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王凯军:城市面源污染治理及滇池综合解决方案思考(下)

北极星水处理网  来源:JIEI创新实验室  作者:余诚  2021/1/19 9:15:18  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:城市污水收集 流域治理 王凯军

北极星水处理网讯:流域治理是一项极为复杂的系统工程,作为国家重点治理“三河三湖”的难点,滇池治理一直备受关注,习近平总书记三次考察云南都对滇池治理作了重要指示。2020年1月20日,习近平总书记到星海半岛生态湿地察看滇池保护治理情况时,肯定了滇池治理的成效,并强调“滇池是镶嵌在昆明的一颗宝石,要拿出咬定青山不放松的劲头,按照山水林田湖草是一个生命共同体的理念,加强综合治理、系统治理、源头治理,再接再厉,把滇池治理工作做得更好”。

2020年11月3日,昆明市委市政府和有关部门在北京组织了“流域治理滇池模式研讨会”。滇池水环境治理技术总顾问、北京科净源公司董事长葛敬先生带领专家团队,讲述了滇池治理历程,剖析了《滇池保护治理三年攻坚行动实施方案》(2018-2020)、滇池六位一体的治理模式“一套班子、两个考核、三个技术、四法治滇、双五标准、六个转变”,总结了滇池治理成果及经验,以期在“十四五”期间继续完善“滇池模式”树立好“三河三湖”治理的示范作用,期待“滇池模式”在全国水环境治理中发挥更大的作用!

会上,清华大学环境学院教授、国家环境保护技术管理与评估工程技术中心主任王凯军做了《城市面源污染治理与滇池综合解决方案思考》的报告,本文根据他的发言整理。

经过十一五、十二五规划,昆明市建立了较完善的城市污水收集和处理基础设施,污水处理能力达到200万吨以上。在十三五《滇池保护治理三年攻坚行动实施方案》实施过程中又进一步提出了更高的总氮排放小于5 mg/L,总磷小于0.05 mg/L的“双五”标准,出台了国内首个针对雨天合流制溢流污染控制的E级排放标准;同时在流域内建造了108个调蓄池,总容积达270万m³;环滇修建了29处湿地公园,总面积达19.78 k㎡,成功探索出生态调蓄+水质提升、污水处理厂超量处理雨污水及“一园两用”湿地公园的面源污染治理模式,滇池治理成效显著。但下一步如何在十四五期间彻底解决溢流污染问题?基于此,本文着重挖掘滇池治理模式的提升空间,提出滇池流域溢流污染控制策略优化建议,力争为全国流域治理提供示范样本。

昆明城市面源污染控制基础设施分析

1、调蓄体量不足

在《滇池保护治理三年攻坚行动实施方案(2018-2020年)》的实施过程中,滇池流域内雨水溢流调蓄池在溢流污染控制中发挥了重要作用,但是从整个系统分析昆明城市面源污染问题的解决仍存在进一步提升的空间。《昆明市滇池流域调蓄池分类管理考核办法》提出确保收纳片区7~10 mm的雨污混合水,然而按云南省平均降雨量计算,目前的调蓄容积只能控制50~60%的年径流总量,远低于《昆明市排水(雨水)防涝综合规划》中要求的85%,同样低于《昆明市海绵城市建设专项规划》中82%的目标。从实际运行效果上看,以车家壁3#处理站生态塘的进出水为例,7~10 mm后的污染物水平仍然很高,COD高达136~86 mg/L,总氮近30 mg/L,总磷近2.6 mg/L,进入河道后仍然会造成严重的污染问题。根据实际测定结果,初期雨水在15~17mm后水质才趋于稳定,但污染物浓度仍然处于高位水平,与《昆明市滇池流域调蓄池分类管理考核办法》中规定的7~10 mm差距很大,从控制入湖污染来讲,显然标准偏低,现有调蓄池的调蓄体量不足。

2、调蓄处理效率低,污染削减效能不足

实施效果评估表明,各区域城市雨污调蓄类项目仅仅是一级简易处理,污染削减效能总体不足,平均去除率在30%~65%。目前滇池流域内的调蓄池大多仅具备调蓄和简单沉淀功能,相当于一级处理;其中仅有3座市政调蓄池具备配套的处理设施——孢子转移一体机,可高效除磷,但对于COD、氨氮、总氮等污染物的削减效能十分不足。

另一方面,下游污水处理厂规模接近200万吨,但目前没有充分发挥其在溢流污染控制中应有的骨干作用。昆明市新颁布的《城镇污水处理厂主要水污染物排放限值》针对BOD5、COD、氨氮、总氮、总磷提出了“分区分级”的执行要求,同时提出雨天1.1倍以上超量污水可以采用一级强化处理执行E级排放标准。对部分污水处理厂进行了一级强化处理升级改造,可以超量处理雨污水,但改造规模小,仅28万吨,调蓄池出水基本直排,污染削减不足。

3、湿地资源利用不充分

滇池治理模式中以官渡王官湿地公园为起点,探索出了旱天处理富营养化严重的河道水、雨天专门净化初期雨水的“一园两用”湿地公园利用模式,治理效果显著。官渡王官湿地公园占地0.53 km2,形成滇池水面面积40万m2,总水量22万m3,出水水质达地表水V类,水力停留时间按4天估算,其年均污染削减量可达COD 791吨、氨氮4.6吨、总氮9.4吨、总磷2.2吨,污染削减效能高,该模式值得推广。

在十三五期间昆明政府环滇池建成了29处湿地,总占地面积达19.78 km2,据估计可形成水面面积1491万m2,总水量可达821万m3,参考官渡王官湿地公园,年均污染削减量可达COD 29489吨、氨氮172吨、总氮352吨、总磷82吨,污染削减效能潜力巨大!

污水处理厂在溢流污染控制中的骨干作用

1、国际面源污染控制经验:污水处理厂雨天2~4Q运行

国外较早地开始了对合流制溢流污染控制的研究,据统计,一个中等城市海绵城市投资是百亿级,分流制改造是十亿级投资,而合流制溢流污染控制的投入是亿级的投资。加拿大一个城市也做过系统比选,发现海绵城市投资最高,实施完全分流第二,而利用污水厂来提效的效益最好。国外大多数合流制污水处理厂雨季处理规模是旱季处理规模的2~4倍。耳熟能详的就有日本的雨天活性污泥法,即3W法,污水处理厂雨天处理旱天流量的3倍合流水。我们国家同样可以借鉴经验,通过雨天处理2~3倍的合流水来控制溢流污染。

但是,国外基本上是靠污水处理厂额外的一级或一级强化处理解决溢流污染问题,因为其河流生态功能正常,有一定的环境容量;而我国城市河道生态退化严重,基本不具有自净能力,因此污水无法超越二级处理排放。利用污水处理厂二级处理能力是一个新的课题,如何实现二级生化处理的超负荷运行呢?剑桥水务通过投加磁粉,促使泥水快速分离的技术,使得现有活性污泥处理工艺能够处理3倍的污水,而且水量提高后,处理效果不受影响,出水稳定达标。

2、滇池流域内污水处理厂污染削减能力大幅冗余

根据我国城市污水的水质特点(前文分析过我国低浓度和高冗余的特点,点击查看前文)和环境管理的需求(涉及前文提到的四个转变),迫切需要采用二级处理的方法解决溢流污染问题。经过统计分析滇池流域内22个污水处理厂的运行状况,发现其进水COD浓度远低于设计值,导致污水处理厂的COD削减冗余能力非常大,甚至有14个污水处理厂的COD削减冗余能力超过了50%,污水处理厂的能力没有得到充分利用。若能充分利用污水处理厂的污染削减能力,相当于污水处理厂的规模原位提升2倍,这对流域内污染物减排意义重大。

3、采用新技术助力污水处理厂雨天3Q运行

污水处理厂的生化冗余能力如何利用起来:众所周知,污水处理厂的处理能力中生化池的流量和污水浓度成反比,污染物浓度降低,流量就可以提高。雨水的稀释作用下污染物浓度降低,现有生化池就完全有处理2~4倍的雨污水的能力,限制污水处理厂超负荷运行的因素就是二沉池了。目前有很多提高污泥沉降性能方法的研究,我们团队研发了一种纳米絮凝剂,加入纳米絮凝剂,5分钟就能达到不加药时污泥沉降30分钟的效果。通过加药促进沉降,突破二沉池泥水分离瓶颈,就可以实现污水处理厂二级生化处理单元的超负荷运行。

目前该技术已经完成了中试和生产性试验研究,多次的2倍、3倍流量冲击,出水COD、氨氮、总氮、总磷均能稳定达到一级A标;在万吨级的生产性试验中, 10小时的2倍流量冲击不会对出水水质造成影响,长达7天的2倍流量同样不会影响出水水质。因此充分利用污水处理厂的处理能力,效仿昆明滇池标准,或者适当放宽个别指标,或者严格按照现有标准,完全可以处理2~3倍的水量。

充分发挥滇池大型湿地的作用

1、超净排放技术体系

据估算围绕滇池修建了29个湿地公园,占地面积19.78 km2,总水量可达到821万m3。以哪种形式如何利用这些湿地资源?京津冀同时也相应地提出了更加严格的标准,比如大清河地标和官厅水库提出恢复饮用水源地的要求,北京市、天津市和白洋淀均要求是达到III类水要求。针对北方以再生水为主要补给源河流水质难以达标的瓶颈问题,高标准、严要求下必然是要求更加经济可行的污水处理技术。因此我们提出了超净排放体系的概念,包括高标准的污水处理工艺的组合以及与自然处理方式相结合的形式,把湿地纳入污水处理的一部分,解决污水处理不断提标的难题。

2、大型湿地净化水质,提升景观

湿地资源在京津冀地区卓有成效,比如永定河的妫水河入库湿地、官厅水库八号桥湿地等系列湿地,以及北京目前已经形成了的地标性的“五湖一线”工程等,都极大地改善了永定河的生态环境。永定河的八号桥湿地外永定河水达到III类水的要求渠道保障作用。

关于十四五期间滇池流域溢流污染控制的建议

目前滇池已经成功探索出了生态调蓄+水质提升、污水处理厂超量处理雨污水及“一园两用”湿地公园的面源污染治理模式,但系统分析发现仍然存在调蓄体量不足、污染削减效能低、湿地资源利用不充分等问题,2020年是“十四五”规划的开启之年,总结好滇池治理经验的同时,分析其不足之处,提出进一步的优化建议,创新开拓出滇池模式2.0,有望在全国水环境治理中发挥更大的作用。

针对调蓄体量不足、污染削减效能低、湿地资源利用不充分等问题,若能充分利用现有的污水处理厂及湿地资源,则可以实现系统的整体优化升级。初步估算,滇池流域内污水处理厂规模为193万m³/天,若利用新技术使得污水处理厂雨季3Q运行,其处理体量可达579 万m³/天;而湿地的容量达821万 m³,取水力停留时间4天,则其日处理量为205万m³/天;因此结合调蓄池保障污水处理厂超负荷运行、污水处理厂3Q运行及全面利用湿地资源,日截流处理量可达784万m³。昆明市建成区面积为29020 k㎡,根据雨水径流公式可估算得到该系统可控制27.4+2 mm的降雨,即可控制90%以上的径流!

此外,滇池是典型的内陆湖,换水周期长,如果我们将城市污水作为退水资源,参与到滇池整个系统的调度,通过水质水量联合调度方面的工作,解决水体水质的问题。排除换水资源不足,污染物不断积累的问题,达到有进有出,水质水量平衡,最终可以达到“人水和谐”。

充分利用现有城市污水处理厂削减污染物的主导作用,提升雨季处理能力;进一步提升调蓄坑塘截留和减污的辅助作用;发挥好滇池现有环滇湿地的保障作用,全面控制城市面源污染,将城市再生水资源纳入区域水资源的综合调度系统,以期还高原明珠以潋滟。

结语:滇池模式的成功带来了中国流域水环境治理的曙光,总结好滇池治理经验,认识其不足之处,提出优化建议,开拓创新滇池模式2.0,为“十四五”规划开好局!铺好路!


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