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城市黑臭水体类别与成因

作者: 必源环保 编辑: 来源:必源环保官网 发布日期:2019-05-16 14:34:31
信息摘要:
根据相关部委统计数据,我国地级以上城市管网覆盖率大都在85%以上,城市污水处理率达到90%。由此,我国 城市河流黑臭 可以分为三类,一是管网高覆盖率城市的河流黑臭,二是污水…
  根据相关部委统计数据,我国地级以上城市管网覆盖率大都在85%以上,城市污水处理率达到90%。由此,我国城市河流黑臭可以分为三类,一是管网高覆盖率城市的河流黑臭,二是污水高截污率城市的河流黑臭,三是晴天不黑臭但是雨天黑臭。这是中国和发展中国家特有的问题,技术解决方案没有先例可循。
  01
  管网高覆盖率城市河流黑臭成因分析
  由于管理和经济政策等方面的问题,我国排水管网工程,从设计到建设,往往只重视污水总管和干管,没有同步推进收集管网建设和污水截污纳管工程,大量污染源仍然直排河道。各种关于截污率和处理率的统计数据是根据总管和干管覆盖范围和污水处理能力推算的,并不是真实的污水处理率,这是管网高覆盖率城市河道黑臭的真实成因。治理关键是系统性溯源与追踪,有的放矢,完善污水收集管网。
  02
  污水高截污率城市河流黑臭成因分析
  主要发生在东南沿海地区,东南沿海多为冲积平原、地势平坦,河网密布、沟联互通、相互影响,构成了更为复杂的河网水系。在潮汐动力作用下,污染在河网中往复回荡,日积月累,日趋严重。流动性能差和自净容量低是高截污率城市河流黑臭的主要成因。污水高截污率城市河流黑臭治理关键是加大净泄流量,提高流动性。最为经济的方法是利用潮汐动能,引排结合,合理确定复氧速率与停留时间,统筹过境水质与受纳河道水质,制定基于潮汐动力推移的自净容量动态提升的水系调控方案。
  03
  晴天不黑臭雨天黑臭的成因分析
  我国河道雨天黑臭主要成因是合流制系统雨天溢流和分流制系统初期雨水排放。我国大部分城市的老城区为合流制系统,大管径的合流制管道在远距离输送过程中,污染沿程沉淀,沉积率高达40%以上,由此,也导致了我国大中城市末端污水处理厂进水浓度普遍偏低,沉积污染伴随雨水排入河流,造成冲击性污染。历史原因,分流制地区污水管网的建设严重滞后于城市发展,许多污染源只能就近排入雨水管道。近年来,随着城市积水改造工程的推进,许多雨水管道随意或有意接入污水管道,挤占了污水的输送容量,部分污水管道接入了雨水管道。雨水管道成为混接污水的积蓄池和厌氧反应池,初期雨水排放往往造成河道瞬间黑臭。
  以上所述三类城市河流黑臭问题,在发展中国家具有普遍性,很难借鉴欧美城市河流治理成功经验,需要自主探索系统性治理技术体系。

 
  面临的挑战
  经过多年的持续努力,我国城市排水管网架构基本形成,但是,建设规划不成体系,总管、干管比较完整,支管和收集管网残缺不齐,施工质量比较粗糙,由此,严重影响了污水截污纳管,大量污染直排河道。我国城市的管网问题导致的水体黑臭可以分成3类。
  01
  污水管网高覆盖背景下的城市水体黑臭
  只重污水总管和干管建设,忽视收集管网建设;强调主要河流污染治理,不按水系截污治污是我国城市污水管网高覆盖率背景下水体黑臭的根本成因。
  1.1 忽视污水收集管网建设
  我国城市排水管网覆盖率已经达到90%以上,但收集管网不完善,城市排水管网密度低。我国城市排水管网建设过程中,往往只注重总管和干管的建设,忽视了收集管网的建设,这个问题在中国县级城市更加严重。众多污染源无法纳入污水管网,只能直排河道,造成管网高覆盖率情况下城市河道黑臭。
  1.2 忽视河网水系截污治污
  我国城市水体污染最严重的东南沿海地区,河网密布,纵横交错,互联互通。在污水管网设计和建设时,往往重视干流的截污,忽视支流的截污;重视中心城区的截污,忽视按水系截污,导致往复回荡河流水质相互影响,干流截污效益不明显。
 
  02
  污水高处理率背景下的城市水体黑臭
  根据我国城市每年发布的环境公报可以看出,各地污水处理率基本都在90%以上,污水收集处理率和欧美国家接近,但是城市水体水质差距较大。原因是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,高处理率数字后面隐藏了污水未经处理直接排放的真相,导致河道受到严重污染。
  2.1 管道破损导致地下水入渗量较大
  截至2015年底,我国城市排水管道长度总量达到54万km,其中26.1万km排水管网的使用时间在10年以上。由于污水腐蚀、侵蚀、冲刷、沉积及地面荷载等影响,污水管道破损严重的问题在我国城市普遍存在。敷设在地下水水位以下的排水管道,地下水进入污水管网,挤占了污水管网的输送容量,降低了污水处理厂的进水浓度,我国4000多座污水处理厂中约有1000座进水COD在150mg/L以下,污水处理厂设计生活污水进水COD是350mg/L,两者相比说明污水处理厂处理的并不全是污水。我国南方城市这个问题更加明显,南方污水管道地下埋深一般3~5m,深的达到7m,低于地下水位,如果管网不防渗,地下水就会渗入管网,所以解决污水管网渗漏的问题非常关键。
  2.2 大量雨水非法进入城市污水处理厂
  污水处理厂雨天进水量明显高于晴天进水量,雨天平均进水量超过晴天平均进水量14%~23%,最大值达到同期晴天进水量的1.7~2.2倍。
  做了污水处理厂晴天与雨天进水氨氮浓度的比较,可以看出,雨天污水处理厂的氨氮浓度明显低于晴天进水浓度,污水处理厂雨天年平均氨氮浓度为18~25mg/L,而晴天进水的氨氮年平均浓度为21~26mg/L。
  同一污水处理厂雨季(5~8月)晴天进水量和雨天进水量的比较,雨天和晴天进水量平均值差异更加明显,雨天进水量大于晴天进水量16%~35%。雨水进入了污水处理厂,增加了污水处理的水量,降低了进水浓度,侵占了污水管网输送容量。
  我国某中小城市污水处理厂晴天和雨天进水量调查结果,雨天时污水处理厂的进水量高达旱天进水量的2倍以上,以致暴雨发生时,污水处理厂溢流严重,厂区甚至发生漫流。雨水管道非法接入污水管网可能是因为管网施工监理不到位所致,但是,也有部分地区为了避免雨天溢流污染对河道的影响,故意接入污水管网。
城市黑臭水体类别与成因
  03
  雨天黑臭
  随着黑臭水体治理措施加大,许多城市水体晴天消除了黑臭,但伴随而来的是雨天河道黑臭,这种现象在我国东南沿海城市尤为严重。合流制系统初期雨水排放和分流制系统雨水管网溢流是我国城市河道雨天黑臭的重要成因,也是我国城市黑臭水体治理中最难攻克的难关。
  3.1 我国城市合流制系统污水输送沿程沉积严重
  我国大概有10.9万km的合流制管网,大部分城市的中心城区为合流制系统。我国城市规模较大,污水处理厂通常位于郊区,所以,合流制系统输送距离较远,晴天流速较慢,污水管网一定程度上成为颗粒态污染物的蓄存箱,导致末端污水处理厂进水浓度偏低。根据统计分析,超过70%的污水处理厂进水COD浓度低于300mg/L,超过30%的污水处理厂进水COD浓度低于200mg/L。我国典型城市污水处理厂进水水质与部分国家污水厂进水水质的对比。可以发现我国污水处理厂进水NH3-N浓度与美国南加州污水处理厂进水浓度值相当,其平均值甚至高于欧洲的数值,但是,SS浓度却相差约100mg/L,BOD、SS平均浓度分别为这些国家污水处理厂进水浓度的74.3%、62.6%,说明我国城市合流制排水管网在污水输送过程中,将近1/3的颗粒态污染被沿程沉积,合流制系统污染沿途沉降也降低了污水处理厂的进水浓度。
  3.2 我国城市分流制系统雨污混接严重
  我国城市污水管网建设滞后城市发展20余年,率先发展的中心城区在城市排水骨干管网未普及的情况下,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,将污水接入了城市的雨水管网,暂时满足了污水的排放需求。由于在较长时间内没有实施改造,临时措施变成了永久措施,时至今日,大量污染仍然直接排入雨水管道,雨污混接仍然比较普遍。
  根据我国南方部分城市的调查结果,排入雨水管网的污水下雨时发生溢流污染,排放COD高达800~1100mg/L,导致河道雨天黑臭。我国国家水体污染控制与治理科技重大专项课题曾以某个城市为示范,开展了分流制排水系统雨污混接识别与改造的研究。图6是我国东部城市23个分流制排水系统雨污混接情况的调查结果,非法排入雨水管道污水量占服务范围总污水量的平均比例约26.2%,最高达70%。
  3.3 分流制系统雨污混接和合流制系统沉积导致雨天水体黑臭
  我国城市水体雨天黑臭主要原因是分流制系统和合流制系统雨天溢流污染。表3是我国南方部分城市以及法国、德国和美国雨天溢流污染浓度,可以看出,在我国南方地区,合流制系统雨天排水时,COD高达1200mg/L,均值高达540mg/L;分流制系统的溢流污染浓度,无论是最大浓度或者中值,均比表中所列的国家严重,甚至高出2倍以上。
  总之,管网不完善、管网混乱、管网破损3大问题是我国城市水体消除黑臭面临的最大挑战,管网问题能否真正得到解决,关系我国河道黑臭治理是否见到实效。
 
  技术需求
  由于人口密集,交通繁忙,高楼林立,我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。在高密度发展的城区修复破旧管网,比新建管网还要困难。这是我国长期以来“重地上轻地下”的发展思路导致的结果。
  (1)雨污混接改造。
        这是解决我国城市水体黑臭问题的关键,查明地下管网雨污混接情况是进行改造的前提。迫切需要开发混接污染源的溯源与追踪技术和地下管网探测与诊断的机器人,确定针对性的工程技术。高度现代化的城区实施地面开挖进行雨污混接改造十分困难,目前,我国城市采取的措施为初期雨水调蓄和旱流污水截流,对于雨天黑臭问题的解决十分有限,溢流污染末端快速净化和拦截装置开发十分重要,排水管网自动调度实现在线调蓄很有必要。
  (2)管道修复。
        由于污水的腐蚀、侵蚀、冲刷、沉积及地面荷载等影响,排水管网存在着破损、错口、渗水、漏水、淤积、堵塞等不同程度的缺陷。地下管网探测仪器设备的开发十分迫切,地下管网诊断和修复技术的需求大大增加,非开挖管网建设和带水修复技术急需引进。目前,国内市场正在应用的技术是点状原位固化法、不锈钢套筒法等局部非开挖修复技术和紫外光原位固化法、管片内衬、短管内衬、胀管法等整体非开挖修复工艺,相关环保产业和工程建设市场也将迎来一轮爆发。
  (3)沉积物清理。
        远距离输送的合流管道沉积物清理是控制溢流污染的有效措施。目前,我国基本采用人工疏浚,效率较低,因此,预防管网沉积技术,机械清淤和水力自动冲洗等技术方法有很大的需求空间,清淤污泥无害化与资源化处理处置技术需求非常迫切,随着对管道沉积污染的重视,相关装置、结构设计、施工和建设管理将会成为热点。
  (4)低影响开发。
         通过绿色基础设施的拦、截、蓄、渗作用,可以有效减少降雨径流,从而减少合流制管网与分流制雨水管道的溢流污染。已有研究表明,绿色基础设施可以有效减少溢流频率,减缓沉积物的冲刷,尤其在中小雨的情形下,效果十分明显。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我国城市提高排涝能力、减少径流污染的主流技术。
  (5)智慧水务。
        我国大部分城市,特别是中小城市的排水管网运行管理水平较低,很多城市仍然沿用传统的、依靠纸图甚至老工人记忆和经验的管理模式。尽管随着计算机技术的普及和发展,不少城市对排水管网数据进行了信息化处理,但信息化和专业化程度比较低,无法体现排水管网的系统性。另外,部分城市采用了基于GIS的管理系统,实现了城市排水管网地理特征的地图显示和查询功能,但无法实现排水管网的网络分析、动态模拟和优化分析,不能为城市排水管网安全运行提供科学的决策支持。基于传感器的管网、河网运营监控以及集合数学模型预测、实时数据分析、专家案例库查询与推理的智慧水务平台开发,也具有很大的发展空间。
       
「水生态环境治理」水环境生态治理与生态恢复技术发展
 
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