上海纯水设备：乡村排水管网建设以管理和黑臭水体的技术和市场需求
0引言
乡村水体黑臭是当今我国最突出的环境问题之一。2015年4月《水污染防治行动计划》发布，将乡村黑臭水体治理作为一项重要任务，要求到2020年，杭州纯水设备全国地级及以上乡村建成区黑臭水体控制在10%以内，2030年，乡村建成区黑臭水体总体得到消除。2018年5月，生态环境维护大会把消灭乡村黑臭水体作为实施水污染防治行动计划的重要内容。2018年6月《关于全面加强生态环境维护，坚决打好污染防治攻坚战的意见》发布，对乡村黑臭水体治理等“五大水相关战役”作出详细规定。
乡村黑臭水体治理是一项长期的系统性工程，与乡村规划不合理、基础设施不匹配、监督管理不完善等复杂因素密切相关，导致黑臭水体治理面临巨大的挑战。2016年2月，住房和城乡建设部、环保部正式发布黑臭水体清单，全国220多个地级以上乡村黑臭水体高达2100个，64%集中在东南沿海地区，因此，国乡村黑臭水体治理存在巨大的市场机遇。治理是否见到效果不只取决于技术支撑，也需要强大的社会资本投入，同时，政府的管理体系也亟需完善。
1国乡村水环境基础设施建设基本情况
改革开放以来，随着我国乡村化进程加快，乡村人口比例从1978年不足20%2018年增长为约60%乡村人口达到8亿人，国乡村水系单位面积的污水排放量是欧美乡村的3~4倍。自上世纪90年代开始，国政府大力推动乡村污水治理基础设施的建设，污染治理投资逐年增加。2016年，国城市在污水处置工程建设的总投资达到1485.5亿元，占GDP比例维持在1.1%~1.8%国乡村平均污水处置率达到90%与欧美国家污水处置率相近，东南沿海乡村污水集中处置率高达94%以上。国乡村建成区管网密度从1981年的3.17km/km2提高到2016年的10.61km/km2但是国乡村重污染水体依然坚持在9%左右， 上海水处理设备大部分集中在经济发展和污水治理的东南沿海地区。这个背景下的乡村水体污染问题是国和其他发展中国家普遍存在共性问题，其成因及对策值得深入剖析和探讨，对我国和世界上类似国家的水环境治理以及乡村可继续发展具有重要的指导作用和借鉴意义。
2乡村排水管网问题是黑臭水体治理面临的挑战
经过多年的继续努力，国乡村排水管网架构基本形成，但是建设规划不成体系，总管、干管比较完整，支管和收集管网完整不齐，施工质量比较粗糙，由此，严重影响了污水截污纳管，大量污染直排河道。国城市的管网问题导致的水体黑臭可以分成3类。
2.1污水管网高覆盖背景下的乡村水体黑臭
只重污水总管和干管建设，忽视收集管网建设；强调主要河流污染治理，不按水系截污治污是国乡村污水管网高覆盖率背景下水体黑臭的根本成因。
2.1.1忽视污水收集管网建设
国乡村排水管网覆盖率已经达到90%以上，与欧美国家和日本相当，但收集管网不完善，乡村排水管网密度远远低于日本、美国等城市。日本乡村排水管网长度在2004年已达到35万km排水管网密度一般在2030km/km2高密度城区可达50km/km2美国乡村排水管道长度在2002年约为150万km乡村排水管网密度平均在15km/km2以上。国乡村排水管网建设过程中，往往只注重总管和干管的建设，忽视了收集管网的建设，这个问题在中国县级乡村更加严重。众多污染源无法纳入污水管网，只能直排河道，造成管网高覆盖率情况下乡村河道黑臭。
回顾上海市苏州河水环境综合整治一期工程实施之际，虽然当时已经建成了中心城区污水集中处置工程（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网建设不同步，污水实际收集处置率只有44%56%污水未经处置直接排入河道。针对这个问题，重点实施了收集管网建设，污水收集率提高到90%以上。
2.1.2忽视河网水系截污治污
国乡村水体污染最严重的东南沿海地区，河网密布，纵横交错，互联互通。污水管网设计和建设时，往往重视干流的截污，忽视支流的截污；重视中心城区的截污，忽视按水系截污，导致往复回荡河流水质相互影响，干流截污效益不明显。例如，1993年上海市合流污水一期工程建成后，直接排向苏州河干流的污染源被全部截流，但是苏州河中下游的6支流范围内，仍有上千个污染源未被截流，每天直排污水量约30万m3支流污染严重影响了干流水质，这是当时合流污水一期工程竣工后苏州河干流仍然黑臭的重要原因。随后开展的苏州河环境综合整治工程，重点实施了基于河网水系全面截污的污水管网工程建设，有效实现了全水系截污治污，为苏州河消除黑臭、改善水质奠定了坚实基础。
2.2污水高处理率背景下的乡村水体黑臭
根据我国乡村每年发布的环境公报可以看出，各地污水处置率基本都在90%以上，污水收集处置率和欧美国家接近，杭州纯水设备但是乡村水体水质差别较大。原因是大量地下水和雨水排入污水处置厂，虚高了乡村污水处置率，高处理率数字后面隐藏了污水未经处置直接排放的真相，导致河道受到严重污染。
2.2.1管道破损导致地下水入渗量较大
截至2015年底，国乡村排水管道长度总量达到54万km其中26.1万km排水管网的使用时间在10年以上。由于污水腐蚀、侵蚀、冲刷、堆积及地面荷载等影响，污水管道破损严重的问题在国乡村普遍存在敷设在地下水水位以下的排水管道，地下水进入污水管网，挤占了污水管网的输送容量，降低了污水处置厂的进水浓度，国4000多座污水处置厂中约有1000座进水COD150mg/L以下，污水处置厂设计生活污水进水COD350mg/L两者相比说明污水处置厂处理的并不全是污水。国南方乡村这个问题更加明显，南方污水管道地下埋深一般3~5m深的达到7m低于地下水位，如果管网不防渗， 上海水处理设备地下水就会渗入管网，所以解决污水管网渗漏的问题非常关键。北京市污水处置厂进水氨氮浓度38.1mg/L总氮浓度48.8mg/L南方乡村污水处置厂的进水氨氮浓度21.9~24.0mg/L总氮浓度30.4~35.1mg/L据此可以推算出我国南方地区污水管道中地下水的比例可高达28%~40%根据调查，国南方城市的管道地下水入渗量可达3800~6300m3/km2d而德国为1296m3/km2d德国的3~5倍。
2.2.2大量雨水非法进入乡村污水处置厂
图1a为我国某大型污水处置厂2011~2018年晴天进水量和雨天进水量比较，晴天年平均进水量总体比较稳定，动摇较小，年际变化不是十分明显，但是雨天进水量有逐年增加的倾向。污水处置厂雨天进水量明显高于晴天进水量，雨天平均进水量逾越晴天平均进水量14%~23%值达到同期晴天进水量的1.7~2.2倍。图1b做了污水处置厂晴天与雨天进水氨氮浓度的比拟，从中可以看出，雨天污水处置厂的氨氮浓度明显低于晴天进水浓度，污水处置厂雨天年平均氨氮浓度为18~25mg/L而晴天进水的氨氮年平均浓度为21~26mg/L图2给出了同一污水处置厂雨季（5~8月）晴天进水量和雨天进水量的比拟，从中可以看出，雨天和晴天进水量平均值差异更加明显，雨天进水量大于晴天进水量16%~35%雨水进入了污水处置厂，增加了污水处置的水量，降低了进水浓度，侵占了污水管网输送容量。
这个问题在中小乡村更加严重，污水处置厂雨天被淹的事件也时有发生。图3国某中小乡村污水处置厂晴天和雨天进水量调查结果，雨天时污水处置厂的进水量高达旱天进水量的2倍以上，以致暴雨发生时，污水处置厂溢流严重，厂区甚至发生漫流。雨水管道非法接入污水管网可能是因为管网施工监理不到位所致，但是也有局部地区为了防止雨天溢流污染对河道的影响，故意接入污水管网。
2.3雨天黑臭
随着黑臭水体治理措施加大，许多乡村水体晴天消除了黑臭，但伴随而来的雨天河道黑臭，这种现象在国东南沿海乡村尤为严重。合流制系统初期雨水排放和分流制系统雨水管网溢流是国乡村河道雨天黑臭的重要成因，也是国乡村黑臭水体治理中最难攻克的难关。
2.3.1国乡村合流制系统污水输送沿程沉积严重
国大概有10.9万km合流制管网，大部分乡村的中心城区为合流制系统。国乡村规模较大，污水处置厂通常位于郊区，所以，合流制系统输送距离较远，晴天流速较慢，污水管网一定水平上成为颗粒态污染物的蓄存箱，导致末端污水处置厂进水浓度偏低。根据统计分析，超越70%污水处置厂进水COD浓度低于300mg/L超越30%污水处置厂进水COD浓度低于200mg/L见图4表1为我国典型乡村污水处置厂进水水质与局部国家污水厂进水水质的对比。 上海水处理设备可以发现我国污水处置厂进水NH3-N浓度与美国南加州污水处置厂进水浓度值相当，其平均值甚至高于欧洲的数值，但是SS浓度却相差约100mg/LBODSS平均浓度分别为这些国家污水处置厂进水浓度的74.3%62.6%说明我国乡村合流制排水管网在污水输送过程中，将近1/3颗粒态污染被沿程沉积，合流制系统污染沿途沉降也降低了污水处置厂的进水浓度。
2.3.2国乡村分流制系统雨污混接严重
国乡村污水管网建设滞后乡村发展20余年，率先发展的中心城区在乡村排水骨干管网未普及的情况下，为了解决这些区域的污水排放，采取雨污水混接等临时性措施，将污水接入了乡村的雨水管网，暂时满足了污水的排放需求。由于在较长时间内没有实施改造，临时措施变成了永久措施，时至今日，大量污染仍然直接排入雨水管道，雨污混接仍然比较普遍。
根据我国南方局部乡村的调查结果，排入雨水管网的污水下雨时发生溢流污染，排放COD高达800~1100mg/L导致河道雨天黑臭。国国家水体污染控制与治理科技重大专项课题曾以某个乡村为示范，杭州纯水设备开展了分流制排水系统雨污混接识别与改造的研究。图5国东部城市23个分流制排水系统雨污混接情况的调查结果，非法排入雨水管道污水量占服务范围总污水量的平均比例约26.2%高达70%
2.3.3分流制系统雨污混接和合流制系统堆积导致雨天水体黑臭
国乡村水体雨天黑臭主要原因是分流制系统和合流制系统雨天溢流污染。表2国南方局部乡村以及法国、德国和美国雨天溢流污染浓度，可以看出，国南方地区，合流制系统雨天排水时，COD高达1200mg/L均值高达540mg/L分流制系统的溢流污染浓度，无论是浓度或者中值，均比表中所列的国家严重，甚至高出2倍以上。
3技术需求和市场展望
国城镇化快速发展，城镇化率已从2000年的36.22%提高到2016年的57.35%但地下管网等基础设施建设却没有跟上。临时以来，国乡村管网建设投入缺乏，排水管网系统破损严重。随着乡村黑臭水体治理中出现的顽症问题的表露，社会公众乃至决策层终于认清了一个现实，乡村排水体系建设的滞后，正在成为我国乡村水环境水质改善的绊脚石，杭州纯水设备成为一道绕不过去的坎，或迟或早都必需要面对的问题。
3.1技术需求
由于人口密集，交通繁忙，高楼林立，国乡村管网问题的解决非常困难，地下勘察、地下修复、地下施工存在巨大技术需求。高密度发展的城区修复破旧管网，比新建管网还要困难。这是国长期以来“重地上轻地下”发展思路导致的结果。
1雨污混接改造。这是解决我国乡村水体黑臭问题的关键，查明地下管网雨污混接情况是进行改造的前提。迫切需要开发混接污染源的溯源与追踪技术和地下管网探测与诊断的机器人，确定针对性的工程技术。高度现代化的城区实施地面开挖进行雨污混接改造十分困难，目前，国城市采取的措施为初期雨水调蓄和旱流污水截流，对于雨天黑臭问题的解决十分有限，溢流污染末端快速净化和拦截装置开发十分重要，排水管网自动调度实现在线调蓄很有必要。
2管道修复。由于污水的腐蚀、侵蚀、冲刷、堆积及地面荷载等影响，排水管网存在着破损、错口、渗水、漏水、淤积、堵塞等不同程度的缺陷。地下管网探测仪器设备的开发十分迫切，地下管网诊断和修复技术的需求大大增加，非开挖管网建设和带水修复技术急需引进。目前，国内市场正在应用的技术是点状原位固化法、不锈钢套筒法等局部非开挖修复技术和紫外光原位固化法、管片内衬、短管内衬、胀管法等整体非开挖修复工艺，相关环保产业和工程建设市场也将迎来一轮爆发。
3堆积物清理。远距离输送的合流管道堆积物清理是控制溢流污染的有效措施。目前，国基本采用人工疏浚，效率较低，因此，预防管网堆积技术，机械清淤和水力自动冲洗等技术方法有很大的需求空间，清淤污泥无害化与资源化处置处置技术需求非常迫切， 上海水处理设备随着对管道堆积污染的重视，相关装置、结构设计、施工和建设管理将会成为热点。
4低影响开发。通过绿色基础设施的拦、截、蓄、渗作用，可以有效减少降雨径流，从而减少合流制管网与分流制雨水管道的溢流污染。已有研究表明，绿色基础设施可以有效减少溢流频率，减缓堆积物的冲刷，尤其在中小雨的情形下，效果十分明显。激进灰色排水设施和绿色排水设施的耦合设计与优化管理运行将成为我国乡村提高排涝能力、减少径流污染的主流技术。
5智慧水务。国大部分乡村，特别是中小乡村的排水管网运行管理水平较低，很多乡村仍然沿用保守的依靠纸图甚至老工人记忆和经验的管理模式。尽管随着计算机技术的普及和发展，不少城市对排水管网数据进行了信息化处置，但信息化和专业化水平比较低，无法体现排水管网的系统性。另外，局部乡村采用了基于GIS管理系统，实现了乡村排水管网地理特征的地图显示和查询功能，但无法实现排水管网的网络分析、动态模拟和优化分析，不能为乡村排水管网平安运行提供科学的决策支持。基于传感器的管网、河网运营监控以及集合数学模型预测、实时数据分析、专家案例库查询与推理的智慧水务平台开发，也具有很大的发展空间。
3.2市场展望
2015年4月，财政部、环保部发布《关于推进水污染防治领域政府和社会资本合作的实施意见》提出在水污染防治领域推广PPP模式，完善投融资环境，引导社会资本积极参与、加大投入，提升水污染治理能力。国黑臭水体治理正由潜在市场变成现实的市场。国政府实施依效付费，黑臭水体治理PPP项目运营过程中定期对社会资本的投资治理和运行效果进行考核，考核结果作为支付项目运营服务费用的依据。社会资本参与乡村黑臭水体治理，不只可以解决政府短期集中投入资金短缺的问题，还可以将环境治理的工程，转换成一个按效果付费、杭州纯水设备易于管理的合同。这样，通过多方协作的方式，将短期整治与临时维护相结合，推动黑臭水体治理，并保证治理方案稳定运行。目前，河道水环境治理PPP项目已经发展到一定规模，截止到2018年7月，财政部入库河道水环境治理PPP项目共131个，总投资额2259.18亿元。
目前，国乡村水环境治理PPP项目基本没有将现有管网修复与完善包括在内，这也是现有乡村黑臭水体治理PPP项目“治理反复、反复治理”根本原因。PPP项目只有将排水管网的完善与修复纳入其中才干见到长效。但是国乡村管网资料跟实际情况差别较大，排水管网普遍存在地下水入渗、异物穿入、管道错接、管道淤积、管网破裂等问题，国内参与PPP项目的运营企业多为综合性环保服务企业或是具有雄厚资本实力的跨界者，专攻黑臭水体治理的企业不多，缺乏管网修复的专业技术，面对高密度乡村排水管网修复与完善这道难题，无论是技术上还是工程建设上，都显得无能为力。
根据图6所示，国乡村污水管网仅为供水管网的2/3意味着乡村污水收集管网约有1/3缺口。表3国某设计院衔接的排水系统的造价分析，排水管网建设成本720~1899万元/km2据此计算分析，国乡村污水收集管网建设还需投资近万亿元。据国内目前已经开展的排水管网的勘察情况，大城市已建地下管网的破损率将近30%中小乡村的情况可能更加严重，据此估算，国乡村管网修复的工程投资将逾越数万亿元。据公开资料报道，仅“十三五”期间，国污水管网建设和改造的投资将超过3000亿元。目前，国有关城市管网的话题明显增多，与管网相关的许多企业业绩良好，过去并不受重视的乡村污水管网，逐渐迎来产业风口。
目前，国乡村排水管网运行基本上由各级政府下属的乡村投资建设集团的子公司运营，专业化运营维护水平不高。乡村排水管网的运行管理也应该探索新的运营模式，引进专业化的运行管理队伍，采取合同管理或PPP等新运行模式，利用专业队伍的专业人才、新技术、新工艺，为政府提供涵盖“调查、诊断、治理、维护”4个阶段的管理服务，负责乡村排水管网运行的全过程管理，解决排水管网的现有问题。政府实施乡村排水管网运行管理结果考核，实现管理方式由“以建为主”向“监督管理”转变，相应的市场费用估计也将逾越数千亿元。
乡村排水管网修复完善和后续管理与PPP项目结合， 上海水处理设备会从根本上改变乡村排水管网的现状问题，有助于实现乡村黑臭水体治理的目标，并推动环保市场的蓬勃发展，新技术、新装置和新的运营管理模式将催生一批专业从事管网修复与管理的企业，国巨大的市场将给其带来巨大的收益。2018~2020年将是国黑臭水体治理市场发展的关键时期，市场和政策整合力度将进一步加大，服务模式也将进一步创新，以治理技术为基础，打通产业链的服务新模式将成为未来市场的重要方向。
4总结
乡村排水管网完善与修复是乡村黑臭水体治理重点，迫切需要新技术和新产品，包括雨污混接识别、溢流污染快速处置、排水管网带水修复、非开挖建设、绿色排水设施等技术，智慧水务、生物技术、绿色技术、新资料融合应用是国管网高覆盖率乡村黑臭河道治理的关键技术手段。要提高乡村排水管网的服务质量与效率，不只要加快乡村排水管网的全覆盖，更要保证排水管网的健康运行，才干实现乡村排水管网对污水的全收集、全输送。
国黑臭水体治理已经到中期“复盘”关键时刻，今后3~5年的路该如何走，政府、企业以及社会公众需要共同面对的课题。此外，除了295个地级城市，还有县级市、县城、建制镇的黑臭水体治理压力不容小觑。已经治好的河道如何巩固效果，确保不反弹，也是未来需要面对的问题。
打好乡村黑臭水体治理攻坚战，关键在推进乡村环境基础设施建设，督促地方建立长效机制，确保黑臭水体长制久清。国治理黑臭水体的经验以及乡村排水管网修复技术与管理模式，对发展中国家的水环境治理具有指导和借鉴意义。
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