城市黑臭水体治理是当前各地工作的重点, 也是公众舆论关注的热点。2015年, 国务院印发《水污染防治行动计划》^[1]明确了2020年地级及以上城市要基本消除黑臭水体的目标要求。不少城市在整治过程中还存在反弹的风险, 本文将结合实地调研数据分析造成反弹风险的原因并提出相应对策。

数据来源主要有3方面, 一是公开的数据、文献研究等, 数据来源包括《城市市政设施统计年鉴》《中国环境年鉴》《区域经济统计年鉴》^[3,4,5,6]等;二是结合35个重点城市实地调研数据;三是全国城镇污水处理管理信息系统数据统计、全国城市黑臭水体整治监管平台。通过对三者的数据进行交互验证得出相关结论。

根据“全国城市黑臭水体整治监管平台”公开数据, 截至2017年底, 全国295个地级及以上城市共排查出2 000多个黑臭水体, 初步估算总长约6 000km, 其中重度黑臭占35%左右, 轻度黑臭占65%左右;南北方黑臭水体所占的长度比例约为3∶2, 南北方省份重度黑臭水体长度比例分别为36%、34%。据不完全统计, 仅针对黑臭水体治理相关工程措施, 其总投资将超6 000亿元。表1为城市黑臭水体污染程度分级标准。

生活污水处理率比值计算见式 (1) :

由于部分地区管网质量存在问题, 特别是南方地下水位高、河网丰富, 地下水、河水进入挤占了管网空间, 稀释了污水浓度, 部分地方工业废水和生活污水混合处理, 传统以处理的污水量/排放的污水量计算得到的污水处理率难以准确地反应实际污水收集处理量。相较于COD而言, BOD更能反映生活污水的产量, 本研究以BOD处理量, 计算污水收集率, 来修正传统以污水处理量计算生活污水处理率, 见式 (2) :

式中人均BOD产量参考《室外排水设计规范》 (GB 50014—2018) , 按照人均产污系数45g/d;D考虑在污水管网输送过程中BOD降解20%, 取0.8。

为减少人口统计误差等因素的干扰, 引入处理率比值见式 (3) , 评判污水收集处理的效率。其值越大, 表明收集处理的污水中河水、地下水等外来水比例越高, 污水收集的效能越低。

我国城市生活垃圾产量日益增加, 2010年城市垃圾清运量约为1978年的6倍^[7]。城市生活产量随经济发展水平而异, 还受气候、生活习惯等影响, 肖黎姗等^[8]对厦门市20个居住小区的户均垃圾产量进行调查, 发现夏季户均产量在1.27kg/d, 冬季户均垃圾产量约1.03kg/d, 其中餐厨垃圾约占65%～70%。《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》根据气候和地理特征将全国划分为5个地区并根据经济水平、人口等又将每个区中的城市划分为了5类, 对每一类城市的人均垃圾产量给出了具体数值。本文在参考该手册的同时, 考虑社会经济发展及生活方式的改变对垃圾产量的影响。

生活垃圾清运率按式 (4) 计算:

式中人均生活垃圾产生量按不同城市取值0.34～0.7kg/d;K按年均2%的增加量, 取1.37。

生活垃圾处理率按式 (5) 计算:

市政公用设施建设维护管理资金单位面积投入按式 (6) 计算, 排水设施建设单位面积投入按式 (7) 计算, 2016年全国市政公用设施建设维护管理资金投入见表2。

市政公用设施建设维护管理资金单位面积投入=市政公用设施建设维护管理资金单位面积投入

35个调研城市情况详见表3。据不完全统计, 近2/3的城市发现非法排污口, 有16个城市的50个黑臭水体沿岸污水管网存在问题, 主要集中在城中村污水管网建设不完善, 管网建设施工质量低、老旧污水管网破损维护不到位导致的污水外渗。沿街商贩、洗车废水等通过雨水管道直排, 管道的混错接导致雨水口晴天排污, 农村散养家禽污染;24个城市存在岸边非正规的垃圾堆放点、河面存在垃圾漂浮物18个城市发现底泥上浮等内源污染未得到控制的问题。这些问题主要分两类, 一是工程建设问题, 污水收集处理设施不完善;二是日常的维护管养、巡河执法不到位。对小散乱污的管理, 排污口的管理没有有效落实, 河道沿岸及管网的日常清理维护不到位, 维护资金不落实。

根据《中国城乡建设统计年鉴》及全国城镇污水处理管理信息系统数据, 基于产污系数法测算, 295个地级及以上城市, 2015年, 理论生活污水处理厂进水BOD浓度约203mg/L, 而污水处理厂实际进水平均BOD浓度为118 mg/L, 仅为理论值的58%;2016年, 理论生活污水BOD浓度约199mg/L, 污水处理厂实际进水平均BOD浓度为114mg/L, 仅为理论值的57%, 远低于发达国家, 德国污水处理厂BOD进水浓度约为290mg/L, 新加坡污水处理厂BOD进水浓度约为180mg/L。同时, 我们对比了不同区域污水处理率 (以水量计算) 和污水BOD处理率 (以BOD总量计算) 的比值, 详见图1、表4, 发现中部南方地区、东北地区以及西部南方地区比值均超过2, 即实际污水收集处理量仅为污水处理厂处理水量的约1/2 (未剔除工业废水) , 污水管网外来水约占一半, 包括河水、地下水、泉水、自来水等, 导致每年直排环境的BOD高达近400万t。对比北京、上海、广州、深圳4个一线城市, 相较于其他3个城市, 北京市污水收集率和污水处理率均在90%以上, 其2016年的单位面积维护建设资金、排水设施建设投入是其他3个城市的5～10倍。

一方面是污水处理厂进水浓度低, 另一方面是污水处理能力不足, 生活污水直排环境, 究其核心还是管网问题, 但是相对于污水处理厂改造, 管网的改造涉及到大量的沿线征地拆迁等工作, 施工量大, 导致许多城市即使意识到有问题也不愿意实施^[9];而对于一些愿意实施的城市来说, 也不是短期内能够完成的, 是一个“久久为功”的过程。而对于黑臭水体整治这项工作而言, 近期消除水体黑臭, 截污是必选项, 通过沿河设置临时的截污及污水处理设施, 减少污染入河量, 可以说是一个较为快速有效的方式^[10]。远期则应以完善管网为核心开展污水处理提质增效, 由入河排口上溯, 溯源到每个管网节点、每个建筑小区, 彻底解决混错接、管网质量缺陷等问题, 从根本上解决生活污水直排环境问题。

此前研究表明市政基础设施行业发展不平衡, 相较于道路基础设施建设, 污水、垃圾等基础设施相对滞后^[11], 近几年, 虽然重视程度提高, 投入逐渐增加, 但是相较发达国家还是有较大的差距, 同时, 我国市政基础设施水平区域差异较大, 相关资金投入也存在数量级的差别, 总体上看, 东部地区要优于中西部地区。据不完全统计, 北京的建成区人口密度是1.32万人/km², 而上海则达到2.42万人/km², 特别是城中村区域, 城市管理相对薄弱, 从调查结果来看, 岸线垃圾堆放、河面大面积漂浮物的问题70%以上都是出现在城中村, 城乡结合部等区域。

整体来看 (见表5) , 36个重点城市垃圾清运量高于产生量, 99%的清运垃圾均得到处理。以北上广深4个一线城市来看, 垃圾处理率均达到100%, 但是, 城中村附近, 河面垃圾漂浮, 岸边垃圾堆放的现象不在少数。沿河垃圾堆放, 垃圾入河问题多是管理、执法不到位造成的。

底泥清理不是一劳永逸的事, 若不做好定期维护, 很容易反弹。有些河道护岸未做好, 水土流失严重, 雨天进入水体, 造成淤积。管道中的淤泥污染物浓度高, 广州沙河涌在整治前部分合流管渠, 淤积深度达0.5～1m, 雨天时, 溢流排入沙河涌是水体黑臭的主要原因之一;据统计上海市2008年管道清淤量为30m³/km^[12], 这些管道若清淤不及时, 进入河道将会产生10多万m³的淤泥。

此外, 还有农业面源污染问题, 据统计, 2011～2015年, 全国化学需氧量排放总量下降约11%, 农业源化学需氧量排放量下降约10%, 但农业源仍然占总排放量的近1/2。农业面源污染, 主要是化肥农药过量使用, 养殖业畜禽污染物的排放, 有着广域、分散、微量的特点^[13], 难于在末端处理, 应通过技术进步和制度创新来消减源头^[14]。

雨后水体黑臭反复的问题是在整治黑臭水体过程中不科学、不系统造成的, 在河道密集、地下水位高、雨水充沛的南方城市尤其突出。

一是管网问题, 很多城市由于管网老旧、破损、混错接等问题, 无论是合流制还是分流制, 管道里面都是清水污水混合的状况, 对于合流制, 满管流现象普遍且缺少调蓄设施, 雨天溢流^[15];对于分流制, 雨水管中积累的污染物, 通过雨水排入河道, 同时还有初期雨水污染问题。

二是雨天污水处理能力不足。目前, 全国295个地级及以上城市污水处理厂进水量为设计处理量年均值为90%, 南方城市年均达到95%, 北方城市平均为81%。如果污水处理厂将雨水都收集, 污水处理厂处理能力不够溢流问题难以解决, 且大量快速的雨水夹杂着污水进入污水处理厂, 微生物很难应对突如其来的环境变化, 运行不稳定, 出水水质很难达标。而部分水体采用分散污水处理设施, 同样应对快而急的雨水, 很难达到污水处理厂正常运行情况下的出水标准, 将面临环保执法的困境。所以部分污水处理厂选择厂前溢流不处理, 由分散的溢流排放, 变成了集中溢流, 导致区段水质下降。

三是雨水面源污染。雨水对路面的冲刷, 产生的径流COD值可从几十到上千^[16], 公共建筑区域雨水径流瞬时COD含量也可达600mg/L以上^[17], 是城市面源污染的重要组成部分, 这些污染物未经处理进入河道, 对于自净能力差的城市水体, 造成较大冲击。

四是内源污染问题。调研的674条黑臭水体中发现有79处有内源污染未得到控制的问题, 特别是在南方城市, 其主要表现就是翻泥现象。目前尚无针对底泥清淤及清理出的底泥处置相关的规范标准, 清淤作业粗放、底泥处理的方式多为垃圾场填埋, 直接作为护岸材料、绿化种植等, 若疏于管理容易造成再次污染。同时疏于维护的雨水管道内的垃圾, 淤泥随着雨水进入河道, 造成黑臭反复。

综上所述, 城市黑臭水体长制久清面临的问题, 一方面是控源截污工作还没有彻底做好, 包括污水收集处理系统的不完善, 日常维护管理不到位导致的污水、垃圾进入河道, 面源污染没有有效控制, 另一方面是河道自身内源污染问题没有得到根治, 没有建立起良性的生态系统, 自净能力欠缺。

城市黑臭水体治理必须先从控源截污着手, 同时, 做好河道清淤疏浚及水体岸线垃圾治理等内源治理工作。在此基础上, 结合海绵城市理念, 注重雨水面源污染控制, 从源头消减污染物, 岸线的生态修复, 恢复水体生态基流, 提升水动力, 逐步恢复水体自然生态环境。对于整治完工的水体, 还要建立长效机制, 包括水体、治污设施等的日常维护, 联动执法, 防止污染入河, 水体黑臭反弹。

完善管网不是简单的一刀切实行雨污分流制, 而是要做到清污分流。欧美国家的很多城市都保留着合流制, 通过面源污染控制及保证入河污水处理率, 城市水体水质也得到了很好维护^[18]。合流制的CSO、分流制的初期雨水径流污染都会对水体造成污染。同时, 面临着管网的破损、混错接, 通过雨水篦子排污的行为, 特别是对于分流制管网, 都会导致污水直排环境。在不能保证施工质量、后期维护、严格接入管理的情况下, 分流制、合流制都会变成“混合流”。因此, 应对城市已有管网排查清除的前提下制定实施科学改造、修复、维护和管养方案, 推进城市水环境提升。

通过建立多级河长, 形成上下联动的机制, 既注重统筹协调, 又要加强对河道及河岸周边的日常监管, 加大执法力度, 同时要培养专业的管养队伍对河道、治污设施、管网做好日常运营维护。提高排水等市政公用设施建设运营维护资金投入, 特别是城中村区域的污水垃圾问题, 要因地制宜加强收集处理能力。而对, 同时, 加强宣传教育, 引导公众参与到监督和治理、维护工作中。

雨天对于合流制管网, 应在合理设定截流倍数的基础上, 配套调蓄设施, 同时相应的提高污水处理厂处理能力, 与此同时在污水处理厂验收时, 应对负荷给出合理阈值。考虑到雨天初期雨水以及进入污水处理设施的水量大、集中的特点, 应以消减进入环境的污水总量为前提, 合理制定雨天污水处理设施 (包括分散式污水处理设施) 出水水质标准。