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值得借鑒:歐美國家構建城市未來污水管網方案

時間:2020-08-26 10:02

來源: 中持股份

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  污水收集和處理不充分的問題一直都是個國際性難題,根據聯合國的資料,全世界80%以上的廢水未經處理或再利用就流回了環境,這就給廢水處理廠增加了相當大的負擔。

  結合三部委發布的《城鎮污水處理提質增效三年行動方案》,提出要盡快補齊污水管網等設施短板,表明了我們當前面臨的水環境中所面臨的問題,早已不僅是污水處理廠等點源排放的問題,而是“廠-網-河”整個系統的問題。

  對比我國與歐美等發達國家污水處理廠的進水COD濃度均值,我們的進水濃度僅有他們的40%-70%。

  以美國為例,他們從1989年就開始系統治理合流制污水溢流(CSOs),經歷了“六對策”、“九對策”(NMC,Nine Minimum Control Measures)和“永久對策”(LTCP,Long-Term Control Plan)等歷史階段,而我國從近幾年才開始聚焦污水管網短板問題,所以在相關治理經驗上值得我們思考與借鑒。

  01

  污水管網到底存在哪些問題?

  污水管網系統的作用原理說起來很簡單,無非就是將污水納入管道并將其送至污水處理廠。

  但實際過程中,由于污水管網大多埋于地面之下,我們看不見摸不著,等到發現進水濃度出問題或是下水道嚴重溢流的時候,往往問題都很嚴重了,許多不是污水的外水(雨水、河水、地下水)會混入污水管道中,造成污水處理廠超負荷。

  據美國環境保護署(EPA, Environmental Protection Agency)統計,因污水管道錯接、混接、漏接、管道破裂等原因導致下水道中外水入滲入流,全美每年至少有23000~75000個下水道溢水事件發生,加拿大、意大利、法國、澳大利亞、新加坡、韓國、日本等國也為預防下水道溢流帶來的公共健康問題困擾多年。

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  污水管網常見問題圖覽

  而我國現今有63%的污水處理廠水量負荷率超過80%,南方則是70%的處理廠超過80%,實際上,當水量負荷率超過80%,水量高峰時就可能存在溢流。甚至其中有24%的污水處理廠水量負荷率超過120%,收集管網存在經常性溢流。

  除了容易造成溢流污染以外,我國污水處理廠還面臨著進水濃度普遍偏低的問題。近兩年全國污水廠平均進水COD濃度為280mg/L,但根據測試,居民小區總排口COD濃度均值大于400mg/L。這表明了在污水運送至處理廠的過程中,存在大量外水滲入和在管道內降解的情況,將寶貴的碳源消耗,造成污水處理成本上升。

  再與歐美等國家相比,德國污水處理廠進水COD濃度為500-1000mg/L,美國污水處理廠進水COD濃度也約為850mg/L,對比之下,我國處理廠進水濃度只有歐美國家的40%-70%。

  根據王洪臣老師的研究,由于我國污水管網系統存在的缺陷,2018年,全國城鎮人口以8.3億計,假設人口污染物當量80克COD,實際城鎮污水處理量587.6億立方米,污水處理廠進水年平均COD 280 mg/L,粗算只有67%的污染物被收集到處理廠進行了處理;如果人口當量按照120克COD計,則粗算僅有45%污染物被收集到處理廠,一多半污染物沒有經過污水處理廠的處理。

  02

  發達國家排水管網政策與設施借鑒

  下水道的歷史其實非常悠久,但以前的下水道一般只是將污水送至附近的水體,真正的截留式下水道的出現最早出現在19世界50年代的歐洲。

  但升級的排水系統并沒有解決雨季城市內澇問題,美國、英國、德國等國家政府花了一筆又一筆資金,將水管加粗,并增加了泵站,但都沒有解決城市溢流問題帶來的困擾。

  歐美污水處理廠流量特性

  美國將城市溢流分為合流管網溢流(CSOs)和生活污水管網溢流(SSOs),CSOs問題主要發生在美國東北部和五大湖地區,主要是19世紀末和20世紀初建造的合流式污水系統中。當污水和雨水的總量超過系統的承載能力時,污水會直接排放到河水、溪流或沿海水體中。SSOs的發生則多是因為管網堵塞、破裂或故障,使雨水或地下水滲入系統,或是由于不當的運行和維修、設備或電力的故障以及人為的破壞。

  而污水處理廠的進水流量通常包括污水基礎流量(BWF,Base Wastewater Flow)和入滲流量及雨水入流量(I/I,Inflow & Infiltration)。美國EPA相關報告中將I/I區具體分為入流入滲量(RDII,Rainfall-derived Infiltration and Inflow)和地下水滲透量(GWI,Groundwater Infiltration),也就是說雨天污水處理廠進水流量分成三部分,即BWF 、GWI和RDII,其中BWF主要指來自住宅區、商業和工業的生活污水和生產廢水,BWF與GWI共同組成了旱季流量(DWF,Dry Weather Flow)。

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  雨季污水處理廠進水流量組成

  以美國田納西州圖拉荷馬的污水廠為例,將每日進水流量和降雨量與進水BOD濃度進行比較(見下圖,圖中1mgd=3785.41m3/d,1in= 2.54cm),說明雨季I/I和降雨對進水濃度存在一定的影響。從圖中可以看出,降雨情形下,進水峰值流量受降雨影響較為明顯,存在顯著的雨水效應,也就是RDII周期,這期間污水廠承受短期的沖擊性流量。

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  美國Tullahomat進水流量曲線

  田納西州根據進水BOD濃度的稀釋程度,推測年總I/I量為329萬m3,約占總流量的68%,其中約30%的I/I可歸因于干旱天氣滲入。因此,通常歐美污水廠雨季設計流量一般是旱季的3~8倍。

  國外溢流污水治理策略借鑒

  開頭提到過,美國EPA為了應對溢流污染曾制定了 “九對策”,提出要發揮污水廠存量設施的最大化處理能力,對雨季超量混合污水或峰值流量進行處理,要求對合流制管網雨季收集到的85%的流量進行處理,這樣相當于控制CSOs溢流頻次4~6次/年;對超量混合污水廠可采用“附加處理”措施。

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編輯:王媛媛

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