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王凱軍:城市水環境管理與考核變化引起的技術和標準問題

2020-07-03    來源:中國節能網
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[ 導讀 ]:我國城市水環境管理與考核的變化
我國城市水環境管理與考核的變化

王凱軍教授首先分析了我國正面臨城市水環境管理重大戰略轉折期,表現為四大趨勢:

從追求工程結果到關注環境效果的轉變:從監控重點污染源到監控河流斷面水質的轉變;以前追求點源控制,實行河長制以后,改為考察斷面水質,而溢流污染跟斷面水質達標密切相關。

主控污染源類型的變化:由控制有機污染為主轉變為氮、磷營養元素的控制;下一階段COD不再是主要問題,氮磷才是主要問題。

從點源控制到面源控制的轉變:水污染控制主戰場由點源控制向流域綜合整治方面轉變;

從被動防治到主動修復的轉變:最為重要的轉變是由被動防治,轉變為主動生態修復和建設。特殊地區主動追求與其經濟、社會發展相適應的更高的環境質量。

今后相當長的一個時期內城市面源污染控制將是重點方向之一。以通州為例,在現有情景下,一場中小型降雨,北運河河道水質COD迅速由30~40 mg/L升高至70~90 mg/L,要超過20天河道水質才能完全恢復。整個夏季如果有多場降雨,那斷面水質達標就存在問題了。以前是一個季度四次監測,現在是連續監測,可以看出汛期達標率顯著低于非汛期。

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我國排水體制與水環境目標管理的不適應性

我國排水體制已不適應環境管理變化的需求。并非要評價分流制和合流制哪個好,哪個不好,而是目前我國既缺乏對分流制初期雨水污染的制度安排,也缺乏對合流制溢流污染的制度設計。初期雨水的污染毋庸置疑,據監測,初期雨水污染物濃度遠高于污水廠排放標準,而混合雨水污染物濃度仍然達不到水環境的標準。

從國際上看,歐美等發達國家大多數采取合流制。比如,英國、法國、德國合流制都在70%左右,西班牙更是高達80%,德國科隆市合流制系統甚至占94%、日本東京合流制系統占90%以上。采用哪種排水系統跟降雨量也沒有關系。在歐美,降雨量400多毫米的城市有采用合流制的,1000多毫米的城市也有采用合流制的。

問題在于我國的合流制跟國際上的不太一樣,我們的是溢流式合流制,而國際上的是截流式合流制。截流倍數比我國大的多,而且早在綠色基礎設施建設之前就已經對溢流污染有所考慮。合流制系統下,末端污水處理廠在旱季有一半設施是閑置的,專門用于處理雨季污水,其溢流的部分是可控的。而我們的設計理念是有限的截流,從理念上來講與國外不同。首先,國外對于溢流污染控制,根據水環境容量和水安全性考慮,主要是以懸浮物和大腸桿菌為主要控制指標。是以控制此外經計算,下一步我國哪怕采用2-5倍甚至10倍的截流倍數,對于Ⅲ類水、Ⅳ類水,根據我國從監控重點污染源到監控河流斷面水質的監管體制的轉變,溢流這部分不但COD超標,在氮、磷上仍然是超標的,是需要控制的。

《城市黑臭水體整治工作指南》中指出黑臭水體的整治應按照“控源截污、內源治理;活水循環、清水補給;水質凈化、生態修復”,這里說的非常好,控源截污,但是什么源沒有控制???污染源是什么?

新加坡,小區旱季零污水排放,污水處理廠進水COD濃度達565mg/L。北京城區現在也能達到513mg/L,但是上海僅為280mg/L,廣州更甚,僅為181mg/L。綜合考慮用水量、排水量、進水濃度以及理論排放當量,可以推算出我國至少有40%-50%的COD損失了,這才是水體黑臭的根源。據報道在上海市城鎮污水處理率達到了94.3%的程度,但是發現有56%的污水直接或間接進入了河道。

從全國來看,我國污水處理量逐年增加,但進水濃度卻逐年降低,這使得污染減排工作大打折扣。這種濃度降低到底是什么原因?根據目前技術COD低濃度的情況發現,可按用水量區分,有以下三種情況:

如果收集的污水量小于用水量,說明用水浪費,管網建設落后;

如果收集污水量相當,說明有一半以上污水沒有收集,并且雨污不分;

如果收集污水量大,說明管網破損嚴重。大數據顯示理論濃度應該可以達到500 mg/L,但絕大多數城市都沒能達到這個水平。

根據我們的計算我國36個重點城市,其中有25個的COD漏損率超過50%,這直接導致我們過于樂觀地估計了我們的污水處理率,實際上可能有50%以上污水沒有接入到管網,這是最主要的一個問題。

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以《北京市進一步加快推進城鄉水環境治理工作三年行動方案(2019年-2022年》分析,其中第一個行動計劃中提到2012年北京市污水處理率已經達到了83%,目標到2015年提高到90%,提高了228萬方/天的處理量,然而花費了300個億。上海的情況也與之類似。這究竟是什么原因造成的呢?

最主要的是沒有達到污水的全收集,這一定是第一位的原因。我們再來看其他原因,有的城市排污口已經堵上了,旱季沒有溢流,但進水濃度還是這么低。什么原因?因為沉積?初步估算一下,四千多座污水處理廠,兩千多座的進水濃度在150mg/L以下,如果是沉積起主要作用的話,起碼一半沉下來了,簡單一算十來天管道就將積滿流不了水了。實際上還在流水,這說明不可能完全是沉積問題。綜合分析,主要還是污水的全收集問題。

我國城市雨水溢流污染解決途徑

我們分析溢流污染主要有以下四種解決技術途徑:一是盡快建立雨污分離系統,二是建立海綿城市理念解決雨水問題,三是擴大合流制處理雨污水問題,四是建立新型污水排放體系。三部委發布的《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》有三項重點任務:一、開展污水管網排查,摸清底數是為了了解過去,二、管控管網建設工程質量,是為了管好未來,三、強化污水管網建設,管網錯混接改造,實施清污分流。這幾件事基本都停留在黑臭水體層面,對下一步的水環境質量改善幫助不太大。

通過查閱年鑒上的數據發現,這些年的雨污分流改造并不成功。管網建設使得雨水管道增加了二十多萬公里,污水管道也增加了二十多萬公里,但十多萬的雨污合流管道卻一直沒有多大的變化,這些設施基本都在城市中心,很難改動。在這種情況下,合流制溢流污染是繞不過去的坎。如果強勢進行分流改造,按全國管道和污水處理廠基礎設施投入大概算一筆帳,全國污水處理廠建成形成了八千億的固定資產,而污水管道建設則需要近十萬億資產,投資比達1:10,由此可見投資管道解決溢流污染問題是一種經濟效益比較差的投資方式。當然,在新建城市或者管道普及不夠的地方建管道是合理的。

再來看海綿城市建設,30個海綿城市,平均每平方公里投資1~2個億,1平方公里按年1000毫米降雨那就是降解率100萬方水的水資源問題,平均3000方/日。這么發展下去全國海綿城市要達到40%建成區的話將是一個海量投資。國際上是在排水體制基本解決80%的溢流問題之后,來搞綠色基礎設施建設,我國排水體制還沒有解決基本問題,就想用海綿城市來減少75%到80%的溢流。

大概統計一下,一個中等城市海綿城市是百億級投資,分流制改造是十億級投資,而合流制投入是一個億的投資,技術經濟比選下肯定是合流制最佳。加拿大一個城市也做過系統對比,發現海綿城市投資是最高的,完全分流是第二,而利用污水廠來提效的效益最高的。

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充分利用已建成的城市污水基礎設施,濃度低反而是一個優勢。我們要把壞事變成好事來解決中國的問題。因為污水處理設計原理非常簡單,負荷與跟量和濃度的乘積有成正比。如果濃度低了一倍,也就意味著流量可以提高一倍?;蛟S有人會說,流量多了水力條件也變了。其實,這跟里面的水力條件沒關系,因為現在的活性污泥系統內回流、外回流等內部已經折騰到了3~4倍的流量。所以,如果我們能夠利用這一基礎設施,可能是一個非常好的方式,限制性因素僅僅是二次沉淀池。

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新型城市排水系統建設的技術、政策和標準支撐

通過上述討論可以清楚的看出,解決CSO問題是存在多條技術路線的,這樣就要強調治理頂層設計優先,需要確定明確的路線圖。這不是三年五年可以做到的,需要二三十年的長期規劃,應該在政策、技術、標準規范上都有配套措施。特別,跟國家污染減排體系(NPDES)排放許可證發放是有關的。在這點上我們要學習國際在標準制定方面的經驗,如美國點源污染發的許可證100萬份,暴雨一期和暴雨二期許可證是幾百萬份,很大比例的管理許可證是放在了公共設施的雨水排放點源污染上了。接下來我將提出一些具體的政策建議。

政策建議一:我國應該盡快實行濃度限批,節水優先,杜絕劣質下水道工程。加快制定城市面源污染物排放標準或雨水污染物削減技術規范。

政策建議二:海綿城市的建設重點應該是解決城市面源污染控制的最后一公里---提出精準海綿建設的概念。

海綿城市要抓,但是要精準。根據國家地理信息系統,精準利用地形、河道精準建設海綿城市設施,結合儲存等灰色基礎設施有效解決CSO問題。因為海綿城市理念是城建、交通、住房、水利等部門都要齊抓共管,要貫徹到不同部門的一系列標準上。舉個最簡單的例子,馬路低于綠地是道路的標準問題,所以綠地不住水,通過馬路自然排下來了。要改變涉及道路設計、園林設計和衛生等不同與水不相關的部門。

為了解決CSO問題,我們在通州做了一些研究。采取兩倍的流量在雨天沖擊5小時,其出水COD、氨氮、TN、TP并沒有什么影響,能承受五個小時以上沖擊。下一步我們想改為3倍流量再進行實驗。在沉淀上解決問題不只這一種方法,如果放給企業,他們會有很多的技術和方法來解決這個問題。我們在通州分析可以利用污水廠超負荷處理雨水,只要對沉降性采取一些促進措施,雨季每天就可以多處理7.5萬方。同時,污水處理廠現狀水塘13.5萬平米,7-8米,容積100萬立方米,如果僅僅利用20萬立方米調蓄庫容存儲雨水。對于降雨量33mm可以實現全面控制,從而解決副中心雨水徑流污染問題。整體效果超過目前海綿城市建設徑流控制率75%的要求。

政策建議三:我國應該修訂城市污水處理廠排放標準,鼓勵雨季超水力負荷處理,制定相應的排放標準,協同控制城市面源污染或雨水溢流污染。

昆明目前正在修訂城市污水處理廠排放標準,且已經形成一個標準,這是國內第一個明確提出如果雨季達到1.3倍以上,雨季預留可以執行最低標準。這等于在全國開了一個口子,鼓勵雨季多處理雨水,并有相應的經濟措施。我們從末端解決問題,首先盡可能利用現有的基礎設施、污水管網系統、處理系統等,特別是現在負荷嚴重不足的基礎設施系統,再來雨水調蓄,結合起來。這樣制定發展路線圖,可能還真需要20年以上的時間,我們才能徹底解決這個問題。來源:JIEI創新實驗室  

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關鍵詞: 海綿城市 節水
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