東莞市城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效潛力分析
作者簡介：戴永康（1991-），男，廣東東莞人，碩士，從事污水處理工程的技術研發(fā)和運營工作。
導語：近年來，東莞市加快城市生活污水收集處理系統(tǒng)“提質(zhì)增效”，全面提升污水處理能力。根據(jù)東莞市部分城鎮(zhèn)污水處理廠和污水管網(wǎng)運行的實際情況，測算污水處理廠提標到準Ⅳ類水和完善截污管網(wǎng)兩種情形下的污染物削減量提升潛力，并對污水處理提質(zhì)增效經(jīng)濟效益進行分析。結果表明，若將城鎮(zhèn)污水處理廠全部提標到準Ⅳ類，可分別新增COD、氨氮削減量1715.05、125.73 t/a，若推動東莞市污水管網(wǎng)全覆蓋以及老舊污水管網(wǎng)改造和修復改善，可分別新增COD、氨氮削減量56570.99 t/a、11056.60 t/a。因此，提升污水管網(wǎng)收集處理能力比污水處理廠全部提標的效果更顯著，同時提出污水處理提質(zhì)增效中“廠網(wǎng)并重” “廠網(wǎng)一體”和“智慧廠網(wǎng)”三方面建議，科學合理地提升東莞市污水處理效能。
《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動方案》（2019—2021年），要求加快完善城市生活污水收集處理系統(tǒng)和削減合流制溢流污染。唐建國等認為“提質(zhì)增效”三年行動計劃的重點在于改善污水收集系統(tǒng)，在深入排查的基礎上，重點解決污水直排、清污不分、旱季管道超負荷、污水處理廠進水濃度偏低、管道積泥多等問題，從而實現(xiàn)污水不進河、清水不進管、溢流少污染，支撐消除城市黑臭水體整治和鞏固提升整治成效。
預計到2020年底， 東莞市將完成35家污水處理廠的提標改造工程，累計建成5500km截污管網(wǎng)，逐漸構建成一個完整的污水治理體系。 但在已建污水處理廠和污水管網(wǎng)運維過程中逐漸發(fā)現(xiàn)了一些問題，有研究指出東莞市各鎮(zhèn)區(qū)現(xiàn)狀排水體制多數(shù)為雨污合流制，雨水和污水排放沒有形成系統(tǒng)，大量的雨污合流水溢流進入河道，直接對河涌水體造成污染，另外也有研究指出在東莞市城市污水管網(wǎng)中，無論是主干管網(wǎng)還是截污管網(wǎng)，均存在大量混接、錯接情況，實際運營中污水廠進水量和進水濃度與理論設計值均不匹配，導致運營難度增大和成本增加。提標改造工程陸續(xù)投產(chǎn)后，東莞市污水處理廠將普遍執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB18918—2002） 一級A標準 及廣東省《水污染物排放限值》（DB44/26—2001）地方標準中的最嚴值，但 尾水污染物濃度仍然難以滿足日益嚴格的排放標準和環(huán)境監(jiān)管。
為了科學持續(xù)提升東莞市污水處理效能，結合該市污水處理現(xiàn)狀，分別對城鎮(zhèn)污水處理廠出水標準提升至地表水準Ⅳ類和污水管網(wǎng)完善工程進行效益分析，對比兩者提升污染物削減潛力，合理 提出城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效的側重點。
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東莞市污水處理提質(zhì)增效潛力分析
1.1城鎮(zhèn)污水處理廠處理現(xiàn)狀
根據(jù)東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠的實際情況，研究對象選定為12座已穩(wěn)定生產(chǎn)的城鎮(zhèn)污水處理廠。根據(jù)2018年東莞市污水處理廠實際執(zhí)行的排放標準進行分類，12座污水廠的情況如表1所示。
表1 東莞市12座城鎮(zhèn)污水處理廠現(xiàn)狀
1.2城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造潛力分析
各目標污水處理廠實際執(zhí)行的出水標準，分為“準Ⅳ類+地方標準” “一級A+地方標準”和“一級B+地方標準”三類，對應的污水處理規(guī)模分別為20×10 4、26.25×10 4和57×10 4m3/d。根據(jù)陳瑋等的研究方法，計算得出12座城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造新增污染物削減量理論值，結果見表2。
表2 東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造污染物削減理論值
由表2可知，若將12座污水廠全部提標至準新Ⅳ類，新增COD削減量約3000 t/a、新增氨氮削減量為1500 t/a，表明提標改造有效提升了污水處理效益，但效果不明顯。鑒于全國污水處理廠運營管理水平的不斷提高，污水排放監(jiān)督力度的逐漸嚴格，東莞市部分城鎮(zhèn)污水處理廠出水的年均COD和氨氮濃度已經(jīng)達到甚至優(yōu)于準Ⅳ類標準，因此，不能根據(jù)上述計算結果作為新增污染物削減量。
為此，對目標污水處理廠的出水情況進行深入分析，目前執(zhí)行準Ⅳ類的污水處理廠尾水的COD和氨氮加權平均值分別為10.00 mg/L和0.15 mg/L，假設目標污水處理廠全部提標改造后尾水污染物都能達到同一水平，則 新增削減量實際值=（實際出水加權平均值-改造后可望達到限值）×污水處理規(guī)模。根據(jù)東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠實際運行排放情況，各目標污水處理廠提標改造到準Ⅳ類出水標準，新增COD和氨氮削減量分別為1715.05、125.73 t/a （如表3所示）。 結果顯示相對于改造所投入的工程費用，污染物削減效能提升的幅度十分有限，投入產(chǎn)出已經(jīng)不具備合理的經(jīng)濟效益。
表3 東莞市城鎮(zhèn)污水處理廠提標改造污染物削減實際值
東莞市市政排水遠景目標是實現(xiàn)初期雨水的分流，市政污水經(jīng)收集后進污水處理廠進行處理，雨水則由雨水管道收集、處理和排放。目前東莞市部分城鎮(zhèn)污水處理廠進水污染物濃度低于設計值，為此正加快河涌沿岸截污和完善現(xiàn)有污水管網(wǎng)，解決部分城鎮(zhèn)污水處理廠負荷率低和進水污染物濃度偏低等問題，這也從側面說明了東莞市城鎮(zhèn)污水管網(wǎng)存在很大提升空間。
從污染物總量平衡的角度，采用產(chǎn)污系數(shù)法估算出所在地區(qū)相對合理的進水污染物濃度。根據(jù)廣東省東莞市的城鎮(zhèn)居民生活污水及污染物、排放系數(shù)，考慮到輸送過程中COD降解20%、氨氮基本保持不變的情況下，通過計算得出相對合理的進水污染物COD和氨氮濃度作為進水濃度理論值，進而算出完善污水收集系統(tǒng)將帶來的污染物削減量理論值，即： 理論新增污染物削減量=（進水污染物理論值-進水污染物實際值）×污水處理規(guī)模。
完善污水管網(wǎng)可能帶來的污染物削減量如表4所示，通過對現(xiàn)狀污水管網(wǎng)進行查漏補缺，理論上可將COD和氨氮的削減量分別增加56570.99 t/a 和11056.60t/a ，分別是將目標污水處理廠提標改造到準Ⅳ類可新增削減量的33倍和88倍。結果表明，完善污水管網(wǎng)的綜合效益更加顯著。
表4 完善污水管網(wǎng)可能帶來的污染物削減量
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城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效投資效益分析
2.1 投資效益分析
隨著東莞治水工作的不斷發(fā)展，各批次截污管網(wǎng)相繼完工通水，城市的截污管網(wǎng)系統(tǒng)得到完善，污水收集率提高。但是，現(xiàn)階段排水體制基本為雨污合流制，除少數(shù)新建住宅小區(qū)和道路有相對獨立完善的分流制雨、污管渠外，其他地方將污水管道直接接入市政雨水系統(tǒng)或者附近的河涌，導致河涌水體受到污染。另外，污水處理廠的進水量和濃度低于設計值，未能發(fā)揮應有的治污效益。
為提高東莞市污水處理設施運營管理質(zhì)量，保證全市截污管網(wǎng)運營的整體性，盤活主干管網(wǎng)沉淀資產(chǎn)，縮短截污管網(wǎng)維修、整改時間，實現(xiàn)全市截污管網(wǎng)運營責權統(tǒng)一，《東莞市城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)實施方案》要求：①加快推進截污管網(wǎng)建設，全面提高污水收集率。②全面提高管網(wǎng)運營質(zhì)量，開展污水入網(wǎng)情況勘查，徹底摸清管網(wǎng)系統(tǒng)中錯接、漏接以及河涌水倒灌等問題，完成現(xiàn)有污水管網(wǎng)改造，確保進水濃度全面提升。③實施全市鎮(zhèn)街截污主干管網(wǎng)及市區(qū)污水廠配套管網(wǎng)的維護維修、整改工作一體化運營。
基于前述研究結果，對于城鎮(zhèn)污水處理廠出水標準從一級A提標到準Ⅳ類，按照單位投入500元/m 3估算；從一級B提升到準Ⅳ類，按照單位投入1000元/m 3估算，對污水處理廠提標改造的經(jīng)濟效益進行簡單分析。將目標污水處理廠出水標準全面提標到準Ⅳ類，投資約7.01億元，則污染物削減能力費效比：COD為 40.89 億元/（ 104t·a-1），氨氮為557.54億元/（ 104t·a-1）。完善污水管網(wǎng)提升收集效能所需投資約171.13億元，則污染物削減能力費效比：COD約為30.25億元/（ 104t·a-1），氨氮為154.78億元/（ 104t·a-1）。
2.2 提質(zhì)增效側重點分析
理想情況下的城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效投入分析結果顯示，提高污水管網(wǎng)覆蓋率以及老舊污水管網(wǎng)改造和破損修復能夠顯著提升城鎮(zhèn)污水處理廠COD、氨氮削減效能。通過對各城鎮(zhèn)污水處理廠實際運行中進水COD、氨氮濃度與投入產(chǎn)出費效比進行曲線擬合，分析東莞市污水處理提質(zhì)增效側重點。東莞市執(zhí)行一級B和一級A標準的城鎮(zhèn)污水處理廠提升至準Ⅳ類，擬合結果如圖1、2所示。
圖1 城鎮(zhèn)污水處理廠一級B提升至準 Ⅳ類對COD、氨氮削減效能的影響
圖2 城鎮(zhèn)污水處理廠一級A提升至準Ⅳ類對COD、氨氮削減效能的影響
由此可知，隨著進水COD、氨氮濃度的升高，對應削減能力費效比有逐步降低的趨勢，說明提高進水濃度大幅提升了污染物的削減能力。因此，通過完善現(xiàn)狀污水管道和改造雨污合流制管道是提高城鎮(zhèn)污水處理廠進水濃度的重要途徑。
綜上，對于東莞市污水處理提質(zhì)增效的側重點應是提高進廠污水的污染物濃度，但由于南方地下水位高、河網(wǎng)豐富以及排水系統(tǒng)不完善，導致南方地區(qū)城鎮(zhèn)污水處理廠進水污染物濃度普遍低于設計值。因此，城鎮(zhèn)污水處理廠執(zhí)行標準不能盲目提高，要充分認識到污水管網(wǎng)對于污水收集的重要意義，并作為本次提質(zhì)增效的核心工作。
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結論
① 以城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)建設改造為提質(zhì)增效側重點，優(yōu)先考慮對現(xiàn)狀污水管網(wǎng)進行查漏補缺，使污水處理廠進水水量和水質(zhì)逐步提升至設計值，污水處理廠因地制宜進行提標改造，逐步推廣“廠網(wǎng)并重”理念，推進廠網(wǎng)合理化建設；遠期目標實現(xiàn)雨污分流改造，優(yōu)化雨污水管建設模式，建議借鑒“一管一渠”模式逐步實現(xiàn)雨污分流改造，避免雨污水管混接。
②目前東莞市污水主干管網(wǎng)滿負荷運行，雨季時甚至溢出污水直接排入河涌水體，長期累積形成難治理的黑臭水體，而“控源截污”是城市黑臭水體治理的根本措施，建議實踐“廠網(wǎng)一體化”概念，發(fā)展廠網(wǎng)一體化運營管理模式，充分優(yōu)化排水系統(tǒng)功能，調(diào)整各廠運行負荷，節(jié)能降耗，減少運營成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。
③ 在經(jīng)濟條件和實際條件允許的情況下，可打造東莞市獨有、系統(tǒng)、科學的“智慧廠網(wǎng)”品牌�，F(xiàn)階段東莞市智能管理排水系統(tǒng)處于起步階段，建議引進海綿城市的智慧化理念，以海綿城市為核心推行現(xiàn)代雨洪管理體系，做好海綿城市規(guī)劃建設、運行管理、績效評價三個階段的智慧化，應用先進的信息采集技術，實時監(jiān)測流量、流速、水質(zhì)指標等，搭建廠網(wǎng)智能化運營平臺，提高污水收集和處理效率，以此產(chǎn)生巨大的環(huán)境、經(jīng)濟、社會效益。
本文刊登于《中國給水排水》2020年第4期，題目：東莞市城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效潛力分析，作者：東莞市水務投資有限公司 戴永康、羅 鋒、溫巧賢
引用格式：
戴永康，羅鋒，溫巧賢.東莞市城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效潛力分析［J］.中國給水排水,2020,36(4):1-5,12.
Dai Yongkang, Luo Feng, Wen Qiaoxian. Potential analysis of quality and efficiency improvement of municipal wastewater treatment in Dongguan［J］.China Water ＆Wastewater,2020,36(4):1-5，12(in Chinese).
編輯：丁彩娟
制作：文 凱
審核：李德強
