，应采取分散处理的措施。
分散式一体化污水处理装置，具有移动灵活、自动化控制程度高、处理效果好的特点，在城中村等分散式污水处理中已有大量应用，是解决城郊结合部水污染的有效措施。
工业园区污水厂存在的问题并不是一个企业的问题，需要改革和发展来解决，加大对污染源排放的控制力度，工业企业要严格执行相关法规，确保废水达标排放。
3结语
城镇污水处理及再生利用设施是城镇发展不可或缺的基础设施，是减少水体外源污染的重要手段，保障其安全、稳定、高效地运行，对于水环境治理具有十分重要的意义。
目前我国污水处理厂运行中仍存在一些问题，有的放矢地总结存在问题，可为今后污水厂科学化管理奠定基础。只有政府部门统筹规划，加强顶层设计，不断完善污水收集系统，加强管网精细化管理，进行提标扩容建设，才能充分发挥污水处理厂的环境效益，改善城市水环境质量，促进水环境治理成效的长久保持。

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