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張辰:系统思维详解城镇污水“厂网河源”治理技術

时间: 2020-09-28 13:38

来源: 中国水网

作者: 陈伟浩整理

2019年至今,國家相繼發布《城鎮汙水處理提质增效三年行动方案(2019—2021年)》、《城镇生活汙水處理设施补短板强弱项实施方案》,当前,水环境中所面临的问题,早已不仅是汙水處理厂等点源排放的问题,而是厂-网-河整个系统的问题。

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9月17日,在2020(第十二屆)上海水業熱點論壇上,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司党委书记、总工全国工程勘察设计大师張辰提到,排水工程是一项系统工程,需要系统思维,从全局和战略的高度进行顶层设计和谋划,并以“城镇污水‘厂网河源’系统治理技術研究”为题做了主题分享。

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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、国家发展改革委联合印发了《城镇汙水處理提质增效三年行动方案(2019—2021年)》,明确提出加快补齐城镇污水收集和处理设施短板,尽快实现污水管網全覆蓋、全收集、全處理的總體要求。

今年7月31日,国家发改委与住建部联合印发《城镇生活汙水處理设施补短板强弱项实施方案》,要求提升城镇生活污水收集处理能力,加大生活污水收集管網配套建设和改造力度,促进污水资源化利用,推进汙泥無害化資源化處理處置。

張辰认为,国家出台的一系列文件越来越符合技術專家所能表达的意图,希望业界同仁可以好好去领会学习这些政策文件,并将其应用到工程实践中去。

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排水工程的系統構成

張辰介绍,排水工程是一项系统工程,需要系统思维,从全局和战略的高度进行顶层设计和谋划。同时,他还强调,无论是国家排水工程项目规范还是室外排水標准全文修订,都把排水工程严格区分成了雨水系统和污水系统。

汙水系統從管道、汙水和再生水处理到汙泥处理,均要在一个系统思维之上进行治理,否则,即便汙水處理厂的汙水處理做到了满分,而污水管道和汙泥处理做的不及格,那么该汙水處理系统也是不及格的。只有污水管道、污水和再生水处理、汙泥处理都是90分时,整个系统才是优秀的。

張辰强调,应该按照“厂、网、河、源”一体化提质增效理念,采取源头、过程、末端相结合的系统治理思路,落实源头污染控制、管網效能提升、汙水處理经济高效、河湖水体容量恢复等关键节点,实现全覆盖、全收集、全处理目标

源头治理关键技術

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小区海绵化改造技術1

張辰介绍,上图所示的小区于 2008年建成,占地面积9.4公顷,存在居住环境较差、雨污混接等问题。三层楼的污水管排水不畅,自行接入了外面的雨水管道,一半楼层的污水都进入雨水管道,直排河道。如果有疫情,这些污水直接进入雨水管,一下雨就会排污到水体,汙水處理厂再怎么消毒也没有意义。

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小区海绵化改造技術2

对于如何实现小区的海绵化改造,張辰认为,必须要进行雨污分流的改造。对原有错接雨污水管網分流改造,将阳台污水改接入污水管,达到污水零排放;通过雨水立管断接、透水路面等,有效下渗收集雨水;通过雨水花园等绿色设施,实现雨水滞蓄,实现环境景观效益的提升。

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雨水立管改造技術

張辰认为,源头问题不解决,末端再怎么治理,都没有意义。包括分流泵里面加污水泵;包括管道清淤,管道垃圾,河道淤泥,因为这些淤泥沉积在管道中间,一下雨就进入到水体,不下雨就淤积在管道里面。应该通过一系列的措施,在管道中间做一些开启,让它有一定的水力冲刷,保证把污染物送到汙水處理厂,而不是降雨排入水体。

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管道防沉积水力冲刷技術

通過氣封壓力調節實現前後管道水力控制,有效防止管道沈積物直排河道及河水倒灌,結合人工濕地,系統少量混接汙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。

管網提质增效关键技術

目前,我国排水管道普遍存在破损、塌陷、淤堵和倒灌等各类功能性问题和结构性质量问题。張辰认为,管道的溯源诊断,可以很好的进行演绎,侦破许多“案件”。污染物的溯源,可以分析这个污染来自于哪一个工厂。通过一些指标体系,完全可以做到溯源,把管道做的更好。

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排水管網溯源诊断的数值化解析技術

排水管網溯源诊断的数值化解析技術是建立基于水质特征因子和化学质量平衡的分区诊断技術,定量解析各网格区域的不同类型水量(生活污水、工业污水、地下水等),識別高風險區域,實現低成本、精准診斷。

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管網原位修复技術

管網原位修复技術是利用不开挖或少开挖地表的方法进行管道修复或更新,恢复管道原有功能。按修复范围可分为辅助修复、局部修复和整体修复。

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管網智慧管控技術

管網智慧管控技術结合现场条件调研,对管網关健节点、排水接入点、排放口、海绵设施进出口和溢流口、受纳水体等进行在线监测,并与降雨信息、汙水處理设施纳入统一平台管控。

張辰强调,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。

通沟汙泥处理处置技術包括了汙泥抽吸技術、汙泥冲刷技術以及多级分离技術,不仅吸程高,汙泥高速冲刷的压力也大,同时能够实现通沟汙泥多级有机物、无机物的清洗、分离、压滤。

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排水系统截流-调蓄-处理集成技術

排水系统截流-调蓄-处理集成技術优化了不同排水体制的截流系统规模和截流方式,提出适用于不同排水体制的调蓄规模计算方法,开发无动力集成式新型雨水旋流处理技術。

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京台高速處初期雨水調蓄處理工程

張辰表示,源头治理、雨污分流是久久为功才可以做的,雨污混接的地方来不及久久为功的地方,应采取一些雷厉风行的措施,京台高速處初期雨水調蓄處理工程就是初期雨水调蓄加处理。该项目为国内首个高標准就地处理初期雨水项目,年平均可调蓄总量约300万立方米,削减污染负荷COD约390.4吨,氨氮约31.72吨,总磷约7.81吨。

汙水處理系统关键技術

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污水流量分配技術

張辰介绍,雨水处理重要的不只是达标,还有流量分配、均匀分配,使每一个水池能够发挥它的作用。污水流量分配技術是建立配水井物理模型,提出折线堰堰口高度和角度的最优组合参数,减少水流挤压、收缩及回流现象,实现低能耗水力精准分流。

汙水處理的另一个关键就是汙泥的处理处置。对于汙泥的处理处置張辰提出了几种技術路线:好氧发酵、汙泥(热水解)+厌氧消化+土地利用、汙泥干化+焚烧+灰渣建材利用/填埋技術,对于好氧发酵,既可作为土地利用前处理手段,又可作为降低汙泥含水率的预处理手段,然后再结合其他的技術,进行资源化利用。

河湖水环境提升关键技術

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蘇四期底泥處置工程

張辰以苏州河综合治理四期工程为例,强调底泥一定要进行无害化处理,不能把污染物转嫁。该工程一共有41.9万平方米,考虑垃圾去除(按平均值10%计)及生态土管袋工艺减容处理后(15%减容率)土方总量约为32.05万m3(处置后)。

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底泥處理工藝流程

通過專用管道,借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。蘇四期對汙染治理的要求更上一層樓:到2020年,蘇州河幹流消除劣Ⅴ類水體,水功能區水質達標率不低于78%;到2021年,支流全面消除劣Ⅴ類水體。在治理汙染的同時,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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智慧水務一体化管控构架

張辰还介绍了智慧水務一体化管控技術,该技術以治理效果评估考核標准为抓手,以区域水環境監測大数据为依据,以流域水力水质分析模型为支撑,以全局统筹优化调控策略为手段,构建基于物联网、云计算、大数据技術和雾运算技術相结合的智慧水務,实现智慧监控、智慧调度、智慧管理,达到真正意义上的全生命周期应用。

雨水三段論

張辰表示,雨水三段論就是内涝防治体系,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

源頭減排就是根据净流总量控制率,净流污染控制率的指标确定源頭減排的目标,明确相应的降雨量,进行源头控制。源頭減排设施的设计水量应根据年径流总量控制率确定,并应明确相应的设计降雨量(可按附錄A进行计算)。同时,根据年径流总量控制率所对应的设计降雨量和汇水面积,采用容积法进行计算以确定源頭減排设施的规模。

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

排水管渠的设计流量应根据雨水管渠设计重现期确定,并应根据汇水地区性质、城镇类型、地形特点和气候特征等因素,明确相应的设计降雨强度。張辰强调各地应根据年最大值法确定的暴雨强度公式计算对应雨水管渠设计重现期下的小时设计降雨强度。

排澇除險

張辰提到,在调研国外内涝防治构建標准的基础上,研究了国内道路情况,提出我国的内涝防治设计標准:

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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幹時間)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采用規定的下限,交通樞紐的最大允許退水時間應爲0.5h。

在国家高度强调人民感知和社会满意度的背景下,防治城市内涝问题,也成为重中之重。張辰介绍,在日本,会设定一个量值,让百姓有感知,在这个量值内的降雨,城市不应该出现积水。如设定如果每小时50毫米的降雨量下,城市不允许有积水。当然中国因为南北东西地区差异较大,不易统一规定,但我们应该有一个退水时间的標准,从百年一遇到几十年一遇不等。

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