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王凯军:后黑臭河道时代水环境问题的系统思考

时间: 2020-06-23 14:29

来源: 中国水网

作者: 汪茵整理

生态环境是影响居民幸福感的重要因素,黑臭河道会给周边居民带来极大的困扰,目前我国在黑臭河道治理方面取得了很大的成效。截至2019年底,全国2899个黑臭水体的消除比例达86.7%,其中重点城市(直辖市、省会城市、计划单列市)消除比例为96.2%,其他地级城市消除比例为81.2%。到2020年底会我国如期完成城市黑臭河道治理工作应该没有悬念,从这一层面上看,我国水环境治理上将进入后黑臭河道时代,但黑臭河道发生、消除的问题目前仍存在一些难题亟待解决。在“2020(第十八届)水业战略论坛”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分享了后黑臭河道时代水环境问题的系统思考。

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我国黑臭河道治理存在几个问题 未来仍任重道远

根据相关统计,全国295个地级及以上城市建成区共有黑臭水体2899个,截至2019年底,全国黑臭水体消除比例为86.7%,其中重点城市(直辖市、省会城市、计划单列市)消除比例为96.2%,其他地级城市消除比例是81.2%。2016年以来,黑臭水体治理的投资达到11000多亿元。到2020年底会我国如期完成城市黑臭河道治理工作应该没有悬念,从这个层面上讲,我国水环境治理上将进入后黑臭河道时代,但黑臭河道发生、消除的问题目前仍存在一些难题亟待解决。

在今年生态环境部的首场发布会上,张波司长提出黑臭河道治理过程存在的三大问题:第一,管网存在很大问题,城市污水厂进水污染物浓度很低,有的地方不处理都接近一级A的水平了,显然管网质量存在很大问题;第二,面源污染问题很严重,一场大雨下来,河湖马上又黑臭了;第三,核查发现有的地方调水冲污,治标不治本。整治的是黑臭水体,倒逼的是城市管理水平提高。结合张波司长所谈的问题,王凯军教授分享了自己的看法,他认为目前我国黑臭河道治理存在以下几个问题:

一、进水污染物浓度低

《中国城市建设统计年鉴》的统计数据显示,全国城镇污水厂处理水量逐年升高,而污水厂进水浓度却逐年降低。2017年全国污水处理量是2007年的3.2倍,但2017年全国平均进水CODCr浓度较2007年降低24%。正是由于进水浓度逐年降低,2017年的COD削减量仅为2007年的2.7倍。所以有的人讲提高污水浓度是最大的减排。

生态环境部在监督检查全国4303个污水处理厂进水浓度时发现实际的浓度更低,COD<150mg/L的污水处理厂达到55.4%,COD<250mg/L的污水处理厂甚至超过70%。

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全国污水处理厂进水浓度情况

二、污水实际收集、处理率低

徐祖信院士曾表示,对上海市6000多平方公里范围内雨水管网混接污染溯源和1万多条河流排放清单分析后发现,56%的污水直接或间接排入河道;中央第四环境保护督察组分析督察情况后发现,广东省“十二五”规划要求建成污水收集管网1.4万公里,实际只完成9000余公里。广州市“十二五”计划建设1884公里污水管网,实际建成590公里,完成目标任务的31%。截至2016年底,深圳市污水管网缺口达4600多公里,全市污水收集率不足50%。

尽管我国污水处理量大,但进水污染物浓度低,导致各地的污水处理率虚高。中国环境规划院王东曾通过两种方式对全国污水处理率进行了校核,得出全国污水处理率分别为为71.4%和58.2%。比如南方某城市统计2018年实际处理污水10.9亿吨,污水处理率达93.7%,但平均进水COD浓度仅159mg/L。用自来水量测算污水量为13.4亿吨,处理率为79%;用进水浓度进行校核,则污水处理率仅为54%。

原新加坡公用事业局首席专家曹业始撰文分析,COD处理率方面,新加坡的可达91%,而中国的仅为33%,其中北京83%、上海59%、广州41%;N处理率方面,新加坡的可达100%,而中国的仅为52%,其中北京100%、上海68%、广州52%。

三、排水体制不适应环境管理变化的需求

王凯军分析了36个重点城市污水处理量、COD削减量及COD遗失率,发现36个重点城市中,22个城市COD漏损率达到50%以上,其中包括北方8个城市和14个南方城市。由此可见,污水厂进水污染物浓度低的问题是一项全国范围内的、非常严重的问题,绝不仅仅是河水倒灌引起的。

综上所述,如果仅仅考察排放口浓度,以现在的污水处理率的计算方法,就真会出现李克强总理听省市领导汇报污水处理率,达到90%以上,问省长这是规划的还是达到的指标。真正出现高的处理率从来达到不了河流断面考核指标的情况,结合王凯军在不同会议上谈到的对于合流制溢流污染控制问题,这一列问题反应了我国排水体制落后于环境管理的需求。

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四、投资仍面临3-5万亿缺口 治理工作任重道远

而从投资的角度,北京市为提高污水处理水平,发布了3个“三年行动计划”,到2019年底,两轮投资接近600亿的投入,北京全市污水处理率从84%提高达到94%,污水处理量从接近400万吨增加到620万吨,真正提高了污水处理率。从北京经验看,目前全国的实际污水收集、处理率水平,污水处理仍然需要投资10000亿以上。张波司长也表示,黑臭水体整治涉及大量投资,光污水管网就有一万亿元的投资缺口,加上雨水管网一共超过2万亿。从国际上看合流制雨水处理流量是污水处理量的2-3倍,虽然是一级处理,但是,仍然是几千亿级的投入。

王凯军结合我国城市水环境污染控制需求,如需彻底解决河道水环境质量的断面达标,仍需总计3-5万亿元的投入,按目前的投入水平看需要3-5个五年计划的时间。从改善水环境发展的路线图看需要黑臭源头治理、溢流污染控制、断面达标和资源利用等三个不同阶段的任务和内容,可谓任重道远。

合流制溢流污染解决方案:美国及国内的探索案例

一、美国的探索

合流制溢流(combined sewer overflow,CSO)污染控制是许多地方水环境治理中普遍面临的难题,美国在世界范围内较早地开展CSO污染控制研究,整体上在CSO污染物削减、受损水体恢复等方面取得了良好成效。

国外合流制污水处理厂的雨季流量一般是旱季流量3-5倍,一般采用几种形式处理:

a、一级或强化一级处理:上例152MGD通过污水处理厂的初级处理(320MGD),然后跨越生物处理单元排放;

b、建立存储池先截留(上例,95MGD),雨后再在污水处理厂处理;

c、单独建立一级或强化一级处理(包括,美国大部分仅仅消毒)。

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根据美国的经验,要建设和改造合流制系统,首先应最大可能地利用处理厂改造措施来处理溢流污水;其次是末端建设雨水存储和处理设施与Online雨水存储和处理措施;在85%-90%的溢流污染解决之后,再来谈建设绿色基础设施。而我国则是在80%-90%的溢流污染没有控制的情况下,就试图采用海绵城市绿色基础设施解决溢流污染问题,我国整体技术路线上或可参考借鉴美国的溢流污染治理思路。

二、国内的尝试——清华与中持水务的BioSand T/S工艺研究

视角转回国内,从实际环境管理角度来看,我国河流断面水质达标率受降雨带来的面源污染影响严重,汛期达标率明显低于非汛期。而国控断面考核频率不断提高,下一步或许将发展到周、日考核阶段,达标率或将进一步下降。换言之,今后我们国家环境管理已经从监控重点污染源到监控河流断面水质。而现实是,即使按照高、中、低浓度的氮、磷、COD的指标来计算,在1-3倍的截流率之下,即使混合雨水之后,溢流的污水也无法达到各级断面水质标准,甚至是在10倍的截流倍数下也无法达标,因此溢流污水的处理万分重要。

王凯军表示,通过系统计算发现,我国大部分污水处理厂存在污水处理水量冗余现象,污水处理冗余能力平均值为83.8%;污水厂实际进水浓度逐年降低,浓度冗余逐年提高,一般平均设计浓度为400 mg/L;我国目前建立的接近日处理2亿吨大量的污水处理设施的水量、水质综合考虑污染削减能力存在大量冗余,2017年COD处理能力的利用率仅为53.9%。

面对国内严峻的溢流污染情况与污水处理能力冗余现象,中国水务企业多年来也在积极探索CSO系统控制技术。王凯军教授提出国内的解决思路应该不同于欧美国家一级处理的思路,而是根据我国的国情和污水处理厂的实际情况,充分污水处理冗余能力。具体讲生化池流量与浓度成反比,浓度降低一倍,流量就可以提高一倍,同时利用富裕能力就可以处理2-4倍雨水,限制因素是沉淀池。因此通过加速沉淀可以助力污水处理厂3Q运行。活性污泥系统内可以投入加重载体,促进泥水分离速度和效果,使污泥浓度提高成为可能,优化了整个生化系统的性能。产能直接提升2-3倍,适合所有泥法的改造。

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王凯军介绍,中持水务和清华大学正在筹建研究中心,首选课题即是CSO污染的解决方案,中持水务提出BioSand T/S工艺,该工艺已投入研究,其原理是将剩余污泥与雨水混合,迅速吸附去除污染物,提高污水处理率,再通过BioSand T/S工艺加载沉淀,使出水标准达到一级A或地方Ⅳ类标准。

清华大学已经进行了相关中试研究,通过添加开发的纳米絮凝剂解决沉淀池的泥水快速分离问题,也来达到相同的增加处理能力的效果。从实验结果来看,原液加药量20ul/L,稀释10倍,半小时后基本得到控制,1h后完全澄清,说明该药剂能够解决跑泥问题,对水质出水基本没有负面影响。

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在模拟不同降雨和汇水周期情况下,在2-3倍的冲击负荷持续3-5小时的情况下,由于分离效果好回流污泥浓度高,出水水质COD、N和P的各项指标基本不受影响,可以稳定达到出水水质标准。

黑臭河道治理需要系统思考 地方政府应对环境质量负全责

王凯军分析,党的十九大开始讨论社会主要矛盾的变化,体现在三个不平衡的矛盾问题,为什么北京提标之后之后,合肥、天津、两江、滇池、太湖、浙江与河北等地方政府都在采用更严格的排放标准。王凯军认为这是不平衡矛盾的体现,是政府责任的体现。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标准的需求。正体现了十九大报告指出的社会主要矛盾已经转化为人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾。

王凯军同时表示,他比较认同夏青先生的意见 “排放标准不能对地方环境质量负全责”。地方政府对环境质量负全责,不是排放标准负全责。因为政府不仅要监督污水处理厂运行,还要优化组织区域内的容量资源和技术经济投入分配,才能保证质量达标。政府手中除了国家标准,还有地方标准,规划和项目环评,治污规划,排污许可证、总量控制等多种手段以及多种监管措施来確保环境质量。

世园会冬奥会妫水河案例


王凯军以水专项研究的妫水河项目为例,项目要求水质要达到Ⅲ类水标准,但是以地方标准来说,即使水质达到北京地标A类,也无法达到项目要求。因此,除高标准达标排放外,项目承担单位北京市水规院还采取了三项工具:1.面源小流域治理,结合冬奥会周边小流域建设工程,通过水土保持生态修复精准配置技术进行面源污染治理;2.水循环修复净化,世园会周边区域以及妫水河干支流和河岸带水循环系统修复,建立了大型潜流湿地,提高河道水质;3.水质水量调度,充分利用白河南北干渠输水渠道,妫水河及其支流,实现再生水、地表水、雨洪水、外调水水质水量优化配置和联合调度。

滇池治理案例

上世纪50年代滇池可视深度达2米,外海为1米左右,有的地方甚至清澈见底;上世纪60年代,滇池草海和外海水质均为Ⅱ类,70年代为Ⅲ类,70年代后期水质逐渐恶化;1988年以后,草海水质总体变差,水质为劣Ⅴ类。滇池成为我国污染最严重的湖泊之一;经过环湖截污工程,处理后污水与地表水还有差距,导致滇池水体难以自净。前后累计投资达1500亿,滇池却依旧难以治理。

在此情况下,北京科净源公司葛敬先生协助昆明市政府设计管理和治理体制机制,建成滇池综合调度指挥中心,推出河长制及生态补偿机制,制定《滇池保护治理三年攻坚行动实施方案(2018-2020》,滇池治理以“科学治滇、系统治滇、集约治滇、依法治滇”为指导,自2017年4月启动滇池流域河道生态补偿工作至2018年2月,相关各区政府(管委会)共需缴纳生态补偿金58684.0945万元,用于流域河道水环境保护治理。

为助力滇池水质提升,昆明市开展了面源治理和昆明市超极限除磷提标改造工程。面源治理方面,采用“生态调蓄+水质提升处理”系统方法,将溢流污染负荷量大大削减,同时采用河道回补复氧水的方法,减少河道底泥内源污染,提高河道自净能力。除磷提标改造工程方面,昆明市完成第一、三、九水质净化厂(共计28.5万吨/天)工程建设,正在建设昆明第六、七八、十三厂、十四厂、洛龙河污水处理厂等提标改造工程。到2020年底,预计完成提标规模近150万吨/天。

经过多年持续努力,滇池保护治理取得了实实在在的成效:2016年滇池外海和草海水质类别由劣Ⅴ类提升为Ⅴ类,实现20多年来的首次突破,摘掉了“劣”的帽子;2017年滇池全湖水质类别保持为Ⅴ类;2018年,滇池全湖水质达到Ⅳ类,为1988年建立滇池水质数据监测30年以来的最好水质。

2020年1月20日,正在云南考察的中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平来到昆明,前往滇池星海半岛生态湿地,察看滇池保护治理情况,充分肯定了滇池的治理工作。

王凯军最后表示,面对新的复杂的环境问题,国内水环境治理需要系统思考,而不单单从技术、标准等单一维度思考。

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