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城市水环境黑臭治理关键问题及其应对措施

发布时间:2018/2/28 14:03:19

市政府参事 徐祖信

  一、导致我国城市河道黑臭现象的主要原因

  在河道黑臭治理过程中,大家对河道黑臭原因形成了一个共识,即河流从有氧环境转化成厌氧环境,导致河道黑臭。纵观国内外河道黑臭治理,主要是在两个方面下工夫:一是在排放侧减少污水直排和雨天溢流;二是在供给侧增加大气复氧速率,从而提高河道的自净能力。在所有提高自净能力的因素中,很重要的一个因素是氧气。

  黑臭河流治理是我国水污染防治的重要任务之一。目前,我国在环境保护方面,老百姓体会最深的有两个问题,一个是PM2.5,一个是河道黑臭。截至2016年2月底,环保部、建设部等部委的调查统计表明,我国75%地级以上城市存在河流黑臭现象,其中64%集中在东南沿海城市。因为这个现象越来越普遍,所以中央非常重视河道黑臭的问题。2015年2月,中央政治局常务委员会会议审议通过“水十条”,要求加快城市黑臭水体整治。

  造成河道黑臭主要有两个原因:一是管网混乱,大量污水直排河道;二是平原河流,净泄流量较小。东南沿海基本上是平原河流,落差比较小,导致河道流量非常小,河道接纳的污染负荷远远超过了河道的管径容量,就像人的抵抗力差就会生病,所以东南沿海城市河流污染更为严重,黑臭河道居多。黑臭河道在业内被称为“得了恶性肿瘤的河道”。

  二、针对三种类型城市河道黑臭治理的关键技术

  跟国外一些河流相比,我国黑臭河道治理更加复杂,可以说,国际上没有先例可寻。一方面,国外的地下管道是严格按照规划建设的。比如巴黎的地下管网是依照200多年前的规划,到现在没有变化过。另一方面,国外城市的主要河流流量比较大。比如塞纳河年均流量380m3/s,泰晤士河年均流量67m3/s,莱茵河年均流量超过1000m3/s,这样的河道只要经过截污,水质就可以好转。

  目前,我国河道黑臭主要有三类问题:一是管网高覆盖率城市河流黑臭;二是污水高截污率城市河流黑臭;三是河道晴天不黑臭雨天黑臭。各地在黑臭河道治理中采用了各种各样的生物和植物技术,我个人认为,如果不截污,这些技术都不太可能发挥作用,而且都很难应对雨天的冲击性污染。

  (一)管网高覆盖率城市黑臭河流治理的关键技术。20多年来,通过建设部、环保部的大力推进,我国地级以上城市管网覆盖率大都在85%以上,有的地区甚至超过了日本。为什么河道还黑臭呢?因为污染源乱排乱接,本应密切相连的污水管网和污染源“各行其路”,截污工程效益不高。以上海为例。1998年以前,调查发现上海产生的污水量是505万吨,上海污水处理厂容量是550万吨,污水处理容量是足够匹配的,但是总污水量中只有22万吨进了污水处理厂。污水管道有的直接到河道,有的通过雨水管道排进河道。改革开放后,我国第一个真正意义上分流制系统应该是上海的污水二期工程,1998年开工,2002年竣工。污水二期服务徐汇区、长宁区等地区,这些地区城市化程度已经很高,人口非常集中。2002年以前的污水管道线路档案不全,相当部分污水管道直接或者间接排进河道,所以非常重要的一点是找到这些污染源在哪里。上海率先探索了一些技术方法,如创新性研发管网和河网系统性截污技术,对提高我国城市截污工程效益非常重要。针对污染源排放路径不清、地下管网调查十分困难等难点问题,相对应采用管网混接污染溯源技术和河网排放清单分析技术。建立雨水管网中污染特征表达和显著差异分析方法,建立雨水管网节点污染负荷动态平衡分析模式和排放路径寻优求解方法,实现管网混接污染诊断。研发河网污染“有限单元网格”分析模式,建立河道网格和污染源网格叠加映射的分析方法,按网格地势计算排河污染,实现河网污染排放分析。通过对6000多平方公里范围内雨水管网混接污染溯源和1万多条河流排放清单分析,截污率提高到85%以上。

  (二)高截污率城市黑臭河流治理的关键技术。平原潮汐河网截污率达到80%以上,为什么河流仍然黑臭?因为平原潮汐河网,上游承纳下泄污染,下游受到顶托,水流不畅,污染回荡叠加,河流自净能力较低。以上海苏州河为例,通过1988年至1992年河流污水整治,实现了河网截污率达到80%以上,但仍没有消除苏州河干流的黑臭。很重要的原因是苏州河干流是潮汐往复流,水势落潮往下走、涨潮往上走,当时上流源源不断有污染流进,但是下游污染排不出去,污染不断累积,导致苏州干流虽已基本截污,但是仍然黑臭。1996年,国家发改委批复上海苏州河综合整治一期工程,目标把苏州河干流从潮汐往复流转成单向流动。最初计划是在苏州河河口建设一个流量为60 m3/s的调水泵站,地点选在外滩外白渡桥的桥头,当时专家们对此始终分歧很大。围绕这个分歧,上海市政府组织了一个专家组进行调研,最后决定取消调水泵站建设,采用潮汐河网大气复氧速率和水动力耦合调控技术。这个方案不仅减少投资15亿元,更重要是保护了百年外滩的历史风貌。平原潮汐河流黑臭治理,首先要研究河道氧平衡反应,第二是根据氧平衡反应建立大气复氧速率、流速、水声非线性响应关系。这两种关系建立好以后,可以来确定从潮汐往复流转成单向流动的方案。苏州河水系大气复氧和水动力调控方案,使水系流动从潮汐往复变成了单向流动,通过引水闸门涨潮引水、排水闸门落潮排水增加流量,平衡大气复氧和净化耗氧关系,控制出水断面综合水质防止污染转移,水体消除黑臭,主要水质指标达到Ⅴ类水标准。

  (三)城市河流雨天黑臭治理的关键技术。截污河道晴天消除黑臭以后,为什么雨天重新黑臭?因为雨水管道在晴天流速较低,污染沉淀,在雨天流速加大,累积的污染负荷“零存整取”,直排河流,导致雨天黑臭。我国河道雨天黑臭的问题比其他国家都复杂,是因为我们的管道有四方面的问题:一是分流制系统,因雨污混接,相当多的污染源接入雨水管道,直接排入河流,污染河道;二是合流制系统,因晴天流速较低,污染沉积在管道底部,末端污水处理厂进水浓度较低,污水处理厂生物处理工艺无法发挥作用。如遇雨天溢流,相当部分的沉淀污染就进到了河流当中,造成冲击性污染;三是混流式系统,我国很多城市既不是分流制系统也不是合流制系统,雨水管道、污水管道连接较为混乱;四是我国管网建设质量不高。有的管网破损严重,有的管网末端和河道相通,因而导致大量地下水和河水进入管道,被输送到污水处理厂,挤占了污水的输送容量。我认为,怎么把这四类管道系统理顺,是我国城市水环境治理必须做的一件事。

  三、苏州河综合治理成效及黑臭河流治理的关键因素

  上海苏州河曾是中国最黑臭的河流之一,像一条长达53公里的臭水沟,横穿整个上海浦西地区,黑臭成因和东南沿海城市河流黑臭具有共性。苏州河综合治理一期工程消除了晴天黑臭,二期工程消除了雨天黑臭,三期工程疏浚底泥、加固改造防汛墙,水质持续得到改善。有外地专家问了一个问题,苏州河治理产生了什么经济效益?我认为,苏州河治理最大的效益是改善了城市环境,提升了上海国际综合竞争力,产生了巨大的社会经济效益。如果没有苏州河水质的改善,过去多年中许多重大国际性会议、活动都很难在上海举办。

  与国际上城市河流治理成功范例比较,苏州河污染问题更复杂,流域人口密度更高,污染更严重,管网更混乱,河网更复杂,净泄流量更小。苏州河治理几乎借鉴了其他国家河道污染治理的所有技术,并有不少创新。因此,苏州河治理在国际上获得广泛好评,联合国环境署、美国科学院都给予了“极佳示例”“效果超出预期,非常成功”肯定评价。

  现在国内很多河道都在做黑臭治理,我个人认为,对于黑臭河道必须坚持截污治污,找到污染源。首先,有效实施截污治污是黑臭河道治理的根本措施,中心城区必须有效截污,城镇污水必须有效治理,雨天溢流污染必须有效控制。第二,流水不腐是千古不变的真理,推动水体流动是改善水质的重要方法,必须想办法让水体流动起来,通过大气复氧,提高环境容量,充分激发水体自净能力。第三,改善生境的植物生物技术是辅助手段,具有“两低一高”(低成本、低维护、高治污)特性的技术,才是黑臭河道治理中最适宜的技术。

  (根据会议现场记录整理)