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降雨冲刷污染难根治 城市水体雨后黑臭问题如何破解?
更新时间:2022-05-20 来源:中国环境报 作者:薛丽萍

  进入5月,我国汛期已宣告来临。除了自然灾害风险需要防范外,各地城市或许还面临一个令人头疼的问题——强降雨后,河道“脆弱”,黑臭现象反弹。怎样使经过整治的河道经受住暴雨“考验”,是当前城市黑臭水体治理急需面对的问题。

  继2018年《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》、2019年《城镇污水处理提质增效三年行动方案(2019-2021年)》和2021年《“十四五”城镇污水处理及资源化利用发展规划》印发后,住房城乡建设部、生态环境部等4部委今年联合印发《深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》,再次强调“采取增设调蓄设施、快速净化设施等措施,降低合流制管网雨季溢流污染,减少雨季污染物入河湖量”。

  我国的雨季溢流污染到底有什么特殊性?什么才是破解雨季溢流污染的最有效举措?为此,本报记者专访中国市政工程华北设计研究总院有限公司城市环境研究院院长、国家城市给水排水工程技术研究中心副主任,教授级高级工程师孙永利。

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  近年来,随着城市黑臭水体治理工作的持续推进,全国各地雷厉风行地采取了一系列治理措施,旱季城市水体的黑臭问题基本得以解决。一些地方结合生态治理工程,还将昔日的“臭水沟”变身为城市中备受人民群众喜爱的休闲打卡地。

  旱季的问题交上了不错的“答卷”,那雨季呢?

  现实是大部分城市仍面临着水体雨后返黑返臭问题。

  孙永利指出,降雨冲刷污染排入城市河湖,对水体质量维持形成了新的重大挑战。“随着城市黑臭水体治理和污水处理提质增效的系统推进,绝大部分城市已基本解决水体沿线的旱季排污问题。但是,很多城市今后又不得不应对排口截污,管网接纳水量超过输送能力或污水处理厂处理能力所引发的异地溢流和管网高水位低流速问题,不得不面对分流制管网错接混接及小散乱排污引发的雨水管网降雨污染问题,以及合流制管网旱季低流速沉积、降雨冲刷高浓度溢流污染问题……这都必将成为城市黑臭水体治理行业新的关注点和未来工作方向。”

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  凡是讨论城市黑臭水体治理,管网必定是离不开的话题。都知道城市排水管网重要,它不仅是雨污水排放和污染物收集处理的主要通道,还是居民生活污水污染物收集效能提升的关键要素。

  然而,受综合因素制约,我国污水管网多数处于低流速状态,污染物沉积问题比较突出。这些沉积物不仅含有大量无机泥砂颗粒,也会吸附沉淀大量有机物,导致污水生化需氧量(BOD)在管网内过度消耗或随降雨冲刷进入城市河湖水体,成为水体雨后返黑返臭的重要原因。

  管网是怎么一步步变成“沉淀池”的呢?

  孙永利介绍,最新颁布的《室外排水设计标准》要求污水管网按0.6 m/s的流速设计,雨水管网和合流管网按0.75 m/s的流速设计,这实际上是避免污水管网颗粒物沉降淤积的关键指标之一。但我国很多城市污水管网和合流制管网的旱季流速只有0.1~0.3m/s甚至更低,管网沉积问题比较突出。

  这样一来,旱季沉积在管网内的污染物会在强降雨时随雨水冲刷进入城镇污水处理厂或排入城市河湖,导致污水处理厂旱季进水悬浮固体(SS)只有100~200 mg/L的城市,降雨期间的溢流污染SS浓度超过1000mg/L的反常现象。“这是我国排水管网的独有特征,是需要引起行业关注的问题。”孙永利补充。

  那当下把管网流速升上来不就行了吗?

  但大多数城市短期内难以做到。孙永利解释,“抛开复杂专业的计算公式简单来讲,在流量一定的情况下,提高流速必须要减小过水断面面积,也就是降低管网运行水位。但是由于排水系统设计须兼顾降雨期间的排水安全,要在沿河铺设雨污水管网并预留‘雨水排口’,这些排口易成为污水管网与城市河湖的连接通道。按照‘连通器’的基本原理,河湖水位超过‘雨水排口’标高时,管网水位必须与河湖水位持平。这也意味着污水管网运行水位是受限于城市河湖水位的,如果不能降低河道水位,就很难实现管网水位降低的目标,也就难以达到短期提高流速的效果。”

  孙永利以欧美、韩国、日本、新加坡等国家举例,“这些国家的城市河湖旱季水位通常并不高。比如网友喜爱的‘打卡圣地’韩国清溪川,其亲水河段的旱季水深通常只有40~50 cm。再比如新加坡ABC计划也明确推广复式断面设计形式,旱季水位相对较低。这种设计模式不仅有助于解决污水管网长期高水位运行导致的一系列问题,还可以提升城市河湖的排水防涝保安全能力,并为人民群众提供亲水娱乐空间,一举多得。”

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  既然短期内难以解决管网底泥沉积物的冲刷污染问题,还有没有其他方法?

  孙永利认为,降雨污染净化是目前最便捷有效的途径。工程层面可以采取的措施主要有调蓄、污水处理厂超量处理、沿河设置净化设施等形式,但孙永利对前两种处理方式的应用前景持保守态度。

  他解释,“雨水调蓄池可以调蓄水量、截留污染物,其实本身是一种不错的选择。但是我国大部分调蓄池接纳的是携带有管网沉积物的雨污混合水,这些沉积物会在调蓄池内再次沉淀,加大调蓄池的运维难度,甚至可能出现沉积物厌氧产气的风险。另外,这种方法通常要求调蓄池3天内排空,这也就意味着需要配套相对较完善的污水处理设施,涉及污水处理设施建设审批、非雨季运行保障等一系列问题。多地采取的调蓄池+一级强化处理模式存在雨后处理不达标的环保风险。”

  谈及污水处理厂处理措施的局限性,孙永利指出,污水处理厂雨季超量处理是国外经常采用的方式,但这种方法是否适用于国内,就需要具体问题具体分析。国外的污水管网系统多数并没有污染物沉积问题,降雨期间管网内的污染物增量仅来自于地表径流,因此污染物总量的增幅并不明显,这些污染物在降雨期间会被分配到水体沿线溢流口和污水处理厂。简而言之,降雨期间虽然污水处理厂的处理水量有所增加,但污染物总量反而可能低于非降雨期间。

  但是,我国的排水系统普遍存在旱季沉积问题,管网沉积物雨季冲刷成为最大的污染物增量,降雨期间管网内的污染物总量和浓度会成倍增长,这个阶段增大处理水量的同时也就意味着污染物处理总量的增加。另外污水管网中沉积的大量无机泥砂也会随降雨冲刷进入城镇污水处理厂,进一步拉低生物系统的MLVSS/MLSS,降低污水处理厂的运行效能。“在管网沉积问题没有彻底解决之前,污水处理厂雨季超量处理并非明智之举,可能会导致污水处理厂长时间‘带病作业’,因此必须配套研究新工艺技术进行应对。”孙永利说。

  那么汛期已至,短期内该如何做?

  孙永利认为,雨水排口快速净化或许是一味“良药”。

  雨水排口快速净化就是指在入河排口建设物理沉淀或过滤、化学混凝沉淀等一级强化工艺设施,快速去除雨污混合水中的颗粒物,协同吸附去除有机污染物、磷酸盐等,避免颗粒物在城市水体内再次沉积并导致水体黑臭的技术措施。

  他介绍,这些措施通常具有停留时间短、占地面积小、启动快速简便等特点,可以有效解决传统生物处理技术需要提前培养微生物并在降雨间歇持续维持的难题。虽然一级强化设施无法将雨污混合水处理至相对较高的排放标准,但仍不失为现阶段城市水体降雨污染总量削减的一种最经济有效的措施。


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