引用本文：徐傲，巫寅虎，陳卓，等. 黃河流域城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)與運(yùn)行現(xiàn)狀分析［J］. 給水排水，2022，48（12）：27-36.

通信作者

胡洪營(yíng)

教授，博士，博導(dǎo)。主要研究方向?yàn)樵偕踩美碚撆c技術(shù)、環(huán)境微生物和生物技術(shù)領(lǐng)域的研究。

本文對(duì)黃河流域68個(gè)主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)與運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并提出了促進(jìn)黃河流域污水處理高質(zhì)量發(fā)展的建議。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

黃河流域包括青海、四川、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西、山西、河南和山東等九省區(qū)。參考水利部黃河委員會(huì)數(shù)據(jù)，本文將黃河干流和支流流經(jīng)縣所在的67個(gè)地級(jí)市（州、盟）和1個(gè)省直屬縣級(jí)市（濟(jì)源市）政府所在地作為“黃河流域主要城市”進(jìn)行了重點(diǎn)研究。綜合考慮省級(jí)行政區(qū)劃和黃河上中下游地理分界點(diǎn)，為方便數(shù)據(jù)分析，本文將黃河流域劃分為上游、中游、下游3個(gè)區(qū)域。其中，上游共31個(gè)地級(jí)市（州、盟），屬于青海、四川、甘肅、寧夏和內(nèi)蒙古；中游共19個(gè)地級(jí)市，屬于陜西、山西；下游共17個(gè)地級(jí)市和1個(gè)省直屬縣級(jí)市，屬于河南、山東。

本研究所用數(shù)據(jù)主要來(lái)自住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》和全國(guó)污水處理管理信息系統(tǒng)。其中，人口、污水排放量、人均污水排放量、污水處理量和人均污水處理量等信息來(lái)自《城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，污水處理量、污水處理廠數(shù)量和處理能力、污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)和電耗等來(lái)自全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)。不同指標(biāo)涉及的統(tǒng)計(jì)范圍見(jiàn)表1.

注：

*城市指經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)設(shè)市建制的城市市區(qū)（城區(qū)），不包括行政區(qū)內(nèi)市區(qū)之外的其他區(qū)域。

**城鎮(zhèn)包括“城市”和“鎮(zhèn)”，其中“鎮(zhèn)”是指經(jīng)批準(zhǔn)設(shè)立的建制鎮(zhèn)的鎮(zhèn)區(qū)，包括縣及縣以上（不含市）人民政府、行政公署所在的建制鎮(zhèn)的鎮(zhèn)區(qū)和其他建制鎮(zhèn)的鎮(zhèn)區(qū)，不包括起行政區(qū)內(nèi)除鎮(zhèn)區(qū)之外的其他區(qū)域。

人均污水排放量、人均污水處理量由污水排放量、污水處理量和城區(qū)常駐人口、城區(qū)暫住人口計(jì)算得出。為消除極端值的影響，進(jìn)水和出水水質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)采用污水處理廠月均值得中位值。年平均單位水量電耗和年平均單位COD去除電耗的計(jì)算方法如式（1）、式（2）所示，污水處理廠處理負(fù)荷率計(jì)算公式如式（3）所示。

2 城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)

2.1 污水排放量與處理量

根據(jù)《城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》，2020年黃河流域主要城市的污水排放量和污水處理量如圖1所示。值得注意的是，由于統(tǒng)計(jì)范圍的限制，本節(jié)的污水排放量和污水處理量數(shù)據(jù)僅涵蓋主要城市的城區(qū)，不包括城市下屬鎮(zhèn)的鎮(zhèn)區(qū)數(shù)據(jù)。

圖1 黃河流域主要城市污水排放和處理情況

2020年，黃河流域主要城市污水排放總量為56.0億m³，占全國(guó)城市污水排放總量9.8％；污水處理總量為55.0億m^3，污水處理率達(dá)到98.1％。黃河流域主要城市的污水排放與處理情況差異顯著（圖1），其中西安市污水排放量、處理量最高，分別達(dá)到728億和725億m³;黃南州污水排放量和處理量最 低，分別為228萬(wàn)和194萬(wàn)m³。除黃南州（8521％）、阿壩州（8728％）和海西州（8920％）外，黃河流域主要城市的污水處理率均達(dá)到95％。

從不同區(qū)域看，黃河上、中、下游主要城市的污水處理率分別為97.0％、98.2％和98.5％。同2020年全國(guó)城市污水處理率97.5％相比，黃河上游污水處理率略低，有待進(jìn)一步提高。

黃河流域主要城市的人均污水排放量和處理量分別介于24.4~132.4m³/人和23.4~127.6m³/人。其中，吳中、東營(yíng)和德州人均污水排放量和處理量最高，人均污水排放量分別為132.4、132.0、127.6m³/人，人均污水處理量分別為127.6、127.6、125.2 m3/人；定西、阿壩州和銅川人均污水排放和處理量最 低，人均污水排放量分別為24.4、43.8、44.5 m3/人，人均污水處理量分別為23.4、38.5、42.6 m3/人。黃河中游人均污水排放量和處理量最高，分別達(dá)到106.0 m3/人和104.2 m3/人；上游人均污水排放量和處理量分別為99.0 m3/人和96.0 m3/人；下游人均污水排放量和處理量分別為98.0 m3/人和96.5 m3/人。

2.2 城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量與規(guī)模

黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量和處理能力見(jiàn)表2。城鎮(zhèn)污水處理廠是指城鎮(zhèn)統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)的污水處理廠，數(shù)據(jù)來(lái)源是全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理管理信息系統(tǒng)。

2020年黃河流域主要城市共有城鎮(zhèn)污水處理廠855座，污水處理能力2 477 萬(wàn)m3/d，分別占全國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠數(shù)量和污水處理能力的14.8%和10.7%。

黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠介于2~73座。其中，德州、濟(jì)南和西安最多，分別為73 座、66 座和29 座；濟(jì)源、烏海、阿拉善盟和銅川最少，分別為 2 座、2 座、3 座和3 座。主要城市的污水處理能力介于0.9萬(wàn)~228.5 萬(wàn)m3/d。其中，鄭州、西安和濟(jì)南最高，分別為228.5 萬(wàn)、194.7萬(wàn)、124.2萬(wàn)m3/d；果洛州、黃南州和海北州最 低，分別為0.9 萬(wàn)、1.3 萬(wàn)、1.7 萬(wàn)m3/d。

從不同區(qū)域來(lái)看，黃河上游共有城鎮(zhèn)污水處理廠239座，總處理能力477.2 萬(wàn)m3/d。黃河中游共有城鎮(zhèn)污水處理廠244座，總處理能力717.3 萬(wàn)m3/d。黃河下游污水處理廠建設(shè)較完善，共有城鎮(zhèn)污水處理廠372座，總處理能力1282.7 萬(wàn)m3/d。

2020年黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠負(fù)荷率為102.8%，污水處理能力不能滿足污水處理需求。不同城市之間和不同季節(jié)之間差異顯著，污水負(fù)荷介于43.6%~152.1%，其中呼和浩特、商洛和西安污水負(fù)荷率最高，分別為152.1%、148.5%和137.2%；阿壩州、濟(jì)源和石嘴山污水負(fù)荷率最 低，分別為43.6%、56.0%和58.0%（數(shù)據(jù)未列出）。從區(qū)域看，黃河流域上、中、下游主要城市污水處理負(fù)荷率分別為89.5%、112.0%和102.7%。共有呼和浩特、商洛和西安等26座城市（其中上游7座，中游10座，下游9座）處理負(fù)荷率超過(guò)100%，平均負(fù)荷率為117.1%。

不同季節(jié)污水處理廠負(fù)荷率差異顯著，以2020年1月和7月為例（圖2），1月黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠整體負(fù)荷率為102.4%。呼和浩特、咸陽(yáng)和海南州負(fù)荷率最高，分別為149.9%、140.5%和140.3%；石嘴山、黃南州和阿壩州負(fù)荷率最 低，分別為58.1%、59.6%和59.9%。共有海東、海南州和臨夏州等25個(gè)城市（其中上游5座，中游12座，下游8座）處理負(fù)荷率超過(guò)100%。

圖2 城鎮(zhèn)污水處理廠不同月份負(fù)荷率（序號(hào)對(duì)應(yīng)的城市見(jiàn)表2）

7月主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠整體負(fù)荷率為109.1%。呼和浩特、商洛和西安負(fù)荷率較高，分別為156.8%、155.9%和144.3%；石嘴山、天水和烏蘭察布負(fù)荷率較低，分別為58.9%、63.5%和69.5%。共有海東市、海南州和臨夏州等32個(gè)城市（其中上游共10座城市，中游和下游各11座城市）污水負(fù)荷率超過(guò)100%。同1月相比，7月份共有西寧、海東、海北州等53個(gè)城市負(fù)荷率提高，平均增幅為11.1%。西寧、黃南州、平?jīng)?、銀川、巴彥淖爾、鄭州、開(kāi)封、焦作和泰安市1月負(fù)荷率并未超過(guò)100%，但7月負(fù)荷率超過(guò)100%。

綜上所述，黃河流域上游污水收集率相對(duì)較低，部分城市污水處理率低于90%，如黃南州、阿壩州和海西州；同時(shí)，城鎮(zhèn)污水處理廠負(fù)荷率超過(guò)100%，夏季等雨水充沛的季節(jié)尤其明顯。呼和浩特、商洛和西安等城市的城鎮(zhèn)污水處理量超過(guò)了當(dāng)前的污水處理能力，因此城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)存在需求。中下游城鎮(zhèn)污水處理廠負(fù)荷率遠(yuǎn)高于城市污水處理廠，多個(gè)城市在枯水期（1月）污水處理負(fù)荷率仍然超過(guò)100%，表明城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)存在較大發(fā)展空間。

3 城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)出水水質(zhì)

3.1 污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)

3.1.1 BOD5濃度

2020年黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)（均為月平均值的中位值）如圖3所示。各城市的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水BOD濃度（均為BOD5）介于28~302 mg/L；其中烏海、蘭州和慶陽(yáng)的進(jìn)水濃度最高，分別為302、251和200 mg/L；阿壩州、甘孜州和濮陽(yáng)的進(jìn)水濃度最 低，分別為28、45和60 mg/L。玉樹(shù)州、阿壩州和甘孜州等7個(gè)城市（其中上游共3座城市，中游1座城市，下游共3座城市）的城鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水BOD濃度低于全國(guó)中位值（78.2 mg/L）。

注：主要城市對(duì)應(yīng)編號(hào)見(jiàn)表2，其中a區(qū)域內(nèi)的城市: 18、21、23、25、26、30、31、32、34、35、37、40、41、42、43、44、46、47、48、49、50、51、59、60；b區(qū)域內(nèi)的城市：1、2、4、5、19、39、52、53、54、56、58、61、62、63、64、65、66、68；c區(qū)域內(nèi)的城市：8、18、19、21、31、33、35、42、43、47、48、49、52、53、54、56、58、61、62、63、64、65、66、67、68；d區(qū)域內(nèi)的城市：13、24、25、30、32、34、36、37、40、41、45、46、51、57、60。

2019年4月，住建部等三部委聯(lián)合發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019—2021)》，要求進(jìn)水BOD低于100 mg/L的污水處理廠要制定相應(yīng)的整治方案，提高進(jìn)水BOD濃度。黃河流域共有海東、玉樹(shù)州和海西州等16個(gè)城市（其中上游共6座城市，中游1座城市，下游共9座城市）的進(jìn)水BOD濃度中位值低于100 mg/L。雨水、地下水混入，管網(wǎng)漏損等是導(dǎo)致進(jìn)水BOD濃度較低的主要原因。相應(yīng)地區(qū)的污水處理廠需根據(jù)實(shí)際情況，分析原因，制定相應(yīng)的提質(zhì)增效方案。

3.1.2 COD濃度

黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水COD濃度（均為CODCr）中位值介于87~528 mg/L之間，其中白銀、慶陽(yáng)和蘭州進(jìn)水濃度最高，分別為528、462和462 mg/L；阿壩州、甘孜州和玉樹(shù)州進(jìn)水濃度最 低，分別為87、90和99 mg/L。共有海北州、果洛州和玉樹(shù)州等7個(gè)城市（其中上游共6座城市，下游1座城市）進(jìn)水COD濃度低于全國(guó)中位值（178.0 mg/L）。

BOD/COD可以反映污水的可生化性，一般認(rèn)為，當(dāng)BOD/COD介于0.4~0.6時(shí)，污水的可生化性良好。城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水BOD/COD介于0.24~0.72，共有濮陽(yáng)、阿壩州和白銀等16個(gè)城市（其中上游共6座城市，中游共2座城市，下游共8座城市）的BOD/COD低于0.4。較低的進(jìn)水BOD/COD可能會(huì)造成反硝化過(guò)程碳源不足，影響總氮去除。

3.1.3 總氮濃度

進(jìn)水總氮（TN）濃度介于16~104 mg/L，其中白銀、武威和定西進(jìn)水TN濃度最高，分別達(dá)104、89和85 mg/L；阿壩州、甘孜州和玉樹(shù)州進(jìn)水TN濃度最 低，分別為16、17和21 mg/L。共有西寧、玉樹(shù)州和阿壩州等6個(gè)城市（其中上游共5座城市，下游1座城市）進(jìn)水TN濃度低于全國(guó)中位值（28.7 mg/L）。

反硝化是去除污水中總氮的重要過(guò)程，碳源是反硝化過(guò)程的關(guān)鍵因素。當(dāng)COD/TN介于8~12時(shí)，可以認(rèn)為反硝化過(guò)程碳源充足。如圖4所示，黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠進(jìn)水COD/TN介于3.5~11.6，其中僅有西寧、海東和濟(jì)源進(jìn)水COD和TN中位值比值高于8.0。反硝化過(guò)程碳源不足是各城市城鎮(zhèn)污水處理廠面臨的普遍問(wèn)題。

注：主要城市對(duì)應(yīng)編號(hào)見(jiàn)表2，其中a區(qū)域內(nèi)的城市: 13、15、21、23、24、25、31、32、34、35、37、40、41、42、43、44、46、47、48、49、50、51、57、60、67；b區(qū)域內(nèi)的城市：2、5、19、33、52、53、54、56、58、61、62、63、64、65、66、68。

圖4 城鎮(zhèn)污水處理廠出水主要污染物相關(guān)關(guān)系

<sup>3.1.4 總磷濃度

進(jìn)水總磷（TP）濃度介于1.1~8.4 mg/L，其中銀川、烏海和白銀進(jìn)水TP濃度最高，分別為8.4、7.6和7.2 mg/L；果洛州、阿壩州和玉樹(shù)州進(jìn)水TP濃度最 低，分別為1.1、1.1和1.3 mg/L。共有西寧、海東和海北州等13個(gè)城市（其中上游共11座城市，中游和下游各1座城市）進(jìn)水TP濃度低于全國(guó)中位值（2.75 mg/L）。

不同城市進(jìn)水TN/TP差異較大，介于6.6~23.0。污水進(jìn)水中碳、氮、磷平衡對(duì)于生物處理過(guò)程十分重要，一般認(rèn)為當(dāng)BOD：TN：TP介于100∶5∶1和100∶10∶1時(shí)，好氧工藝效率最高，厭氧工藝最 優(yōu)比例為250∶5∶1。黃河流域共有52個(gè)城市TN/TP超過(guò)10。

綜合來(lái)看，黃河流域部分地區(qū)存在進(jìn)水BOD濃度偏低、可生化性不足、氮磷比失衡等問(wèn)題。反硝化碳源不足是各主要城市污水處理面臨的普遍問(wèn)題。

3.2 污水處理廠出水水質(zhì)

2020年黃河流域主要城市的城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)中位值如圖5所示?？傮w來(lái)看，黃河流域城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)較好，出水主要污染物指標(biāo)（COD、TN、TP）中位值基本達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918—2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。</sup>