黄河流域建制镇污水处理可持续发展策略

2021-09-10陶相婉邵宇婷刘广奇王洪臣

净水技术 2021年9期

陶相婉，邵宇婷，刘广奇，黄悦，王洪臣，祝成

(1. 中国城市规划设计研究院，北京 100037；2. 中国人民大学环境学院，北京 100872；3. 中规院〈北京〉规划设计有限公司，北京 100044)

黄河是中华民族的母亲河，黄河流域在我国生态安全和社会主义现代化建设全局中具有举足轻重的战略地位[1]。加强黄河流域城镇污水处理基础设施建设，是深入打好污染防治攻坚战、推进黄河流域生态保护和高质量发展的重要举措。目前，城镇污水处理补短板、提质增效等方面研究多集中于城市和县城[2-5]，建制镇是连接城市、辐射乡村的重要节点，亟待进一步聚焦建制镇污水处理现状特征，突出问题导向，坚持系统观念，科学推进设施建设和可持续运行。因此，本文从动态发展的视角分析了黄河流域9省(区)建制镇污水处理设施建设现状，并对部分建制镇设施实际运行情况进行实地调研，科学研判现存问题及主要原因，为提升黄河流域建制镇污水收集处理水平提出措施建议。

1 现状和特征

1.1 污水处理规模

截至2019年底，沿黄9省(区)共有建制镇6 683个，建成区常住人口0.51亿，供水普及率为87.62%[6]。“十三五”期间，在西部大开发、中部崛起、黄河流域生态保护和高质量发展等国家重大战略引导下，黄河流域建制镇污水处理设施建设快速推进。污水处理厂个数、对生活污水处理的建制镇比例、污水处理总能力等较2015年大幅提升(表1)。

表1 黄河流域建制镇污水处理基本情况Tab.1 Current Situation of Wastewater Treatment in Administrative Towns in Yellow River Basin

随着我国城镇化快速发展，建制镇污水排放量逐年增加，虽然远小于城市污水排放量，但已接近县城污水排放规模[7]。然而，与流域内县城相比，黄河流域建制镇污水处理短板明显(图1)。2019年，沿黄9省(区)建制镇污水处理和管网建设投资仅占建制镇市政基础设施总投资的16.3%，仅为县城的60%[6]。截至2019年底，沿黄9省(区)约40%的建制镇不具备污水处理能力，其中，黄河上、中游地区，青海、内蒙古、山西等省(区)对生活污水进行处理的建制镇不足30%。设施总量不足，仍是黄河流域建制镇污水处理的突出特征。

图1 2019年黄河流域县城和建制镇污水处理能力Fig.1 Wastewater Treatment Capacity in Counties and Towns in Yellow River Basin in 2019

1.2 设施分布

受上、中、下游自然地理条件、经济发展水平、治理需求和财政能力等差异影响，黄河流域建制镇污水处理厂及配套管网等设施分布具有不均衡性。

1.2.1 已建污水处理设施分布

在设施数量分布方面，沿黄9省(区)建制镇污水处理厂平均分布密度为0.53个/(万人)[6]，低于全国平均水平，最高为四川[1.37个/(万人)]，最低为青海[0.09个/(万人)]；在处理能力建设方面，沿黄9省(区)建制镇人均污水处理能力为159.5 L/(人·d)，远低于全国建制镇平均水平[238 L/(人·d)]，最高为山东[314.1 L/(人·d)]，最低为甘肃[77.1 L/(人·d)]，不足全国平均水平的1/3。建制镇污水处理设施数量和能力分布存在十分明显的地区差异性，中、下游地区优于上游地区(图2)。

图2 2019年黄河流域建制镇污水处理设施分布Fig.2 Distribution of Wastewater Treatment Facilities in Administrative Towns in Yellow River Basin in 2019

1.2.2 已建排水管道暗渠分布

在设施总量方面，沿黄9省(区)建制镇排水管道和暗渠总长度位居前3的是山东、河南、四川，均为黄河流域经济发展水平相对较好的省份。2019年，全国建制镇排水管道暗渠密度为6.95 km/km2[6]，黄河流域仅4省超过全国平均水平(图3)。流域内9省(区)排水管道暗渠密度排序与人均污水处理能力排序差距较大，说明污水收集设施与处理设施建设不匹配现象突出。

图3 2019年黄河流域建制镇排水管网建设Fig.3 Construction of Drainage Network in Yellow River Basin in 2019

1.3 污水处理成效

近年来，黄河流域建制镇污水处理规模显著增长，但污水收集处理效率普遍不高。2019年，沿黄9省(区)建制镇污水处理率仅为47.8%[6]，同期全国建制镇污水处理率为54.4%、县城为93.5%、城市为96.8%。2015年—2019年，除个别省份外，各省(区)建制镇污水处理率增幅不大(图4)。污染物不能被有效收集处理，对黄河流域生态环境保护造成较大压力。

图4 2015年、2019年黄河流域建制镇污水处理率Fig.4 Treatment Rates of Domestic Wastewater in Administrative Towns in Yellow River Basin in 2015 and 2019

2 突出问题

基于黄河流域建制镇污水处理现状和特征分析，本研究结合自然地理条件和区域水环境状况，选取34个建制镇，围绕污水收集和处理设施建设水平、运行效果、投资和成本等方面，开展实地调研。其中，上游地区8个镇，中游地区11个镇，下游地区15个镇(图5)。以总体分析与现场调研相结合方式，进一步识别黄河流域建制镇污水处理的问题和难点。

2.1 盲目建设问题频现

2.1.1 缺乏系统规划

调研发现，在近年多重政策利好形势下，不少建制镇污水处理设施建设盲目贪大，设计污水处理能力和空间格局、产业布局脱节，造成能力闲置和资源浪费[8]。例如:黄河下游某建制镇，污水处理厂设计规模为2万m3/d，但实际人口增长和产业发展远低于预期，运行规模不足0.2万m3/d;黄河中游某建制镇，常住人口约7.3万，污水处理厂设计规模为6万m3/d，超过实际需求3～4倍。

2.1.2 工艺选择惯性复制

目前，黄河流域建制镇污水处理工艺以活性污泥法为主，占80%以上。调研发现，设施工艺选择具有较强的惯性复制特点。黄河上、中、下游自然地理条件差异性大，尤其是上游高海拔地区，更需要强化工艺的适用性，不能简单套用常用工艺。黄河上游某建制镇，采用AAO处理工艺，低温高寒缺氧气候严重影响污水处理系统中微生物的活性，已建污水处理设施无法正常有效运行。黄河下游某县，整体推进建制镇污水处理设施建设，同批建设多个污水处理厂，均采用AO处理工艺。其中，某建制镇建有多家化工、印染等企业，污水处理厂同步处理达标排放的工业废水和收集的生活污水，进水成分复杂，现状工艺难以满足同步脱氮除磷需求，不能确保出水水质稳定达标。

2.1.3 排放标准“一刀切”

提供出水水质标准的受调研建制镇中，80%以上执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级A排放标准，仅2个镇执行一级B排放标准，4个镇执行二级排放标准。此外，个别建制镇执行《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)IV类水标准。总体而言，镇级污水厂执行GB 18918—2002一级A标准居多，普遍存在“一刀切”现象，个别建制镇要求污水处理排放标准和地表水环境质量标准接轨，从经济条件和技术水平来看有待进一步研究。

2.2 管网建设短板明显

2.2.1 “重水厂轻管网”意识严重

建制镇低层独院住宅居多，污水源头较分散，收集难度大[9]，需要建设较长的支状管线，并提高敷设密度。但是，受认识不足、资金缺乏等因素影响，大部分建制镇污水处理设施建设“重厂轻网”，优先建设污水集中处理设施，导致收集管网建设严重滞后，存在大量污水收集空白区。据统计，2019年，沿黄9省(区)建制镇排水管道暗渠密度远低于当地城市和县城水平，比长江经济带建制镇低13%(图6)。

图6 2019年排水管道暗渠密度Fig.6 Density of Drainage Pipelines and Channels Network in 2019

2.2.2 投资强度亟待提升

污水处理设施建设中，管网建设投资一般为处理厂建设投资的3倍左右[7]。2019年，沿黄9省(区)建制镇排水设施建设投资为82.5亿元[6]，其中，管网建设投资为29亿元，仅为污水处理厂建设投资的54.3%，管网建设存在较大的资金缺口(图 7)。在建制镇建设资金来源中，中央、省级和市县财政资金投入超过一半，融资方式单一、资金投入不足是造成管网建设滞后的关键因素。

2.2.3 污水处理厂运行效率低

(1)运行负荷普遍偏低

污水管网的建设完备程度是决定生活污水能否有效收集的关键因素。污水管网建设与处理设施规模不匹配，直接影响污水收集量和污染物收集率。调研发现，调研镇中1/3以上的污水处理厂运行负荷不足50%(图8)，黄河中游某建制镇污水厂运行负荷率仅为6%。

图8 黄河流域部分调研镇污水处理设施运行状况Fig.8 Operation of Wastewater Treatment Facilities in Some Surveyed Towns

(2)污水处理厂进水可生化降解有机物浓度低

部分建制镇污水处理厂进水CODCr高于600 mg/L，均为同步处理工业废水和生活污水的处理厂，但该类型污水可生化性差，难降解有机物成分较多，影响脱氮除磷效果。只处理生活污水的处理厂，通常进水CODCr不足100 mg/L。

2.3 重建设轻管理

2.3.1 缺乏专业运维

调研发现，黄河流域超过60%的建制镇污水处理设施不具备远程监控运行能力，绝大多数污水处理设施存在专业维护不到位、技术人员配备不足、运行管理粗放等问题，致使故障多发，难以保障设施稳定运行。同时，不少设施未安装在线监测设备，日常监管真空，难以确保稳定达标排放。

2.3.2 运行难以持续

据了解，黄河流域建制镇污水处理设施运行费用大部分依靠地方财政，由于运行成本相对较高，收益性差，社会资本投入意愿不强。单个污水处理厂设施规模小、运行负荷低，难以形成规模效应，且由于处理厂进水COD低，部分设施需外加碳源和药物，增加运行成本。同时，受到诸如间歇供水、供水无法计量、用户支付意愿不足等现实因素影响，多数建制镇难以按时收缴污水处理费[10]。据调研，已投入运行的污水处理设施t水平均处理成本一般为2～4元/m3，是城市污水处理厂的3～5倍[5]。黄河上游某建制镇，属于刚脱贫的欠发达地区，新建污水处理厂规模为0.5万m3/d，投资为6 530万元，污水处理成本达6元/m3，财政每年需补贴运行费用为160多万元。

3 建议

3.1 科学规划布局，强化技术支撑

进一步强化顶层设计。国家层面出台黄河流域城镇污水处理实施方案，完善由城市向建制镇和乡村延伸覆盖的污水处理基础设施网络。省级部署、市县负责，按照“城旁接管、就近联建、独建补全”原则，统筹考虑周边市县或相邻村镇，研判把握本地城镇化发展趋势，合理布局建制镇污水处理设施，核定设计处理规模。同时，结合污水处理设施布局，实施“以用促治”，推进黄河流域污水资源化利用。

科学选择处理工艺、处理模式和处理水平。积极探索适合本地特点的低成本、低能耗、易维护、高效率的污水处理技术[11]。上游高海拔地区选取适用于低温高寒缺氧气候的污水处理工艺和处理模式。以黄河干流和汾河、渭河、湟水河、涑水河等支流为重点，推进建制镇污水处理能力全覆盖和差别化精准提标，其他地区科学合理确定排放标准，不搞“一刀切”。人口少、相对分散、短期内集中处理设施难以覆盖的地区，合理建设分布式、小型化污水处理设施。

3.2 提高资金效益，重点关注管网建设

加快黄河流域建制镇配套管网建设，确保污水收集管网与处理设施同步设计、同步建设、同步使用，并注重推动支线管网和出户管的连接建设。加大对黄河流域污水处理配套管网的投资力度，加强管网设施建设全过程质量管控，同步实施污水管网修复更新。以黄河干流和汾河、渭河、湟水河、涑水河等支流沿线建制镇为重点，推动污水管网排查，推进管网混接、错接、漏接改造，有效提升污水收集率，提高污水处理设施运行负荷。建制镇污泥处置宜与县城统筹考虑，或与临近市县联合处置。

3.3 强化运行维护，提升市场化水平

推行建制镇污水处理设施常态化、专业化运行维护。建立立足本地、人员稳定的专业化队伍，严格按照相关标准定额实施运行维护。鼓励通过市场化竞争方式选择运行维护主体，坚持系统观念，推行污水“厂-网-河(湖)”一体化运行维护。鼓励以市县为主体，构建覆盖建制镇的污水治理信息管理平台，实现信息化、智慧化管理，提高运营管理效率。

推动社会资本参与，完善费用收缴机制。建立整县推进机制，鼓励综合打包区域内不同规模、不同盈利水平项目，授予特许经营权。规范有序地推广政府和社会资本合作(PPP)模式，引导社会资本积极参与建设运营[12-13]。根据当地供水、财政收入、居民生活水平等情况，健全建制镇污水处理费用有效收缴机制，分步实施，逐步到位。