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排水管网完善与修复是城市黑臭水体治理的重中之重
中国水工业网|时间:2019-07-01 10:59     编辑:张洋

   导 语:为贯彻落实国务院《水污染防治行动计划》确定的城市黑臭水体整治目标和工作要求,2015年9月,住建部和生态环境部两部委共同制订《城市黑臭水体整治工作指南》,明确提出“2020年底前,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;2030年,城市建成区黑臭水体总体得到消除”。2018年5月,习近平总书记在全国生态环境保护大会上强调:“要深入实施水污染防治行动计划,基本消灭城市黑臭水体,还给老百姓清水绿岸、鱼翔浅底的景象”。2018年6月《中共中央国务院关于全面加强生态环境保护坚决打好污染防治攻坚战的意见》发布,要求“着力打好碧水保卫战,保障饮用水安全,基本消灭城市黑臭水体”。2018年9月,住建部与生态环境部联合发布了《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》,明确要求“到2018年底,直辖市、省会城市、计划单列市建成区黑臭水体消除比例高于90%,基本实现长制久清。到2019年底,其他地级城市建成区黑臭水体消除比例显着提高,到2020年底达到90%以上”。

 
  城市河道污染成因及黑臭水体治理的关键
 
  1.1 河道水体污染的主要成因
 
  大量污染物排入河道导致水质恶化,入河污染物耗氧速率高于河道复氧速率,严重时,河流从有氧环境转化成厌氧环境,有机污染物发生厌氧分解产生硫化氢和硫醇类等物质,水中铁锰等重金属还原成硫化亚铁等,导致水体黑臭。
 
  1.2 黑臭水体治理的核心问题
 
  黑臭河流被称为患癌症的河流,2015年2月,中央政治局常务委员会会议审议通过《水十条》,要求加快城市黑臭水体整治。截止至2016年,75%地级以上城市河流有黑臭现象,64%分布在东南沿海河网地区。
 
  黑臭水体治理核心要从两方面做起,一是减少排放侧,有效方法包括减少污水直排、控制雨天溢流污染等,徐教授指出想要保证水质持续、稳定地改善,一定要重视雨天溢流问题;另一方面,要增加供给侧,有效方法包括提高水体流速,让河网水系流动起来,以提高水体中溶解氧含量,提升水体自净能力。
 
  近几年,我国河道黑臭治理初见成效,主要工作包括拆除违章建筑、清理垃圾、疏浚底泥、建设生态护坡、建设滨水景观等,但是治理反复、反复治理问题也普遍存在,已成为我国黑臭河道治理顽症。
 
  黑臭水体治理面临的挑战
 
  中国城市建成区管网密度从1981年的3.17km/km²提高到2016年的10.61 km/km²。2016年,中国城市平均污水处理率达到90%,东南沿海城市污水集中处理率高达94%以上,达到世界领先水平。
 
  根据环境公报,近20年来,我国污水处理率高达95%,管网覆盖率高达90%,但是,河道黑臭问题却越来越普遍,究其原因,是混流式排水系统的普遍存在。混流式排水系统是指污水管道接入了雨水系统,或是雨水管道接入了污水系统,混流式排水系统对城市水环境造成较大污染。
 
  混流式排水系统导致了三类城市河道污染问题,分别是管网高覆盖情况下的城市水体黑臭问题、污水高处理率情况下的城市水体黑臭问题、雨天管网溢流情况下的城市水体黑臭问题。这三类水体黑臭问题,不仅在中国存在,在其他发展中国家也普遍存在。
 
  2.1 管网高覆盖情况下的城市水体黑臭
 
  中国城市排水管网覆盖率达到90%以上,与欧美国家和日本相当,但城市排水管网密度远低于日本、美国。中国城市排水管网密度2016年平均在10.6 km/km²,日本高密度地区城市排水管网密度2004年达到50km/km²,美国城市排水管网密度2002年平均在20-30 km/km²
 
  中国城市排水管网建设过程中,重视总管和干管的建设,忽视收集管网的建设,这导致了很多污水无法进入污水管网,只能直排河道,造成了排水管网高覆盖率情况下城市河道黑臭。
 
  2.2 污水高处理率情况下的城市水体黑臭
 
  中国城市污水收集处理率和欧美国家接近,但是,城市水体水质差距很大,大量地下水和雨水排入污水处理厂,虚高了城市污水处理率,高处理率数字背后隐藏了污水未经处理直接排放的真相。
 
  中国南方地区污水管道中的地下水入渗比例可高达28-40%,地下水入渗量可达3800-6300m³/(km²·d),而德国为1296m³/(km²·d),约是德国的3-5倍。地下水入渗明显降低了污水处理厂晴天的进水浓度,中国污水处理厂设计生活污水进水COD是350mg/L,但是4000多座污水处理厂中约有1000座进水COD在150mg/L以下,这个问题在中国南方城市更加明显。
 
  大量雨水非法进入城市污水处理厂,大型污水处理厂雨天平均进水量超过晴天平均进水量16-35%,最大值达到同期晴天进水量的1.7-2.2倍。雨水管道接入污水处理厂的问题在中小城市更加严重,雨天污水处理厂进水量高达晴天进水量的2倍以上。
 
  2.3 雨天管网溢流情况下的城市水体黑臭
 
  雨天黑臭治理最为困难,和城市管网种种问题密切相关。城市合流制排水管网在远距离污水输送过程中,将近一半的污染沉积在管道底部,雨天排水“零存整取”,河道受到冲击性污染。在中国南方地区,合流系统雨天排水时,COD高达1200mg/L,均值也高达540mg/L左右。合流制管道晴天污水流速慢,污染沉积,雨天排水,沉积物扰动泛起,初期雨水溢流污染严重。
 
  中国城市污水管网建设滞后城市发展20余年,为了解决这些区域的污水排放,采取雨污水混接等临时性措施,时至今日,没有实施改造,分流制排水系统雨污混接严重,基本上没有完全分流的系统。国内23个分流制系统的研究分析结果显示,混接水量占污水量的比例平均约为26.2%,最高达70%。初期雨水污染主要来源于积存的混接污水。
 
  2.4 城市河道黑臭的治理措施
 
  排水管网混乱、截污效率不高、雨天污染严重等排水问题是中国河道污染的顽症,对应的治理措施包括修复破损管网,提高污水处理厂效能;完善收集管网,全面截除直排污染源;防治合流管网沉积,调蓄溢流污染;雨污混接改造,末端旱流截污和初期雨水快速处置。
 
  水流不畅也是城市河道黑臭的重要成因,平原潮汐河网,上游承纳下泄污染,下游受到顶托,水流不畅,污染回荡叠加,河流自净能力较低,采用潮汐河网大气复氧速率和水动力耦合调控技术进行治理。
 
  黑臭水体治理的技术需求
 
  城市排水系统的问题,是中国城市水环境水质一道绕不过去的坎,迟早都必须要面对,城市排水管网的完善与修复,未来8至10年间,将迎来上万亿元资金的投入。
 
  由于人口密集,交通繁忙,高楼林立,中国城市管网问题的解决非常困难,地下勘察、地下修复、地下施工存在巨大技术需求,高密度城区修复破旧管网,远比新建管网更加困难。
 
  中国城市每平方公里排水管网建设成本大约是720-1899万元,中国城市污水收集管网缺口超过三分之一,已建管网破损率将近30%。目前,许多与管网相关的企业业绩良好,过去并不受重视的城市污水管网,逐渐迎来产业风口。
 
  3.1 雨污混接改造
 
  查明地下管网雨污混接情况是进行改造的前提,因此需要建立混接污染源的溯源与追踪技术及河网污染排放清单分析技术,开发地下管网探测与诊断的机器人。城市建成地区实施地面开挖进行雨污混接改造可行性较低,溢流污染末端快速净化和拦截装置,以及排水管网自动调度实现在线调蓄的开发很有必要,还可以研发串联生物净化技术应对分散污染源。
 
  3.2 破损管道修复
 
  目前,我国采用的管道修复技术包括原位固化法、不锈钢套筒法、管片内衬、短管内衬、胀管法等。针对破损管网,地下管网缺陷探测和诊断仪器设备的开发十分迫切,非开挖管网建设和带水修复技术急需引进。
 
  3.3 沉积物清理
 
  目前,国内沉积物清理基本采用人工疏浚,部分地区实施机械清淤。因此,水力自动冲洗技术、清淤污泥处理处置技术、预防管网沉积技术有很大的需求空间。
 
  3.4 低影响开发
 
  建设绿色基础设施,可以有效减少降雨径流,从而减少管网的溢流污染。研究表明,绿色基础设施可以有效消除积水、减少溢流频率、减缓沉积物冲刷、不用开挖,经济、环境效益增强。传统灰色排水设施和绿色排水设施的耦合设计与优化管理运行将成为主流技术。
 
  3.5 智慧水务
 
  基于数学模型的排水管网分析、传输模拟、优化管理和基于传感器实时数据传输的管网、河网运营监控、数据推理、应急处置的智慧水务平台开发,具有很大的发展前景。
 
  小结
 
  中国城市水体消除黑臭面临的最大挑战在于管网不完善、管网混接和管网破损,城市排水管网完善与修复是城市黑臭水体治理重点,管网问题解决,中国河道黑臭治理才能见到实效。
 
  交流与讨论
 
 

 


 

 

  报告结束后,徐祖信教授与在座的技术人员进行了交流,对大家提出的合流制污染控制、混流式排水系统改造、截留倍数选取、调蓄池设计、旋流分离技术等问题给予了细致的解答。

 

  总结

 

  龚道孝副院长对报告会进行了总结,他首先对徐祖信教授带来的精彩报告表示感谢,徐教授对城市河道污染成因及黑臭水体治理的关键、面临的挑战以及技术需求的介绍,让我院广大技术人员收益匪浅。他指出应处理好海绵城市建设、黑臭水体治理、城市排水防涝、污水系统提质增效四项工作的关系,提出要全面统筹、协同推进。海绵城市建设、黑臭水体治理、城市排水防涝、污水系统提质增效都是落实习近平生态文明思想的重要举措,目标都是推动城市高质量发展,促进城市品质提升和人居环境改善,核心都是从系统思维上提出解决水问题的方案。这四项工作的不同之处在于,海绵城市建设是城市发展理念和建设方式,黑臭水体治理和城市排水防涝解决的是具体城市水问题,污水系统提质增效是针对性地解决管网覆盖性不强、收集率不高和进水浓度低等问题。海绵城市建设、黑臭水体治理、城市排水防涝、污水系统提质增效都要从城市规划建设管理入手,实施对象包括城市河湖水系、市政管网水厂和泵站、建筑小区、道路广场、园林绿地等,治理的技术路线都可以按照“源头减排、过程控制、末端治理”的思路进行。城市黑臭水体治理是一项复杂的系统工程,他指出未来黑臭水体治理的技术需求和市场前景,主要体现在系统方案编制、技术集成、智慧监测监管、长效机制建立等四个方面。

 




来源:中规院水务院

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