污水零直排区系统建设

分类:污水处理 50

引言

随着污染防治攻坚战的深入和城镇化的发展,城镇污水排放和环境保护之间的矛盾越发突出。城镇原有污水处理系统无法适应社会经济的发展需要,出现污水收集困难、管网输送不畅、雨污合流普遍、处理能力不足等现象,造成污水来源、输送、处理和排放均处于无序状态。由于系统无序导致污水直接或间接排人环境,水环境质量堪忧,出现“水质反弹”“河道返劣”和“黑臭隐患”等问题。基于此,浙江省率先探索,基于系统治水理论,提出“污水零直排区”建设理论。

“污水零直排区”思想理念思想内涵“污水零直排区”建设是指通过对现有污水处理系统进行建设和改造,实现各类污水处理达标后回用或排人环境,包括污水的源头治理、分类收集、截污纳管、雨污分流、污水处理和再生回用等措施,即在系统内建立从污水产生到处理回用或排人环境的全过程系统治水方法。“污水零直排区”建设是以不同大小和特征的空间排水单位和单元作为一个系统,分析系统内外水流和信息流的交换特征,通过系统的重构和重塑,构建基于系统内外用水、产水、排水等内在规律的水流量、流速及水质等特征变化的理想模型,运用数字化等监控手段实现系统水流和信息流的调配和优化,从而促进整个污水系统不断改善,实现水污染物和污染量的有效削减和控制,系统运行不断循环达到最优状态。

系统构成“污水零直排区”建设是对系统内污水从产生到排人环境各个环节,包括排水户排水、污水预处理、污水收集、污水输送、污水处理等各个环节的重塑(见图1)

污水零直排区系统建设-板框式压滤机

其对系统内产生的污水都进行了处理,杜绝了污水的直接排放现象。这些环节和过程也承载着系统内污染物的物质流。}基金项目:浙江省重点研发计划“排水管网提质增效与系统优化关键技术、装备研发与应用示范”(2020C03082)用户排水。排水户是排放污水的单位,是系统外物质向系统内输送的通道。污水的来源与社会经济发展状况相关,人口数量、生活方式、产业特点、经济规模、生产工艺、用水情况等,都会造成不同系统排水户排放污水的成分、数量、结构各不相同。排水户产生污水的数量、种类和浓度等是影响系统对污水输送和处理的主要因素。不同的排水户产生的污水,可分为生活污水、生产废水、初期雨水等类别。其中生活污水又分为厨房废水、厕所废水和洗涤废水等,生产废水可以分为高浓度废水和低浓度废水,有机废水和无机废水等不同种类。

污水预处理。预处理是对排水户排放的高浓度废水或带有杂质的可能会影响污水收集、输送、处理的污水进行简单处理,以达到降低排放浓度的效果。预处理主要指排人市政管网前的污水处理,包括工业企业厂内的废水处理站和城镇生活小区与不同行业设置的隔油池、沉淀池、沉砂池、毛发收集池、化粪池等配套设施,可分为工业废水预处理和生活污水预处理。

管网输送。管网输送是污水系统借助管网等设施和设备,规范污水等物质流向和走向,实现排水户和处理设施之间污水输送的行为。污水系统里的管网是连接排水户和污水处理厂的通道,其中管网设施包括各级系统的内部毛细管网和外部市政管网,以及泵站、检查井、集水池等附属设施。污水处理。污水处理是将管网输送的污水通过物理、化学、生物及其组合的方法,降低污水中的污染物浓度,达到相关回用和排放标准。

污水处理减少了排入环境的污染物数量,从而避免受纳水域水质受到影响,是系统内物质向系统外输送的通道,包括工业废水处理厂、城镇污水处理厂、污水处理站等。浙江省治水实践“污水零直排区”建设内容“污水零直排区”建设是基于系统治水理论的水污染防治,是对以往系统排水和处理的改造及重塑。“污水零直排区”建设是在不同尺度的污水处理系统中,将系统内部污水无序的物质流变为有序的物质流,规范物质的输入、输出和传递、输送、处理的方法和途径,根据污水物质流的输送环节和处理情况,对排水户排水、收集、输送、处理和人河等进行全过程控制和规范,开展“应分尽分”“应截尽截”“应处尽处”的改造和建设,以使产生的废水和污水在通过分类收集与分质处理后,废水量和污染物排放量达到削减目标。“污水零直排区”建设强调的是用系统治水和全过程治水的思路达到全面收集和处理的目的,防止系统内污水未经处理直接排入环境。

重塑源头排水。排水户是污水产生的源头,是系统内物质输入的起点。重塑源头排水是对排水户排放污水的水量和水质进行规范,排水户污水的产生受产业类型、生产工艺、人口数量、用水量等因素的影响。在重塑过程中,需根据排水户的特点,制定具体的方案和措施,就产业转型和工艺升级的可能性、生产设备的先进性、污水的分质处理和中水回用的可行性、初期雨水处理的必要性、用水量和污水排放量的相关性等方面,制定源头减少污水排放量和降低污染物排放浓度的具体方案,通过“一户一策”方案的实施,促进产业的转型升级与排水的优化改造。

重塑污水收集。对排水户的污水排放进行系统梳理,根据不同排水户排放污水的特点和特征,进行分类、分质收集。一方面,重塑排水户的源头排水,做到污水收集全覆盖,重点对工业企业的生活污水、生产环节的工艺废水、生活小区的阳台污水和洗涤污水等进行收集。另一方面,根据污水的性质,如排放浓度、污染物种类的特殊性等,实行分类收集;如工业废水和生活污水的分类收集,工业废水中化工废水、重金属废水等不同性质的废水分类收集;生活污水中厕所污水、厨房废水、洗涤废水的分类收集等。重塑污水输送。污水的输送依靠各级输送管网及其附属的检查井、窨井、泵站等输送设备,是实现污水从排水户收集到污水处理厂处理的重要途径。管网是排水系统的“血管”,是“污水零直排区”建设的重要环节。

重塑污水输送就是在对管网系统进行排查、分析与评估后,通过规划、修复、改造和建设,提高管网覆盖率和完好率,从而实现管网全覆盖和全完好、雨污全分流、布局全合理,规范污水系统中物质流的流量和方向,实现输送能力与流量匹配,污水流量和流向合理可控。重塑污水处理。污水处理是水污染防治的“兜底环节”,也是“污水零直排区”建设的关键环节,包括排水户端的污水预处理和管网终端的污水处理。污水预处理是为了保障输送管网和污水处理厂的正常运行,防止出现管网腐蚀、堵塞和污水处理厂受冲击等情况;终端污水处理厂是通过污水的深度处理,保障系统所有污水得以净化,避免影响环境水质。

重塑污水处理通过对系统污水处理设施的评估、规划、优化和建设,提高污水处理率、达标率和回用率,实现污染物削减和总量控制,达到水环境质量提升的目标。

重塑系统平衡。“污水零直排区”建设是对区域污水系统的重塑。通过对源头排水、污水收集、输送、处理等关键节点的改造和建设,使污水系统达到新的平衡,增加污水排放、输送、处理等环节的匹配度和关联度,从而使系统运行更加稳定,污水收集、处理、排放和回用处于一个良性循环和螺旋式上升递进的状态。

“污水零直排区”建设步骤“污水零直排区”建设是一个系统工程,是对区域排水系统的重塑,也是对区域水污染防治的重新构架,是系统的思路统筹和治水工作的重塑,需要有一个系统的建设思路和严密的建设过程,浙江省治水办(河长办)先后出台《浙江省“污水零直排区”建设行动方案》(浙治水办发(2018]28号)、《浙江省城镇“污水零直排区”建设攻坚行动方案(2021—2025年)》(浙治水办发(2021]17号)等文件规范了“污水零直排区”建设要求。全面排查。

“污水零直排区”建设前,需对污水系统进行全面体检,对系统内排水户及其排水特点、污水收集情况、管网输送现状、污水处理设施和排污(水)口等系统各个环节进行全面深度地排查。排查既要做到全覆盖、无盲区,又要做到有重点、有目标,特别要突出城中村、城郊结合部、老城区、城镇建成区、工业园区(工业集聚区)等重点区块。排查结果不但要搞清污水系统的特点和基本情况,而且要发现问题和反映问题,排查后要形成详细的排查报告、清单和图件等成果。规划设计。在现实性评价、合理性分析和前瞻性预测的基础上,对系统排查问题进行梳理,做好顶层设计,制定工作方案。对全面、系统性的问题要做好规划,如管网与污水处理设施的布局要统筹考虑系统现状条件、地形特点、排水特点和未来发展等因素进行规划,明确排水管网的走向、管径、标高、负荷和污水处理设施的数量、选址、能力等内容以及管网互联互通等内容;对于老城区、古镇、工业集聚区等难点、重点地区要制定“一点一策”,根据实际情况做好设计工作;对于普遍性的问题,制定统一的建设要求和原则。建设改造。“污水零直排区”建设改造是重塑城镇污水处理系统的关键。

“污水零直排区”建设改造应按照科学合理的规划设计方案和相关的施工技术规范实施,在现场建设过程中如果遇到特殊情况无法实施原有规划设计方案时,应根据实际情况重新调整和再设计。当前建设改造的重点为:排水户内部的排水改造(分质收集与预处理、污水回用、内部管网)、预处理设施建设与改造(工业污水预处理改造、商业和住宅预处理设施改造)、城镇雨污分流建设与改造(污水管网建设、管网问题修复)、污水处理设施建设与改造(处理能力、排放提标、尾水再生利用)等。

动态管理。动态管理是“污水零直排区”建设完成后确保系统各环节正常运行必不可少的组成部分,包括制度建设、人员落实、监管内容等。其中监管内容既包括对排水户排水情况、收集情况、预处理设施运行情况、管网健康情况、污水处理设施运行情况等硬件设施运行情况的日常检查和运行维护,也包括对各关键节点(重点排水户接人点、排水干管节点、污水泵站、污水处理厂进水口和出水口等)水质和水量的监控与监测。通过“污水零直排区”数字化平台对污水系统进行建设、运行与监控、监督检查与整改、决策支持与预警、成效分析与评价等动态管理,促进区域污水系统健康运行。系统评估。通过建立评估技术导则等有关标准和文件,定期开展“污水零直排区”建设评估,对区域排水的工艺升级改造和节水潜力、产业转型与污水分质处理、区域污水排放与管网的匹配、污水处理能力与污水产排的平衡、污水处理设施的互联互通、区域系统污水排放的应急处置。

‘‘‘污水零直排区”建设投入与产出的绩效、设施运行与维护的效能、污水处理效率与河道水质的变化等方面进行全面分析,评估系统运行的成效、复杂性和稳定性,并针对存在的问题及时调整系统结构,修复系统缺陷,引导系统向良性方向发展。

“污水零直排区”建设成效浙江省从2018年全面开展“污水零直排区”建设以来,通过全面部署和重塑,着力实现污水系统“源头全减排、污水全收集、管网全覆盖、管道全完好、雨污全分流、污水全处理、排放全达标、水质全提升”。经过4年的努力,部分地区建设成效初显。治水理念有了较大改变按照“污水零直排区”的建设要求,各地制定了“污水零直排区”建设实施方案,在反思既往的治水方法和方式的基础上,结合本地实际情况和基础条件,系统整合源头排水户排水、预处理设施建设、管网建设与布局、污水处理厂提标改造,并预测与分析区域污水处理的匹配程度。通过主成分分析和多因子分析,查找水污染防治的主要问题和影响水环境质量的主要因素,实现从污水产生、收集、输送、处理和排放的全过程水污染防治,是从末端治水向源头治水、从工程治水向系统治水的转变,开启了区域系统治水的新探索和新研究,为全面完善系统治水打下坚实的基础。

系统绩效实现较大提高通过“污水零直排区”建设,部分地区建设成效开始显现,一是污水收集率和管网覆盖率有了大幅度提高。排水户原来散排和直排的污水大部分都得以收集,原来污水管网未覆盖地区和雨污合流地区均建设了独立的污水管网。二是污水处理厂的进水浓度逐步提高,进水水量更加稳定。总体来说,污水处理厂进水的化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮和总磷等污染物浓度和污水处理效率都得到大幅提高;从晴天和雨天的水量变化来看,污水处理厂进水水量的变化幅度较小。三是附近地表水环境质量稳步向好。以“污水零直排区”建设较好的典型地区为例,建设前后主要指标变化情况见图2。污水处理厂进水BOD。浓度从建设前的51.6mg/L提高到建设后的88.7mg/L,提高了71.9%;进水水量从建设前的16420万t增加到建设后的18479万t,增加了12.5%;地表水环境质量从建设前的IV类和V类提高到建设后的III类。

污水系统功能得到较大提升“污水零直排区”建设是污水处理系统的生态化改造和重塑。在建设过程中形成了“四张清单(问题清单、任务清单、项目清单和责任清单)一张网(排水管网布局图)”,做到了重难点突出,有的放矢。一方面对系统流程的每个环节进行改造,提升管网的复杂性和连通性,推进污水处理互联互通,提高系统的稳定性:另一方面有重点地进行改造,加强老城区、城乡接合部、工业园区等重污染地区的建设,规范了系统的物质流向。治水范围取得较大拓展“污水零直排区”建设的范围图2典型地区“污水零直排区”建设前后污水厂进水主要指标变化从局部污水排放系统扩展到整个污水处理系统,从“网(输送管网)厂(污水处理厂)”向“源(排水户)河(地表水环境)”延伸。结合排水户改造以用水量来重塑源头排水,将“污水零直排区”建设的源头分类减排理念落实到区域产业优化、小微工业园区建设、老旧小区改造、城市有机更新、污水资源化利用等相关领域的各个环节,积极提高中水回用比例,试点建设“污水零排放”系统,既实现了污水源头减量减排,又解决了黑臭水体等河道水质问题;同时开展河湖生态缓冲带建设和水生态修复,在建设和管理中深化生态环境治理能力和治理体系现代化建设。

讨论“污水零直排区”建设是解决城镇排水系统“管网底数不清,截污纳管不到位,雨污分流不彻底,污水处理效率低下”等问题,重塑污水系统各个环节的重要手段。建立一套基于系统治水的“污水零直排区”建设体系,涉及面广、点多、任务重,需要在全面调查和分析的基础上,规划和设计一套符合系统特点的治水方案,按照计划逐步开展建设和评估,落实各个环节的建设任务,逐步达到建设成效与治水目标,切不可匆忙上马,一拥而上,造成质量问题,达不到建设效果。“污水零直排区”建设的理想目标是:源头全减排、污水全收集、管网全覆盖、雨污全分流、污水全处理、排放全达标、水质全提升。在实际建设过程中,不可能达到百分之百的建设目标,应根据实际情况和建设目标,运用主成分分析和多因子综合分析等方法,因地制宜地制定切实可行的建设方案、验收目标、评估规则、运维方法等,并建立逐步完善和动态更新制度,促进“污水零直排区”建设成效不断提升。“污水零直排区”建设是个系统工程,是集排水企业和单位的清洁生产改造、排水管网提质增效和污水处理提标改造等内容于一体,从污水产生与产业转型、管网设计与规划、污水处理与布局等诸多方面来考虑分析,研究系统的复杂性和稳定性,实现污水系统的重塑。因此,“污水零直排区”建设理论需要进一步深入研究,通过不断实践加以完善。

“污水零直排区”建设的目的是改变系统中的物质流,变无序为有序。“污水零直排区”建设没有捷径,需要我们在掌握建设理论和理设要求的基础上,脚踏实地地从每一块区域、每一根管网、每一个单元开始建设,并运用感知设备、数字化工具等,通过模型分析不断完善建设内容和运行体系,不断验证和提高“污水零直排区”的建设成效。陆域上污水排放涉及城市、农业、农村、交通等相关生产和生活活动,应拓展“污水零直排区”建设范围,积极开展农业、农村等领域“污水零直排区”建设研究;同时加强节水和回用的研究,解决污水的减量(Reduce)、治理(Repair)、回用(Recycle)等问题,遵循“坚持节约优先,加强源头管控,转变发展方式”的原则,进一步推动绿色生产和生活方式的形成,实现“污水零直排区”建设和生产、生活的融合。

展望构建系统的“污水零直排区”建设理论体系“污水零直排区”建设涉及系统科学、地理科学、环境科学与工程、城市规划与设计、给水和排水工程、测绘科学、管理科学等多学科知识。未来应进一步开展包括源头、污水收集、输送、处理、回用与排放等全过程的治理研究,形成排查、规划设计、建设、验收与评估等一系列“污水零直排区”建设技术规范和基本理论。细化各个内容的建设原理和要求,形成各种不同类型和不同建设内容的建设标准和要求,指导不同区域、不同类型、不同建设内容的“污水零直排区”建设,形成一个系统、详细、全面的“污水零直排区”建设理论。

建立统一的“污水零直排区”建设行业体系

一是完善和丰富“污水零直排区”建设标准体系,建立市、县(市、区)、城镇、工业园区、生活小区、六小行业和企事业单位“污水零直排区”建设的技术规范,完善排查、规划、设计、建设、施工、验收和运维的技术要求。

二是完善“污水零直排区”建设人员配备,培养各级各类行政人员、管理人员、排查人员、设计人员、施工人员及技术骨干。

三是建立“污水零直排区”建设的技术培训体系,通过技术培训、现场指导、督导帮扶、专业论坛和宣传教育等方式,将“污水零直排区”建设的标准和要求进行培训和宣传,将“污水零直排区”建设的系统理论落实到排查、设计、建设、施工、验收、运维等各个节点的建设过程中,指导各地开展建设。推进严格的“污水零直排区”建设制度体系推进“污水零直排区”建设的立法工作,加强“污水零直排区”建设的相关制度建设。制定和明确“污水零直排区”建设的责任清单,做到每个项目和建设内容都有责任人;制定和细化责任追究相关制度,加强督查、巡查和检查力度;运用数字化技术手段对建设和运维进行监管,倒逼“污水零直排区”建设要求落实到位;制定系统评估与考核制度,确保重塑后的污水系统正常健康运行。


作者:牟永铭教授 刘长军教授 申开丽教授 李倩倩教授

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