“十二五”期间, 城市污水处理率从82.31%提升到91.90%;县城污水处理率从60.12%提升到85.22%。2015年, 城镇污水处理厂全年COD削减量1 264万t, 万吨水COD削减量2.7t;全年氨氮削减量118万t, 万吨水氨氮削减量0.23t, 全年COD削减量比2010年增加364万t, 增加40.44%, 城镇污水处理厂为实现国家减排目标和污染控制做出了重要贡献^[1,2]。

　　 本文主要依据《2016年城镇排水统计年鉴》 (以下简称“年鉴”) 的数据, 并参考其他资料, 对我国2015年城镇排水设施建设和运行现状进行分析, 可对我国水环境治理决策、村镇污水处理厂建设起到指导作用。

　　 2006年我国共有城市污水处理厂815座, 设计处理能力6 366万m³/d, 年污水处理总量2 026 224万m³/d, 县城污水处理厂204座, 设计污水处理能力496万m³/d, 年污水处理总量60 000万m³/d。截至2015年底, 全国建成运行污水处理厂共3 543座, 总污水处理能力1.7亿m³/d, 其中达到二级及以上处理标准的处理能力1.47亿m³/d, 年处理污水总量507.78亿m³/d。2006~2015年我国城市和县城污水厂数量、设计处理能力、污水年处理总量、污水处理率增加情况、污水处理厂运行负荷率情况如图1~图3所示。

　　 从图1可以看出, 2006~2010年, 城市污水排放量并未明显增多, 而2010~2015年, 城市污水排放量则有缓慢升高的趋势。县城污水排放量2006~2015年缓慢增多。城镇污水处理率2006~2010年迅速增长, 而2011~2015年, 虽然依然是增长趋势, 但增长速度明显趋于缓和。截至2015年, 我国城市污水处理率已经提升到91.9%, 县城污水处理率提升至85.22%^[3]。

　　 图2显示, 自2006年起我国城镇污水处理厂数量快速增长, 尤其是县城污水处理厂数量已从2006年的204座增长到2015年的1 599座, 处理能力由496万m³/d增加到2 999万m³/d。

　　 图3为根据《中国城市建设统计年鉴》以及《中国农村统计年鉴》中给出的历年污水处理厂设计处理能力与污水年处理量的数据, 计算出城镇年污水处理厂逐年运行负荷率。从图3中可以看出, 2006~2010年间我国城市污水处理厂数量快速增长, 但在2008~2012年间运行负荷率有所降低, 自2013年起开始逐步提高, 到2015年底, 城镇污水处理厂运行负荷率达到81.9%^[4]。

　　 对“年鉴”中数据比较齐全的1 399座污水处理厂的设计规模、运行负荷率进行分析, 对原始数据使用软件Rstudio做箱形图, 去除异常值, 然后进行统计, 结果见表1。

　　 将污水处理厂设计规模分为A~H 8类, A类: (设计处理能力Q≥100万m³/d) 、B类 (50≤Q<100万m³/d) 、C类 (20≤Q<50万m³/d) 、D类 (10≤Q<20万m³/d) 、E类 (5≤Q<10万m³/d) 、F类 (3≤Q<5万m³/d) 、G类 (1≤Q<3万m³/d) 、H类 (Q<1万m³/d) 。截止2015年底, “年鉴”统计的城镇污水厂设计规模及设计处理能力分布见图4。

　　 从数量上来看, E、F、G类污水处理厂占我国污水处理厂总数的93.92%, 而从设计处理能力上来看, A、C、D、E类污水处理厂承担着我国72.76%的污水处理压力。

　　 仍采用“年鉴”中数据比较齐全的1 399座污水处理厂的电耗数据, 对原始数据使用软件Rstudio做箱形图, 去除异常值, 然后进行统计, 结果见表2。

　　 2015年一级A标准单位电耗, 一级B标准单位电耗以及二级标准单位电耗较2010年分别降低了9.86%、12.9%和9.06%, 综合平均值降低了6.19%, 表明污水处理厂精细化水平有所提高。

　　 按照《中国统计年鉴》中4个区域经济带的划分方式, 把我国各省、自治区、直辖市划分成4个区域。东部地区包括北京、天津、河北、上海、江苏、浙江、福建、山东、广东和海南等10省 (市) ;中部地区包括山西、安徽、江西、河南、湖北、湖南等6省;西部地区包括内蒙古、广西、重庆、四川、贵州、云南、西藏、陕西、甘肃、青海、宁夏和新疆等12省 (区、市) ;东北地区包括辽宁、吉林和黑龙江等3省。各区域污水处理厂建设及运行情况见表3。

　　 将表3中的污水处理率及运行负荷率与2010年的数据相比较, 结果见表4。

　　 从表4中可以看出, 2010~2015年, 各区域污水处理率均有明显增长, 其中东部地区增长16%以上, 其他区域增长20%以上;4个地区平均负荷率均超过75%, 其中东部地区和中部地区平均负荷率超过85%。

　　 根据“年鉴”提供的我国1 370座城镇污水处理厂信息, 将主体工艺分为9类, 具体情况见表5。

　　 从表3可以看出, 目前我国城镇污水处理厂中Aⁿ/O及其改良工艺、氧化沟类工艺和SBR类工艺为现阶段我国城镇污水处理的主流工艺, 3种工艺占我国污水处理厂总数的85.6%。

　　 A~H类污水处理厂采用工艺情况见图5。

　　 在Q≥10万m³/d的A类、B类、C类、D类污水处理厂中, Aⁿ/O类工艺占比最高, 其中以B、C、D类污水处理厂最为明显, 采用Aⁿ/O处理工艺的污水处理厂占比分别为85.71%、69.23%、54.43%。而在E、F、G、H类污水处理厂中, Aⁿ/O工艺、氧化沟工艺和SBR为主要工艺, 且3种工艺分布比较相近, 其中G类污水处理厂中采用氧化沟工艺的水厂总数为最多, 其余均为Aⁿ/O工艺最多。

　　 “年鉴”中统计的具有年均进水COD数据的污水处理厂共1 370座, 其中有8座污水处理厂的年均进水COD不足40mg/L, 在这里被认为是异常数据, 仅对剩余的1 362座污水处理厂进行年均进水COD数据分析, 结果如图6所示。

　　 从图6中看出, 2015年我国进水COD不足100mg/L的有91座, 占比总数的6.68%, 100~150mg/L之间的215座, 占比总数的15.79%, 150mg/L到260mg/L之间的共534座, 占比总数的39.21%, 260 mg/L以上的522座, 占比总数的38.33%。

　　 根据《城市黑臭水体整治—排水口、管道及检查井治理技术指南》, “排水管道设在地下水位以下的地区, 城市污水处理厂旱天进水化学需氧量 (COD) 浓度不低于260mg/L, 或在现有水质浓度基础上每年提高20%;排水管道敷设在地下水位以上的地区, 污水处理厂年均进水COD应不低于350mg/L”。根据图7的结果, 我国约有62%的城镇污水处理厂进水COD未达到260mg/L的要求。

　　 2010~2015年末, 我国城市污水处理率由82.31%提升到91.90%, 县城污水处理率从60.12%提升到85.22%, 城镇污水处理厂运行负荷率由77.48%提升到81.9%, 污水处理率低、运行负荷率低的问题基本得到解决, 城镇污水处理厂在节能减排中日益发挥重要作用, 但目前很多城镇污水处理建设和运行中仍然存在以下问题:

　　 德国、日本、美国等发达国家在污水处理厂设计中, 对于合流制区域旱季和雨季采用不同的设计流量, 雨季流量可以是旱季流量的2~3倍。污水处理厂在雨天可以通过缩短停留时间, 增加投药量等措施对雨水、污水混合水进行处理, 雨后一定时间内污水处理厂出水标准可以适当降低, 虽然短时间内污水处理厂出水浓度有所提高, 但污水处理厂去除的污染物总量增加, 排入环境的污染物总量降低, 对水环境改善是有益的。

　　 目前我国城镇污水处理厂设计污水量只计算污水量、少部分地下水渗入量, 未考虑合流制系统的雨水量、也未考虑进入污水系统的径流雨水, 但我国部分地区还存在合流制区域, 即使是按照分流制建设的区域, 也存在雨污合流、串接的现象。

　　 雨季部分污水处理厂超出处理能力, 超出部分的污水、雨水溢流直排进入水环境, 致使雨季水环境质量变差。随着我国城镇污水处理率的提高, 合流制溢流、雨水径流污染在水环境污染物负荷中所占比例越来越大, 部分城市雨水SS的贡献率可以达到50%以上, 因此在城镇污水处理厂设计水量中考虑部分初期雨水量、通过优化污水处理厂运行、适当降低雨天污水处理厂排放标准、建设初期雨水调蓄池等多种措施降低雨水径流污染是当务之急。

　　 根据对污水处理厂进水COD分析结果, 我国城镇污水处理厂进水COD偏低, 主要原因包括: (1) 部分污水处理厂配套管网不健全, 污水处理厂抽取河水处理; (2) 部分污水处理厂虽然建设了配套管网, 但质量差, 部分污水管网在运行中受多种因素的影响, 出现破裂、渗漏、错口等, 在地下水位高的地区, 上述因素致使地下水大量渗入, 污水被稀释。

　　 德国全国污水处理厂进水COD平均值可以达到558mg/L, 处理1m³污水去除的污染物可以是我国的2~3倍。因此完善我国城镇配套排水管网、修复严重破坏的污水管网, 提高管网运行质量, 也是我国改善水环境必要要解决的问题^[5]。

　　 《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》提出:“到2020年底, 缺水城市再生水利用率不低于20%, 京津冀地区不低于30%, 其他城市和县城力争达到15%”^[6]。根据“年鉴”数据, 截至2015年底, 全国年污水排放总量507.78亿m³, 再生水生产能力2 658.5万m³/d, 年利用量48.55亿m³, 污水再生利用率仅为9.56%。

　　 一方面, 很多城市缺水, 生态环境用水不能保证;另一方面, 经过高标准处理的污水处理厂尾水不能得到有效利用。北京等地利用再生水作为环境用水已经超过10亿m³/年, 再生水已经成为名副其实的第二水源^[7]。北京市的实践为全国其他缺水城市提供了切实可行的经验。

　　 目前, 应该从机制、规划等方面对我国尤其是缺水地区的再生水回用问题进行研究, 提出切实可行的保障措施, 保证“十三五”再生水利用指标的实现, 使再生水切实成为第二水源。

　　 《“十三五”全国城镇污水处理及再生利用设施建设规划》提出:“到2020年底, 地级及以上城市污泥无害化处置率达到90%, 其他城市达到75%, 县城力争达到60%, 重点镇提高5%, 初步实现建制镇污泥统筹集中处理处置”^[8]。

　　 我国城镇污水处理厂建设运行中存在重水轻泥的问题, 数量较大的污泥在污水处理厂内没有实现稳定化处理, 在运输和处置环节存在二次污染的隐患, 使得污水处理设施的环境效益大打折扣。“十三五”期间, 需要泥水并重, 保障污泥处理处置投资和运行费用的来源, 加强各部门、行业之间的协调, 确保规划目标的实现。

　　 随着我国污水处理规模增加和污水处理厂出水标准提高, 污水处理电耗占国民经济总电耗的比例越来越高, 部分省市已经超过0.6%。荷兰、新加坡、美国等国家先后提出建设能量自给或者实现碳中和的污水处理厂, 上述国家主要通过降低污水处理能耗、利用外源有机物和污泥协同高效厌氧消化、热电联产等手段实现能量自给^[9]。但目前我国在城镇污水处理厂建设中多数建设单位以厌氧管理复杂、污泥有机质含量低等理由, 在可研阶段就淘汰了污泥厌氧消化工艺, 目前在3500多座污水处理厂中, 建设有厌氧消化设施的污水处理厂不到40座, 正常运行的不到20座, 在污水处理厂的能量回收方面, 我国几乎处于空白状态。“十三五”期间, 城镇污水处理厂建设和运行应在降低污水处理吨水电耗的基础上, 通过高效厌氧消化、协同厌氧消化技术逐步提高污水处理厂能量自给率。