本文根據(jù)我國城市截污治污基礎設施建設和運行情況的統(tǒng)計分析（不包括香港、澳門、臺灣省等地區(qū)），詳細分析了管網(wǎng)高覆蓋率城市水體黑臭、污水高處理率城市水體黑臭、雨天黑臭3類黑臭問題和城市排水管網(wǎng)建設以及管理的對應關系，闡述了治理城市黑臭水體的技術和市場需求。城市污水治理基礎設施建設框架基本形成背景下的水體黑臭問題，不僅在我國存在，在其他發(fā)展中國家也普遍存在，但在歐美河流治理范例中，這些問題并不突出。因此，期望我國解決這些問題的技術方法和管理體系能為發(fā)展中國家水污染治理提供借鑒，對推進水環(huán)境治理和城市可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。  

0引言  

城市水體黑臭是當今我國最突出的環(huán)境問題之一。2015年4月《水污染防治行動計劃》發(fā)布，將城市黑臭水體治理作為一項重要任務，要求到2020年，全國地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)，到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。2018年5月，生態(tài)環(huán)境保護大會把消滅城市黑臭水體作為實施水污染防治行動計劃的重要內(nèi)容。2018年6月《關于全面加強生態(tài)環(huán)境保護，堅決打好污染防治攻堅戰(zhàn)的意見》發(fā)布，對城市黑臭水體治理等“五大水相關戰(zhàn)役”作出詳細規(guī)定。  

城市黑臭水體治理是一項長期的系統(tǒng)性工程，與城市規(guī)劃不合理、基礎設施不匹配、監(jiān)督管理不完善等復雜因素密切相關，導致黑臭水體治理面臨巨大的挑戰(zhàn)。2016年2月，住房和城鄉(xiāng)建設部、環(huán)保部正式發(fā)布黑臭水體清單，全國220多個地級以上城市黑臭水體高達2100個，64%集中在東南沿海地區(qū)，因此，我國城市黑臭水體治理存在巨大的市場機遇。治理是否見到成效不僅取決于技術支撐，也需要強大的社會資本投入，同時，政府的管理體系也亟需完善。  

1我國城市水環(huán)境基礎設施建設基本情況  

改革開放以來，隨著我國城市化進程加快，城市人口比例從1978年不足20%到2018年增長為約60%，城市人口達到8億人，我國城市水系單位面積的污水排放量是歐美城市的3~4倍。自上世紀90年代開始，我國政府大力推動城市污水治理基礎設施的建設，污染治理投資逐年增加。到2016年，我國城市在污水處理工程建設的總投資達到1485.5億元，占GDP比例維持在1.1%~1.8%，我國城市平均污水處理率達到90%，與歐美國家污水處理率相近，東南沿海城市污水集中處理率高達94%以上，達到世界領先水平。我國城市建成區(qū)管網(wǎng)密度從1981年的3.17km/km²提高到2016年的10.61km/km²。但是，我國城市重污染水體依然保持在9%左右，大部分集中在經(jīng)濟發(fā)展和污水治理較為領先的東南沿海地區(qū)。這個背景下的城市水體污染問題是我國和其他發(fā)展中國家普遍存在的共性問題，其成因及對策值得深入剖析和探討，對我國和世界上類似國家的水環(huán)境治理以及城市可持續(xù)發(fā)展具有重要的指導作用和借鑒意義。  

2城市排水管網(wǎng)問題是黑臭水體治理面臨的挑戰(zhàn)  

經(jīng)過多年的持續(xù)努力，我國城市排水管網(wǎng)架構基本形成，但是，建設規(guī)劃不成體系，總管、干管比較完整，支管和收集管網(wǎng)殘缺不齊，施工質(zhì)量比較粗糙，由此，嚴重影響了污水截污納管，大量污染直排河道。我國城市的管網(wǎng)問題導致的水體黑臭可以分成3類。  

2.1污水管網(wǎng)高覆蓋背景下的城市水體黑臭  

只重污水總管和干管建設，忽視收集管網(wǎng)建設；強調(diào)主要河流污染治理，不按水系截污治污是我國城市污水管網(wǎng)高覆蓋率背景下水體黑臭的根本成因。  

2.1.1忽視污水收集管網(wǎng)建設  

我國城市排水管網(wǎng)覆蓋率已經(jīng)達到90%以上，與歐美國家和日本相當，但收集管網(wǎng)不完善，城市排水管網(wǎng)密度遠遠低于日本、美國等城市。日本城市排水管網(wǎng)長度在2004年已達到35萬km，排水管網(wǎng)密度一般在20～30km/km²，高密度城區(qū)可達50km/km²；美國城市排水管道長度在2002年約為150萬km，城市排水管網(wǎng)密度平均在15km/km²以上。我國城市排水管網(wǎng)建設過程中，往往只注重總管和干管的建設，忽視了收集管網(wǎng)的建設，這個問題在中國縣級城市更加嚴重。眾多污染源無法納入污水管網(wǎng)，只能直排河道，造成管網(wǎng)高覆蓋率情況下城市河道黑臭。  

回顧上海市蘇州河水環(huán)境綜合整治一期工程實施之際，雖然當時已經(jīng)建成了中心城區(qū)污水集中處理工程（即合流污水治理一期工程和污水治理二期工程），但是由于污水收集管網(wǎng)建設不同步，污水實際收集處理率只有44%，56%的污水未經(jīng)處理直接排入河道。針對這個問題，重點實施了收集管網(wǎng)建設，污水收集率提高到90%以上。  

2.1.2忽視河網(wǎng)水系截污治污  

我國城市水體污染最嚴重的東南沿海地區(qū)，河網(wǎng)密布，縱橫交錯，互聯(lián)互通。在污水管網(wǎng)設計和建設時，往往重視干流的截污，忽視支流的截污；重視中心城區(qū)的截污，忽視按水系截污，導致往復回蕩河流水質(zhì)相互影響，干流截污效益不明顯。例如，在1993年上海市合流污水一期工程建成后，直接排向蘇州河干流的污染源被全部截流，但是在蘇州河中下游的6支流范圍內(nèi)，仍有上千個污染源未被截流，每天直排污水量約30萬m³，支流污染嚴重影響了干流水質(zhì)，這是當時合流污水一期工程竣工后蘇州河干流仍然黑臭的重要原因。隨后開展的蘇州河環(huán)境綜合整治工程，重點實施了基于河網(wǎng)水系全面截污的污水管網(wǎng)工程建設，有效實現(xiàn)了全水系截污治污，為蘇州河消除黑臭、改善水質(zhì)奠定了堅實基礎。  

2.2污水高處理率背景下的城市水體黑臭  

根據(jù)我國城市每年發(fā)布的環(huán)境公報可以看出，各地污水處理率基本都在90%以上，污水收集處理率和歐美國家接近，但是城市水體水質(zhì)差距較大。原因是大量地下水和雨水排入污水處理廠，虛高了城市污水處理率，高處理率數(shù)字后面隱藏了污水未經(jīng)處理直接排放的真相，導致河道受到嚴重污染。  

2.2.1管道破損導致地下水入滲量較大  

截至2015年底，我國城市排水管道長度總量達到54萬km，其中26.1萬km排水管網(wǎng)的使用時間在10年以上。由于污水腐蝕、侵蝕、沖刷、沉積及地面荷載等影響，污水管道破損嚴重的問題在我國城市普遍存在。敷設在地下水水位以下的排水管道，地下水進入污水管網(wǎng)，擠占了污水管網(wǎng)的輸送容量，降低了污水處理廠的進水濃度，我國4000多座污水處理廠中約有1000座進水COD在150mg/L以下，污水處理廠設計生活污水進水COD是350mg/L，兩者相比說明污水處理廠處理的并不全是污水。我國南方城市這個問題更加明顯，南方污水管道地下埋深一般3~5m，深的達到7m，低于地下水位，如果管網(wǎng)不防滲，地下水就會滲入管網(wǎng)，所以解決污水管網(wǎng)滲漏的問題非常關鍵。北京市污水處理廠進水氨氮濃度38.1mg/L，總氮濃度48.8mg/L；南方城市污水處理廠的進水氨氮濃度21.9~24.0mg/L，總氮濃度30.4~35.1mg/L，據(jù)此可以推算出我國南方地區(qū)污水管道中地下水的比例可高達28%~40%。根據(jù)調(diào)查，我國南方城市的管道地下水入滲量可達3800~6300m³/(km²·d)，而德國為1296m³/(km²·d)，是德國的3~5倍。  

2.2.2大量雨水非法進入城市污水處理廠  

圖1a為我國某大型污水處理廠2011~2018年晴天進水量和雨天進水量比較，晴天年平均進水量總體比較穩(wěn)定，波動較小，年際變化不是十分明顯，但是雨天進水量有逐年增加的傾向。污水處理廠雨天進水量明顯高于晴天進水量，雨天平均進水量超過晴天平均進水量14%~23%，最大值達到同期晴天進水量的1.7~2.2倍。圖1b做了污水處理廠晴天與雨天進水氨氮濃度的比較，從中可以看出，雨天污水處理廠的氨氮濃度明顯低于晴天進水濃度，污水處理廠雨天年平均氨氮濃度為18~25mg/L，而晴天進水的氨氮年平均濃度為21~26mg/L。圖2給出了同一污水處理廠雨季（5~8月）晴天進水量和雨天進水量的比較，從中可以看出，雨天和晴天進水量平均值差異更加明顯，雨天進水量大于晴天進水量16%~35%。雨水進入了污水處理廠，增加了污水處理的水量，降低了進水濃度，侵占了污水管網(wǎng)輸送容量。  

這個問題在中小城市更加嚴重，污水處理廠雨天被淹的事件也時有發(fā)生。圖3是我國某中小城市污水處理廠晴天和雨天進水量調(diào)查結果，雨天時污水處理廠的進水量高達旱天進水量的2倍以上，以致暴雨發(fā)生時，污水處理廠溢流嚴重，廠區(qū)甚至發(fā)生漫流。雨水管道非法接入污水管網(wǎng)可能是因為管網(wǎng)施工監(jiān)理不到位所致，但是，也有部分地區(qū)為了避免雨天溢流污染對河道的影響，故意接入污水管網(wǎng)。  

2.3雨天黑臭  

隨著黑臭水體治理措施加大，許多城市水體晴天消除了黑臭，但伴隨而來的是雨天河道黑臭，這種現(xiàn)象在我國東南沿海城市尤為嚴重。合流制系統(tǒng)初期雨水排放和分流制系統(tǒng)雨水管網(wǎng)溢流是我國城市河道雨天黑臭的重要成因，也是我國城市黑臭水體治理中最難攻克的難關。  

2.3.1我國城市合流制系統(tǒng)污水輸送沿程沉積嚴重  

我國大概有10.9萬km的合流制管網(wǎng)，大部分城市的中心城區(qū)為合流制系統(tǒng)。我國城市規(guī)模較大，污水處理廠通常位于郊區(qū)，所以，合流制系統(tǒng)輸送距離較遠，晴天流速較慢，污水管網(wǎng)一定程度上成為顆粒態(tài)污染物的蓄存箱，導致末端污水處理廠進水濃度偏低。根據(jù)統(tǒng)計分析，超過70%的污水處理廠進水COD濃度低于300mg/L，超過30%的污水處理廠進水COD濃度低于200mg/L（見圖4）。表1為我國典型城市污水處理廠進水水質(zhì)與部分國家污水廠進水水質(zhì)的對比?？梢园l(fā)現(xiàn)我國污水處理廠進水NH3-N濃度與美國南加州污水處理廠進水濃度值相當，其平均值甚至高于歐洲的數(shù)值，但是，SS濃度卻相差約100mg/L，BOD、SS平均濃度分別為這些國家污水處理廠進水濃度的74.3%、62.6%，說明我國城市合流制排水管網(wǎng)在污水輸送過程中，將近1/3的顆粒態(tài)污染被沿程沉積，合流制系統(tǒng)污染沿途沉降也降低了污水處理廠的進水濃度。  

2.3.2我國城市分流制系統(tǒng)雨污混接嚴重  

我國城市污水管網(wǎng)建設滯后城市發(fā)展20余年，率先發(fā)展的中心城區(qū)在城市排水骨干管網(wǎng)未普及的情況下，為了解決這些區(qū)域的污水排放，采取雨污水混接等臨時性措施，將污水接入了城市的雨水管網(wǎng)，暫時滿足了污水的排放需求。由于在較長時間內(nèi)沒有實施改造，臨時措施變成了永久措施，時至今日，大量污染仍然直接排入雨水管道，雨污混接仍然比較普遍。  

根據(jù)我國南方部分城市的調(diào)查結果，排入雨水管網(wǎng)的污水下雨時發(fā)生溢流污染，排放COD高達800~1100mg/L，導致河道雨天黑臭。我國國家水體污染控制與治理科技重大專項課題曾以某個城市為示范，開展了分流制排水系統(tǒng)雨污混接識別與改造的研究。圖5是我國東部城市23個分流制排水系統(tǒng)雨污混接情況的調(diào)查結果，非法排入雨水管道污水量占服務范圍總污水量的平均比例約26.2%，最高達70%。  

2.3.3分流制系統(tǒng)雨污混接和合流制系統(tǒng)沉積導致雨天水體黑臭  

我國城市水體雨天黑臭主要原因是分流制系統(tǒng)和合流制系統(tǒng)雨天溢流污染。表2是我國南方部分城市以及法國、德國和美國雨天溢流污染濃度，可以看出，在我國南方地區(qū)，合流制系統(tǒng)雨天排水時，COD高達1200mg/L，均值高達540mg/L；分流制系統(tǒng)的溢流污染濃度，無論是最大濃度或者中值，均比表中所列的國家嚴重，甚至高出2倍以上。  

3技術需求和市場展望  

我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化率已從2000年的36.22%提高到了2016年的57.35%，但地下管網(wǎng)等基礎設施建設卻沒有跟上。長期以來，我國城市管網(wǎng)建設投入不足，排水管網(wǎng)系統(tǒng)破損嚴重。隨著城市黑臭水體治理中出現(xiàn)的頑癥問題的暴露，社會公眾乃至決策層終于認清了一個現(xiàn)實，城市排水體系建設的滯后，正在成為我國城市水環(huán)境水質(zhì)改善的絆腳石，成為一道繞不過去的坎，或遲或早都必須要面對的問題。  

3.1技術需求  

由于人口密集，交通繁忙，高樓林立，我國城市管網(wǎng)問題的解決非常困難，地下勘察、地下修復、地下施工存在巨大技術需求。在高密度發(fā)展的城區(qū)修復破舊管網(wǎng)，比新建管網(wǎng)還要困難。這是我國長期以來“重地上輕地下”的發(fā)展思路導致的結果。  

（1）雨污混接改造。這是解決我國城市水體黑臭問題的關鍵，查明地下管網(wǎng)雨污混接情況是進行改造的前提。迫切需要開發(fā)混接污染源的溯源與追蹤技術和地下管網(wǎng)探測與診斷的機器人，確定針對性的工程技術。高度現(xiàn)代化的城區(qū)實施地面開挖進行雨污混接改造十分困難，目前，我國城市采取的措施為初期雨水調(diào)蓄和旱流污水截流，對于雨天黑臭問題的解決十分有限，溢流污染末端快速凈化和攔截裝置開發(fā)十分重要，排水管網(wǎng)自動調(diào)度實現(xiàn)在線調(diào)蓄很有必要。  

（2）管道修復。由于污水的腐蝕、侵蝕、沖刷、沉積及地面荷載等影響，排水管網(wǎng)存在著破損、錯口、滲水、漏水、淤積、堵塞等不同程度的缺陷。地下管網(wǎng)探測儀器設備的開發(fā)十分迫切，地下管網(wǎng)診斷和修復技術的需求大大增加，非開挖管網(wǎng)建設和帶水修復技術急需引進。目前，國內(nèi)市場正在應用的技術是點狀原位固化法、不銹鋼套筒法等局部非開挖修復技術和紫外光原位固化法、管片內(nèi)襯、短管內(nèi)襯、脹管法等整體非開挖修復工藝，相關環(huán)保產(chǎn)業(yè)和工程建設市場也將迎來一輪爆發(fā)。  

（3）沉積物清理。遠距離輸送的合流管道沉積物清理是控制溢流污染的有效措施。目前，我國基本采用人工疏浚，效率較低，因此，預防管網(wǎng)沉積技術，機械清淤和水力自動沖洗等技術方法有很大的需求空間，清淤污泥無害化與資源化處理處置技術需求非常迫切，隨著對管道沉積污染的重視，相關裝置、結構設計、施工和建設管理將會成為熱點。  

（4）低影響開發(fā)。通過綠色基礎設施的攔、截、蓄、滲作用，可以有效減少降雨徑流，從而減少合流制管網(wǎng)與分流制雨水管道的溢流污染。已有研究表明，綠色基礎設施可以有效減少溢流頻率，減緩沉積物的沖刷，尤其在中小雨的情形下，效果十分明顯。傳統(tǒng)灰色排水設施和綠色排水設施的耦合設計與優(yōu)化管理運行將成為我國城市提高排澇能力、減少徑流污染的主流技術。  

（5）智慧水務。我國大部分城市，特別是中小城市的排水管網(wǎng)運行管理水平較低，很多城市仍然沿用傳統(tǒng)的、依靠紙圖甚至老工人記憶和經(jīng)驗的管理模式。盡管隨著計算機技術的普及和發(fā)展，不少城市對排水管網(wǎng)數(shù)據(jù)進行了信息化處理，但信息化和專業(yè)化程度比較低，無法體現(xiàn)排水管網(wǎng)的系統(tǒng)性。另外，部分城市采用了基于GIS的管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了城市排水管網(wǎng)地理特征的地圖顯示和查詢功能，但無法實現(xiàn)排水管網(wǎng)的網(wǎng)絡分析、動態(tài)模擬和優(yōu)化分析，不能為城市排水管網(wǎng)安全運行提供科學的決策支持?；趥鞲衅鞯墓芫W(wǎng)、河網(wǎng)運營監(jiān)控以及集合數(shù)學模型預測、實時數(shù)據(jù)分析、專家案例庫查詢與推理的智慧水務平臺開發(fā)，也具有很大的發(fā)展空間。  

3.2市場展望  

2015年4月，財政部、環(huán)保部發(fā)布《關于推進水污染防治領域政府和社會資本合作的實施意見》，提出在水污染防治領域推廣PPP模式，完善投融資環(huán)境，引導社會資本積極參與、加大投入，提升水污染治理能力。我國黑臭水體治理正由潛在的市場變成現(xiàn)實的市場。我國政府實施依效付費，在黑臭水體治理PPP項目運營過程中定期對社會資本的投資治理和運行效果進行考核，考核結果作為支付項目運營服務費用的依據(jù)。社會資本參與城市黑臭水體治理，不僅可以解決政府短期集中投入資金短缺的問題，還可以將環(huán)境治理的工程，轉換成一個按效果付費、易于管理的合同。這樣，通過多方協(xié)作的方式，將短期整治與長期維護相結合，推動黑臭水體治理，并保障治理方案穩(wěn)定運行。目前，河道水環(huán)境治理PPP項目已經(jīng)發(fā)展到一定規(guī)模，截止到2018年7月，財政部入庫河道水環(huán)境治理PPP項目共131個，總投資額2259.18億元。  

目前，我國城市水環(huán)境治理PPP項目基本沒有將現(xiàn)有管網(wǎng)修復與完善包括在內(nèi)，這也是現(xiàn)有城市黑臭水體治理PPP項目“治理反復、反復治理”的根本原因。PPP項目只有將排水管網(wǎng)的完善與修復納入其中才能見到長效。但是，我國城市管網(wǎng)資料跟實際情況差距較大，排水管網(wǎng)普遍存在地下水入滲、異物穿入、管道錯接、管道淤積、管網(wǎng)破裂等問題，國內(nèi)參與PPP項目的運營企業(yè)多為綜合性環(huán)保服務企業(yè)或是具有雄厚資本實力的跨界者，專攻黑臭水體治理的企業(yè)不多，缺乏管網(wǎng)修復的專業(yè)技術，面對高密度城市排水管網(wǎng)修復與完善這道難題，無論是技術上還是工程建設上，他們都顯得無能為力。  

根據(jù)圖6所示，我國城市污水管網(wǎng)僅為供水管網(wǎng)的2/3，意味著城市污水收集管網(wǎng)約有1/3的缺口。表3是我國某設計院承接的排水系統(tǒng)的造價分析，排水管網(wǎng)建設成本720~1899萬元/km²，據(jù)此計算分析，我國城市污水收集管網(wǎng)建設還需投資近萬億元。據(jù)國內(nèi)目前已經(jīng)開展的排水管網(wǎng)的勘察情況，大城市已建地下管網(wǎng)的破損率將近30%，中小城市的情況可能更加嚴重，據(jù)此估算，我國城市管網(wǎng)修復的工程投資將超過數(shù)萬億元。據(jù)公開資料報道，僅“十三五”期間，我國污水管網(wǎng)建設和改造的投資將超過3000億元。目前，我國有關城市管網(wǎng)的話題明顯增多，與管網(wǎng)相關的許多企業(yè)業(yè)績良好，過去并不受重視的城市污水管網(wǎng)，逐漸迎來產(chǎn)業(yè)風口。  

目前，我國城市排水管網(wǎng)運行基本上由各級政府下屬的城市投資建設集團的子公司運營，專業(yè)化運營維護水平不高。城市排水管網(wǎng)的運行管理也應該探索新的運營模式，引進專業(yè)化的運行管理隊伍，采取合同管理或PPP等新運行模式，利用專業(yè)隊伍的專業(yè)人才、新技術、新工藝，為政府提供涵蓋“調(diào)查、診斷、治理、維護”4個階段的管理服務，負責城市排水管網(wǎng)運行的全過程管理，解決排水管網(wǎng)的現(xiàn)有問題。政府實施城市排水管網(wǎng)運行管理結果考核，實現(xiàn)管理方式由“以建為主”向“監(jiān)督管理”轉變，相應的市場費用估計也將超過數(shù)千億元。  

城市排水管網(wǎng)修復完善和后續(xù)管理與PPP項目結合，會從根本上改變城市排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀問題，有助于實現(xiàn)城市黑臭水體治理的目標，并推動環(huán)保市場的蓬勃發(fā)展，新技術、新裝置和新的運營管理模式將催生一批專業(yè)從事管網(wǎng)修復與管理的企業(yè)，我國巨大的市場將給其帶來巨大的收益。2018~2020年將是我國黑臭水體治理市場發(fā)展的關鍵時期，市場和政策整合力度將進一步加大，服務模式也將進一步創(chuàng)新，以治理技術為基礎，打通產(chǎn)業(yè)鏈的服務新模式將成為未來市場的重要方向。  

4總結  

城市排水管網(wǎng)完善與修復是城市黑臭水體治理重點，迫切需要新技術和新產(chǎn)品，包括雨污混接識別、溢流污染快速處理、排水管網(wǎng)帶水修復、非開挖建設、綠色排水設施等技術，智慧水務、生物技術、綠色技術、新材料融合應用是我國管網(wǎng)高覆蓋率城市黑臭河道治理的關鍵技術手段。要提高城市排水管網(wǎng)的服務質(zhì)量與效率，不僅要加快城市排水管網(wǎng)的全覆蓋，更要保障排水管網(wǎng)的健康運行，才能實現(xiàn)城市排水管網(wǎng)對污水的全收集、全輸送。  

我國黑臭水體治理已經(jīng)到了中期“復盤”的關鍵時刻，今后3~5年的路該如何走，是政府、企業(yè)以及社會公眾需要共同面對的課題。此外，除了295個地級城市，還有縣級市、縣城、建制鎮(zhèn)的黑臭水體治理壓力不容小覷。已經(jīng)治好的河道如何鞏固效果，確保不反彈，也是未來需要面對的問題。  

打好城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)，關鍵在推進城市環(huán)境基礎設施建設，督促地方建立長效機制，確保黑臭水體長制久清。我國治理黑臭水體的經(jīng)驗以及城市排水管網(wǎng)修復技術與管理模式，對發(fā)展中國家的水環(huán)境治理具有指導和借鑒意義。  

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