中國在水汙染治理問題上已經取得了顯著的進步。中國住房和城鄉建設部2018年第二季度全國城鎮汙水處理設施建設運行情況通報顯示，截至2018年6月底，全國設市城市、縣（以下簡稱城鎮，不含其它建製鎮）累計建成汙水處理廠3,802座，汙水處理能力達1.61億立方米/日，成為全世界單日汙水處理量最大的國家。然而，消除黑臭水體依然是巨大挑戰，同時中國汙水廠麵對日益嚴格的排放標準，也有很多問題尚待解決，其中一大問題是進水COD往往異常的低。中國城鎮供水排水協會（CUWA）2017年發布的數據顯示，市政汙水廠的進水COD平均值僅為267mg/L，南方地區的一些汙水廠COD甚至低於100mg/L，而歐洲汙水廠的進水COD一般在400-1,000mg/L。
表1. 中國各地區汙水廠進水水質和新加坡的對比（單位：mg/L）
中國大多數城市汙水廠進水COD的C/N為7.5-8.8，屬於中等偏低的水平，而且有大量惰性固體組分。為了保留更多碳源用於脫氮除磷，許多汙水廠都略去初沉池，而且有厭氧消化工藝的汙水廠占比不到10%，因此大部分汙水廠都要通過外加碳源滿足一級A的總氮標準（TN<10mg/L）。
進水COD濃度低也可能是由於汙水管網存在滲漏問題，包括了外滲和內滲。黑臭水體問題很大程度跟管網滲漏有關。專家認為，要解決黑臭水體問題，先要解決汙水廠進水低濃度的問題，並且要對管網滲漏情況進行量化。國內外水務專家就此進行了聯合研究，目的是開發出一套簡易的量化方法，探討管網滲漏對黑臭水體和汙水廠運行的影響，最後提出相關建議。專家團包括新加坡PUB前首席專家的曹業始博士、荷蘭TU Delft的Mark van Loosdrecht教授，國際水協會前主席Helmut Kroiss教授和Glen Daigger教授、上海城市建設設計研究總院總工唐建國、北京排水集團楊向平原總經理、中國水協排水委員會甘一萍秘書長、江南大學李激教授、中國土木工程學會水工業分會張悅理事長等。他們的報告發表在國際水協會的期刊《Water Science & Technology》上。
研究方法
研究人員將汙水廠進水的氮磷濃度分解為三個來源，第一是人們日常B体育官网在线登录用水產生的負荷，第二是汙水管網的內滲和外滲，第三是少量進入管網的工業廢水。此外，還有部分汙水在管網裏發生生物降解，這都會影響進水COD的濃度。
圖1. 汙水下水道的內滲外滲過程示意圖
研究團隊首先以新加坡為例，計算人均汙水負荷值。結果顯示，新加坡的人均用水量為200L/天，假設內滲率約10%（旱天），沒有外滲現象，COD在管網的降解率為10%，可以算得COD、氮和磷的個人負荷人別為121、9.7、1.0g/人/天。這些數值和奧地利、德國等歐洲國家幾乎一模一樣。
初步計算反映了中國汙水管網存在嚴重的滲漏問題。在這次研究裏，他們專門考察了北京、上海和廣州的情況，並和新加坡進行對比。下表是人均用水和滲漏對比的概況，統計的都是處理量在10萬m³/天以上的汙水廠。
滲漏對水環境的影響
上表2統計顯示，中國汙水管網的整體外滲率達39%，考慮到南方水位較高，他們認為外滲情況主要發生在北方，而南方以內滲為主，致使進水濃度便低。但總的來說，這些外滲的COD和氮磷進入地下水或者地表水，導致黑臭水體的形成。這種擴散汙染很難控製，而且其中形成的硫化物、硝酸鹽或亞硝酸鹽會進一步消耗可降解的COD。
另外，數據顯示上海汙水廠COD的惰性顆粒組分超過30%，歐洲隻為8-20%，VSS/SS比範圍在30-60%之間，低於歐洲的70%。具體參數見下表4。
作者認為，上述結果說明合理設計和運行下水道係統，對於保護水生環境、消除黑臭水體，以及確保汙水廠可持續運行至關重要。北京的案例證明了“廠網一體化”管理策略的有效性。最近住房和城鄉建設部、生態環境部、發展改革委印發《城鎮汙水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》對下水道的修複技術做出了指示，應該能加快汙水管網係統的修複和完善。
對汙水廠運行的影響
管網的滲漏問題使汙水廠的運行表現偏離其設計能力。下水道係統的COD生物去除率高，使得進水COD/N比值偏低，平均在7.7-8.8之間，低於新加坡的11.2(表 4)。許多汙水廠測得的進水VSS/TSS比率很低，約為30-60%，這表明固體的生物降解性較差。這是由於內滲引入的許多細砂和黏土（直徑小於200µm）造成的，這些物質來自土地開發和城市化發展。進水碳源短缺、生物降解性差，為了滿足氮磷的出水要求，必須外加碳源才能達標排放。這些細砂也占據了活性汙泥池和厭氧消化管的空間，降低了處理效率和沼氣產量。作者認為目前移除初沉池和厭氧汙泥消化的常規做法過於簡單，管理者需要根據當地具體情況，對汙水廠運行進行優化。好文推送：工業汙水的特征都有哪些呢？
七點建議
研究團隊的比較分析方法對中國下水道管網的滲漏進行了初步量化，總的來說40%的水量流失和50%的COD和氮磷外滲量十分驚人。這也反應了管網問題確實和黑臭水體密切相關，同時也降低了汙水處理廠的運行效率。他們指出，修複下水道管網的完整性，消除滲漏問題，能幫助中國從根本上解決黑臭水體的問題，實現城市可持續水管理的目標。對於日後應該采取怎樣的措施，作者們列出了以下七點建議：
有四點建議是關於對管網滲漏調查的優化：
1. 開展全國範圍的調查，評估對目前下水道 (以及部分雨水係統) 的滲漏情況。要達到量化的目的，調查要考慮旱天和雨天天氣、時間/空間條件的變化情況（例如一年裏地下水位的變化），這樣有助了解表麵現象背後的複雜機製；
2. 研究在當地條件下，滲漏對水環境和黑臭水體的影響;
3. 研究內滲地下水/河水與汙水的相互作用、以及外滲汙水和地下水/河水的相互作用，以及這些相互關係對水環境和COD在管網裏的生物降解的影響;
4. 根據成本效益分析, 製定任務清單和替代方案，並列明優先級，最終製定下水道係統的修複計劃，並予以執行。
另外三點建議是關於如何在現有進水水質條件下改善汙水廠的運行表現：
5. 結合當地情況，評估當前汙水水質，尤其是可生物降解和惰性固體的組成比，因為了解進水特性是汙水廠設計和運行必不可少的首要任務。
6. 評估現有工藝單元的運行效率，特別是沉砂池和生物處理單元。分析並確定對汙水廠進行升級或改造會遇到的瓶頸問題。
7. 根據目前的進水特性，對各單元/工藝開發一套合理的、一體化的設計指南，尤其是那些滲漏情況嚴重的地區。
