城市水环境改善坚持走创新绿色生态之路

作者:尹文超 赵昕 王宝贞
单位:中国建筑设计院有限公司绿色设计研究中心 哈尔滨工业大学水污染治理研究中心
摘要:生态文明建设进入国家五位一体总体布局, 指明了国家发展的方向和价值观, 五大发展理念是总体布局的有力支撑, 在城市建设领域, 尤其是城市水环境改善领域, 必须在中观和微观层面构建落地路径、模式和方法体系, 落实和丰满生态文明建设理论和实践体系。提出构建中观层面的生态+城市水系统模型, 并提出通过技术和管理机制领域的创新在微观层面逐渐分解和落实, 创新发展适合我国的城市水环境改善之路。
关键词:雨水管理 生态+城市水系统模型 复合生态塘 污染水体就地净化 排水系统与体制
作者简介: 尹文超, E-mail:yinwc@cadg.cn;
基金: 国家水体污染控制与治理科技重大专项 (2014ZX07406002); 国家科技支撑计划课题建筑室外水系维护与节水关键技术研究 (2013BAJ02B02);

 

    

1 生态文明建设对城市水环境改善的要求

   “生态兴则文明兴, 生态衰则文明衰。”十八大以来, 生态文明建设摆上了中国特色社会主义五位一体总体布局的战略位置。创新发展、绿色发展也成为新发展理念的重要组成部分。

   习近平总书记也经常以鲜明的比喻说明生态文明建设的重要性, 他把生态环境比作“民生福祉”, 说良好生态环境是最公平的公共产品, 是最普惠的民生福祉;他把生态环境比作“金山银山”, 说我们既要绿水青山, 也要金山银山, 宁要绿水青山, 不要金山银山, 而且绿水青山就是金山银山。可见, 生态文明建设在当前和未来国家发展进程中的重要地位。

   改革开放以来, 我国经历了世界历史上规模最大、速度最快的城镇化进程, 城市发展波澜壮阔, 取得了举世瞩目的成就, 但也出现了各种各样的城市病, 其中城市水环境问题突出且更为普遍, 严重影响了居民生活, 也限制了城市发展。全国城市建成区黑臭水体清单显示:全国295座地级及以上城市中, 逾七成存在黑臭水体, 共排查出黑臭水体1 861个。所以, 城市水环境改善也就必然成为生态文明建设重点要求。

   生态文明建设理论进入国家五位一体总体布局, 指明了国家发展的方向和价值观, 五大发展理念是总体布局的有力支撑, 但是在城市建设领域, 尤其是城市水环境改善领域, 必须在中观和微观层面构建落地路径、模式和方法体系, 落实和丰满生态文明建设理论和实践体系。

   在此背景下, 需重新认识城市发展规律, 重新审视和正视中国城市水环境的现实问题, 从而以问题为导向, 以中观层面的理论创新为城市尺度落实生态文明建设理论的突破口, 以技术创新和管理体制机制创新为微观层面的解决手段, 贯通城市水系统的绿色发展之路。

2 尊重城市发展规律, 正视城市发展带来的水环境问题

   中央城市工作会议指出, 做好城市工作首先要尊重城市发展规律。城市发展是一个自然历史过程, 有其自身规律。城市和经济发展两者相辅相成、相互促进。城市发展是农村人口向城市集聚、农业用地按相应规模转化为城市建设用地的过程, 人口和用地要匹配, 城市规模要同资源环境承载能力相适应。必须认识、尊重、顺应城市发展规律, 端正城市发展指导思想, 切实做好城市工作。

   生产和人口的聚集, 促使城市发展, 带来了前所未有的生产力聚集, 创造了巨大的物资财富, 但工业化及人口的增加也使城市面临诸多问题。但人类不能否认, 工业社会使城市高度发展, 是社会经济发展的必然结果, 是社会进步的表现。

   当我们在讨论城市中各种问题时, 不能脱离城市的固有属性, 而是应该正视问题, 通过管理和技术领域的不断创新, 提升城市建设水平, 来缓和、逐步解决城市发展中存在的各项问题。就城市水环境方面, 我们应该正视以下规律和现实问题。

2.1 城市用水量和排放量大且集中

   根据《2013年城乡建设统计年鉴》核算, 全国城市人均用水量127 m3/年, 每平方公里用水量112m3/年, 城市污水年排放量为427亿m3/年, 人均排水量101m3/年, 每平方公里排水量89 m3/年。单位面积用水量和排水量, 人均用水量和排水量, 城市是农村的7.0倍和2.5倍左右, 可以看出城市在进行高强度高密度的多元交换和提供高效率的公共服务的同时, 也必然带来更高的用水需求和更集中的污水排放。

   突出的现实问题是水资源的区域化不足, 水生态的区域性恶化, 如地表水污染、地下水污染和漏斗区问题。

2.2 城市硬化程度高, 雨水径流排放量大, 面源污染严重

   学者通过遥感技术分析北京城市硬化情况的结果表明, 北京市五环内建成区各梯度带内建设覆盖密度都已经很高, 尤其是四环内, 中等和较高密度的建设覆盖占绝对优势比例, 这些景观类型的异质特征主导了北京市建成区的总体景观格局特征, 以斑块大小、形状特征的高异质性为代表[1]

   突出的现实问题是城市的雨水综合径流系数在0.4~0.5, 老城区、CBD等建筑密度大、容积率高的区域, 径流系数超过0.7, 城市面临的整体排水压力大、内涝风险高, 同时城市地下水补给的通道大幅度减少。另外, 作为雨水地表径流大的又一不利影响, 地表水体的面源污染问题突出。

2.3 城市水体功能和生态的对立统一

   城市水体包括城市内河、湖泊和水库等, 都有其功能属性, 这包括饮用水源、行洪调洪、生态调理和美化景观等。

   城市水体的功能定位将决定采取什么样的驳岸方式和治理技术, 如清溪川、光州川和新加坡河等, 应该明确城市河流应与城市功能结合, 治理河流应带动城市的综合发展, 提升城市的整体价值, 做到河流与城市融为一体, 既满足人类的需求, 还考虑生态系统的恢复。

   河道生态治理中如遇到河道窄、过流量大的河段, 为了确保护岸安全, 无须完全排斥硬质材料, 可适当使用硬质挡墙或硬质材料与生态材料组合而成的挡墙结构。同时在局部河段设置生态补偿区, 适当放宽河道, 采用亲水性好的生态型材料建设护岸, 使该段河道的水陆物质能量交换集中在该区内予以补偿。

   硬质挡墙结构安全性好, 占地面积小, 优势也很突出。河道生态治理是在确保防洪安全的前提下实施生态措施的, 防洪是河道的基本功能, 护岸结构稳定性是第一位的。

   所以, 城市的规律要求水体在城市范围内应达到功能和生态的协调统一。

2.4 城市发展进程与水系统建设滞后之间的矛盾问题

   如老城区的硬质铺装改造问题;老城区的排水管网改造和再生水管网敷设问题;老城区的实土绿地和地下空间开发问题;城市更新过程中的雨、污水收集和处理问题 (排水能力、处理能力) 。

   突出的现实问题是, 城市老城区绝大多数是雨污合流的排水体制, 同时与大规模、快速的新城开发相比, 城市雨污水的收集、处理和资源化利用设施建设明显滞后, 这些问题不能简单地用雨污分流和建设集中污水处理厂来解决, 要充分考虑社会、经济和环境的平衡, 创新解决思路。

2.5 城市污水处理的意义与局限

   现在广泛采用的活性污泥法已经很大地提升了城市的环境承载力。但一味对污水处理厂进行提标改造给政府市政供给能力提出了很大挑战, 但又不能从根本上解决城市水环境的持续恶化问题。需要以水环境改善效果为导向, 考虑技术集成, 而不是单一方向领域的极致发展。

   我国城市水系统面临的问题和矛盾在城市发展的轨迹中有其必然的一面, 所以我们需要尊重城市发展规律, 正视城市发展带来的水环境问题。但是, 我们又不能坐以待毙, 任由情势不断恶化。国家把生态文明建设纳入五位一体总体布局, 正是从国家长远发展的角度提出了顶层设计理论, 同时将创新作为五大发展理念之首, 破除各领域的发展瓶颈。在我国进入新常态发展的重要机遇期, 必须号召城市的管理者、建设者和相关科技人员, 以生态文明建设为纲, 从理论、技术和管理体制机制方面, 创新发展适合我国的城市水环境改善之路。

3 创新发展适合我国的城市水环境改善之路

3.1 理论创新———构建生态+城市水系统模型

   要在生态文明建设对城市建设和水系统改善要求的指导下, 寻求生态文明建设理论在城市水系统领域的中观落实理论方法。

   “生态+城市水系统”是, 尊重城市发展规律, 立足中国国情和城市现状及发展趋势, 在生态文明建设指导思想下, 提出的新型城市水系统建设和更新模式, 其核心是构建生态文明建设理论在城市水系统建设领域的中观模型和方法体系框架。具体“生态+”是指: (1) +时空局限 (时间、空间, 城市和城市发展水平) ; (2) +功能需求 (经济、社会、文化、生活四大功能) ; (3) +创新精神 (科技创新、管理创新和体制机制创新) 。

   结合前文提到的正视城市发展带来的水系统问题, 举几个例子解释生态+的具体指向。

3.1.1+时空局限

   面对城市普遍硬化程度高, 雨水径流排放量大;建成区排水管网改造和再生水管网敷设难问题;城市化进程快, 雨、污水收集和处理能力不足等一系列时空局限性问题, 不能盲目迷信国外做法, 还需避免一刀切做法, 做到因地制宜、因势利导。

   如建成区雨水径流控制工作, 应与老旧小区环境综合整治工作统筹开展, 建成区再生水利用工作, 应采取集中和分散相结合的方式, 一定程度上避免大跨度的污水收集再回用带来的施工和输送能耗问题;城市化进程快与污水收集和处理能力不足的矛盾, 可借助城市公园、绿地构建好氧塘、湿地以及河道的原位净化技术来解决。

3.1.2+功能需求

   以当前方兴未艾的海绵城市建设和黑臭水体治理中, 城市内河环境综合整治为例:我国应一定程度地借鉴韩国、新加坡等国家的经验, 明确城市河流应与城市功能结合, 治理河流应带动城市的综合发展, 提升城市的整体价值, 做到河流与城市融为一体, 既满足人类的需求, 还考虑生态系统的恢复。

3.1.3+创新精神

   “+创新精神”就是指在进行我国的城市水系统改善之路的探索和实践过程中, 积极进行理论创新、科技创新、管理创新和体制机制创新。

   以科技创新为例, 在污水处理和水环境治理方面应创出一条新路, 考虑用地、实施难易等时空局限, 结合安全、美观等功能需求, 开发低碳、生态处理技术和工艺。

3.2 技术创新

3.2.1 技术发展方向存在的问题

   我们在污水处理和水环境治理方面的观念与生态文明建设的精神差距还很大。具体表现在以下方面:

   (1) 污水处理偏爱活性污泥及其衍生的各种新工艺, 而忽视其他工艺, 如适用于中小城镇和农村的稳定塘、人工湿地和土地处理技术, 而这些工艺恰恰是欧美发达国家中小社区和农村普遍采用的。

   (2) 污泥处理与利用起步晚, 美国所有污水处理厂的污泥都称为“生物固体” (Biosolid) , 经脱水和烘干后, 用作有机肥、土壤改良剂、建材等用途。而我国污泥处理与处置距离实现无害化、减量化和资源化仍很远。

   (3) 忽视城市雨水管理与控制, 城市内涝造成了惨重的损失, 虽然近年来日益重视, 但至今仍无有效的应对措施。德国单独住户、街区、城市、流域的雨水收集、处理、再生和利用, 无论是合流制还是分流制, 雨水的无害化和资源化都做得特别好。

3.2.2 技术创新的方向建议

3.2.2. 1 雨、污水的生态处理———功能与美观的结合

   (1) 德国的生态塘雨、污水处理技术与应用。德国进行鲁尔河流域治理时, 水治理设施遍布全流域, 有集中的氧化塘设施污水处理厂, 有沿河布置的河道湿地净化, 同时在小城镇和农村也设置了大量的稳定塘、氧化塘、生物塘等分散式污水处理设施。在鲁尔河协会的污水处理厂中约有40%采用最后净化塘 (多级串联塘) 作为其三级处理 (见图1) , 使其最后出水水质良好 (如SS和BOD5≤10mg/L, 细菌和大肠菌总数减少>99.999%) , 与投氯消毒的方法相比, 完全消除了过量有机卤化物的产生和对水源的污染, 既经济安全, 也很美观。

   同时, 他们将雨水径流作为重要的水资源予以收集、处理、净化和利用。设计、建造和运行了549座雨水径流处理设施 (2009年的统计数据) , 采用的主要处理构筑物为:雨水沉淀池 (塘) 、雨水净化塘、地表径流人工湿地等。体现了雨、污水处理的生态大美。

   (2) 我国雨、污水的生态治理。在城市污水和雨水治理方面, 祖先为我们遗留下许多宝贵技术和经验, 如900年前建成的赣州福寿沟;已有2 000余年历史的珠江三角洲桑基鱼塘、蔗基鱼塘、稻基鱼塘等生态循环系统等, 其治理理念走了长期弯路后又重新回到回归自然和生态的治理理念。我国污水处理生态塘和生态系统应用 (塘与人工湿地相结合, 与农田灌溉相结合等) 从70年代至今40余年, 不断探索并成功研发了高效强化生态塘, 已经先后投入运行8项工程, 覆盖我国北、中、南多个城市。如大庆石化总厂石化废水生态处理系统;山东省东营市多级塘-人工湿地组成的污水生态处理系统;淄河污水处理与利用生态系统;江西鹰潭市高效组合生态塘系统。

图1 污水处理厂三级串联净化塘

   图1 污水处理厂三级串联净化塘

    

   以江西鹰潭市污水处理厂为例, 其采用的多级强化复合生态塘处理系统, 能将污水处理到最后出水达到GB 18918-2002一级A排放标准, 已经建成和高效运行多年, 而且连续运行3年未曾排放污泥。它由预处理设施 (格栅-曝气沉砂池) —强化复合厌氧-兼性塘—复合曝气塘—沉淀塘—复合净化塘 (见图2) 。

图2 江西省鹰潭市城市污水处理厂高效组合生态塘流程

   图2 江西省鹰潭市城市污水处理厂高效组合生态塘流程

    

   鹰潭市多级强化复合生态塘处理系统运行结果证明:

   (1) 由高效预处理设施、装填高比表面积的生物膜载体填料的复合厌氧塘 (见图3) 、复合兼性塘、复合曝气塘、沉淀塘和复合净化塘等组成的生态组合塘系统, 比普通塘系统具有更大的生物量 (在进水COD>300mg/L和BOD5>120mg/L) 浓度高时可达20~50g/L, 更多的生物种群 (生物多样性) , 以及更长食物链。 (2) 高效组合塘处理生活污水的效率很高, 污水在塘中停留时间仅3d, 远低于传统的稳定塘系统的水力停留时间 (通常需要20~30d) 。 (3) 运行效果很好, 最后出水COD、BOD5、NH3-N、TP的浓度全年平均值分别可达到31.37 mg/L、6.72mg/L、6.4mg/L、0.435mg/L。出水水质全年优于GB 18918—2002一级A标准;有些指标如COD、BOD5达到地表水V类标准;且全年运行稳定。 (4) 能耗很低, 比能耗为0.05kW·h/m3;全年平均直接运行费单价低于0.1元/m3。 (5) 借助于厌氧塘及其底部的污泥发酵坑, 使沉淀污泥进行水解、酸化和甲烷发酵等反应, 产生挥发性脂肪酸、氨基酸、溶解性无机营养盐和CH4、CO2、N2、H2等气体, 从而将污泥固体转化成液体和气体而消减。运行3年未曾排放过一次污泥, 为污泥零排放污水处理技术。 (6) 生态组合塘系统能同时去除COD (BOD) 和CO2, 即有机物生物降解产生的最终产物CO2在生态塘中参与藻类和其他水生植物的光合过程被吸收, 同时释放出初生态氧。因此, 它是典型的低碳污水处理技术。 (7) 藻类等水生植物的增殖为浮游动物、底栖动物、鱼等提供了饵料, 促进了后者的生长, 并由此形成多条食物链, C、N、P等营养元素均参与这些生物机体的合成并转化成产品和资源, 同时也去除了有机物和营养物。

图3 辫帘式软性填料河道安装照片

   图3 辫帘式软性填料河道安装照片

    

   总之, 组合生态塘系统是一种经济、节能、资源化和低碳的污水处理技术, 在中小城市和村镇应用最为适宜。

   (3) 美国的小型污水生态处理技术与应用。美国LMS公司将LMS系统 (Living Machine systems) , 即高负荷和高效二级人工湿地系统, 用于处理美国波特兰港务大楼 (大型公共建筑) 的污水, 其出水再经精滤和UV+氯化消毒后符合再生水水质标准, 用于冲厕和浇灌绿地, 而且其人工湿地上种植的观赏性植物, 构成了建筑物内外的景观点, 并与建筑美学和景观美学优化结合 (见图4) 。

图4 波特兰港务大楼人工湿地内外布置平面

   图4 波特兰港务大楼人工湿地内外布置平面

    

3.2.2. 2 雨、污水处理的“集中+分散”模式

   城市污水处理的集中和分散在科研和工程领域一直都是争论的焦点。

   赫尔曼·哈恩指出, 集中式污水处理系统建设周期长, 对配套污水收集管网的要求高, 耗资巨大, 而许多已经建成的大型污水处理厂由于选址在城市水网下游, 阻碍了污水的再生回用;而分散式污水处理系统容易实现污水的就地回用, 有利于实现城市区域性良性水循环[2]。另外, 据ICF国际咨询公司2002年的水与可持续报告指出, 美国每年4%的电力消耗用于水和废水设施的运行管理, 在这些电耗中水和废水的输送电耗是其处理电耗的4倍[3]。在注意到分散式污水处理与再生利用的优势后, 美国在一些商业项目中开展再生水回用的案例正逐渐增多。

   在我国开展城市污水处理和再生利用也应该综合考虑经济、社会和环境这三方面因素, 建议开展以再生水利用为导向确定污水处理“集中+分散”的选择, 结合规模尺度大小, 具体来讲可分为3种情况: (1) 以生产农业灌溉和城市景观水体补充水为用途的再生水, 因用水量大且用水点集中, 宜采用集中处理的方式; (2) 以工业用水为用途的再生水, 宜采用分散-集中相结合的方式, 根据不同工业类型, 选择适宜的污水处理工艺进行分散处理, 在工业园内集中进行再生处理, 然后回用于工业园中的不同企业; (3) 对于单体建筑、居民小区或园区, 因为单一用水点再生水需求量相对较小, 且用水点较为分散, 宜采用分散式污水处理和再生利用的方式, 减少管网建设, 减少污废水和再生水的输送。

3.2.2. 3 污染水体就地生态综合净化技术

   尽管建设了污水截排系统和污水处理厂, 但由于截流不彻底, 还是会有污水流入河道。另外我国城市雨水径流污染浓度也远高于国外。致使城市水体的污染负荷很重, 往往为劣V类。而排水系统的改造和完善需要大量的投资和先进的工程技术措施, 绝非短期能做到的。城市受污染河道、湖泊的就地处理与净化势在必行。污染河道就地生物治理技术, 包括:利用河床铺设生态石, 装填软性填料, 在浅水区种植各种水生植物, 适当增加曝气复氧设施及其他的人工生物强化措施等 (见图5) 。

图5 河道净化设施布设示意

   图5 河道净化设施布设示意

    

   深圳福田河综合治理中的应用实例:采用污染水体就地综合净化方法治理福田河的污染, 取得了明显的治理效果, 3河段局部处理后水质达到设计指标要求, 接近地表水Ⅳ~Ⅴ类水体的指标要求。

   污染河流就地综合治理技术 (Waterspur process) , 如图6所示。

图6 福田河中心公园河段原位净化工程

   图6 福田河中心公园河段原位净化工程

    

   (1) 在净化河段的末端建造拦河坝或翻板闸, 使其顶端溢流出水, 以形成一定深度的水体; (2) 在其中装填软性生物膜填料; (3) 安装曝气机 (供氧设备) ; (4) 投加特效菌种, 使其附着生长在填料表面。

   福田河衷心公园段净化工程建成运行2周后后, 河水明显变清, 2个月后该净化河段出现大量野生鲫鱼。由此形成细菌、藻类-原生动物-后生动物-野生鱼类的长食物链, 既能高效低净化河水, 又能明显减少污泥量。该净化河段 (长300m) 及下游500m河段的河水水质主要指标达到地表水Ⅳ~Ⅴ类标准。

   福田河在上述应急治理工程的基础上, 依据积累了经验和结合主要河段处于笔架上公园和中心公园中, 有足够的空地将这段河道改造成缓坡并予以生态植被好额景观美化。

3.2.2. 4 依托城市公园绿地的河道旁流引水生态净化系统

   为了更好地保障城市水体的水质, 建议将城市公园绿地利用起来, 在污染水体就地综合净化的基础上进一步净化水体水质, 具体做法为:在岸边土地面积较大的公园、绿地和空地等的前端设闸, 提高水位, 使河水能重力流入各该公园、绿地和空地中建造的塘-湿地生态处理系统, 通过多条食物链生态系统, 对引进的污染河水进行净化, 再排入主河道。

图7 西湖引入补给水水质净化工程

   图7 西湖引入补给水水质净化工程

    

   胶州市城市内河水环境综合治理的过程中就引入了这项措施, 对西湖公园、水寨绿地进行改造 (见图7、图8) 。在西湖公园湖边四周的绿地上设计建造复合流人工湿地, 其上铺有砾石、粗砂和中砂等组成的滤床, 在其中种植美人蕉、芦苇、铺草、竹子等亲水植物。污染轻的水在这种型式的人工湿地的净化的水力负荷取为:q=2m3/ (m2·d) , 因此, 1hm2面积的复合流人工湿地的处理能力为2万m3/d, 即对进入西湖的补给水6万m3/d的1/3进行深度净化。

图8 水寨绿地水质净化工程

   图8 水寨绿地水质净化工程

    

   水寨绿地位于护城河下游, 是种植荷花的景观湖公园, 但平时水少塘浅, 水体流动性差, 存在富营养化趋势。在该塘前端护城河中建造一座翻板闸, 将护城河水位提升, 使护城河水重力流入水寨绿地的荷塘中, 从前端向后段流动净化, 最后流入护城河翻板闸下游河段。该塘的水面总面积为5 200m2, 按平均水深3m计, 其总体积为Vt=15 600m3。按流入河水流量3万m3/d计, 其在塘中的水力停留时间 (HRT) 为12h。如流入的河水水质为地表水环境质量Ⅴ类标准, 则其在塘中经上述净化措施后, 出水水质主要参数可到地表水环境质量Ⅳ类标准。

3.2.2. 5 合流制排水体系的低碳解决方案

   雨、污水分流制系统一旦形成事实上的混流, 就形成了2个污水-雨水混合流系统。这是由于我国许多城市建设发展速度很快, 多采取分期、分区、分片建设, 规划赶不上建设速度, 下水道系统建设滞后, 造成排水管道错接乱接现象严重;二是居民习惯将污水倒入附近的雨水道路边的雨水径流收集格栅槽中;三是现在住房的阳台改成厨房或安装上洗衣机和洗污池 (如冲洗地板拖布等) , 使本来连接到雨水道的雨水变成生活污水。根据国内外经验, 对于排入河道、湖泊或近海的排水系统, 无论是合流制还是分流制 (雨水道) , 其排水干管或干渠, 都应采用截流式排水系统, 在其沿途每隔一定间距设置溢流井, 在其顶端设置溢流堰。排水干管采用适宜的截流倍数;其大小直接影响受纳水体的洁净与否, 过小会导致受纳水体遭受严重污染;过大则会造成浪费。

   德国在城市排水系统中, 通过上百年来不断地改进和完善, 无论是合流制还是分流制排水体系, 由以排水管渠为主体和多种多样的功能池和附属装置与设备构成完整和有效的污水、雨水 (径流) 和混合水的收集、净化、贮存和利用系统, 最后实现污水和雨水处理的资源化。截流下水道仅设置在合流制下水道系统中。根据其形式和布设的不同, 截流下水道由表1中的单元组成, 其截流形式见图9。它通常布设在主渠道中。如果将其设置在旁渠道中, 则必须设置净化装置。

图9 截流形式

   图9 截流形式

    

   表1 合流制截流下水道的组成单元   

表1 合流制截流下水道的组成单元

3.2.2. 6 低碳污水处理厂新工艺

   现状污水处理工艺的主要限制是占地面积大, 处理效率低, 因此, 要进行污水处理工艺的优化, 采用先进的技术, 如:新一代生物膜工艺, 强化复合活性污泥-生物膜工艺 (EHYBFAS) , BAF, Linpor, MBBR。

   其中, 淹没式生物膜-活性污泥 (SBF-AS, 见图10) 复合生物处理系统已经被成功的应用于深圳草埔10万m3/d污水处理厂, 出水达到GB 18919-2002一级B标准。在其复合生物反应池中, 既存在附着生长在填料上的生物膜, 又存在悬浮的活性污泥, 由此可实现SRT、BfRT (生物膜停留时间) 和HRT三者之间的彼此分离, 亦即为了使硝化和反硝化进行完全, 可延长生物膜的停留时间 (如BfRT≥15d) , 这样可使附着生长在生物膜中的硝化菌和反硝化菌生长繁殖完善和成熟;为了达到高效除磷, 采取短的SRT, 如5d, 此外, HRT也可比活性污泥法系统大幅度缩短, 如HRT=4~6h[4,5]

图1 0 SBF-AS工艺流程

   图1 0 SBF-AS工艺流程

    

3.3 管理与机制创新

3.3.1 政府、社会单位和个人在城市水环境改善中的责任划分

   政府:应该以系统思维的方式, 重新进行顶层设计和规划, 重点进行公共空间的修补和提升, 如公园功能强化、河湖水系治理等工作, 实现城市品质的提升以及为人民生活创造优美的环境条件, 促进社会公平与效率。

   社会单位:在承包项目建设过程中, 恪守政府相关标准规范和规定, 加强项目开发管理, 达到相关指标要求;企业积极发挥创新精神, 加强城市水环境维护治理技术的研发和实施力度。

   个人:加强道德约束, 通过接受教育, 实现个人行为约束, 增强水体保护意识, 节约水资源, 积极宣传, 树立社会新风。

3.3.2 政府管理能力的创新

   在生态环境改善和水环境治理领域, 政府应该起到裁判员的角色, 通过制定标准规范体系, 严格项目管控, 做好审批、监督和评估。

   以雨水控制和利用政策为例, 北京市作为雨水控制和利用的先行地区, 于2014年强制实施《雨水控制与利用工程设计规范》。但是, 随着相关项目审查政策的深入, 对雨水控制和利用科学性、灵活性和高效性的要求会更加强烈, 一刀切的要求将不能保证工作的可持续发展, 精细化网格化的控制要求、明确的奖惩机制和灵活的矛盾解决方式将成为下一步雨水控制与利用制度的创新方向。海淀区在雨水控制和利用方面率先开展了一系列管理能力提升研究和创新, 包括海淀区雨水控制与利用方案技术标准及审查流程研究;海淀区雨水利用补贴机制及易地建设模式研究;海淀区建筑雨水控制性详细性规划编制研究。

3.3.3 商业模式的创新

   (1) “源端”水务企业模式创新。经过近3个“五年计划”的大力扶持, 我国大型水务行业取得了长足的发展, 一大批水务企业的技术和管理水平逐渐接近发达国家水平。也应该清楚的看到, 我国在加大政策和制度建设, 强调雨水、污水的源头控制和再生利用的同时, 仍然缺乏成体系、规模化的“源端”水务技术和管理企业, 所以需要各地政府在争创低碳生态城市的过程中, 培育一批适应当前要求的, 集规划、设计、施工和运维于一体的专业服务公司, 整合市场资源, 实现城市水资源基础设施建设的科学、有序、高效建设和运维。

   (2) “技术+资本”建设模式。“技术+资本”建设模式的核心理念是联合体公司技术力量和投融资力量的融合, 即在城市水环境改善的前期咨询规划、建设、运营和退出的全生命期内, 技术力量作为联合体公司的一部分, 始终在进行项目技术跟踪运作, 做项目总体技术效果评估、分工程效果评估, 从而给出工程效果的累加效应, 为项目下一阶段的再投资方案提供依据, 最大程度地节省投资。可以, 说在“技术+资本”建设模式中, 技术和资本就像基因双螺旋结构中的两条主链一样, 互相缠绕发展, 其中的“+”号就像基因双螺旋结构中的碱基对通过氢键紧密相连, 传递信息, 而且是一个动态过程。

3.3.4 个人的责任意识和宣传教育创新

   通过有形载体创新, 注重实效, 营造宣传教育全方位立体化新格局。在英国“绿旗奖”是公园和绿地的国家标准, 这一奖项于1996年推出。通过设定休闲绿色领域的卓越基准, 它也被看作是鼓励别人实现高环保标准的一种方式。更重要的是, 赢得了绿旗奖可以获得很好的宣传效果。无论是媒体还是公众正逐渐意识到, 一个绿旗飘扬的地方肯定是一个高品质的绿色空间, 这无疑提升其受欢迎程度。

4 结论与建议

4.1 用系统思维方式解决修补城市水环境

   (1) 系统思维要求, 要站在城市角度以目标和效果为导向, 小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭、热岛有缓解, 这是城市水安全、水环境和水生态的集中体现, 也提醒我们不要舍本逐末, 把手段当目标, 把措施当效果。

   (2) 系统思维要求, 不能仅考虑污水处理的问题, 也不能仅考虑建筑与小区雨水的收集, 更不能盲目地不分情况地进行雨污分流管网的建设, 要在系统诊断的基础上, 找到重点节点问题, 做好顶层规划设计, 建议将城市水系统规划上升到城市总体规划层面, 破除原有的不系统且地位偏低的城市给排水专项规划, 建立基于城市水内外、地上地下循环的整体规划, 与城市空间规划、能源系统规划、固体废弃物处理与处置规划、智慧网络规划等构成城市可持续发展的总体规划格局。

   (3) 系统思维要求, 必须考虑国情和城情, 国情是改革开放以来, 我国经历了世界历史上规模最大、速度最快的城镇化进程, 但是我国的城市病问题也是最突出的, 我国的城市治理体系还不完善, 城市治理能力水平相对较低;城情是城市规模、经济水平、建设基础和发展方向都存在差别。所以, 我国在城市水系统修补上的定位就不一样, 不能一刀切, 应该在开展广泛充分调查研究的基础上, 因地制宜地确定技术路线, 做到一城一策。

4.2 重新认识雨水带来的面源污染问题, 解答雨水径流量与质的问题

   对于排入河湖水库或近海的排水系统, 都应采用截流式排水系统, 合理选取截流倍数;在排水体制方面, 可借鉴德国的雨水收集、输送、调储和处理系统[6], 重新梳理城市排水系统与体制。

   老城区不必强行改造成分流制排水体系, 而应在合流制下水道截流总干管 (渠) 处采用截流倍数1~2, 按污水设计流量的2~3倍[ (2~3) Q]设计污水处理厂的处理能力。无论合流制或分流制排水系统, 都应对截留雨水径流进行处理;无论雨水或污水, 都应该注重源头处理和利用, 开展雨污水分散式污水处理与资源化。

4.3 要选择符合生态工程学原理的城市雨、污水处理工艺

   选择多级强化复合生态塘处理工艺、活性污泥-生物膜复合生物处理工艺、人工湿地、坎儿井和水窖技术等低碳、节能、资源化的高效组合生态处理系统。

4.4 提倡河道水质原位改善和城市公园绿地旁流净化技术

   在城市污水“集中+分散”处理模式的基础上, 提升河道水质原位净化能力, 同时结合城市水系统规划, 充分利用城市公园绿地空间, 作河道旁流引水净化工程, 构建城市水环境改善的“点—线—面”系统, 实现城市水体的保持、活力循环和自净能力提升, 改善城市地表水环境。

4.5 技术政策

   要逐渐去还城市快速扩张无序建设的帐, 政府、社会单位和个人都应承担各自的责任。在新型城镇化建设过程中, 要明确政府和社会单位责任, 有偿用水, 有偿排水。要加大力度, 借助科学手段, 做好对人民群众保护城市水环境的教育、引导和宣传工作, 借助和发挥群众的力量。

  

 

    

    

参考文献[1]李伟峰, 王轶.城市硬化地表格局特征及尺度效应遥感研究.国土资源遥感, 2010, 22 (1) :69~72

[2]赫尔曼·哈恩, 宋永会.城市给水和污水系统:历史、现状和未来.科技导报, 2006, 24 (7) :5~9

[3] Baozhen Wang, Jun Li, Lin Wang.Mechanism of Phosphorus Removal by SBR Submerged Biofilm System.Water Research, 1998, 32 (9) :2633~2638

[4]王淑梅, 王宝贞, 曹向东, 等.深圳布吉河水质净化厂混凝沉淀系统的改造.中国给水排水, 2007, 23 (6) :23~27

[5] 王宝贞, 尹文超, 梁爽, 等.城市排水系统与体质改进的探讨---可借鉴的雨水收集、输送、调储和处理系统.北京:科学出版社, 2012
654 0 0
文字:     A-     A+     默认 取消