0前言
《水污染防治行动计划》（“水十条”）颁布实施使我国水环境治理进入了一个新阶段，从过去点状整治提升为系统整治；从重视点污染源的收集，发展到重视面源污染的收集和治理。城镇污水处理厂作为水环境治理的一个重要环节和重要治理设施，其处理规模和处理标准必须要站在社会发展新的要求下开展研究，以适应水环境治理的新需求。上海作为我国重要的经济和科技中心，近年来水环境保护和治理力度不断加大，通过多轮环保三年行动计划的实施，城镇污水处理系统不断完善，全市已经形成了6大片区组成的污水收集与处理格局，污水收集系统已覆盖全市城镇。但是，因历史原因和国情发展阶段限制，上海主城区目前现有的污水处理能力超负荷运行，难以达到更严环境保护制度的要求、难以对接人口扩增和城市发展的速度。为使上海污水处理能力顺应国际大都市发展要求，达到国家“水十条”、《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019-2021年)》《上海市城市总体规划（2017-2035）》《上海市水污染防治行动计划》《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划（2017-2035年）》对排污水处理的诸多要求，确保污水处理厂稳定运行，确保进厂污水全部处理达标后排放，上海主城区的污水处理厂处理能力亟需结合初期雨水及污水的雨水和污水同治、基于未来污水收集率的进一步提升以及泵站雨天放江的控制要求，对污水处理厂的处理能力提升进行深入研究。
1上海市主城区污水处理系统现状
1.1统计方法优化
本研究对上海市主城区石洞口、竹园、白龙港三大片区共13座污水处理厂2015~2017年的进水量数据进行了相关统计分析。在统计分析不同降雨雨型对污水处理厂进水量影响时，为克服污水干线总管服务范围较大，降雨空间分布存在不均匀、难以对降雨雨型进行分类的问题，在统计分析时，以末端污水处理厂对应污水输送干管服务范围内泵站雨量计的数据为基础，借助MATLAB编程软件建立降雨分区统计分析方法，对所有泵站雨天数据进行两两比较相关性，统计不同末端污水处理厂在不同降雨等级下的降雨事件，兼顾泵站设施地理分布情况，把干线输送总管服务范围划分为不同降雨分区，然后选取与降雨分区内其他泵站降雨情况相关性最大的泵站降雨参数作为该区域典型降雨数据。通过以上方法，对主城区白龙港、竹一、竹二、石洞口四大污水处理厂的降雨数据进行分析，选取降雨分区内与其他泵站降雨情况相关性最大泵站（代表性泵站），见表1。
四大污水处理厂根据降雨雨型进行统计分析时，以表1代表性泵站的降雨情况作为该区域典型降雨数据，可大幅降低降雨空间分布不均匀情况对数据的影响。
1.2现状分析
1.2.1石洞口片区
上海石洞口片区现有石洞口、吴淞2座城镇污水处理厂，其中石洞口污水处理厂设计规模40万m³/d，执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B排放标准；吴淞污水处理厂设计规模4万m³/d，执行二级排放标准。依据第1.1节的统计方法，对石洞口和吴淞污水处理厂旱季及不同雨型下的平均及最大进水量进行统计分析，结果见表2。
由表2可知，石洞口片区中，2015~2017年石洞口污水处理厂年进水量最大值达63.2万m³/d，发生在2016年暴雨事件中，其超设计流量达最大值23.2万m³/d，发生在2017年的小雨事件中。因吴淞污水处理厂处理规模较小，且进水量即处理量，其年度进水量最大值为4.18万m³/d。为了保证高峰时出水水质瞬时值达标，若采用年进水量最大值作为污水处理厂能力需求值，则石洞口片区现状处理能力需求值总计67.38万m³/d。
1.2.2竹园片区
上海竹园片区现有竹园（第一和第二）、泗塘、曲阳和东区污水处理厂4座污水处理厂。竹园一厂设计规模170万m³/d，竹园二厂设计规模50万m³/d，执行一级B排放标准；泗塘厂设计规模2万m³/d，执行二级排放标准；曲阳厂设计规模6万m³/d，执行二级排放标准；东区污水处理厂设计规模0.2万m³/d，执行二级排放标准。依据第1.1节的统计方法，对竹园片区各厂旱季及不同雨型下的平均及最大进水量进行统计分析，结果见表3。
由表3可知，竹园片区中，2015~2017年竹园一厂年进水量最大值达353.1万m³/d，发生在2017年暴雨事件中；其超设计流量最大值为183.1万m³/d，均发生在2017年的暴雨事件中。竹园二厂年进水量最大值达148.1万m³/d，其超设计流量最大值为98.1万m³/d，也均发生在2017年暴雨事件中。曲阳厂、泗塘厂处理规模较小，进水量即处理量，其年度进水量最大值分别为5.68、3.16万m³/d。东区污水处理厂处理水量较小，将其设计规模作为该厂污水处理能力需求值。为了保证高峰时出水水质瞬时值达标，若采用年进水量最大值作为污水处理厂能力需求值，则竹园片区现状处理能力需求值总计510.24万m³/d。
1.2.3白龙港片区
上海白龙港片区现有白龙港、天山、长桥、闵行、龙华和莘庄等6座污水处理厂。白龙港污水处理厂设计规模280万m³/d，出水执行二级标准；天山污水处理厂设计规模7.5万m³/d，出水执行二级标准；长桥污水处理厂设计规模2.2万m³/d，出水执行一级B标准；闵行污水处理厂设计规模5万m³/d，出水执行一级B标准；龙华污水处理厂设计规模10.5万m³/d，出水执行一级B标准；莘庄污水处理厂设计规模4万m³/d，出水执行二级标准。依据第1.1节的统计方法，对竹园片区各厂旱季及不同雨型下的平均及最大进水量进行统计分析，结果见表4。
由表4可知，白龙港片区处理规模较大的白龙港污水处理厂日常已处于超负荷处理状态，不同雨天模式下，随着降雨强度的提升，进水量增加。2015~2017年3年期间进水量最大值达到387.3万m³/d，超出设计规模近107.3万m³/d，现有处理能力已不能满足处理需求，亟需进一步提升。处理规模较小的5座污水处理厂，为了保证高峰时出水水质瞬时值达标，若采用年进水量最大值作为污水处理厂能力需求值，则白龙港片区现状处理能力需求值总计421.33万m³/d。
经数据统计分析得知，2015～2017年石洞口、白龙港、竹一、竹二四大污水处理厂年进水量最大值分别达到63.2万m³/d、387.3万m³/d、353.1万m³/d、148.1万m³/d；其他主城区小厂均采用分类统计其年度进水量最大值；为了保证高峰时出水水质瞬时值达标，若采用进水量最大值作为污水处理能力需求值，则上海主城区现状规模上限石洞口片区67.38万m³/d，竹园片区510.24万m³/d，白龙港片区421.33万m³/d，总计998.95万m³/d。
2预测
2.1旱流污水量
2.1.1方法
当采取分类指标法时，参考国内外先进城市以及上海市主城区的现状，规划上海市人均居民生活用水量指标为160 L/(人·d)，居民生活污水量标准按居民生活用水量的0.9倍进行折算，折算后污水量标准为145 L/(人·d)。主城区规划三产系数为1.0~1.3，4个主城片区规划三产系数0.8~1.0，规划工业用地污水量标准按工业用地用水量标准的0.75倍进行折算。
当采取综合指标法时，参考现状调研，上海市规划人均综合用水量指标为320~350 L/(人·d)，综合污水量标准按供水量标准的0.9倍进行折算，折算后为290~315 L/(人·d)。计算污水量时需另计15%地下水渗入量。
2.1.2主城区旱流污水量
按《上海市城市总体规划（2017~2035）》，上海市的服务人口规模将达3 000万人，其中主城区规划服务人口1 200万人，主城区350~400万人。具体到主城区各区域，结合第2.1.1节的预测方法，得到上海主城区各片区旱流污水量预测结果见表5。
2.2降雨截流水量
2.2.1 方法
基于《上海市现有初期雨水治理设施评价》《上海市中心城初期雨水治理关键技术研究》《上海市中心城初期雨水治理标准研究》等研究成果，从截流效果来看，上海市合流制截流11 mm降雨量、分流制截流5 mm降雨量，可达到较好的污染物削减效果，同时也是较合理经济的。另外，上海市主城区不同区域将采取不同的提标截流途径，对于不同区域雨季截流水量计算方式和原则如下：
第一，对于新建地区，自排地区雨水自流出浜，不考虑降雨截流水量；强排地区按照“分流制截流标准5 mm降雨量”规定执行，计算时径流系数统一按0.6取值。
第二，对于增设调蓄设施提标的已建地区，进入末端污水处理厂的降雨截流水量，取截流初期雨水量和雨后调蓄设施输送量两者中的较大值。
第三，对于就地全面改造提标的已建地区，结合地区改造或道路大修的单一系统改造及控制排水压差的系统提标改造，对末端污水处理厂水量没有影响，不考虑降雨截流水量；若通过若干相邻已建强排系统采用多系统采用联合改造提标以提高初期雨水截流量，将末端污水处理厂的增加水量作为降雨截流水量的增加需求。
2.2.2主城区降雨截流水量
综合上述3类提标工程措施，可计算得到输入上海主城区石洞口、竹园和白龙港3个片区末端污水处理厂的进厂降雨截流水量如表6所示。
由表6可知，上海主城区石洞口、竹园和白龙港3个片区末端污水处理厂的输入的降雨截流水量最大分别为3.99 m³/d、372.23 m³/d和196.97万m³/d。
上海主城石洞口、竹园和白龙港3个片区新增水量一方面来自旱季污水量的增加，另一方面来自降雨的截流水量，汇总如表7所示。
由表7可知，当上海主城区污水处理厂除旱季污水量外仅需负责处理初雨截流量时，三大片区污水处理能力总需求955万~990万m³/d，远远大于现状总设计规模，与现状进厂最大水量及《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划（2017-2035年）》中的规划水量基本相当；当上海主城区污水处理厂除旱季污水量外，需负责处理所有的降雨截流水量时，三大片区污水处理能力总需求1 228万~1 263万m³/d，远远大于现状总设计规模。
3能力提升建议
3.1国外城市经验
通过对国外东京、首尔、新加坡等典型国际城市排水系统调研，以及美国底特律、芝加哥斯蒂克尼、波士顿鹿岛、洛杉矶亥伯龙等4座大型污水处理厂等运行经验分析，总结获悉国际典型城市排水系统的经验如下：
（1）排水系统现状。
国际典型城市（如韩国首尔、新加坡和日本东京中心发达地区）污水收集率已达100%，上海污水收集率为93%，尚存在一定差距；在供、排水规模对比方面，采用合流制排水系统的典型国际城市（如韩国、日本等）污水处理量普遍大于自来水供应量，而上海污水处理量小于自来水供应量；国际典型城市整体污水设计处理量均包含部分降雨截流水量，设计处理量普遍达到了污水实际处理量的1.3倍以上，上海目前为1.03倍左右，还存在较大差距。
（2）处理水量规模。
对比旱、雨季处理规模，美国4座大型污水处理厂的一级处理规模基本都达到了二级处理规模的两倍以上，在雨季工况下，面对超出二级处理规模的水量，采取了仅进行一级处理后排放的处理方式。各大型污水处理厂均具有一定调蓄功能，系统安全性较高，可减少不确定因素造成的溢流，美国4座特大型污水处理厂均编制有远期污水溢流控制计划（Long term CSOs Control Plan/SSOs Control Plan），以期在未来逐步减少污水溢流量。
（3）水质排放标准。
美国大型污水处理厂采用“州政府制定的共性指标+各厂制定的个性指标”的水质排放标准形式，据各州水质情况和污水处理厂技术条件，各污水处理厂制定不同的水质监测指标，并颁发排放许可证；尾水浓度限值据处理工艺、受纳水体水质目标等因素有所不同。
（4）运行监管机制。
美国大型污水处理厂采用特定的尾水排放口来排放雨季处理尾水，达到便于监管目的；污水处理厂不同尾水排放口的污染物排放限值不尽相同，形成了“晴雨不同标”的运行机制。
3.2能力提升建议
基于上海主城区污水处理现状，借鉴国际典型城市较好经验，对上海主城区污水处理厂的能力提升建议如下：
（1）污水系统多元调蓄。
上海主城区排污水系统通过前端设置调蓄池和调蓄管道、合流制地区雨水泵站提高截流倍数、分流制地区雨水泵站增加截留设施等措施，努力做到旱季全收集全处理，雨季多收集多处理，以形成污水系统的多元调蓄模式。
（2）污水处理厂能力提升。
在处理水量方面，应有效应对降雨大水量，减少溢流量，据预测，若上海主城区降雨初期雨水全处理的水量达到约为旱季污水量的1.5倍、降雨截流水量全处理的水量达到约为旱季污水量的1.85倍以上时，则基本可填补的污水处理厂的处理能力缺口。据此，在污水处理厂应预留足够的调蓄容积，以应对水量波动，给未来发展留有余地。在处理工艺方面，建议应采取有效的工艺组合和灵活调配，以应对进厂水质波动，保证瞬时达标。在污水检、维修方面，建议污水处理厂处理能力应留有余量，以满足污水处理厂检、维修时处理余量需求。
（3）污水处理厂建设标准优化。
基于全收集、全处理的理念，要求污水处理厂进水旱季全部处理，达到一级A的排放标准；在雨季时，对于超量截流水体，以污染物的总量削减为目标，采取“晴雨不同标”机制，在不同的尾水排放口实施不同的监管标准，对于特定的尾水排放口适当放宽排放标准，用于排放通过一级强化等措施处理的超量截流雨污混合水，最大程度削减污染物。
4结论
（1）通过对2015～2017年上海主城区各污水处理厂运行数据分析，为了保证高峰时出水水质瞬时值达标，若采用进水量最大值作为污水处理能力需求值，则上海主城区污水厂进水现状规模上限石洞口、白龙港、竹园片区分别为67.38万m³/d、421.33万m³/d、510.24万m³/d，总量为998.95万m³/d。
（2）通过测算，当上海主城区污水处理厂除旱季污水量外仅需处理初雨截流量时，3大片区污水处理能力总需求955万~990万m³/d，远大于现状总设计规模，与现状进厂最大水量及污水专业规划水量基本相当；当上海主城区污水处理厂除旱季污水量外，还需处理所有的降雨截流水量时，3大片区污水处理能力总需求1 228万~1 263万m³/d，远大于现状总设计规模，3大片区污水处理能力有待进一步提升。
（3）基于上海主城区污水处理现状和国际典型城市较好经验，建议上海主城区污水处理厂能力提升需通过污水系统多元调蓄，做到旱季全收集全处理、雨季多收集多处理；通过污水处理厂处理能力达旱季污水量1.85倍以上，做到有效应对降雨大水量、减少溢流量；通过“晴雨不同标”等监管方式，优化污水处理厂建设标准，做到合理监管与最大限度保护水环境的协调统一。
原标题：给水排水 |姚杰：用数据说话，上海主城区污水厂这样来提升！
