上海城市污水治理的回顾及展望

朱石清¹，唐建国²

（1. 上海市水务局，上海 200040；2. 上海市排水管理处，上海 200001）

　　上海是中国最早建设近代排水设施的城市，140多年前就开始埋设排水管道，1921年建设了全国第一座污水处理厂。解放以后，特别是改革开放以来，市委、市政府十分重视本市的水环境治理，投入大量财力和物力，先后建成并投入使用了一大批污水治理设施，为改善上海的水环境质量提供了有力的保证。自行设计、施工、管理了一大批污水处理设施；完成了一大批科研和革新成果；培养了一大批水环境领域的技术人才。在污水处理、深海排放、检查维护以及材料、设备等方面的国内外先进技术在上海均得到应用。无论是在建设方面，还是在运营方面均积累了丰富的经验，同时也为全国污水处理同行提供了许多宝贵的经验。目前又在污水处理市场化、产业化方面做了许多有益的探索和实践。

　　1 历史的回顾

　　上海市最早是在租界内采用化粪池处理生活污水。1921年在上海北区建设了第一座污水处理厂—北区污水处理厂，解放初期的运行规模达4700 m³/d，解放后经过数次扩建，在90年代初废除时，其运行规模已达1.8万m³/d。在1926年前后又建设了东区污水处理厂和西区污水处理厂，其中东区污水处理厂至今还在运行。五十年代配合居住区、工业区的建设，建造了曹杨、彭浦、闵行三座二级污水处理厂和东昌、日晖两座一级污水处理厂。六十年代结合援外工程试验建设了北郊污水处理厂。七十年代基于减少内河污染、充分利用大水体环境容量的思路，分别建成了南区污水输送总管（南干线）和西区污水输送干线（西干线），将污水分别输送白龙港和石洞口，排放至长江，同时建设了嘉定污水处理厂。八十年代开始陆续建设规模较大的曲阳、天山、龙华及泗塘、吴淞、程桥、长桥4座污水处理（净化）厂。随着郊县城市化的发展，上海郊县也陆续建造了青浦、金山、朱泾、南汇周浦、奉贤南桥、松江、嘉定、安亭等多座污水处理厂。同时随着历史的变迁，陆续废除一些设施老化，不堪重负的陈旧污水处理厂。九十年代上海主要建设了桃浦工业区污水处理厂和松江污水处理厂二期扩建。到二十世纪末全市拥有污水处理厂31座，设计规模为100.65万m³/d，实际处理量为79.3万m³/d。

　　特别值得一提的是，为解决黄浦江、苏州河等河道的污染问题，上海市政府于1988年投资16亿元人民币（其中利用世界银行贷款1.45亿美元）进行合流污水治理一期工程的建设，该工程于1993年12月主体工程建成通水。在开工时，时任上海市市委书记的江泽民同志欣然挥毫，写下了“决心把苏州河治理好”的题词。据环境监测，合流一期主体工程通水后，遏制了苏州河水质恶化的势头，并有改善。1994年三季度苏州河市区段水质中的主要污染指标低于1992年同期水平。1994年底起，苏州河水色由黑转灰，沿河单位、居民反映原有的臭味明显减少。正是截流了苏州河流域140万m³/d的污水，为以治水为核心的苏州河整治提供了基本前提；同时，苏州河整治一期的两港截流工程、二期的雨水放江削减工程，或是利用了合流一期的旱天时富裕容量，或是利用时间差调节接纳污水能力，都依托于合流一期工程。

表1  已建分散污水处理厂情况

　　上海市污水治理二期工程是继一期工程之后，又一大型环境保护项目，也是二十世纪末国内利用世界银行贷款建设的最大污水治理工程项目。工程投资为48亿元人民币，其中利用世界银行贷款2.5亿美元。该工程于1997年6月开工，1999年12月主体工程建成通水，2000年4月投入试运行。这两大工程的建成投入使用，不但为治理苏州河，治理黄浦江奠定了基础，而且也为上海城市污水治理的可持续发展创造了条件，目前建设的竹园第一污水处理厂和白龙港污水处理厂既是这两大污水治理工程的延续，也是上海污水治理大踏步前进的基础。在建设这两大污水治理工程的基础上，郊区也先后建设了奉贤星污水火排海（杭州湾）、南汇污水外排长江口、奉贤污水南排（杭州湾）等大型污水治理工程。

　　2 污水处理现状

　　2003年上海污水产生量为530万m³/d，污水治理率为62.8%。拥有34座污水处理厂（详见表1），污水处理厂设计总规模为144.62万m³/d，污水处理量为116.83万m³/d，污水经二级污水处理厂的处理率为19.8%（扣除地下水渗入量后计）。

　　2.1 现状格局

　　从二十世纪八十年代中期以来，市政府在污水治理方面投入了巨额资金，在污水治理、水环境整治方面取得了一定的成绩，水环境面貌得到了改善，基本形成了西干线、合流一期干线、合流二期干线、奉贤星污水火排海、南汇污水外排长江口、奉贤污水南排六条干线为基础的六大集中污水处理系统：即石洞口污水系统、竹园污水系统、白龙港污水系统、奉贤污水外排系统、星火工业区污水外排系统、南汇区污水外排系统与34座分散处理污水处理厂并存的格局，各系统情况详见表2。

表2  集中污水处理设施情况

　　2.2 现状特点

　　上海尽管二级生物处理污水处理厂已达34座，但大都规模小、建设年代早、工艺水平不能够满足目前出水水质标准的要求；污泥没有达到稳定化、无害化、资源化的要求，具体表现在：

　　① 上海与国内一些城市和国外发达国家的差距

　　建设城市污水处理厂对改善城市水环境，保障城市社会经济发展起着举足轻重的作用。上海污水处理现状与国外发达国家的差距主要表现在三个方面：一是在污水处理率上的差距，上海目前污水量已达530万m³/d，进入二级污水处理厂处理的污水仅约为116.83万m³/d，实际的二级处理率仅为19.8%左右。其不仅低于我国平均污水处理率水平，更低于国外发达国家的水平。在欧美、日本等发达国家污水已经得到了普遍处理，如美国平均一万人一座污水处理厂，欧洲国家平均污水处理率达73%，国内北京和天津污水处理率也分别达32%和58%，对比情况详见表3。二是在处理程度上的差距，上海目前污水处理主要以去除有机物（碳源）为主，尚不能达到国家新颁布《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）规定的要求；而国外发达国家已普遍进行除磷、脱氮，有的甚至以去除不可生化去除的COD为目标；三是在污泥减量化、稳定化、无害化方面的差距，上海目前污水处理过程产生的污泥，除个别污水处理厂经过了厌氧消化稳定，绝大部分仅做到了浓缩和机械脱水，甚至仅是浓缩，因而出厂污泥未加稳定和卫生化，含水率较高，体积大，其出路大多是湿污泥船运郊区做肥料或者填埋。近年来，由于化肥的使用及河道管理使该渠道受一定的限制，故污泥的出路是制约污水处理厂正常运行的因素之一；而国外发达国家对污水处理厂的污泥处理、处置系统的装备，在20世纪60年代就已达到先进的成套化水平，目前如污泥消化系统设备、污泥浓缩脱水设备、污泥干燥焚化设备、沼气综合利用设备、污泥高温堆肥系统装备以及污泥固化工业利用技术与设备、湿式氧化技术等均得到了较广泛的应用。

表3  国内外污水处理率情况一览表

　　② 现有中小型污水处理厂的改造

　　由于水环境污染和水质富营养化问题的尖锐化以及公众环境意识的增强，迫使越来越多的国家和地区制定严格的污水处理和排放标准，其涉及的水质控制标准、内容和数值不断改进，而且越来越严。我国2003年7月1日将开始实施的国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002），对城镇二级污水处理厂的排放水质不仅有更加明确和详细的规定，而且要求出水进行消毒，污泥进行稳定，臭气和噪音要达标。上海市区现共有污水处理厂34座，均采用生物法工艺。除两座厂为新建厂外，这些污水处理厂，特别是中心城的污水处理厂，因建设年代久、设备陈旧、设施老化，而且按照《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002），大部分污水处理厂出水指标总磷和氨氮不能满足要求；污泥处理指标、臭气、噪声指标、出水在线监测也不能满足新颁标准的要求。这就意味着我市现有污水处理厂将需要全面改造。其需要的投入将是巨大的，而且随着城市的发展，许多污水处理厂被包围在市区建筑群之中，这不仅对周围环境有一定的影响，而且给改造、扩建（用地）带来很多困难。

　　③ 污水治理设施需进一步合理布局和建设

　　随着城市化进程的不断加快，上海郊区一些城市化地区、集镇，人口和工业不断集中，污水的排放量也随之增加。由于污水收集和处理措施不完善或者能力不足，不仅造成本身的环境污染日益严重，而且成为区域性水环境的重要污染源。上海目前除中心城、宝山、闵行及嘉定地区污水系统的设施规模超过污水量规模外，其余地区污水系统设施规模均不能够满足现有污水产生量的要求，所以污水系统的设施在空间分布不均匀。而且即便是中心城内，污水系统设施分布也不均匀。加之由于产业结构、工业布局、行政区划的调整、污水量规模的修正，我市排水系统和污水处理设施的布局需进一步调整和建设。

　　3 上海市污水处理规划设想

　　为了和国际化大都市相适应，上海在2001年重新修编了《上海市污水处理专业规划》。规划成果反映了以下特点：在水资源和水污染源普查的基础上，理清和核实了本市污水系统的现状；供水、排水和水利系统考虑，科学预测污水量，优化了截污治污处理设施的布局；注重工程效益，完善收集系统，发挥现有设施效益，减少污水直排水体污染；科学、合理利用水体自净能力，提高水体景观水平和水源地的安全；从实际出发，实行分流制为主体与合流制并存的排水体制；妥善处置污泥，减少二次污染；评价指标体系体现了国际现代化大都市水平。

　　3.1 规划的指导思想、规划方针、规划目标

　　① 指导思想

　　为实现上海市城市总体规划服务，“安全、资源、环境”三位一体，建立完善的城市污水系统，逐步实现水资源的有效利用，支持上海社会经济的持续发展，优化城市综合发展环境，提高上海的城市综合竞争力。

　　② 规划方针

　　以“三个提高、二个加强、一个利用”为核心，全面规划，远近结合，突出重点，分步实施。提高污水收集率、提高污水处理率、提高处理设施利用率，实现工程效益，体现服务水平；加强水源保护力度、加强中心城区河道治理力度，确保水源地安全，改善城市水域的景观水平；科学、合理、适度利用水体自净能力，达到治理污水和有效利用水资源的目的。

　　③ 规划目标

　　近期至2005年：污水收集率70%，污水处理率70%，设施利用率75%；污泥稳定减量化率70%，从源头抓起，尽可能实现污泥的资源化利用。

　　中期至2010年：污水收集率80%，污水处理率80%，设施利用率80%；污泥稳定减量化率80%。

　　远期至2020年：污水收集率90%，污水处理率90%，设施利用率90%；污泥稳定减量化率90%。

　　3.2 污水量预测

　　根据上海市的城市总体规划，人口规模和发展及城市用水量情况，预测上海市各期污水量情况如表4所示。

表4  纳入污水系统的污水量预测

　　到2020年，进入上海城市污水系统的污水量为588万m³/d。

　　3.3 规划污水系统布局及方案

　　污水量分布对污水系统的规划至为重要，多年的建设，已基本形成了上海的污水处理格局。按统一规划，分期实施的原则，同时考虑城市给水水源、岸滩功能布局、长江口河道整治、水文条件及环境容量、现有外排设施情况等因素进行综合分析、比较，将上海污水治理系统划分成6个片区。这6个片区分别是：

　　① 石洞口片区：合流一期以北地区，西至宝山区界、东北为长江。分属宝山区、闸北区、普陀区、及嘉定区的南翔、江桥地区。

　　② 竹园片区：石洞口片区以南，浦西苏州河、浦东赵家沟及合流一期以北地区（含合流一期）。分属杨浦、虹口、黄埔、闸北、普陀、静安、长宁及浦东新区。

　　③ 白龙港片区：竹园片区以南，西至闵行区界，南为闵行区界及南汇周祝公路，东至长江。分属黄埔、静安、卢湾、徐汇、长宁、闵行区、浦东新区及南汇区。

　　④ 杭州湾沿岸片区：杭州湾沿岸地区，分属金山、奉贤、南汇区。

　　⑤ 嘉定及黄浦江上游片区：分属青浦、松江、金山、嘉定区。

　　⑥ 长江三岛片区：分属崇明县、宝山区。

　　上海的城市污水治理形式主要由集中处理外排系统和分散就地处理系统两部分组成。

　　除了中心城的“三线三厂”集中处理格局外。中心城及新城、中心镇、集镇还有一些分散处理的污水治理设施。其中，中心城共有12座污水处理厂，这12座污水厂规划去向应根据上海市的总体规划进行综合考虑确定。对那些靠近污水排放系统总管、周围环境要求高、污水厂处理规模小、处理工艺落后、运行成本高、改造后投资效益差、处理效率低的污水处理厂，应予以废弃。中心城保留的分散污水处理设施规模约40万m³/d。新城、中心镇、集镇地区除原来已建的污水处理厂规模在2000m³/d以上予以保留，同时，对目前尚未解决污水出路的地区在规划上进行总体布局，黄浦江上游地区、长江三岛地区以分散建设组团式污水处理厂为主，杭州湾片区则以处理外排长江、杭州湾为主，配以分散组团式污水处理厂为辅。

　　六个片区污水排放系统污水量分布详见表5。

表5  六个片区污水排放系统一览表

　　按照规划，上海市在2005年前将有石洞口（40万m³/d，两级生物处理，该厂已投产）、竹园污水处理厂（170万m³/d，一级强化处理）、白龙港污水处理厂（120万m³/d，一级强化处理）和20余座区县集镇污水处理厂建成，增加设计规模454.2万m³/d，污水处理厂数量将达到42座，届时上海的污水处理率将达到70%，详见表6。

表6  实现污水处理率分年度目标

　　按照规划，污泥减量化、稳定化、无害化处理率要求达到70%。为了实现这一目标，我市结合《上海市（2003～2005年）环境保护和建设行动计划》等正在建设和改造一批污泥处理处置项目。

　　上海2003年包括外排干线输送的污水治理率为62.8%，其中二级生物处理率为19.8%。2005年实现污水处理率70%，由于届时污水处理率是指采用一级化学强化以上的处理，所以70%不但是数量上的提高，更是处理质量上的提高。加之届时污泥得到同步减量化、稳定化和无害化，所以2005年后我市的污水处理将能够基本实现满足国家新颁《城镇污水处理厂污染物排放标准》的目标。

　　4 依靠科技进步，推动上海市污水处理事业的发展

　　针对上海市在城市化和工业化进程中出现的水体污染，甚至严重污染和水质富营养化（氮、磷污染）、分流制和合流制并存，但分流制地区雨污混接严重、雨季有大量雨污混合水溢流至内河水体、分散处理和集中处理并存，但污水处理率比较低、污水处理厂污泥尚未得到妥善处理、具有大水体可以利用，经一定程度处理的污水通过深水排放管排入大水体中、市区污水处理厂处理达标和扩容改造用地困难等问题，围绕我市污水的水质、水量、排放条件等特点，在已有成熟技术的基础上，《上海市排水行业（2002 ~ 2020）技术进步规划》提出污水处理和污泥处理方面的技术进步的主攻方向是：

　　① 以研究开发和攻克关键技术、着重提高处理率、处理效率、处理功能、处理性能，降低工程投资、能耗和运行费用为突破口；

　　② 探索适合上海地区水质特点、内河和外排不同水质要求、分散和集中不同规模等级的高效低耗的城市污水组合式处理工艺；

　　③ 高性能的除磷脱氮技术；污泥减量、稳定、无害化处理和处置技术的主攻方向；

　　④ 结合有代表性区域的污水处理厂建设和运行，建立示范性工程，形成一套高效低耗的污水处理、污泥处理工程建设和运行集成化技术及示范；

　　⑤ 提高现有污水处理厂自动化控制水平，提高污水处理技术和管理水平。

　　5 对近期排水工程的几点思考

　　① 完善污水总管系统，解决中心城现存空白地块污水出路问题

　　近期至2005年，污水治理重点以改善上海市苏州河、黄浦江中上游水质为目标，提高污水收集率，建成白龙港、竹园第一一级强化污水处理厂，完善白龙港污水排放系统收集管网，建设污水治理三期工程，初步形成中心城区污水输送和排放系统的框架。加快中心城内污水处理厂的达标改造及地区污水收集系统的建设，以提高城市水环境质量。

　　② 减少市政管网雨污水管道混接

　　目前中心城合流管及污水管全长2430 km，污水管网的普及率约为64%。已建67个分流制排水系统中有39个排水系统的40座雨水泵站存在雨污水混接现象，泄水面积约104.49 km²，混接的旱流污水量约为41.69万m³/d。中心城内环线与外环线间及外环线外仍有相当地区污水系统属空白，地区污水随意排放河道及混接雨水管道现象较为严重，影响了水域环境和地区投资环境。

　　雨污混接方式主要有建筑物内部洗涤水接入雨水管、建筑物污、废水出户管接入雨水管、街坊化粪池出水管接入雨水管、市政污水管接入雨水管等，其中街坊内部的混接现象最为严重，是改造的难点和重点。

　　减少雨污混接对河道的污染，近期可在分流制排水系统的雨水泵站内增设截流设施，旱季将混接的旱流污水全部截流，纳入污水排放系统处理后排放；远期这些截流设施可作为分流制排水系统初期雨水截流设施的组成部分予以保留。目前正在对梅陇、长桥两个排水系统进行雨污混接改造试点，改造后两个系统将成为完全分流制系统。结合试点成果，逐步将改造其它未完全分流的分流制排水系统，进一步解决雨季仍有部分旱流污水随雨水排放河道的现象。

　　③ 合流制系统初期雨水的影响应引起关注

　　目前上海市已建合流制排水系统67个，泄水面积115 km²，虽然合流一期、污水二期工程对旱流污水和初期雨水进行了截流，但合流一期截流倍数（总管1.5倍）过小，另外两港地区雨天截流污水近期无出路（旱流污水暂进合流一期过渡），一旦下雨，溢流的合流污水仍对苏州河、黄浦江水体造成污染。

　　对于合流制排水系统，提高截流倍数和增加截流量，可以有效地减少溢流次数和合流污水直接污染水体。通过增大截流泵、改造、增加截流支管等方法可将截流量提高，减少雨天溢流次数和溢流量。此外还可采用建造合流污水池的方法，如合流污水截留池，将降雨初期超出截流量的合流污水暂时贮存起来，待旱季污水系统设施空余时，纳入污水系统处理后排放；合流污水溢流池，将降雨初期超出截流量的合流污水暂时贮存起来，进行沉淀处理，沉淀后的上清液溢流到水体。对于完全分流制排水系统，虽然泄入水体是雨水，但污染负荷仍然很高，有条件的地区也可建造雨水净化池，将初期雨水经过沉淀后再排入水体。

　　近期结合苏州河环境综合整治二期工程的建设，选择梦清园、昌平、成都、芙蓉江等排水泵站进行试点，先做小型合流污水截留池，贮存超过截流量的合流污水，为上海在处理初期雨水方面积累经验。

　　④ 污水处理厂污泥的处理处置

　　正在兴建的白龙港和竹园第一污水处理厂建成后，每天将产生近600吨干重的污泥。污泥处理处置不当，将造成严重的二次污染。应尽快探索、开发污泥处理、处置的途径和方法，加快污泥处理、处置的投入，兼顾环境效益与经济效益，使污泥的产生、处置与环境保护之间达到平衡，逐步实现污泥的减量化、无害化、稳定化和资源化。

　　结合上海污水治理系统的布局，确定污泥处理、处置的基本原则：以集约化处理为主，分散处理为辅，近远期结合，分期、分步实施，污泥处置方式为“填埋一点，焚烧一点，利用一点”，处置方式决定处理方法和处理程度。

　　当用地紧张、污泥中有毒有害物质含量较高，难以填埋，也无法综合利用时，可以考虑污泥的焚烧。城市二级污水处理厂污泥具有较高的热值，在一定的含水率以下，可以自持燃烧。焚烧能最大限度地对污泥进行减量，燃烧产生的热量可以用于干燥湿污泥，也可以作为其它能源被再利用。燃烧场应远离城市中心城区，并应严格控制尾气成分，达标排放。

　　由于污泥填埋具有投资省，实施快，方法简单，处理规模大等特点，近期填埋将是上海市污泥处理、处置临时方法之一。为避免污泥填埋对地下水、土壤等造成二次污染，应选择污泥稳定化后卫生填埋或安全填埋，并结合滩涂规划，选择填埋场位置。

　　污泥的综合利用因其兼顾了环境生态效益和处理、处置成本等经济效益，是一种较好的方法。污泥的综合利用，必须经过无害化和稳定化。结合上海的实际情况，可采用厌氧消化+干化的方案，通过消化回收部分能源，作为干化的能源需要；可在填埋前采取加速稳定无害的措施，填埋若干年后，将污泥挖出进行综合利用；可采用污泥熔融技术，建设污泥发电厂等。污泥综合利用的出路，可用于垃圾填埋场的覆盖土、园林绿化的介质土、污泥有机肥的原料、盐碱地改良、滩涂填土和制作建材等。

　　⑤ 以治水为中心，加强源头管理

　　以治水为中心，采取截污、调水、清淤、治岸和长效管理、完善机制等综合治理措施，改善水环境质量；区县政府应重视地区收集系统的建设，提高污水收集率，减少污水直排、雨污混接的现象；探索从排水户到污水厂一体化系统管理的新机制。

　　经过20年的努力，上海污水系统的整体水平将有大幅度的提高，达到现代化国际大都市同类水平。市区主要河道全面消除黑臭，水环境功能区水质全面达标，河中有鱼，水景怡人，形成良好的生态环境。