关键词:
黑臭水体
污水治理系统
系统性分析
效能评估
提质增效
摘要:
改革开放以来,我国大力推进城市排水管网和污水处理设施建设,据我国政府发布数据,我国城市污水处理率基本达到90%以上。但是,我国河湖污染仍然比较严重,主要原因是城市排水系统截污效益不高,大量污水在污水治理基础设施基本建成背景下仍然排入河流,我国城市黑臭水体由终年黑臭转变为反复黑臭。河流雨天黑臭折射出城市污水治理系统建设和运行的问题。但是,国内对城市污水治理系统问题认识不清,缺乏量化评价指标。针对以上问题,本文从污水处理、排水管网、河湖污染三个维度分析我国城市污水治理系统现状与问题,并进一步提出厂网河湖一体化深入推进城市水环境综合治理的技术措施、市场模式、管理机制,主要开展四方面研究内容:(1)城市排水系统国内外研究现状与发展趋势分析。通过Cite Space文献计量工具对Web of Science核心数据库收录的1975~2020年2461篇城市排水系统研究相关文献进行分析。城市排水系统研究经历了缓慢上升、快速增长、平稳增加三个阶段。美国、中国、英国是发文量较多的国家,对全球相关研究有引领作用。城市排水系统是一个多学科交叉研究主题,发文期刊涵盖环境、生态、经济等多个学科,研究综合性不断增强。性能影响要素、环境影响以及相关问题研究方法是主要关注点,风险、气候变化、城镇化是最新研究的前沿话题,学科交叉、新方法、新技术、运行效能成为未来研究的方向。但是从文献数量来看,国内外对排水系统的关注仍然不够,排水系统问题还没有引起重视。排水系统相关研究晚于污水处理厂,研究热度也低于污水处理厂,在论文研究方面存在“重厂轻网”现象。此外,已有研究很少把排水系统与河流污染关联起来,排水系统问题导致河流污染的情况在发达国家较少见。(2)我国城市污水治理系统现状调查与效能问题分析。收集统计年鉴的数据资料,调查分析我国城市污水治理系统的发展历程和现状水平,创新建立污水管网系统度、污水管网健康度、污水处理能力度和污染负荷处理率等指标,通过评估指标量化分析我国污水治理系统的现状和效能问题。通过分析可知,我国城市污水管网系统度约为0.47,污水管网还有50%左右的缺失;污水管网健康度约为0.70,全国1/4的省份污水管网健康度低于0.50;污水处理能力度约为1.18,理论上可以满足城市污水处理的需求;污染负荷处理率约为62.7%,将近40%的污染负荷没有得到处理。由此可见,我国城市黑臭水体的根源不是污水处理厂处理容量不足,而在于污水排水系统。我国城市排水系统不完善、管网错接、管道破损,导致污水治理系统运行效能低下。(3)我国东南沿海城市排水系统雨天排放污染分析。对我国东南沿海城市分流制排水系统17场降雨50次雨天排放开展监测,并分析其污染特征。我国东南沿海城市分流制排水系统雨天排放污染严重,悬浮固体和化学需氧量的事件平均浓度可以达到500 mg/L以上,雨天排放对河流造成污染。基于雨天排放过程分析,小雨情形下基本没有初期效应,中雨和大雨情形下,根据降雨峰值出现的时间,地表径流初期冲刷与管道沉积物冲刷浓度峰值叠加或者不同步,雨天排放污染物表现出初期效应或负初期效应。降雨量、汇水面积和排放时长是排水系统雨天排放水量的主要影响因素。排水系统雨天排放污染负荷与排放量和前期排放间隔成正比。分流制系统雨天排放污染严重的原因是雨水管网错接问题,雨污混接严重的分流制系统是我国城市黑臭水体治理的关键。(4)我国城市污水治理系统提质增效技术措施与政策设计。针对我国城市污水治理设施高建成度的现状,提出污水治理系统提质增效是水环境综合治理的关键和重点。针对我国城市排水系统不完善、混接错接、管道破损等问题,提出要加快推进城市排水管网改造、修复和完善,推进管网优化管理运行技术,开发初期雨水污染控制技术,推进排水管网与绿色基础设施的耦合设计,建立厂网河湖一体化的运维模式等措施。在黑臭水体整治和污水治理系统提质增效过程中,要健全城市排水管网建设投融资机制,推动污水治理基础设施建设和环保市场发展。建立权责利相匹配的河长制和系统的管理机制,整合涉水部门之间的协调合作。将污水治理系统的系统性和效能评价指标纳入考核体系,确保各地政府将人力、物力、财力集聚到排水管网改造和河流截污治污工作中来,保证河湖污染治理走在正确的技术路线上。本文从城市黑臭水体治理的实际需求出发,针对我国城市污水治理系统缺乏科学量化评价指标的问题,创新建立污水治理系统的系统性和效能指标评价方法,通过定量指标揭示我国城市排水系统不完善、雨水管网错接、污水管道破损等问题;通过分流制排水系统雨天排放污染揭示雨污混接问题,雨污混接是城市河流雨天污染的重要原因。通过以上研究,提出我国城市污水治理系统提质增效的技术措施、市场模式和管理机制,旨在为污水治理系统高效管理提供理论基础和实证依据,为污水治理系统提质增效指明发展方略。本文研究开展之初,