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值得借鉴:欧美国家构建城市未来污水管网方案

时间:2020-08-26 10:02

来源: 中持股份

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  污水收集和处理不充分的问题一直都是个国际性难题,根据联合国的资料,全世界80%以上的废水未经处理或再利用就流回了环境,这就给废水处理厂增加了相当大的负担。

  结合三部委发布的《城镇污水处理提质增效三年行动方案》,提出要尽快补齐污水管网等设施短板,表明了我们当前面临的水环境中所面临的问题,早已不仅是污水处理厂等点源排放的问题,而是“厂-网-河”整个系统的问题。

  对比我国与欧美等发达国家污水处理厂的进水COD浓度均值,我们的进水浓度仅有他们的40%-70%。

  以美国为例,他们从1989年就开始系统治理合流制污水溢流(CSOs),经历了“六对策”、“九对策”(NMC,Nine Minimum Control Measures)和“永久对策”(LTCP,Long-Term Control Plan)等历史阶段,而我国从近几年才开始聚焦污水管网短板问题,所以在相关治理经验上值得我们思考与借鉴。

  01

  污水管网到底存在哪些问题?

  污水管网系统的作用原理说起来很简单,无非就是将污水纳入管道并将其送至污水处理厂。

  但实际过程中,由于污水管网大多埋于地面之下,我们看不见摸不着,等到发现进水浓度出问题或是下水道严重溢流的时候,往往问题都很严重了,许多不是污水的外水(雨水、河水、地下水)会混入污水管道中,造成污水处理厂超负荷。

  据美国环境保护署(EPA, Environmental Protection Agency)统计,因污水管道错接、混接、漏接、管道破裂等原因导致下水道中外水入渗入流,全美每年至少有23000~75000个下水道溢水事件发生,加拿大、意大利、法国、澳大利亚、新加坡、韩国、日本等国也为预防下水道溢流带来的公共健康问题困扰多年。

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  污水管网常见问题图览

  而我国现今有63%的污水处理厂水量负荷率超过80%,南方则是70%的处理厂超过80%,实际上,当水量负荷率超过80%,水量高峰时就可能存在溢流。甚至其中有24%的污水处理厂水量负荷率超过120%,收集管网存在经常性溢流。

  除了容易造成溢流污染以外,我国污水处理厂还面临着进水浓度普遍偏低的问题。近两年全国污水厂平均进水COD浓度为280mg/L,但根据测试,居民小区总排口COD浓度均值大于400mg/L。这表明了在污水运送至处理厂的过程中,存在大量外水渗入和在管道内降解的情况,将宝贵的碳源消耗,造成污水处理成本上升。

  再与欧美等国家相比,德国污水处理厂进水COD浓度为500-1000mg/L,美国污水处理厂进水COD浓度也约为850mg/L,对比之下,我国处理厂进水浓度只有欧美国家的40%-70%。

  根据王洪臣老师的研究,由于我国污水管网系统存在的缺陷,2018年,全国城镇人口以8.3亿计,假设人口污染物当量80克COD,实际城镇污水处理量587.6亿立方米,污水处理厂进水年平均COD 280 mg/L,粗算只有67%的污染物被收集到处理厂进行了处理;如果人口当量按照120克COD计,则粗算仅有45%污染物被收集到处理厂,一多半污染物没有经过污水处理厂的处理。

  02

  发达国家排水管网政策与设施借鉴

  下水道的历史其实非常悠久,但以前的下水道一般只是将污水送至附近的水体,真正的截留式下水道的出现最早出现在19世界50年代的欧洲。

  但升级的排水系统并没有解决雨季城市内涝问题,美国、英国、德国等国家政府花了一笔又一笔资金,将水管加粗,并增加了泵站,但都没有解决城市溢流问题带来的困扰。

  欧美污水处理厂流量特性

  美国将城市溢流分为合流管网溢流(CSOs)和生活污水管网溢流(SSOs),CSOs问题主要发生在美国东北部和五大湖地区,主要是19世纪末和20世纪初建造的合流式污水系统中。当污水和雨水的总量超过系统的承载能力时,污水会直接排放到河水、溪流或沿海水体中。SSOs的发生则多是因为管网堵塞、破裂或故障,使雨水或地下水渗入系统,或是由于不当的运行和维修、设备或电力的故障以及人为的破坏。

  而污水处理厂的进水流量通常包括污水基础流量(BWF,Base Wastewater Flow)和入渗流量及雨水入流量(I/I,Inflow & Infiltration)。美国EPA相关报告中将I/I区具体分为入流入渗量(RDII,Rainfall-derived Infiltration and Inflow)和地下水渗透量(GWI,Groundwater Infiltration),也就是说雨天污水处理厂进水流量分成三部分,即BWF 、GWI和RDII,其中BWF主要指来自住宅区、商业和工业的生活污水和生产废水,BWF与GWI共同组成了旱季流量(DWF,Dry Weather Flow)。

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  雨季污水处理厂进水流量组成

  以美国田纳西州图拉荷马的污水厂为例,将每日进水流量和降雨量与进水BOD浓度进行比较(见下图,图中1mgd=3785.41m³/d,1in= 2.54cm),说明雨季I/I和降雨对进水浓度存在一定的影响。从图中可以看出,降雨情形下,进水峰值流量受降雨影响较为明显,存在显著的雨水效应,也就是RDII周期,这期间污水厂承受短期的冲击性流量。

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  美国Tullahomat进水流量曲线

  田纳西州根据进水BOD浓度的稀释程度,推测年总I/I量为329万m³,约占总流量的68%,其中约30%的I/I可归因于干旱天气渗入。因此,通常欧美污水厂雨季设计流量一般是旱季的3~8倍。

  国外溢流污水治理策略借鉴

  开头提到过,美国EPA为了应对溢流污染曾制定了 “九对策”,提出要发挥污水厂存量设施的最大化处理能力,对雨季超量混合污水或峰值流量进行处理,要求对合流制管网雨季收集到的85%的流量进行处理,这样相当于控制CSOs溢流频次4~6次/年;对超量混合污水厂可采用“附加处理”措施。

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编辑:王媛媛

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