东莞市众源环境投资有限公司 东莞 523123
摘要：城市水体黑臭是我国最突出的环境问题之一。城市黑臭水体治理是一项长期的系统工程，受地域、环境、经济、历史遗留等多因素制约，导致“反复治理、治理反复”。本文通过对城市水体黑臭原因分析，探讨适合城市黑臭水体治理的路径。
关键词：城市黑臭水体；制约因素；水体黑臭原因；治理路径
The Discussion of Urban Black Smelly Water Treatment
Shao Ping1
(1.Dongguan ZhongYuan Environmental Investment Co.Ltd.523123)
Abstract：Urban Black Smelly Water is one of the serious environmental problems in our country nowadays. The proper treatment for urban black smelly water is a systems engineering，restricted by many aspects such as region、environment、economics、history and so on. Because of the complexity of urban black smelly water，the treatment result is unstable. This article is based on the analysis of the causes of urban black smelly water，in order to found out a proper solution for urban black smelly water.
Keywords：urban black smelly water；restricted aspects；causes of urban black smelly water；proper solution
前言
改革开放以来，我国城镇化进程飞速发展，城市人口比例从1978年不足20%到2018年增长为约60%，城市人口达到8亿人，我国城市水系单位面积的污水排放量是欧美城市的3~4倍[1]。我国城市开发强度较欧美发达国家城市高，人口密度大，单位面积污水排放量大，城市开发强度如图1所示：
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图1 世界重要城市开发强度①
自上世纪90年代开始，我国政府大力推动城市污水治理基础设施建设，到2016年，我国城市的平均污水处理率达到90%，与欧美国家污水处理率相近，东南沿河城市污水集中处理率高达94%，达到世界领先水平；我国城市建成区污水收集管网密度从1981年的3.17km/km2提高到2016年的10.61km/km2。
但是，我国城市重污染水体依然保持在9%左右，大部分集中在经济发展和污水治理较为领先的东南沿海地区。城市水体黑臭是当今我国最突出的环境问题之一。2015年4月《水污染防治行动计划》发布，将城市黑臭水体治理作为一项重要任务，要求到2020年，全国地级及以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。2018年5月，生态环境保护大会把消灭城市黑臭水体作为实施水污染防治行动计划的重要内容。2018年6月《关于全面加强生态环境保护，坚决打好污染防治攻坚战的意见》发布，对城市黑臭水体治理等“五大水相关战役”作出详细规定。
一、城市水体黑臭原因分析
（一）城市污水收集管网不完善
我国城市排水管网覆盖率已经达到90%以上，与欧美国家和日本相当，但收集管网不完善，城市排水管网密度远远低于日本、美国等城市。日本城市排水管网长度在2004年已达到35万km，排水管网密度一般在20~30km/km2，高密度城区可达50km/km2；美国城市排水管道长度在2002年约为150万km，城市排水管网密度平均在15km/km2以上。截至2015年底，我国城市排水管道长度总量达到54万km，城市排水管网平均密度约10.61km/km2。我国城市排水管网建设过程中，往往只注重总管和干管的建设，忽视了截污次支管网的建设，众多污染源无法纳入污水管网，只能直排入河，造成管网高覆盖率情况下城市河道受纳了大量污水导致黑臭。
（二）城市排水体系以合流制为主
随着城镇化进程，我国城市水体尤其是城市内河涌，其两岸逐渐硬质化甚至加盖变成暗渠，灌溉、景观等天然属性消失，主要是用于收集流域内雨水系统的排水以及行洪。
我国城市污水管网建设滞后城市发展20余年，率先发展的中心城区在城市污水管网未普及的情况下，为了解决这些区域的污水排放，采取了雨污水混接等临时措施，将污水接入了城市雨水管网。在近20年建设污水管网过程中，由于地域、规划、建设、监督监管、历史等多元因素，部分污水管道和雨水管道混接、错接，污水通过雨水管道进入城市内河涌，导致水体黑臭。根据资料显示，我国东部城市23个分流制排水系统雨污混接情况的调查结果，排入雨水管道的污水量占服务范围总污水量的平均比例约26.2%，最高达70%[1]。；另外，我国城市住宅的阳台排水体系是为了排放雨水，但实际上大部分家庭会将洗衣机安装在阳台，洗涤废水直接排入城市的雨水管道，最终流入城市水体。
在截污次支管网建设的过程中，针对雨污混接的排污口普遍采用截流井做法，如下图2所示：
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图2 截流井做法示意图
上述针对雨污混接的排污口的做法，可以在晴天对雨水管道内的污水进行截流，但存在如下问题：
1.雨天大量雨水进入污水管道，增加了污水处理厂处理负荷；
2.雨天大量雨污混合水进入受纳水体，造成水体黑臭；
3.晴天污水在雨水管道内流速低，造成大量悬浮物沉积，在雨天内随着雨水冲刷进入河道。资料显示，我国典型污水处理厂进水中溶解性污染物之一的氨氮浓度与美国南加州污水处理厂进水氨氮浓度相当，其平均值甚至高于欧洲的数值，但是悬浮物浓度却相差约100mg/L。生化需氧量、悬浮物平均浓度分别为这些国家污水处理厂进水浓度的74.3%、62.6%，说明我国城市合流制排水管在污水输送过程中，将近1/3的颗粒态污染物沉积在管道内[1]。
（三）污水管道破损导致地下水渗入量较大
截至2015年底，我国城市排水管道长度总量达到54万km，其中26.1万km排水管网的使用时间在10年以上。由于污水腐蚀、侵蚀、冲刷、沉积及地面荷载影响，污水管道破损严重的问题在我国城市普遍存在。敷设在地下水水位以下的排水管道，地下水进入污水管网，挤占了污水管网的输送容量，降低了污水处理厂的进水浓度，我国4000多座污水处理厂中约有1000座进水有机物浓度在150mg/L以下，污水处理厂设计生活污水进水有机物浓度是350mg/L，两者相比说明污水处理厂处理的并不全是污水。我国南方城市这个问题更加明显，南方污水管道地下埋深一般3~5m，深的达到7m，低于地下水位，如果管网不防渗，地下水就会渗入管网。
德国柏林Wassmannsdorf (瓦斯曼多夫) 污水处理厂2016年的进出水浓度如下图3所示：
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图3 德国柏林Wassmannsdorf (瓦斯曼多夫) 污水处理厂的进出水浓度②
大量地下水渗入污水主干管道，导致污水处理厂负荷增加；污水污染物浓度下降，污水处理厂的处理效率降低；地下水挤占了主干管输送容量，管道满管状态又会导致截污次支管网的污水无法进入主干管，进而直接排入河道导致水体黑臭。我国城市虚高的污水处理率同时，是大量污水直排入河的现状。
二、城市黑臭水体治理路径探讨
根据上述城市黑臭水体成因的分析，城市水体黑臭主要原因是污水没有进入污水管道却进入水体，而水体没有环境容量稀释、消解污染物所致，因此解决污水直排入河是解决城市水体黑臭的根本，而解决污水直排入河关键在于提高城市排水管网服务质量与效率。对于有环境容量，有干净水源补给的城市水体，不在本文探讨范围内。
（一）在现有污水管道系统上提质增效
2019年4月29日，住房和城乡建设部、生态环境部、发展改革委联合发布了《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2022）》，提出了提高城市排水管网服务质量与效率的路径。
1.依法建立市政排水管网地理信息系统（GIS），实现管网信息化、账册化管理。根据管网特点、规模、服务范围等因素确定人员配置和资金保障，积极推行污水处理厂、管网与河湖水体联动“厂-网-湖”一体化，专业化运行维护，逐步完成管网混接、错接的排查与改造，实现雨污分流。
2.健全管网建设质量管控机制，从设计、施工、监理、质量监督、管材质量等多方面确保排水管道的施工质量，从源头减少渗入管道的地下水水量。
3.完善河湖水位与市政排口协调制度，合理控制河湖水体水位，防止河湖水倒灌进入市政排水系统，挤占污水输送容量。
4.加大宣传力度，引导公众自觉维护雨水、污水管网设施，不向水体、雨水口排污[3]。以海口为例，2018年10月颁布了《海口市住宅小区阳台污水排放整治总体方案》，计划用4年时间，截至2022年8月基本完成既有住宅小区阳台污水排放整治工作。
5.利用水下机器人等高科技技术，对重点城市区域污水管道进行常态化清淤。
6.利用套管、高分子内衬材料对地下水渗入严重的管道进行修复；对破损严重的管道进行更新。
（二）完善排水系统
1.深隧排水系统。对于城市建成区及城市中有重点保护的湖泊河流，已有的排水系统错综复杂，常规改造难度极大，可考虑深隧排水系统，采用深埋的大管径污水管道，将污水、雨污混合水等全部收集，进而保护河流湖泊。镇江沿金山湖CSO溢流污染综合治理工程采用了“深层截流主干管+末端调蓄及雨水处理”的建设理念，建设内容包括：截流主干管内径4m，长度6.4km，管道埋深20~30m等；武汉大东湖核心区污水传输系统工程，主隧道全长17.5km，配套9个竖井和9个盾构区间，竖井深度平均超过32m，最大深度51.5m。
2.分散式污水处理设施。针对市政管网未覆盖的城市水体，因地制宜建设分散式污水处理设施，将排入水体的污水收集处理，作为补给水源返回水体，一方面解决污水直排入河的问题，另一方面解决城市水体水源问题。对于缺乏活水来源的城市水体，分散式污水处理设施的出水是良好的补给水源。
（三）原位修复技术
城市水体不可避免仍会有污染物排入，比如排水系统的渗漏、面源污染等，可采用原位修复技术，来增强城市水体自身的净化能力。在实际案例应用中，行之有效的原位技术主要有：
1.河道增氧技术。城市水体“黑臭”中的“黑”主要来源是硫化铁、硫化锰及腐殖质所致，“臭”主要来源是由厌氧放线菌分泌产生的土臭素和异茨醇[4]，而氧气可以氧化硫化物、抑制放线菌生长从而改善水体黑臭现象。以深圳河为例，采用纯氧曝气技术，深圳河的黑臭现象得到极大的抑制和消除，水质得到改善，满足城市景观用水要求。
2.沉水植物系统。城市水体中的有机物、氨氮、总磷等污染物在不超过一定浓度的条件下，可以被沉水植物降解，与此同时，沉水植物通过光合作用给水体充氧，进一步提升水质和增加水体透明度。惠州西湖宾馆景观水池与西湖相连，池内种植了大量沉水植物，水质清澈见底，和旁边西湖较低的透明度形成鲜明对比。
三、总结
城市排水管网完善与修复是城市黑臭水体治理的重点，迫切需要新技术和新产品，包括雨污混接识别、排水管网带水修复、水下清淤机器人、深隧技术、分散式污水处理设施、新材料融合应用、原位修复技术是城市黑臭水体治理的关键技术。提高城市排水管网的服务质量与效率，不仅要加快城市排水管网的全覆盖，更要保障排水管网的健康运行，才能实现城市排水管网对污水的全收集、全输送，进而保护城市水体环境[2]。
注释：
①②图片来自网络
参考文献：
[1]徐祖信等.我国城市黑臭水体治理面临的挑战与机遇[C].给水排水，第45卷第3期2019年.
[2]徐祖信等.我国城市河流黑臭问题分类与系统化治理实践[C].给水排水，第44卷第10期2018年.
[3]住房与城乡建设部、环境保护部、发展改革委联合发布的《城镇污水处理提质增效三年行动方案（2019-2022）》
[4]薛彤、张健君、张锡辉.深圳河流水体黑臭技术探讨.深圳土木与建筑，第4卷第2期2007年6月.
作者简介：
邵平，男，1982年生，2008年华中科技大学硕士毕业，注册环保工程师，主要从事水环境治理技术研究。
陈锐龙，男，1988年生，2011年武汉工程大学本科毕业，主要从事环境工程。