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王凯军:城市水环境管理与考核方式变化下的新型排水系统构建

时间:2018-11-29 10:31

作者:王凯军

1 我国城市水环境管理与考核方式的变化

我国面临城市水环境管理重大战略转折期,王凯军教授认为其具体表现为四大趋势:一是从追求工程结果到关注工程效果的转变,即从重点污染源检测转变到检测河流断面;二是主控污染物类型从过去主要关注有机污染物转变为关注氮、磷等营养元素控制;三是从点源控制到面源控制的转变,水污染控制主战场将由点源控制转向流域综合整治;四是从被动防治到主动修复的转变。这是最为重要的转变,由被动防治转变为主动生态修复和建设,特别是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。

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在北方缺水城市,排放标准与地表水质量之间存在着巨大的差距。新的“水污染防治法”规定了省、市、县、乡要建立河长制,习总书记在2017年新年贺词中也提到每条河流都要有新的河长,加上湖长制的公布,导致了城市水环境管理从追求建设结果到关注环境质量效果转变。

北京采用了准IV类水的标准后,北京、天津、合肥、太湖、浙江以及四川的两江流域等越来越多的地方政府也加入了这个行列。王凯军教授说,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将成为一种趋势,为什么不断有地方政府加入到提标的行列中?这是法律赋予地方政府的责任和义务!今后,加入的地方政府肯定会越来越多。水质改善的需求与地表水质量的标准是刚性的、不可逾越的红线。

他还通过一张图来展示纽约市地表水质量标准的划分,其中最差的水体标准,也是要求鱼类可以生存,事实上美国1973年颁布的清洁水法有两条最基本的原则是可游、可渔,而随着我国不断改变水环境的质量,我国人民也应该有权利且也应该追求更高的水环境质量。

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与2007对比,2017年北京出境断面的COD和氨氮显著降低。其中,COD已经基本达到了IV类水标准,氨氮差距还很大。据水务部门预测,除去雨水对北运河水质的短期影响,全部采用工艺和工程措施,三年内可达到“水十条”中氨氮等于4的考核目标。

通过对北运河模拟发现,一场25毫米的降雨将会导致北运河水质20天达不到地表水的标准。雨水截流、湿地处理等虽然能明显抑制污染物,河流仍会有10天左右达不到地表水的质量标准。从而可以看出主控污染物由有机污染控制为主转变为氮、磷营养元素控制成为主要趋势。这也进一步说明了今后相当长时期内,城市面源污染控制是今后的重点方向之一。

2 我国现有排水体制与水环境目标管理的不适应性

《室外排水设计规范》(2016年版)中鼓励分流制,在截流制里也鼓励截流式,基本不鼓励合流制。而我国现阶段的排水体制遗留了大量截留式的合流制。王凯军教授分析,合流制的主导思想是“截”,以控制径流总量为目标,各国的径流截留率一般在80-95%;而截留式合流制虽名曰“截”其实质是“排”,只以能截留的n倍为目标。

近20年前北建工的车武教授就对初期雨水污染进行了研究。从分析数据可以看出,初期雨水的浓度甚至高于污水的浓度,而相当时长的降雨时间后,排放雨水浓度仍然不能满足水环境的要求。

国外一般是采用合流制,雨季流量是旱季流量的3-5倍。合流制溢流污水(控制污染物一般是大肠杆菌或悬浮物)一般采用几种形式处理:一是一级或一级强化处理,在生化段旁路直接排河;二是建立存储池先截留,雨后再到污水处理厂处理;三是单独建立一级或强化一级处理。

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我国的截留式合流制溢流污染问题究竟有多大?按浓度大小将之分为三个等级,并指出十倍的雨水跟污水混合后其浓度仍然高于现在的地表水水环境质量标准。

3 污水管网建设存在短板并导致严重后果

全国几个重点城市的污水浓度,并与雨污分流比较彻底的国家——新加坡进行对比,通过用水量、处理水量、人口排污当量和进水浓度分析发现,上海、广州的COD有40%-60%损失,新加坡损失只有10%,北京则与新加坡相当,而全国整体污水浓度损失将近70%。这些损失事实上是截污不完全,是造成黑臭水体的主要原因。

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我国的管网存在重大问题,通过全国监督性检查各流域污水处理厂进水浓度情况对比发现,全国4000多个污水处理厂中COD低于150mg/L的占到50%以上。这种情况下,按水量区分,如果一个城市的污水处理厂收集的水量远远低于其用水量,说明其管道建设是不充分的;如果水量和用水量相当却浓度又低,说明其有一半以上的污水没有收集,同时管道渗漏严重;如果水量超过了用水量,则说明管道破损严重,地下水渗入,且还有一部分污水量没有收集到。

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王凯军教授说,针对低浓度污水现在有四种可能的解决方案:一是尽快建立雨污分流系统;二是建立海绵城市解决雨水问题;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。通过对全国管网建设情况数据统计发现,2017年形成管网55万公里,固定资产在10-15万亿之间,而全国建设有污水处理厂将近5000多座,日处理量不到一吨,总资产不到1万亿。由此可见,建分流制和建污水处理厂的投资比例达10:1以上。因此,他指出现在一些城区已经很发达了,再建设分流制管网投资太大。_ueditor_page_break_tag_

欧美等发达国家大多采用合流制,可控制80%以上的雨水溢流,结合建立的溢流存储池,基本上可控制合流制溢流污水的污染问题。海绵城市的主要目的是减少70%的径流,而从两批共30个海绵城市试点城市看,每平方公里投资达1.5亿到2亿元。按照1000毫米的降雨量计算,一平方公里每年的降雨量为100万方,平均每天2000多方。加上雨季比较集中,半年计降雨量也不过5000方。投资1亿以上解决每天5000方的雨水,这样的投资效率太低,这也违背了“利用自然的力量排水,建设自然积存、自然渗透、自然净化的海绵城市”的目标。

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基于此,王凯军教授指出,学习国外的经验要首先全面了解、认真学习、然后融合贯通,才能结合我国具体国情提出借鉴的方案。了解国外合流制和LID系统建设的顺序和数量都很重要,西方在合流制系统实施了近百年之后,从开始研究推行低影响开发,即先通过合流制解决了80%以上的问题,LID是解决合流制系统溢流仅5-20%的流量,且他们仍然给出每年容许溢流的次数和水量。在这点上,我国与他们有明显不同,我们要求“最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响,将70%的降雨就地消纳和利用”。海绵城市解决方案对大、中小城市的投入是千亿和百亿级,而分流制解决方案则是百亿和十亿的投入。合流制雨水处理处理解决方案则是十亿和亿级的投入,每个差了一个数量级。

4 新型城市排水系统建设的政策、技术和标准支撑

王凯军教授指出,新型城市排水系统建设需要有政策、技术的和标准的支撑。

在美国控制雨水径流是一个非常重要的方式。1973年美国清洁水法颁布后的十几年里,针对城市和工业发了十万许可证。1989年,美国开始对合流制的雨水污水径流采取控制,在暴雨一期期间面向大型建筑物发了约25万份许可证,大大超过了工业和城市的许可证数量。2000年左右,美国暴雨二期期间又发了10万份许可证,可见雨水溢流污染是水环境质量管理的非常重要的一个方面。王凯军教授提出政策建议之一,在政策上我国应该尽快实行浓度限批,节水优先,提高下水道工程的施工质量,加快研究制定城市面源污染物排放标准和许可发放。

政策建议之二是海绵城市建设应该从理念层面倡导,全社会的部门分工合作,全面建设海绵城市。建设部门应负责建筑和周边规划建设,如屋顶花园渗水,停车场等;园林部门应负责景观、绿地等;道路部门则要制定与道路相关的标准,如边沟的存续水等;水利部门应负责雨水资源化的有效利用和雨水回灌地下水等问题;环保部门则尽快制定雨水排放许可证,控制溢流雨水污染。

海绵城市工程建设的重点应该是解决城市面源污染控制的最后一公里,实施精准海绵。根据国家地理信息系统采用大数据的方法,要精准构建灰绿复合的海绵空间,解决合流制溢流污染问题。他还通过展示通州的国家地理信息系统后表示,海绵城市建设思路是精准海绵建设,而不是要大面积铺开。

在技术上,王凯军教授建议要尽快开发一级处理和一级强化处理,并表示现在已经有一些成熟的方法,如磁分离装置、微沙沉淀方式,都比初沉池高效的多。从过滤上看,动态过滤和滤布滤池负荷远高于传统处理。

解决合流制溢流污染控制的主要方式是生物处理技术的提升。他说,我国80%左右的污水厂没有达到满负荷,其中大部分负荷甚至低于50%,30%左右的污水厂负荷在50-100%之间。因此,可以研究利用这些余量处理溢流雨水,甚至可以超负荷处理。他说,把污水处理厂本身的能力挖潜,加上二沉池负荷的提高,现有的污水厂至少可以处理2-4倍的合流制污水。

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王凯军教授列出了新型排水系统以及新型排水系统实施的路线图,并指出新型排水系统应该是这四种方法的组合,应该首先最大可能利用处理厂的改造,即生物和二沉池的改造,包括初沉初级处理的提升,其次建设管网末端和在线的雨水存储和处理措施。同时,新型处理系统应该包括绿色基础设施(即海绵城市),他们共同构成了新型排水系统。

通过估算我国雨水完全分流和海绵城市的建设投资,认为其投资额至少要几十万亿,并结合我国的经济实力,推算这需要二、三十年的时间。因此他还将之分成为2025年、2035年和2050年三个阶段。其中,第一阶段的主要任务是要继续修建合流制的污水管,进一步扩大污水处理厂处理能力,特别是应该涵盖雨水的处理,解决溢流污染,即黑臭问题;第二阶段是实行末端处理,精准海绵,这一阶段的任务是初步达到地表水低的标准;第三阶段才能考虑水环境全面达到高的标准、水资源的全部合理利用。

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