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王凯军:城市水环境管理与考核变化引起的技术和标准问题

北极星水处理网  来源:JIEI创新实验室    2020/7/2 9:37:25  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:水环境管理 水污染控制 王凯军

北极星水处理网讯:我国城市水环境管理与考核的变化

王凯军教授首先分析了我国正面临城市水环境管理重大战略转折期,表现为四大趋势:

从追求工程结果到关注环境效果的转变:从监控重点污染源到监控河流断面水质的转变;以前追求点源控制,实行河长制以后,改为考察断面水质,而溢流污染跟断面水质达标密切相关。

主控污染源类型的变化:由控制有机污染为主转变为氮、磷营养元素的控制;下一阶段COD不再是主要问题,氮磷才是主要问题。

从点源控制到面源控制的转变:水污染控制主战场由点源控制向流域综合整治方面转变;

从被动防治到主动修复的转变:最为重要的转变是由被动防治,转变为主动生态修复和建设。特殊地区主动追求与其经济、社会发展相适应的更高的环境质量。

今后相当长的一个时期内城市面源污染控制将是重点方向之一。以通州为例,在现有情景下,一场中小型降雨,北运河河道水质COD迅速由30~40 mg/L升高至70~90 mg/L,要超过20天河道水质才能完全恢复。整个夏季如果有多场降雨,那断面水质达标就存在问题了。以前是一个季度四次监测,现在是连续监测,可以看出汛期达标率显著低于非汛期。

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我国排水体制与水环境目标管理的不适应性

我国排水体制已不适应环境管理变化的需求。并非要评价分流制和合流制哪个好,哪个不好,而是目前我国既缺乏对分流制初期雨水污染的制度安排,也缺乏对合流制溢流污染的制度设计。初期雨水的污染毋庸置疑,据监测,初期雨水污染物浓度远高于污水厂排放标准,而混合雨水污染物浓度仍然达不到水环境的标准。

从国际上看,欧美等发达国家大多数采取合流制。比如,英国、法国、德国合流制都在70%左右,西班牙更是高达80%,德国科隆市合流制系统甚至占94%、日本东京合流制系统占90%以上。采用哪种排水系统跟降雨量也没有关系。在欧美,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。

问题在于我国的合流制跟国际上的不太一样,我们的是溢流式合流制,而国际上的是截流式合流制。截流倍数比我国大的多,而且早在绿色基础设施建设之前就已经对溢流污染有所考虑。合流制系统下,末端污水处理厂在旱季有一半设施是闲置的,专门用于处理雨季污水,其溢流的部分是可控的。而我们的设计理念是有限的截流,从理念上来讲与国外不同。首先,国外对于溢流污染控制,根据水环境容量和水安全性考虑,主要是以悬浮物和大肠杆菌为主要控制指标。是以控制此外经计算,下一步我国哪怕采用2-5倍甚至10倍的截流倍数,对于Ⅲ类水、Ⅳ类水,根据我国从监控重点污染源到监控河流断面水质的监管体制的转变,溢流这部分不但COD超标,在氮、磷上仍然是超标的,是需要控制的。

《城市黑臭水体整治工作指南》中指出黑臭水体的整治应按照“控源截污、内源治理;活水循环、清水补给;水质净化、生态修复”,这里说的非常好,控源截污,但是什么源没有控制住?污染源是什么?

新加坡,小区旱季零污水排放,污水处理厂进水COD浓度达565mg/L。北京城区现在也能达到513mg/L,但是上海仅为280mg/L,广州更甚,仅为181mg/L。综合考虑用水量、排水量、进水浓度以及理论排放当量,可以推算出我国至少有40%-50%的COD损失了,这才是水体黑臭的根源。据报道在上海市城镇污水处理率达到了94.3%的程度,但是发现有56%的污水直接或间接进入了河道。

从全国来看,我国污水处理量逐年增加,但进水浓度却逐年降低,这使得污染减排工作大打折扣。这种浓度降低到底是什么原因?根据目前技术COD低浓度的情况发现,可按用水量区分,有以下三种情况:

如果收集的污水量小于用水量,说明用水浪费,管网建设落后;

如果收集污水量相当,说明有一半以上污水没有收集,并且雨污不分;

如果收集污水量大,说明管网破损严重。大数据显示理论浓度应该可以达到500 mg/L,但绝大多数城市都没能达到这个水平。

根据我们的计算我国36个重点城市,其中有25个的COD漏损率超过50%,这直接导致我们过于乐观地估计了我们的污水处理率,实际上可能有50%以上污水没有接入到管网,这是最主要的一个问题。

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以《北京市进一步加快推进城乡水环境治理工作三年行动方案(2019年-2022年》分析,其中第一个行动计划中提到2012年北京市污水处理率已经达到了83%,目标到2015年提高到90%,提高了228万方/天的处理量,然而花费了300个亿。上海的情况也与之类似。这究竟是什么原因造成的呢?

最主要的是没有达到污水的全收集,这一定是第一位的原因。我们再来看其他原因,有的城市排污口已经堵上了,旱季没有溢流,但进水浓度还是这么低。什么原因?因为沉积?初步估算一下,四千多座污水处理厂,两千多座的进水浓度在150mg/L以下,如果是沉积起主要作用的话,起码一半沉下来了,简单一算十来天管道就将积满流不了水了。实际上还在流水,这说明不可能完全是沉积问题。综合分析,主要还是污水的全收集问题。

我国城市雨水溢流污染解决途径

我们分析溢流污染主要有以下四种解决技术途径:一是尽快建立雨污分离系统,二是建立海绵城市理念解决雨水问题,三是扩大合流制处理雨污水问题,四是建立新型污水排放体系。三部委发布的《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019—2021年)》有三项重点任务:一、开展污水管网排查,摸清底数是为了了解过去,二、管控管网建设工程质量,是为了管好未来,三、强化污水管网建设,管网错混接改造,实施清污分流。这几件事基本都停留在黑臭水体层面,对下一步的水环境质量改善帮助不太大。

通过查阅年鉴上的数据发现,这些年的雨污分流改造并不成功。管网建设使得雨水管道增加了二十多万公里,污水管道也增加了二十多万公里,但十多万的雨污合流管道却一直没有多大的变化,这些设施基本都在城市中心,很难改动。在这种情况下,合流制溢流污染是绕不过去的坎。如果强势进行分流改造,按全国管道和污水处理厂基础设施投入大概算一笔帐,全国污水处理厂建成形成了八千亿的固定资产,而污水管道建设则需要近十万亿资产,投资比达1:10,由此可见投资管道解决溢流污染问题是一种经济效益比较差的投资方式。当然,在新建城市或者管道普及不够的地方建管道是合理的。

再来看海绵城市建设,30个海绵城市,平均每平方公里投资1~2个亿,1平方公里按年1000毫米降雨那就是降解率100万方水的水资源问题,平均3000方/日。这么发展下去全国海绵城市要达到40%建成区的话将是一个海量投资。国际上是在排水体制基本解决80%的溢流问题之后,来搞绿色基础设施建设,我国排水体制还没有解决基本问题,就想用海绵城市来减少75%到80%的溢流。

大概统计一下,一个中等城市海绵城市是百亿级投资,分流制改造是十亿级投资,而合流制投入是一个亿的投资,技术经济比选下肯定是合流制最佳。加拿大一个城市也做过系统对比,发现海绵城市投资是最高的,完全分流是第二,而利用污水厂来提效的效益最高的。

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充分利用已建成的城市污水基础设施,浓度低反而是一个优势。我们要把坏事变成好事来解决中国的问题。因为污水处理设计原理非常简单,负荷与跟量和浓度的乘积有成正比。如果浓度低了一倍,也就意味着流量可以提高一倍。或许有人会说,流量多了水力条件也变了。其实,这跟里面的水力条件没关系,因为现在的活性污泥系统内回流、外回流等内部已经折腾到了3~4倍的流量。所以,如果我们能够利用这一基础设施,可能是一个非常好的方式,限制性因素仅仅是二次沉淀池。

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新型城市排水系统建设的技术、政策和标准支撑

通过上述讨论可以清楚的看出,解决CSO问题是存在多条技术路线的,这样就要强调治理顶层设计优先,需要确定明确的路线图。这不是三年五年可以做到的,需要二三十年的长期规划,应该在政策、技术、标准规范上都有配套措施。特别,跟国家污染减排体系(NPDES)排放许可证发放是有关的。在这点上我们要学习国际在标准制定方面的经验,如美国点源污染发的许可证100万份,暴雨一期和暴雨二期许可证是几百万份,很大比例的管理许可证是放在了公共设施的雨水排放点源污染上了。接下来我将提出一些具体的政策建议。

政策建议一:我国应该尽快实行浓度限批,节水优先,杜绝劣质下水道工程。加快制定城市面源污染物排放标准或雨水污染物削减技术规范。

政策建议二:海绵城市的建设重点应该是解决城市面源污染控制的最后一公里---提出精准海绵建设的概念。

海绵城市要抓,但是要精准。根据国家地理信息系统,精准利用地形、河道精准建设海绵城市设施,结合储存等灰色基础设施有效解决CSO问题。因为海绵城市理念是城建、交通、住房、水利等部门都要齐抓共管,要贯彻到不同部门的一系列标准上。举个最简单的例子,马路低于绿地是道路的标准问题,所以绿地不住水,通过马路自然排下来了。要改变涉及道路设计、园林设计和卫生等不同与水不相关的部门。

为了解决CSO问题,我们在通州做了一些研究。采取两倍的流量在雨天冲击5小时,其出水COD、氨氮、TN、TP并没有什么影响,能承受五个小时以上冲击。下一步我们想改为3倍流量再进行实验。在沉淀上解决问题不只这一种方法,如果放给企业,他们会有很多的技术和方法来解决这个问题。我们在通州分析可以利用污水厂超负荷处理雨水,只要对沉降性采取一些促进措施,雨季每天就可以多处理7.5万方。同时,污水处理厂现状水塘13.5万平米,7-8米,容积100万立方米,如果仅仅利用20万立方米调蓄库容存储雨水。对于降雨量33mm可以实现全面控制,从而解决副中心雨水径流污染问题。整体效果超过目前海绵城市建设径流控制率75%的要求。

政策建议三:我国应该修订城市污水处理厂排放标准,鼓励雨季超水力负荷处理,制定相应的排放标准,协同控制城市面源污染或雨水溢流污染。

昆明目前正在修订城市污水处理厂排放标准,且已经形成一个标准,这是国内第一个明确提出如果雨季达到1.3倍以上,雨季预留可以执行最低标准。这等于在全国开了一个口子,鼓励雨季多处理雨水,并有相应的经济措施。我们从末端解决问题,首先尽可能利用现有的基础设施、污水管网系统、处理系统等,特别是现在负荷严重不足的基础设施系统,再来雨水调蓄,结合起来。这样制定发展路线图,可能还真需要20年以上的时间,我们才能彻底解决这个问题。

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原标题:JIEI|王凯军:城市水环境管理与考核变化引起的技术和标准问题

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