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0引言

2015年我國城市污水處理率已經達到91．9％，污水年處理量為428．83億m3，比2005年數據分別增長了39．95％和242．06億m3［1］。但2016年的調查結果顯示，全國超過7成的地級及以上城市不同程度地存在城市黑臭水體，總數目達兩千余條［2］。二者之間形成了鮮明的對比。究其原因，基于“污水水量”的城市污水處理率計算方法，在一定程度上掩蓋了污水管道建設不足、錯接斷接、老舊破損等原因導致的系統效能低下問題。2017年的幾次中央環保督察指出，由于污水管道接管不到位等因素，督查城市的實際污水處理率與統計數據相差20％以上，每天有數萬立方米生活污水直排城市內河［3］；由于污水和雨水管道錯接混接、老舊管道破損失修等因素，督查城市的污水處理廠長期處于滿負荷甚至超負荷運行狀態，但進廠的污染物濃度卻不高，部分污水處理廠的COD濃度甚至不到100mg／L［4］。與城市污水處理率相比，基于“污染物負荷當量”計算的城市污染物削減效率（以下簡稱“負荷削減率”）可以更好地反映城市污水處理設施的運行效率水平。隨著《水污染防治行動計劃》（以下簡稱“水十條”）和《全國城市市政基礎設施建設“十三五”規劃》的和實施，如何切實提高城市污染物的減排效率，實現城市污水系統提質增效受到越來越多學者的關注。但是，與發達國家的已有研究成果相比，我國目前的相關研究還比較少［5，6］。現有的多數研究重點關注城市污水處理廠自身的處理效率和運行水平［7，8］，缺少對城市污水系統污染物削減整體效率的核算與評估。本文以《城市建設統計年鑒（2015年）》數據、全國第一次污染源普查城鎮生活源產排污系數和全國2459座城市污水處理廠的運行數據（2015年）為基礎，選擇化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、氨氮、總氨（TN）和總磷（TP）5項水質指標（以下簡稱“5項水質指標”），綜合運用統計分析、情景分析、不確定性分析等方法，研究我國城市污水處理效率的現狀，并從污水處理廠出水水質達標、進水濃度提升和加強污水再生利用3個技術角度出發設計4組政策情景，評估其減排效果，旨在為相關政策的制定提供一定借鑒和參考。

1城市污水處理廠污染物削減效率分析

1．1進水濃度統計

在統計的2459座城市污水處理廠中，地級市和縣級市分別占1718座和741座，處理規模分別為10199．40萬m3／d和1612．88萬m3／d。城市污水處理廠進水濃度的統計結果表明：北方城市的進水濃度比南方城市高出48％～59％，如表1所示。分區域而言，西北地區的陜西、甘肅、青海、寧夏和新疆，華北地區的北京、天津和內蒙古的城市污水處理廠平均進水濃度較高，上述區域的COD進水濃度在400～550mg／L；相比之下，湖北、湖南、江西、西藏等省份的平均進水濃度較低，COD的進水濃度僅為上述較高省份的1／3～1／2。

1．2出水濃度統計

城市污水處理廠出水濃度的統計結果表明：南方城市普遍低于北方城市（見表1），而且不同污染物之間表現出明顯差異。COD、BOD、氨氮和TN4項指標，全國超過26個省市自治區均可以達到一級A標準，且出水濃度低于一級A標準25％～50％。其中，COD的處理效果最好，出水濃度達到地表水Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類標準的省份數量分別為3個、17個和5個。相比之下，TP的處理效果不佳，新疆和青海尚不滿足一級B標準。1．3污染物削減率統計基于污水處理廠處理水量和進出水濃度計算的污染物削減率，南北方沒有表現出明顯的差異。對于不同的污染物，BOD的去除效率最高，北方和南方分別可以達到95．1％和94．0％；COD、氨氮和TP的削減率在85．3％～91．3％；TN的削減率最低，北方和南方分別為70．0％和62．3％。

2負荷削減率的計算方法

2．1負荷削減率的定義

本研究將負荷削減率定義為：城市污水處理廠的污染物削減總量與城市污染物排放總量的比值。其中：分母包括城市居民生活污染物排放量和工業企業污染物排放量兩個部分，不包括城市降雨徑流污染負荷。居民生活污染物排放量通過常住人口（城區人口與城區暫住人口之和）和人均日污染物排放量計算，工業企業污染物排放量通過當量人口和人均日污染物排放量兩個變量進行計算。當量人口是將工業廢水中的污染物總量，用相當于生活污水污染物排放量的常住人口數來表示。分子是所有城市污水處理廠的污染物削減量之和，通過污水處理廠的處理水量、污染物進水濃度和出水濃度進行計算。

2．2計算需要考慮的不確定性

負荷削減率的計算涉及城市分類供水數據、人均污染物排放數據、污水處理廠的處理水量及進出水污染物濃度數據。與城市污水處理率的計算方法相比，負荷削減率的計算難點主要在于對不確定性的處理上，具體表現在以下兩個方面：一是對于計算對象的選擇，基于任何一種污染物計算得出的負荷削減率都是片面的，必須綜合考慮多種典型污染物，這一點是與基于“污水水量”計算污水處理率之間的最大區別。二是人均污染物排放量的取值，不同地區的經濟條件、生活習慣等因素會導致人均污染物排放量存在一定差異，污水進入市政管網前是否經過化糞池等設施的預處理也會對排放量產生影響。因此，人均日污染物排放量的取值應當因地而異，因設施而異?；谏鲜龇治?，第一，本研究選擇兩組水質指標來計算負荷削減率，一組是5項水質指標（即COD、BOD、氨氮、TN和TP），另一組是4項水質指標（即COD、BOD、氨氮和TP），是否考慮TN的原因在于其相對較低的削減率可能會對負荷削減率的計算結果產生較大影響（如表1所示）。第二，基于全國污染源普查結果和部分案例城市的實地調研，本研究將全國31個省市自治區分為5個區域，分區域選擇人均污染物排放量取值，并且考慮污水直排（ZP）和化糞池預處理（HFC）兩種排放方式。

3結果和討論

3．1負荷削減率計算結果

計算結果表明：負荷削減率的全國平均值為63．2％，各省數據如圖2所示。其中，天津、河北、江蘇、山東和陜西5個省的負荷削減率相對較高，均超過了80％；20個省份的負荷削減率處在50％～80％范圍內，北方和南方的省份個數分別是9個和11個；西藏的負荷削減率最低，不足20％。

3．2不確定性對計算結果的影響

水質指標選擇差異（是否考慮TN）和人均污染物排放量取值差異（是否設置化糞池）對計算結果的影響。

4情景設計與效果評估

4．1情景設計研究

從污水處理廠的出水水質達標、進水水質提升和加強污水再生利用3個方面進行技術情景設計。

5結論

以提高城市污水處理系統效率為研究目的，本文提出了負荷削減率的定義和計算公式。在此基礎上，以省為單位分析了我國城市污水系統負荷削減率現狀，設計并評估了4組政策情景，主要結論如下：（1）基于統計和污染物普查數據，全國城市負荷削減率的平均值為63．2％，削減率處于80％～100％，50％～80％、20％～50％和0～20％的省份個數分別是5個、20個、5個和1個。（2）在負荷削減率計算過程中，應當重視水質指標選擇差異（是否考慮TN）和人均污染物排放量取值差異（是否設置化糞池）對最終結果的影響，二者對結果影響的平均值分別是5．9％和6．9％。（3）在S1＋S2＋S3情景下，全國負荷削減率平均值可達到77．0％，在“設置化糞池／不考慮TN”情況下的負荷削減率可達到84．3％。3種技術手段中，提高污水處理廠進水濃度的作用效果最為明顯。

作者：白樺1;劉廣奇1;張志果1;徐慧緯2 單位：1中國城市規劃設計研究院，2住房和城鄉建設部城鄉規劃管理中心