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王凯军:我国合流制溢流污染的现状和解决途径的思路

时间: 2020-07-20 14:41

来源: 中国水网

作者: 王凯军

近年来,我国城镇污水处理比例不断提高,但是排水系统雨天溢流造成的城市面源污染,已成为城市水体污染的重要问题之一。溢流污染的有效控制,对改善水环境,提升人民幸福感、获得感与安全感有着重要作用。而随着全国黑臭水体治理到了攻坚和收尾阶段,城市污水治理设施逐步完善,消除“城市面源污染”成为了下一步改善水环境的重要任务。

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近年来,我国城镇污水处理比例不断提高,但是排水系统雨天溢流造成的城市面源污染,已成为城市水体污染的重要问题之一。溢流污染的有效控制,对改善水环境,提升人民幸福感、获得感与安全感有着重要作用。而随着全国黑臭水体治理到了攻坚和收尾阶段,城市污水治理设施逐步完善,消除“城市面源污染”成为了下一步改善水环境的重要任务。国家发改委:下达35亿元中央投资 治理重点流域水环境

近期,清华大学环境学院及生态环境部水专项管理办公室组织召开了“促进城市黑臭水体长治久安推动城市面源污染全面管控研讨会”,针对城市黑臭水体治理推进过程中的城市面源污染问题展开探讨,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以城市水环境管理与考核变化引起的技术和标准问题为背景,分享了他在合流制溢流污染控制方面的看法。

城市面源污染控制将是重点方向之一

王凯军介绍道,我国面临城市水重大战略转折期,具体表现为四大趋势:

从追求工程结果转变为关注环境效果。过去追求点源污染治理,在河长制推行后,从监控重点污染源转变为监控河流断面水质。

污染源发生变化。主控污染物类型由机污染控制为主转变为氮、磷营养元素控制。生态环境部水司司长张波也曾表示,在下一阶段的城市水环境治理任务中,COD浓度不再是主要问题,河流中的氨、氮等污染物的控制将成为关注重点。

从点源控制转变为面源控制。水污染控制主战场由点源控制向流域综合整治方面转变。不仅如此,农村和城市面源污染治理的比重也将进一步提高。

从被动防治转变为主动修复。王凯军表示,由过去被动防治转变为主动进行和建设,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是一个普遍趋势。

在上述四大趋势中,王凯军重点分析了城市面源污染控制对城市水环境的影响。他表示,雨水溢流污染带来的面源污染在很大程度上影响了我国河流断面水质达标率,我国河流断面水质在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,过去一个季度监测四次,随着断面自动监测站的普遍建立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。

以北京市通州北运河(北关闸下游段)为例,王凯军进一步解释,以目前的现状来看,当城市出现中小降雨时,城市及农田面源径流直接入河,在短期内将会对河道水质产生较大影响,北运河河道水质指标将迅速由30-40mg/l上升至70-90mg/l,局部水质指标甚至将达到100mg/l以上。针对北方地区缓流水体,在上游来水缺乏及河道发挥自净作用有限的前提下,雨后10-15天左右,河道水质一般无法达标。如果夏季出现多场降雨,将对整个夏季的河道水质达标率产生严重影响。

王凯军总结道,根据建设2035年美丽中国的建设目标,城市面源污染控制不得不重视,在未来相当长的一段时期内,城市面源污染控制是今后的重点方向之一。

我国排水体制已不适应环境管理变化的需求

雨天排水系统造成的溢流污染作为制约城市水环境面源污染控制的重要因素,成为了城市水环境治理领域中难点问题,排水系统采取合流制还是分流制的争论也成为了行业内的焦点。

王凯军表示,我国排水体制已不适应环境管理变化的需求。根据当前和下一步的水环境问题的彻底解决应当聚焦于合流制与分流制的制度的顶层设计,当前社会经济发展状况,采取合流制或分流制的原因已经与降雨无关,而不要纠结与评价两种制度孰优孰劣。目前我国排水体制是城市排水思路的设计,而不是水环境质量达标思路考虑的,这也是传统治理体系造成部门条块分割的结果。事实上,分流制体系雨水的初期雨水污染对水环境的影响没有进行制度设计;对于合流制排水体制,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%。德国科隆市合流制管系甚至占94%、日本东京合流制系统占90%以上。而我国普遍采用的截留式合流制下,以往规定的截留倍数比较低,同样对于合流制溢流污染(CSO)控制也还没有列入议程。

在中国现阶段的排水系统,遗留了大量截留式合流制系统。从国际经验来看,国外的初期截流倍数比我国大得多,以控制径流总量(T)为目标,世界各国径流截留率一般在80-95%以上,在考虑绿色基础设施之前就已对溢流污染有所考虑,在雨水来临之时,对溢流部分是基本可控的。而我国采取的是有限截流设计理念,虽然名曰“截” ,但其实质是“排”,只以能截留的n倍为目标,是为“小n思路”。

根据研究表明,初期雨水污染物浓度高于污水厂排放标准,混合雨水污染物浓度也不能满足水环境要求。我国下一步将采取更大倍数截流标准,然而根据《室外排水设计规范》3。3。3条款中截流倍数宜采用2~5的要求,甚至采用10倍截留率,以Ⅲ类水、Ⅳ类水标准来看,溢流污水浓度也不能满足水环境的要求,氮、磷这部分仍然超标。


“水质净化”净化的又是什么水?这些问题不解决,在某种程度上就是没有抓住根本问题,治标不治本。

数据显示,采用完全分流制的新加坡,污水处理厂进水COD浓度达565mg/L,北京城区COD浓度为513mg/L,但是上海仅为280mg/L,广州更甚,仅为181mg/L。王凯军分析道,通过用水量、排水量和进水浓度以及理论排放当量,可以推算出可以推算出没有接管的污水量,我国COD漏损率至少有40-50%,这才是真正导致导致黑臭水体的根源。数据也恰恰证明了这一点,虽然上海市明确提出污水处理率达94%,但根据城市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,56%的污水直接或间接排入河道。《城市黑臭水体整治工作指南》规定了二十四字方针,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”方针。“控源截污”到底应该控制什么,这是一目了然的问题?这也是社会舆论一直在提黑臭水体治标不治本的问题所在。

凤凰平台王凯军总结,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。将36个重点城市污水处理量、COD削减量及COD遗失率对比发现,其中25个城市COD漏损率超过50%!这一现象背后的原因按目前低浓度情况,按用水量区分,有以下三种情况:1、如果水量小,说明用水浪费,并且管网建设落后;2、如水量相当,说明有一半以上污水没有收集,并且雨污不分;3、如果水量大,说明污水没有收集或管网破损严重。

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北京市为提高污水处理水平,发布了3个“三年行动计划”,北京全市污水处理率从84%提高达到94%,到2019年底,两轮投资接近600亿的投入。如此高投入才换来94%的处理率,王凯军表示,最主要的原因是污水没有全部接入管网,是全收集的问题没有根本解决。

溢流污染的解决途径

王凯军表示,解决溢流污染的途径主要有四类: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。从以上途径来看,主要思路围绕雨水收集展开,和污水处理与水质提升问题关系并不十分紧密,黑臭水体三年提质仍停留在“黑臭”层面,对下一步水环境提升的效果并不大。

从我国排水管道情况和分流制改造来看,近年来,我国雨污合流改造并未发生太大变化,根据统计年鉴显示,我国雨水管道和污水管道在2013-2017年间都增加约20万公里,雨污管道一直未有太大变化,此类设施基本位于城中心,基本没有改动,实践证明也改不动。在如此情况下,合流制将普遍存在,也必将长期存在,合流制溢流污染,避无可避!如果进行分流制改造,按照管道建设投入与污水厂基础设施投入算一笔账的话,排水管网长度在 2017 年达到 55 万公里,形成3万亿元以上固定资产。截至2017年,全国城镇建成污水处理厂5027座,污水处理能力达1。88亿立方米/日,形成固定资产不到1万亿元,目前投资的数量级约为3-5:1,因此,并不十分建议优先在管道建设方面进行投资,这个投资最大。不过地方政府在没有管道的新建城市建设管道是合理的。

凤凰平台从海绵城市建设方面来看,我国30个海绵城市,平均每平方公里投入1-2亿,再考虑绿化投入等因素,海绵城市如此发展下去,等达到40%建成区时,将变成海量投资。王凯军提醒道,合流制和LID系统建设顺序和数量的问题很重要,根据国际经验来看,国外治理溢流污染主要以大肠杆菌、悬浮物(悬浮性有机物)为控制目标,在合流制系统实行近百年,80%-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。王凯军表示,建设海绵城市之前,一定要先解决基础问题。

王凯军将海绵城市建设方案、分流制方案与合流制方案进行对比之后,发现海绵城市建设对于小城市而言是百亿级别的投入,分流制改造方案为10亿级别的投入,合流制雨水处理方案为亿级投入,从经济选项来看,合流制雨水处理方案为最优选择。加拿大某城市也做过类似对比,发现海绵城市建设是投资最高的,完全分流制位列第二,污水厂改造则是效益最高的一种方案。

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加拿大某城市处理方案对比

根据以上结果可发现,若充分利用已建成的污水处理基础设施与管网系统,目前我国污水厂进水浓度低反而是一项优势。因为简单说污水处理池容的设计与流量和浓度的乘积成正比,如果浓度低一倍,流量则可以提高一倍。对于我国污水浓度普遍偏低的情况,这样产生一个问题是否可以利用富裕能力处理2倍以上雨水?或许有人质疑,如果流量多了,那么水利条件则会发生变化,王凯军解释道提高流量整个系统的限制性因素是沉淀时间,提高沉淀速度一部分处理厂可至少处理2-4倍的雨污水。有条件的污水厂若进一步修建雨水存储池,则可控制80-90%的径流总量。这是需要业界打开思路积极探索的一个问题。

解决合流制溢流污染的政策建议

CSO治理需要顶层设计优先,确定明确的路线图,这不是一个短期任务,是需要未来二、三十年进行治理的问题。除了路线图以外,还应当在政策、技术、标准规范方面都应建立配套设施。

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。浓度没有达标不考虑其它基础设施的国家投入,地方政府可以此为导向,先解决最基本问题。这是从问题导向与结果导向来解决难题。生态环保部相关领导也十分认同这一思路,并且说在2010年左右,就曾在地方采用过浓度限批手段,通过从严审批倒逼地方政府解决当地管网问题。

建议二:海绵城市重点应该是解决城市面源污染控制的最后一公里——精准海绵建设。因为海绵城市建设理念是需要承建、交通、住房、水利等各部门齐抓共管的项目,需要涉及一系列标准,比如马路应该低于绿地这一最为基本的问题涉及道路标准问题,要和与水无关的各部门打交道。所以要精准构建灰绿复合海绵空间解决CSO问题,利用地形、河道主要通过自然的手段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溢流雨污水(CSO)问题。

为了解决CSO问题,王凯军团队在通州开展了纳米絮凝剂中试研究,以3倍的流量在雨天冲击5小时,出水COD、氨氮、TN、TP并没有受到影响,能承受5小时以上冲击。关于沉淀问题,并非只有一种解决方式,如果将此问题抛给企业,企业会有更多技术和方法来解决。在通州的规划中,结合污水厂超负荷运行,,雨季每天可多处理7.5万立方米污水。同时,结合碧水厂的现状13.5万平米、7-8米调蓄水深,容积>100万立方米坑塘,如果利用20万立方米调蓄库容存储雨水,整体超过海绵城市建设径流控制率75%的要求,在降雨量33mm情况下可实现全面控制,解决副中心雨水径流污染问题问题

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。

昆明已经在这方面有所行动,制定标准,是国内第一个明确规定,如果雨季达到1。3倍以上,雨季预留可以执行最低标准的规定。可以说昆明的举措在国内打开了一个方向,通过鼓励雨季多处理雨水,配套相应经济措施,从末端解决问题。第一步可以尽量利用现有基础设施与污水管网系统,尤其是现有的负荷严重不足的基础设施系统,再进行雨水调蓄,两相结合。王凯军认为,若按该思路制定发展路线图,未来仍然需要10-20年的时间,才可以彻底解决城市面源污染或雨水溢流污染。


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