给水排水 | 孙永利：锚定目标，紧扣重点，稳步提升污水收集效能

导读：

为落实党中央、国务院有关工作部署，加快推进城市生活污水管网全覆盖，建立健全污水管网建设运维长效机制，切实提升城市生活污水收集效能，住房城乡建设部城市建设司印发《推进城市生活污水管网全覆盖及厂网一体长效机制建设工作指南（第一版）》（以下简称《工作指南》），以“正文”“专栏”“案例”相结合的形式，从加强系统谋划、实施排查检测、完善管网体系、健全长效机制、强化政策保障五个方面系统阐释了城市生活污水管网全覆盖工作的技术要点与管理措施，这是对2024年住房城乡建设部、生态环境部、国家发展改革委、财政部、市场监管总局5部门联合印发的《住房城乡建设部等5部门关于加强城市生活污水管网建设和运行维护的通知》（建城〔2024〕18号）文件的深化解读，也是对近年来全国各地开展污水管网提质增效工作经验的系统化总结，希望能为各地政府决策部门提供“知识库”，为咨询、设计与2运行维护相关从业者提供“工具箱”，切实引导各地科学开展污水管网建设运行问题识别诊断与整治，加快推进城市生活污水管网全覆盖工作。

01 科学理解全覆盖工作内涵，多管齐下分类施策

2023年12月27日印发的《中共中央国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》明确“加快补齐城镇污水收集和处理设施短板，建设城市污水管网全覆盖样板区”，其核心要求就是通过各种工程、技术和管理手段，将更多的生活污水污染物收集到管网内，并高效快速地转输至污水处理厂进行净化处理，实现污水污染物的应收尽收，尽量避免污水外溢影响水环境质量，或在管道内反应导致污染物衰减。

因此，《工作指南》重点围绕两方面部署生活污水管网全覆盖工作：一是推进城中村、老旧城区、城乡结合部等市政基础设施薄弱区域的管网规划建设工作，补齐管网建设“短板”，真正让居民生活排放的污水都能收集到污水管网内，实现形式上的“生活污水管网全覆盖”。近年来大部分城市已经基本完成了直排口、空白区的治理，因此污水管网未覆盖区域相对较少，工程性补短板工作主要集中于管网更新修复。二是要尽量降低污水收集转输过程的污染物损失量，包括污水冒溢、反应衰减、降雨冲刷流失等，从而真正意义上实现污水污染物的全量收集。“城市生活污水集中收集率”行业管理指标，采用管网收集并输送至污水处理厂的污染物总量与城市生活排放污染物总量的比值，也就是实际收集的污染物量占应收集污染物总量的比值，可以客观反映一个城市生活污水污染物的全量收集情况，衡量是否真正实现“生活污水管网全覆盖”。

当然，这里有三点需要说明。首先《工作指南》所使用的“生活污水管网”并不是指行业传统意义的分流制污水管网，而是包括对生活污水进行收集转输的各种管网、管涵等。其二，从污水收集转输过程“碳”平衡角度考虑，城市生活污水集中收集率低并不代表污水污染物直接流失到水环境中，这里还涉及污染物在管网转输过程中发生代谢反应，并以CO2、CH4等含“碳”气体形式散逸到空气中的“碳”损失量。其三，我们团队在全国多地开展的污水管网沉积物分析结果表明，大部分污水管网沉积物的COD/TN约为30~50，COD/TP约为100~180，呈现高碳低氮磷的典型特征。根据污水收集转输过程的碳氮磷平衡，这些都可能是导致我国城市污水处理厂进水低碳高氮磷、碳氮磷比例失调的重要原因。“生活污水管网全覆盖”是实现排水行业绿色低碳高质量发展的重要手段和工具。

02 精准实施非生活污水溯源，科学推进“挤清水”

城市河湖水、低浓度工业废弃水、山泉山溪水、施工降水、地下水等污染程度相对较低的非生活污水（也即“清水”）进入生活污水管网，会稀释生活污水并最终影响城市污水处理厂进水浓度，是排水行业的国际通病和工程技术难题，发达国家也普遍存在非生活污水入流入渗污水管网的问题，但我国的问题更加突出。从生化反应机理考虑，大部分“清水”含有NO3--N等氧化性物质，会与污水中的BOD发生反硝化反应，导致BOD过度衰减，这也是我国大部分城市污水处理厂进水碳氮磷比例失调的重要原因之一。另外，过量截流非生活污水，也可能使管网接纳的污水量超过管网输送能力或污水处理厂处理能力，从而在薄弱节点出现污水外溢或外排情况，形成持续性的城市水环境污染。系统推进“挤清水”工作已经成为排水行业的重要关注点。

但是，作为看不见的地下工程，“清水”量大面广，比较“隐蔽”，简单的“检测”工作通常会改变污水管网的实际运行工况，不能完全反映“清水”问题。实际上，如果按照主动和被动排放行为，可以将“清水”分类为“排入”性清水（如施工降水、工业废弃水）和“渗入/流入”性清水（河湖水、山泉山溪水、地下水），应结合实际工程场景选择不同方式进行排查识别溯源并分类施策。

一是城市河湖水。

城市河湖水可归类为“渗入/流入”性“清水”。按照“水往低处流”的基本生活常识，可利用河湖水位与管网水位的高低关系，进行河湖水入渗、入流或倒灌污水管网风险的简单研判。河湖水位低于污水管网运行水位时，通常不会发生河湖水倒灌污水管网的情况。

河湖沿线管网存在渗漏和倒灌风险。按照传统的排水管网规划设计模式，城市河湖水体沿线多数敷设有排水管网。在管网与河湖临近的区域，只要管网水位或河湖水位之下有管网破损点，就可能存在管网水与河湖水“连通”的风险。一些城市为了避免污水冒溢进入河湖，会将河湖水位抬升至高于污水管网运行水位，而这种高水位河湖必然会对沿线管网形成“高压”态势，容易在淹没于水体水位线之下的排口或管网漏点形成河湖水阶段性甚至长期入渗入流或倒灌污水管网。在进行管段封堵降水位时，很容易根据管道蓄水量和排水量的平衡关系，确认是否存在河湖高水位倒灌或入渗污水管网问题。河湖沿线管网渗漏或倒灌的最简单治理措施就是协同降低管网运行水位与河湖水位，让更多的破损点“裸露”在水位线之上，一劳永逸的措施则是将这些沿河管网全部“搬上岸”，而“打补丁”的进行管网破损点修补只能作为临时措施，并非长久之计。

穿越河湖底部管网存在河湖连通风险。穿越河湖底部敷设的污水管网，一般会在河湖两侧设置检查井，这样如果污水管上出现了破损漏水点，那么到底是污水外溢进入河湖，还是河湖水倒灌进入污水管网，则主要取决于两个检查井的水位与河湖水位的平衡关系。按照“连通器”原理，检查井水位低于河湖水位时，容易出现河湖水倒灌污水管网风险；而倒虹吸管出现破损情况时，“抽吸”上游来水的同时，也可能同步“抽吸”河湖水，尤其是上游来水量小于下游“抽吸”排水量时，河湖水自然而然的就开始“补位”。另外，由于居民生活排水水质的高度波动性，倒虹吸管上游来水和下游排水水质并不稳定，通过水质检测进行入渗入流问题评估通常需要比较多的水质样本数量，测试成本比较高。

二是工业废弃水。

《工作指南》使用“工业废弃水”，主要是区别于早期行业内一直使用的工业废水概念，是指工业生产过程中产生，不能被工业企业再利用而需要外排的工业废水。作为“排入”性“清水”，工业废弃水可以人为控制排放时间和排放量，因此很难通过偶尔实施的管道检测发现。鉴于工业废弃水种类繁多，污染成分复杂，《工作指南》第3.2.6节就工业废弃水对城市污水处理厂的影响以及不同类型工业废弃水的应对措施做出了明确说明。

工业废弃水影响污水收集处理与利用过程的生态安全性。工业废弃水的生态安全影响早已引起行业关注，生态环境部等四部委2021年印发的《区域再生水循环利用试点实施方案》（环办水体〔2021〕28号）明确要求“加强区域再生水循环利用全过程水质水量监测，保障再生水利用安全”“接纳含有毒有害物质的工业废水的污水处理厂，不纳入试点城市区域再生水循环利用体系”。众多测试结果表明，即使处理至相对较高排放标准的工业废弃水，仍可能含有城市生活污水处理厂无法接纳和去除的化学成分，尤其是一些容易引发生物毒性的化学物质，对污水资源化、水体生态安全和污泥安全处置与利用都存在潜在的不利影响，其危害可能比新污染物更加严重。

低浓度工业废弃水会造成严重的BOD损耗。绝大多数工业废水含有难生物降解有机物，通常需要采取臭氧、芬顿等化学或电化学氧化技术才能实现难生物降解有机污染物的高标准去除，因此处理至行业排放标准的工业废弃水可能含有一定的“氧化性物质”余量，其典型特征就是相对较高的ORP值。这些工业废弃水排入城市污水管网后，会与污水中表征为“还原性”特征的BOD发生氧化还原反应，导致BOD过量损耗。低浓度工业废弃水排入污水管网对BOD衰减的影响要远高于城市河湖水、地下水等天然水，会更进一步加大城市污水处理厂进水碳氮磷比例失调问题，污水处理厂需要更多的“外加碳源”才能确保氮磷稳定达标。因此，在组织开展工业废弃水“影响污水处理厂出水稳定达标”风险评估时，不仅需要关注生物毒性以及污染物去除难易程度的影响，也需要关注低浓度工业废弃水对生活污水碳源反应衰减的影响。

三是施工降水。

与发达国家不同，我国很多城市处于大建设时期，地铁、楼宇地下工程一般需要定期排放施工降水。施工降水属于“排入”性“清水”，作为地下工程施工的附属产物，施工降水更容易通过施工现场“排查”发现和精准定位。由于多数施工排水为“短期”行为，铺设专用排水通道向城市河湖水体排放，在实施、审批和管理等方面都存在一定难度，尤其是很多地方管理部门对城市河湖沿线临时新增排污口的审批程序非常复杂。因此，施工降水直接排入市政排水管网就成了很多施工企业的“通行”做法。

四是地下水。

与城市河湖水类似，作为“渗入/流入”性“清水”，地下水水位与管网水位的关系也可以作为地下水入渗/入流污水管网的最简单直接的识别方法。污水管网运行水位高于或接近于地下水水位时，一般不会发生地下水入渗污水管网的情况。但是，随着污水管网降水位、提流速工作的推进，一些原来不“漏水”的污水管网也可能出现地下水位高于管道运行水位而入渗/入流的情况，因此“检测”更加容易精准识别地下水入渗/入流污水管网问题。

当然，这里所指的“地下水位”不仅包括传统意义上的潜水位和承压水位，也包括城市河湖沿线因河湖水渗入形成的相对较高的地下水层，以及丘陵地区山泉山溪水排放形成的浅层地下水通道，在实际工程中需要区别对待。

03 科学对待污染物沉积问题，切实提升管网效能

流动水体中的颗粒物沉积是重力主导、多因素影响动态平衡的结果，颗粒物个体是否发生沉淀与其比重、形状、尺寸等物理特征有关，更与水的动力学特征有关。对于线性推流为主要特征的污水管网而言，流速对颗粒物沉积起非常重要的主导作用，提升管网流速是解决颗粒物沉积问题的最有效举措。按照平均流速计算公式（v=Q/A），要提升污水管网的流速，要么是增加管网流量，要么是减少过水断面面积。实际工程中增加管网流量一般相对较难，而减少过水断面面积实际上就是降低管网运行水位。降低管网运行水位在管网水位受河湖水体或地下水水位影响较小的城市是可以考虑的技术措施。

一是提升管网流速，避免管网沉积。

我们借助国家重点研发计划的支持，在六安搭建了“管渠沉积-冲刷模拟实验平台”，开展了流速驱动下的颗粒物沉积-冲刷实验。结果表明，污水流速低于0.3m/s时，会发生非常明显的颗粒物沉积现象，尤其是流速低于0.1m/s时，很容易形成管网边壁效应和局部低速紊流，沉积问题比较严重，沉积物的VSS/SS占比也相对较高，通常可达30%以上。流速0.4~0.5 m/s时，虽然也会产生一定的沉积问题，但此时颗粒物沉积过程更像是“洗砂”工艺，比重相对较轻的有机组分会随着污水流动而向前移动，比重相对较大的泥砂等颗粒物则会沉积到管道底部，而且沉积物的VSS/SS比值相对较低。流速达到0.6 m/s时，虽然没有明显的颗粒物沉积问题，但管网内并未达到完全混合状态，而是以“层流”结构推进，管网底部形成相对明显的“浓泥层”，会有大颗粒泥砂沉积情况，上部通常会出现“清水层”。流速达到0.8~1.0 m/s时，会对历史沉积物形成“剥离”效果，底泥逐渐被冲刷进入污水中。因此，污水管网持续保持0.6 m/s以上的不淤流速，或者阶段性地达到1.0 m/s以上的冲刷流速，都能有效缓解沉积问题。

二是减少过程沉积，改善终端水质。

进水低碳高氮磷，生物脱氮除磷所需碳源不足是我国大部分城市污水处理厂的典型特征，与此相反，管网沉积物则表现为高碳低氮磷，《工作指南》指出“管道沉积物高碳低氮磷、污水处理厂进水低碳高氮磷”是我国城市排水系统的典型特征，而这种过程产物高碳低氮磷、末端产物低碳高氮磷的情况，也符合物料平衡关系。生活污水COD以大分子有机物为主，很容易沉淀，而水解过程产生的小分子有机物仍比较容易吸附在泥相；TN和TP以离子态的氨氮和磷酸盐为主，且水解过程很容易将分子态的氮磷转化为离子态的氨氮和磷酸盐，进入水相并最终进入污水处理厂。因此，减少管道污染物沉积有助于将更多的高碳低氮磷“优质碳源”转输至污水处理厂，进而改善污水处理厂进水碳氮磷结构，提升污水收集处理系统效能，有效降低污水处理厂脱氮除磷对“外加碳源”的依赖程度，真正意义上实现污水收集处理系统的绿色低碳发展。

04 系统推进降水位提流速工作，改善管网运行性能

降低污水管网日常运行水位，不仅有助于提升污水管网运行流速，系统解决管网沉积问题，还可以使污水管网内形成更大的调蓄空间，有效缓解管网上游排水高峰期间的局部薄弱点位冒溢问题。随着管网补短板工作的推进，很多城市已经初步解决了重大管网病害问题，基本上具备了降水位提流速的工程条件。

一是协同推进管网问题诊断与降水位工作。

根据部分城市污水管网治理经验，对于管网质量和病害问题不太严重的区域，通过技术手段系统推进管网降水位，逐渐暴露出存在渗漏或倒灌问题的病害点位，并随时采取“打补丁”的方式进行修复，可能是当前阶段一种更加有效的污水管网病害问题快速治理模式。

二是做好小区源头管网水位堵点治理。

与市政污水管网不同，居民小区内的污水管网长期呈现低流速沉积-高流速冲刷交替运行状态，如工作日上班时间段，留守在楼宇内的居民人数相对较少，排水总量相对较低，这个时间段的污水管网通常呈现极低流速沉积状态，而清晨6-8点起床洗漱时段、晚间8-11点浣洗时段的污水管网则可能呈现高流速冲刷状态，因此“堵点”较少的楼宇间管网一般比较少沉积。而一些化粪池、管网内的碎石块、施工未清理的混凝土、被树根顶起的管道段，却可能形成管网“堵点”，导致管网前段呈现“高水位”状态，应作为小区管网降水位的重点工作。

三是做好厂（站）提升水位与管网水位的平衡。

我国绝大部分城市的市政污水管网呈现高水位状态，这就好比通过闸坝“堵”起来的城市河湖，即使出现所谓的“逆坡”或者“堵点”，通常也不会直接影响管网的运行状态，只会在“逆坡最高点位”区域形成高于其他区域的流速。而污水管网运行水位的真正“堵点”通常是被人为抬高的提升泵站、污水处理厂前泵房的“泵运行水位”。尤其是对于地势较为平缓、管网坡度相对较小的地区，每抬高1米“泵运行水位”，就可能导致上游主干管数百米的满管和数公里的高水位运行的状况，因此要降低城市污水主干管的运行水位，首先要考虑各相关泵站的降水位问题。当然，一些污水处理厂运行单位担心泵站降水位运行会增加泵的提升能耗，实际上前面已经多次提及，管网沉积物是一种高碳低氮磷的“优质碳源”，将其引入到污水处理厂有助于改善污水处理厂进水碳氮磷结构，降低脱氮除磷对“外部碳源”的需求量，减少污水处理厂运行费用。实际工程运行管理过程中应考虑厂-网协同，做好系统性平衡。

四是做好河湖水位与管网运行水位的平衡。

在解决“泵提升水位”等“堵点”后，影响城市污水管网降水位的最大因素可能是管网运行水位与城市河湖水位的关系。前已提及，目前我国大部分城市在河湖沿线敷设管网的情况还是比较常见的，穿越河湖底部的污水管网也并不少见。如果污水管网与河湖水体之间存在渗漏点或连通点，污水管网降水位之后，首先出现的问题可能就是大量河湖水倒灌污水管网。因此，在条件许可的情况下，适度降低城市河湖水体水位，更加有利于实现污水收集系统效能提升的工作目标。

来源：给水排水

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