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张辰:尽快补齐管网短板,用系统思维解决水环境问题

时间:2018-08-24 17:35

作者:程云整理

在2018(第十届)水业热点论坛上,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司党委书记、副董事长、总工程师/全国工程勘察设计大师张辰坦称,在治水问题要尽快补齐短板,并结合公司参与的项目案例,详细阐述要用系统思维解决水环境问题。

“与发达国家相比,我国当前排水管网的运行管理水平仍显落后,排水管道疏通方式落后;排水管道结构性和功能性病害严重;排水管道破损、错位导致管道渗漏严重。”8月22日,在2018(第十届)水业热点论坛上,上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司党委书记、副董事长、总工程师/全国工程勘察设计大师张辰坦称,在治水问题要尽快补齐短板,并结合公司参与的项目案例,详细阐述要用系统思维解决水环境问题。

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上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司党委书记、副董事长、总工程师/全国工程勘察设计大师张辰

以下为张辰现场发言内容(根据现场速记整理,未经本人审阅)

开篇先讲述生态文明建设时代背景。2018年5月18日全国生态环境保护大会在北京召开,习总书记在会上一系列的讲话,对生态文明建设有着很好的指导意义。在治水问题上有不少问题要解决,其中有一个就是要加快补齐污水收集和处理设施的短板…………,尽快实现污水管网的全覆盖、全收集、全处理。

张辰表示,从去年开始就谈系统化思维,很高兴今年2月9号,人民日报发表了题为《生态文明建设需要系统思维》,和我们提倡的主旨很契合。生态文明建设需有系统思维,水生态文明属于生态文明的一部分,解决水的问题也需坚持系统思维。

国内外排水管网安全运行现状对比

尽管水环境治理上升到国家高度,也需要系统思维解决水污染问题,但令人遗憾的是,管网建设作为水环境治理必不可少的一环,近年来除了我国管网建设规模在快速增长之外,排水管网安全运行和重视程度差强人意,亟需提高。

张辰坦称,与发达国家相比,我国当前排水管网的运行管理水平仍显落后,排水管道疏通方式落后;排水管道结构性和功能性病害严重;排水管道破损、错位导致管道渗漏严重,以上海市某区2011年排水管道为例,中度淤积以上的管道占总管道长度的18.45%,平均每1km就有1处破裂、渗漏等结构性病害。

近年来,近半数城市发生内涝的主要原因是排水系统覆盖不全、标准偏低,新建管网跟不上城市发展速度,老旧管网得不到及时更新,部分设施运行不正常等。排水管网的建设和完善滞后于城市发展,城市中仍然有较多的排水空白区。

在设计手段、标准规范、检测技术方面,张辰认为国外排水管网安全运行技术研究均走在前列,值得国内水业同行借鉴:

(1)设计手段先进:欧盟的排水设计规范要求当排水系统面积大于2km2或管道内流行时间大 于15min时,应采用非恒定流模拟进行城市管网水力计算。

(2)标准规范全面:经过多年的研究和实践,发达国家已形成较为全面的城镇排水管网技术标准体系,用于指导城镇排水管网的规划建设和运行维护。以日本为例,发布了《下水道管路设施维持管理手册》覆盖了排水管道的设计计算、疏通方式、检查手段、修复技术和管道污泥处理等各个方面。

(3)检测技术创新:国外已从传统的潜水员管道检查向视频检测、声纳检测、透地雷达等方向发展,实现管道检测的数字化、三维化和全景化。

(4)管理机制完善:发达国家排水管网管理以内涝防治和污染控制为目标,强调全过程控制管理,并启用了预警应急管理机制。如美国低影响开发(LID)、英国可持续城市排水系统(SUDS)等。

基于我国排水管网存在的问题,张辰指出提高城镇排水管网科学规划、建设、管理水平和保障安全运行是当务之急,是解决城市黑臭水体、内涝防治的根本之道。他认为未来我国排水管网安全运行技术发展方向,应朝如下方面努力:

(1)树立海绵城市规划建设理念

(2)提高排水防涝设计建设标准

(3)推行科学合理运行管理模式

(4)加快研发管网运行技术装备

(5)建立管网信息平台管理制度

(6)规范城市管网专项资金管理

谈完管网技术后,话锋一转,张辰指出我国污泥处置技术现状不容乐观,第一:处理处置技术单一,污泥大多仅经过简单浓缩和脱水处理就进行填埋;第二:技术路线不完善,以污泥最终安全处置为导向的科学处理技术路线体系尚未形成;第三:资源化利用率低:生物质能未有效资源化利用。

对此,他建议,亟待构建以最终安全处置和资源化利用为导向的技术路线体系,提升污泥治理顶层设计水平,重点流域应率先突破污泥处理处置技术路线,对于引领全国污泥科学治理具有重要意义和推动作用。

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如何树立水环境的系统思维?系统思维的“六部曲”

会上,张辰大篇幅讲述何为系统思维,以及如何用系统思维进行流域系统整治。他认为,系统思维范围很广,主要包括系统调查、系统规划、系统研究、系统设计、系统评估和系统运维管理六大方面,简而言之就是先着眼系统调查,建立系统的规划,开展系统的研究,通过系统设计、系统评估和系统运维管理,使得我国排水系统恢复到原有的系统思维。

第一、系统调查:应需要建立水循环的信息系统,包括降水,污染源、管网(包括重要接入点的管网运行状态)泵站、河道、污水厂等水生态系统要素的信息数据库,数据库既是前期调查的成果,也是后期运行管理数字化平台的基础。比如上海合流污水治理一期、二期和三期,均有一个信息数据平台,三个平台如何合并建立统一的共享平台,并考虑数据性公开,比如短时期/长时期降水量等数据的公示,都值得我们思考。

第二、系统规划:系统的梳理现有规划,做好与各规划的衔接、反馈研究。这看似容易,实则很难,水环境整治本身就是一个系统,但是各个部门各自执政,出台不同版本的系统规划,比如《城市总体规划》、《海绵城市建设规划》、《内涝防治规划》、《雨水系统规划》、《污水系统规划》等等。_ueditor_page_break_tag_

第三、系统研究:不仅仅是针对某一点,比如调蓄池的规范,有源头、中途、末端,这个调蓄从污染控制而言,到底是在源头还是中途还是末端,各有各的要素,需要分清层次来做这方面的工作。

再举个例子,河道的清淤是黑臭水体的重要因素,追溯到20年前,从上海苏州河治理工程一期、二期、三期,清淤采取什么样的措施,以及清淤后的污泥怎么处理也是系统研究的内容。这个中间包括清淤的方式,一次、两次还是长效的清淤,还有是否按照规划标高清淤,或者采用生态的清淤方式,需要对河道底泥物理、化学、生物及泥水界面交换过程释放影响机制进行系统的研究。

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第四、系统设计:水环境整治系统设计,应以水环境质量为目标,以现状问题为导向,以污染总量控制为依据,采取“源头、过程和末端相结合、绿色和灰色相结合、工程与非工程相结合”的工作思路,要考虑多种技术手段、多部门协作、多专业统筹。

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在系统设计时,还要注重源头和过程相结合,制度设计和技术手段结合,牢记树立十六字方针——源头治理、过程控制、制度设计和技术手段。比如源头治理在服务范围内有“城中村”,要考虑环村围截,新建小区分流和排道整治等问题。举个例子,福州项目在许多分流制的地区有很多的排道,导致沟水、洗涤水都进入了雨水管道,若这些排道不整治,将无法治理黑臭水体,更无法达到小雨不积水、大雨不内涝、水体不黑臭目的。

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第五、系统评估:黑臭水体治理是长期的过程,通过评估做一些定量的决策,从源头的系统调查开始,系统的规划、系统的研究、还有系统的评估来转变思维,用系统思维针对黑臭水体的治理。

可以采用一些先进评估手段,评估水环境容量是多少、污染物负荷是多少、截流系统的规模与溢流频次的关系、活水策略下的泵闸调度规则以及近、远期目标的可达性等内容。

第六、系统管理运维:通过感知层、网络层、运用层等多层级的构架和管理,借助智慧排水平台,对设施状况、运行维护、智能控制等方面能及时、准确和高效管理。

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项目案例分享

会上,张辰以公司参与的福州水系项目、石洞口污水厂、青岛麦岛污水厂、临港海绵城市智慧管控平台(一期)案例,简单介绍系统思维在项目案例的运用情况。

(1)福州水系项目

据了解,2017年福州市全面开展了102条(分7个水系治理包)内河(其中包7还未开工)的治理运营工作,其中治理91条、运营7条。

张辰介绍,福州整个把城区分成7个包,这就是用系统的规划来考虑的。我们承担的第5个包—仓山龙津阳岐水系综合治理PPP项目,一共是13条河流总长31公里,13条河流中间黑臭有11条,环保部联手重点挂牌督办的黑臭水体有5条(龙津河、阳歧河、跃进河、白湖亭河、龙津一支河)。

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福州水系7个包项目

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仓山龙津阳岐水系综合治理PPP项目,13条河流

首先进行系统调查,根据现场踏勘情况,选取了29个河道断面,进行水质检测,不同断面水质略有差别,除港头河、马洲河外,其余11条河道均黑臭。

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张辰阐述:系统调查应以问题为导向,要摸清有多少污水直排口、雨污混接、底泥淤积、城中村排水、违章建筑、垃圾淤塞等情况。经过踏勘,我们发现福州项目13条河道共1400个排口,旱季入河污水总量3.24万m3/d,这些都是未经任何处理的原生污水直接排掉,后期系统设计要考虑把3.24万吨的原生污水截留。

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此外,现场调查还发现福州13条河道沿河违章建筑达52万㎡,总垃圾量13万m³,水系阻塞段3.43km、底淤泥总量约61万m³,还有8条连接主要城中村排污沟。

摸清福州项目现状后,其次我们开始系统研究,通过理论计算,计算点源、面源、内源的污染物总量,确定各技术手段对污染负荷的消减比例,为系统方案的设计打下基础。

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“基于系统调查、系统研究的基础,以问题为导向,福州水系项目制定出科学、详细且具有针对性的系统设计方案,通过控源截污、内源治理、生态修复、活水保质等多种技术手段(如下图),让它变一条成水质达标的河流。”张辰表示。

所以说,黑臭水体治理要将雷厉风行和久久为功结合起来。先雷厉风行解决老百姓最关心的问题,将河流治理的不黑不臭,提高老百姓感知,但离功能达标、变成一条可亲近的河、生态的河流距离尚远,要下苦功夫。张辰指出,立竿见影、雷厉风行、久久为功的事情一定要做,让人们有感知。

系统设计第一步:控源截污

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系统设计第二步:内源治理

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系统设计第三步:生态修复

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系统设计第四步:活水保质

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(2)石洞口污水厂案例

接着,张辰继续介绍石洞口污水处理厂改造案例。2008年3月,服役近40 年的老西干线全面改造工程启动,把原接入老西干线污水支线全部接入新线,其中40 万m3/d污水进入石洞口污水处理厂,因此新建西干线输送能力就要考虑20%的初期雨水及近期部分混接雨水问题。

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“在末端石洞口改造的同时,我们采用UNITANK工艺,粗格栅+细格栅+旋流沉砂池+综合池+生物反应池+高效沉淀池+反硝化深床滤池的全流程工艺配置,兴建一个调蓄池并将污水出水标准提高,当时引起同行的不满。”张辰表示,现在看来,当时所做的提标改造工程和调蓄池作用明显,自运行以来,通过对5号泵站运行资料的比对(2017年1月~4月与2018年1月~4月),实现了旱流期间不放江,雨季放江量较去年降幅达80%~90%,也满足国家一级A标准。

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另外,实现污水和污泥同步协同处置也是石洞口污水处理厂一大亮点。石洞口污水厂厂区用水较为紧张,处理后的尾水过滤后用于污泥干化焚烧处理系统,对实现资源的综合利用、节约运行成本以及践行科学发展观具有重要意义,且污泥干化焚烧处理系统(新建线)用水量中,再生水用量占比约87%。

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(3)青岛麦岛污水厂案例

“青岛麦岛污水厂案例有它自身的特点,污泥有机质含量比较高,它的整个厌氧硝化沼气发电,负担全厂约70%电耗。我们进一步把污泥当中的磷等资源再回收,氨氮、总氮去除率约为80%~90%,减少主线氮负荷约15%,将污水处理厂变成城市的能源厂和资源厂。”张辰自豪地表示,若我们能够将一座污水处理厂变成城市的资源厂和能源厂,成为城市生命线不可或缺的一部分,那么污水处理厂的意义和价值将被放大。

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最后,张辰列举临港海绵城市智慧管控平台(一期),该项目案例如何在现有的情况下,利用互联网+、AI人工智能技术等,通过一些智慧的管控平台,使得我们的排水工程、系统工程更上一个台阶。

至此,张辰大师一场富有技术含量、发人深省的演讲完毕,而他为水环境工程勘测设计领域所做的贡献还在继续!