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張辰:系統思維詳解城鎮污水“廠網河源”治理技術

時間: 2020-09-28 13:38

來源: 中國水網

作者: 陳偉浩整理

2019年至今,國家相繼發佈《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》、《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》,當前,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。

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9月17日,在2020(第十二屆)上海水業熱點論壇上,上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司黨委書記、總工全國工程勘察設計大師張辰提到,排水工程是一項系統工程,需要系統思維,從全局和戰略的高度進行頂層設計和謀劃,並以“城鎮污水‘廠網河源’系統治理技術研究”為題做了主題分享。

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張辰

2019年4月29日住房和城鄉建設部、生態環境部、國家發展改革委聯合印發了《城鎮污水處理提質增效三年行動方案(2019—2021年)》,明確提出加快補齊城鎮污水收集和處理設施短板,儘快實現污水管網全覆蓋、全收集、全處理的總體要求。

今年7月31日,國家發改委與住建部聯合印發《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》,要求提升城鎮生活污水收集處理能力,加大生活污水收集管網配套建設和改造力度,促進污水資源化利用,推進污泥無害化資源化處理處置。

張辰認為,國家出台的一系列文件越來越符合技術專家所能表達的意圖,希望業界同仁可以好好去領會學習這些政策文件,並將其應用到工程實踐中去。

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排水工程的系統構成

張辰介紹,排水工程是一項系統工程,需要系統思維,從全局和戰略的高度進行頂層設計和謀劃。同時,他還強調,無論是國家排水工程項目規範還是室外排水標準全文修訂,都把排水工程嚴格區分成了雨水系統和污水系統。

污水系統從管道、污水和再生水處理到污泥處理,均要在一個系統思維之上進行治理,否則,即便污水處理廠的污水處理做到了滿分,而污水管道和污泥處理做的不及格,那麼該污水處理系統也是不及格的。只有污水管道、污水和再生水處理、污泥處理都是90分時,整個系統才是優秀的。

張辰強調,應該按照“廠、網、河、源”一體化提質增效理念,採取源頭、過程、末端相結合的系統治理思路,落實源頭污染控制、管網效能提升、污水處理經濟高效、河湖水體容量恢復等關鍵節點,實現全覆蓋、全收集、全處理目標

源頭治理關鍵技術

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小區海綿化改造技術1

張辰介紹,上圖所示的小區於 2008年建成,佔地面積9.4公頃,存在居住環境較差、雨污混接等問題。三層樓的污水管排水不暢,自行接入了外面的雨水管道,一半樓層的污水都進入雨水管道,直排河道。如果有疫情,這些污水直接進入雨水管,一下雨就會排污到水體,污水處理廠再怎麼消毒也沒有意義。

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小區海綿化改造技術2

對於如何實現小區的海綿化改造,張辰認為,必須要進行雨污分流的改造。對原有錯接雨污水管網分流改造,將陽台污水改接入污水管,達到污水零排放;通過雨水立管斷接、透水路面等,有效下滲收集雨水;通過雨水花園等綠色設施,實現雨水滯蓄,實現環境景觀效益的提升。

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雨水立管改造技術

張辰認為,源頭問題不解決,末端再怎麼治理,都沒有意義。包括分流泵裏面加污水泵;包括管道清淤,管道垃圾,河道淤泥,因為這些淤泥沉積在管道中間,一下雨就進入到水體,不下雨就淤積在管道里面。應該通過一系列的措施,在管道中間做一些開啓,讓它有一定的水力沖刷,保證把污染物送到污水處理廠,而不是降雨排入水體。

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管道防沉積水力沖刷技術

通過氣封壓力調節實現前後管道水力控制,有效防止管道沉積物直排河道及河水倒灌,結合人工濕地,系統少量混接污水和初期雨水得到有效控制,排河氨氮可削減50%以上,總磷可削減40%以上。

管網提質增效關鍵技術

目前,我國排水管道普遍存在破損、塌陷、淤堵和倒灌等各類功能性問題和結構性質量問題。張辰認為,管道的溯源診斷,可以很好的進行演繹,偵破許多“案件”。污染物的溯源,可以分析這個污染來自於哪一個工廠。通過一些指標體系,完全可以做到溯源,把管道做的更好。

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排水管網溯源診斷的數值化解析技術

排水管網溯源診斷的數值化解析技術是建立基於水質特徵因子和化學質量平衡的分區診斷技術,定量解析各網格區域的不同類型水量(生活污水、工業污水、地下水等),識別高風險區域,實現低成本、精準診斷。

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管網原位修復技術

管網原位修復技術是利用不開挖或少開挖地表的方法進行管道修復或更新,恢復管道原有功能。按修復範圍可分為輔助修復、局部修復和整體修復。

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管網智慧管控技術

管網智慧管控技術結合現場條件調研,對管網關健節點、排水接入點、排放口、海綿設施進出口和溢流口、受納水體等進行在線監測,並與降雨信息、污水處理設施納入統一平台管控。

張辰強調,智慧水務是行業最新的發展方向。要想把管道的數據摸清,必須通過數據平台去做。過去的數據往往是碎片化的,放在某一個平台,就沒用了,如何建立一個統一的管控平台,是行業現在需要做的。

通溝污泥處理處置技術包括了污泥抽吸技術、污泥沖刷技術以及多級分離技術,不僅吸程高,污泥高速沖刷的壓力也大,同時能夠實現通溝污泥多級有機物、無機物的清洗、分離、壓濾。

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排水系統截流-調蓄-處理集成技術

排水系統截流-調蓄-處理集成技術優化了不同排水體制的截流系統規模和截流方式,提出適用於不同排水體制的調蓄規模計算方法,開發無動力集成式新型雨水旋流處理技術。

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京台高速處初期雨水調蓄處理工程

張辰表示,源頭治理、雨污分流是久久為功才可以做的,雨污混接的地方來不及久久為功的地方,應採取一些雷厲風行的措施,京台高速處初期雨水調蓄處理工程就是初期雨水調蓄加處理。該項目為國內首個高標準就地處理初期雨水項目,年平均可調蓄總量約300萬立方米,削減污染負荷COD約390.4噸,氨氮約31.72噸,總磷約7.81噸。

污水處理系統關鍵技術

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污水流量分配技術

張辰介紹,雨水處理重要的不只是達標,還有流量分配、均勻分配,使每一個水池能夠發揮它的作用。污水流量分配技術是建立配水井物理模型,提出折線堰堰口高度和角度的最優組合參數,減少水流擠壓、收縮及迴流現象,實現低能耗水力精準分流。

污水處理的另一個關鍵就是污泥的處理處置。對於污泥的處理處置張辰提出了幾種技術路線:好氧發酵、污泥(熱水解)+厭氧消化+土地利用、污泥幹化+焚燒+灰渣建材利用/填埋技術,對於好氧發酵,既可作為土地利用前處理手段,又可作為降低污泥含水率的預處理手段,然後再結合其他的技術,進行資源化利用。

河湖水環境提升關鍵技術

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蘇四期底泥處置工程

張辰以蘇州河綜合治理四期工程為例,強調底泥一定要進行無害化處理,不能把污染物轉嫁。該工程一共有41.9萬平方米,考慮垃圾去除(按平均值10%計)及生態土管袋工藝減容處理後(15%減容率)土方總量約為32.05萬m3(處置後)。

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底泥處理工藝流程

通過專用管道,藉助分離固體與液體的藥劑和管道本身的滲濾功能,底泥中的水分被“逼”走,進入尾水收集處置設施,留下的固化穩定泥土。蘇四期對污染治理的要求更上一層樓:到2020年,蘇州河干流消除劣Ⅴ類水體,水功能區水質達標率不低於78%;到2021年,支流全面消除劣Ⅴ類水體。在治理污染的同時,相比前三期,蘇四期更加強調因地制宜與生態發展的理念。

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智慧水務一體化管控構架

張辰還介紹了智慧水務一體化管控技術,該技術以治理效果評估考核標準為抓手,以區域水環境監測大數據為依據,以流域水力水質分析模型為支撐,以全局統籌優化調控策略為手段,構建基於物聯網、雲計算、大數據技術和霧運算技術相結合的智慧水務,實現智慧監控、智慧調度、智慧管理,達到真正意義上的全生命週期應用。

雨水三段論

張辰表示,雨水三段論就是內澇防治體系,它包括:源頭減排、排水管渠、排澇除險。

源頭減排

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附錄A

源頭減排就是根據淨流總量控制率,淨流污染控制率的指標確定源頭減排的目標,明確相應的降雨量,進行源頭控制。源頭減排設施的設計水量應根據年徑流總量控制率確定,並應明確相應的設計降雨量(可按附錄A進行計算)。同時,根據年徑流總量控制率所對應的設計降雨量和匯水面積,採用容積法進行計算以確定源頭減排設施的規模。

排水管渠

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上海市雨水管渠設計重現期對應的設計降雨強度

排水管渠的設計流量應根據雨水管渠設計重現期確定,並應根據匯水地區性質、城鎮類型、地形特點和氣候特徵等因素,明確相應的設計降雨強度。張辰強調各地應根據年最大值法確定的暴雨強度公式計算對應雨水管渠設計重現期下的小時設計降雨強度。

排澇除險

張辰提到,在調研國外內澇防治構建標準的基礎上,研究了國內道路情況,提出我國的內澇防治設計標準:

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在內澇防治設計重現期下,最大允許退水時間(雨停後的地面積水的最大允許排干時間)應滿足以下要求:

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人口密集、內澇易發、特別重要且經濟條件較好的城區,最大允許退水時間應採用規定的下限,交通樞紐的最大允許退水時間應為0.5h。

在國家高度強調人民感知和社會滿意度的背景下,防治城市內澇問題,也成為重中之重。張辰介紹,在日本,會設定一個量值,讓百姓有感知,在這個量值內的降雨,城市不應該出現積水。如設定如果每小時50毫米的降雨量下,城市不允許有積水。當然中國因為南北東西地區差異較大,不易統一規定,但我們應該有一個退水時間的標準,從百年一遇到幾十年一遇不等。

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