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[原创] 中国城市排水行业的发展与变迁

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发表于 2007-10-16 17:30:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
人类在生活与生产过程中,使用水资源的同时会排放出大量的污(废)水,这些污水是主要的水污染源,是破坏水环境的主要物质。对污水进行必要的处理是防治水污染的重要措施。人类处理污水的历史悠久,古代城市的排污沟便是一种典型古代污水处理设施。随着人类科学技术的发展,污水处理技术不断得到完善和更新,并迅速广泛地应用于实践,日益成为综合性很强的一个技术领域。在科技进步的推动下,污水的处理技术经历了三个发展阶段:
  第一个阶段是由散流、漫流、自然蒸发、渗入或汇流入天然水体的状况,发展为经过人工精心设计、施工,建设明沟或暗沟(管)式排水道,把污水汇流后排入不影响人生活的地方或水体,这一阶段称为排放型技术阶段。

  第二阶段是在第一技术阶段的排水系统中适当的部位,建设污水处理设施,使污水经过适当的处理后再排放,这一阶段称为处理排放型技术阶段。

  第三阶段是在第一、二技术阶段的排水系统的基础上,把排水系统的最终产物变为可利用的资源,即实现污水的资源化,使污水处理事业成为一种自然资源再生和再利用的新兴工业,这一阶段称为资源型技术阶段。

  目前资源型污水处理技术正处在发展完善阶段,是当今广大污水处理领域的科研人员的主攻方向。实现污水的资源化是水资源可持续利用的具体要求,笔者认为:污水的资源化程度是判定一个地区是否实现了水资源可持续利用的重要标志。随着现代科学技术的飞速发展,相信污水资源化的技术也会得到很大程度的发展,尤其是六十年代中期便由 日本学者提出的“中水”的开发利用可望在二十一世纪初获得突破性的进展。城市是产生污水的主要人类社区,在城市兴建污水处理厂是防治水污染的非常有效的措施。然而由于目前现有污水处理技术的基建费用和运行费用较高,直接制约了污水处理厂的广泛兴建。如我国90%以上的城市水域污染严重,但由于污水处理厂的建设费和运行费都偏高,在《中国21世纪议程》中确立的治污目标,只能提出由城市政府投资形成的污水处理设施的污水处理率在2000年达到25%,到2025年处理率达到50%一60%,这一目标虽然较按合我国国民经济发展水平所能提供的财力,但这样的目标则显然不能根本地解决水污染问题。降低污水处理厂的工程造价和运行费用的唯一途径便是科技进步。只有依靠科技进步才能简化与缩小污水处理建筑物的体积、减少占地、降低污水处理的能源消耗、降低基建与运行管理费用,使污水处理厂的广泛建造成为可能。

  城市排水是指城市生活污水、工业废水、大气降水(含雨、雪水)径流和其他弃水的收集、输送、净化、利用和排放。含污染物的生活污水和工业废水,通称城市污水。城市污水,一般通过城市排水管网输送到城市污水处理厂进行净化,达到规定的水质标准后,再加以利用或排入水体。城市排水设施,是保证城市地面水排除,防治城市水污染,并使城市水资源保护得以良性循环的必不可少的基础设施。由于城市排水设施的功能和特性,使其工程规模大,投资额大,施工难度大,工期长和在运行中消耗大量的能源和资源。在社会经济尚未得到充分发展前,城市往往不易做到具有完善的排水设施和良好的水环境。多数是过分利用自然净化能力,造成水环境的污染。城市排水是一项发展比较缓慢的基础设施。

  中国城市排水工程建设,有着悠久历史。唐长安、宋汴梁、元大都,都修建了比较完整的明渠和暗渠相结合的排水系统。据考古发掘,唐长安城朱雀街两侧水沟,上口宽3.3m、底宽2.34m深1.7~2.11m,可以排洪防涝,是真正的城市排水工程。又如北京城内,明清两代修建的矩型排水沟,有的至今仍在使用。

  在旧中国,城市主要靠明沟以及河流排水,建造有排水工程设施的城市很少。到解放前夕,全国城市中排水管道总长度只有6034km。多数大城市建造的排水设施也大多失养失修,淤塞严重,不能及时可靠的发挥应有的功能。而明沟、排江沟、湖塘更成为污水汇集、垃圾堆积的场所。截止到1949年。全国只有上海、南京两个城市为高官富商聚居区和帝国主义侵占的殖民地内服务的4座小型污水处理厂,每日处理能力约4万m3。工业废水极少处理,几乎全部就近排入水体。

1 城市排水建设

1.1 50年代

  50年代是我国排水工程建设初创阶段。新中国成立后,在三年经济恢复时期,人民政府用“以工代赈”的办法,结合开展爱国卫生运动,组织城市居民清理积存的垃圾、废物,治水修塘,既解决了部分地区的排水难问题,又改善了城市居住环境,深受广大居民拥护。例如,北京市城内共有大小明沟15条,除了治理了龙须沟外,还疏浚西北护城河,蓁的明沟也多改为暗管。广州市整治老城区的护城河  玉带濠,新建、改建了43km 的排水管道。天津市于1950年整修了南门外的大干沟,填平了脏臭的赤龙河;1952年又修建了南开五马路的大型马蹄开管道,填平了常年散发臭气的四方坑。在恢复时期的三年里,全国城市的排水管道增加了1037km。

  城市的排水问题不可能单纯依靠天然沟河来解决。党中央号召向苏联学习社会主义建设经验,因此从“一五”计划时期开始,国家组织在重点城市和新兴工业城市中,在苏联专家的指导下开始进行现代化排水工程的建设。这些建设是按城市规划方案进行的,采用分流制排水系统,为当时及其后一段时期的城市发展,打下了基础。50年代的一些城市的排水工程建设以排除暴雨渍水危害为主,如天津、哈尔滨、武汉、齐齐哈尔和南京等不少城市。而有些工业发展较快的城市和工业企业,由于未经妥善处理的有机污水量日益增加而热电厂入水体,超过了水体自净能力,已开始出现了对受纳水体的污染,甚至在一定程度上(不同时段、范围和超标项目数量、超标率)污染了饮用水源。因此,这些城市大多抓紧了水体整治和排水工程的建设。如上海市,为解决老城区劳动人民聚居区的生活环境,于1957~1960年发动群众先后在沪西的法华浜、沪东的周塘浜等处填浜管后,建成新街区和绿化带,受益人口达200万人。天津市于1958~1960年进行海河清浊分流工程,新建排水管道185km,排水提升泵站23座,整治排污河道126km、排水支渠146km,桥涵和扬水站闸179座;海河水质得以明显好转。

1.2 60年代

  在60年代,由于自然灾害、文化革命和牌严峻的国际形势,全国按照“备战备荒”方针,加快“三线”建设就成为投资重点,东部地区城市只能不断挖潜维持,新建工程很少。由于城市污水处理厂建设规模远远落后于城市污水量的增长,使越来越多的城市污水无法按要求得以净化。从1958年开始,在北方地区一些缺水城市通过试验,引用城市污水灌溉农田或养鱼等。曾提出城市污水要变有害为无害,充分利用;经过适当处理的生活污水用于灌溉农田,能节约农业用水。北京、天津等15个城市先后将每日165万m3城市污水灌溉农田。对工业废水则采取“就地回收、因地制宜、适当处理、充分利用”的原则来解决。

  为解决老城区合流制排水系统对受纳水体的污染问题,一些城市沿受纳水体建造截流管,晴日将污水引至下游郊区污水处理厂处理,或暂时直接排入水体;雨期超过截流倍数的雨水和污水仍不近排入水体,以减轻对受纳水体的污染。上海、杭州、苏州、桂林等到城市结合截流工程在城市下游兴建或积极筹建污水处理厂使城市水体和环境质量明显改善。

  城市污水最终排放出路一般多是水体。但是水体受纳污水是有条件的,若污水中的污染物质过多,超过了水体自净能力时,水体就不再能保持原有的形态和功能,将会降低水体的水质等级,甚至逐渐形成低劣的水环境,污染水源、土壤、农作物、水生物,影响工业产品质量和危害人体健康。为此,城市污水在排入水体之前,一般都需要采用人工强化手段净化  污水处理。

  从“一五”计划时期以来,结合新兴城市和工业项目建设,而配套建设了一些城市污水处理厂,如北京、上海、兰州、太原、鞍山、吉林、洛阳、西安等;但绝大多数为机械(一级)处理,净化效果差。数年后,随着污水量的增长、污水浓度的增加,以及环境需求日益严格,更显得难以适应要求。由于城市污水处理厂建设规模和进度远远落后于城市污水量的增长,使越来越多的城市污水无法按要求得以净化。

  为此,一些省、市通过试验,引用城市污水灌溉农田或养鱼等。对工业废水则采取“就地回收、因地制宜、适当处理、充分利用”的处理办法。

  利用城市污水灌溉农田,既可满足农作物的用水,又可提高地温(水田为水温),提供农作物生长所需要的氮、钾肥,并通过作物吸收、分解、土壤渗透和土壤微生物降解,可减轻污水对环境的污染。但是,随着化工、农药、印染等行业生产的发展,城市污水中有毒、有害物质逐渐增多,未经适当净化的工业废水和生活污水直接用于农灌,又造成了污染危害。有些城市,由于盲目扩大污灌面积,而污灌区又大多没有检测污水水质及净化污水的手段,污染危害日益严重。

  随着国际上工业化国家日益普遍出现的“公害”事件,我国政府要求力争做到不走“资本主义工业化发展的老路”。配合从国外引进大化肥、化纤等建设项目和国内练油  石化项目等建设项目,建设了工业废水处理装置,如辽阳、北京等。

1.3 70年代

  在70年代,为解决城市污水的净化处理问题,一些成市利用郊区的坑塘洼地、废河道、沼泽地等,稍加整修或围堤筑坝,建成稳定塘,对城市污水进行净化处理。稳定塘一般分为:沉淀区、厌氧区、缺氧区、兼氧区和好氧区;有的还设有深度处理区。实践表明,设计合理,管理完善的稳定塘,其净化污水效果较好,且具有电耗低、运行成本低、管理方便和设计简单等优点。利用适当地形建塘,土方量小,可不征或少征地,投资省、式期快。但是稳定塘也有占地多、处理效果受气候、季节影响较大、易污染地下水、污泥不易排除和处理利用等缺点。据调查这个时期在全国已建成投用投入使用的各种类型的稳定塘有38座,分布在17个省、自治区、市;每日处理城市污水量172.7万m3,其中城市生活污水量占一半;其余包括石油、化工、造纸、印染等多种工业废水。以齐齐哈尔、呼和浩特、长沙、武汉、保定和新疆地区一些城市具有代表性。

  上海市从60年代末开始,先后进行了城区污水输送干线工程建设  东干线、南干线工程建设,将合制污水排入长江,以减少对黄浦江市区段的水质污染。

  由于开始重视防止“公害”和引进先进工业技术,开展与国外的技术交流,并逐步加以应用国外先进技术和设备,逐步探索和适应我国国情的设计和工程技术,为随之而来的建设高潮奠定了基础。

1.4 80年代

  在80年代,改革开放以来,随着城市化进程的加快和城市水污染日益得到重视,城市排水设施建设有较快发展。鉴于城市排水设施建设国内投资少、金融机构款利率高、要求还贷年限短,以及排水设施运行不收费无力偿还贷款等到现行政策无法适应的情况下,国家适时调整政策,规定在城市政府担保还贷条件下,准许使用国际金融组织、外国政府和设备供应商的优惠贷款,推动了一大批城市新建排水设施,较好的控制了城市水污染。《中华人民共和国污染防治法》要求建设、完善城市排水管网和污水处理设施,并对社会环境质量标准,以及结合中国经济、技术条件,制定国家及地方的污染物排放标准,做了规定。建设项目的环境影响评价及报告书制度、排污收费制度。人国开始征收排污费和城市排水设施有偿使用费,明确要求城市排水设施有偿使用费做到专款专用于排水设施的维修养护、运行和建设。

  《关于防止水污染技术政策的规定》和《水污染防治法实施细则》等文件中规定,除少数大型企业或远离城镇的企业,可自行处理达标利用或排放外,其他能排入城市排水管网的,应由以企业单独治理为主逐步过渡到以城市汇水区为单元,区域综合治理为主。企业只需要对重金属和难生化降解的有毒有害物质进行曲必要的预处理,达到城市排水管道接纳的排放标准后始可排入城市排水管网;其余符合城市排水管道排放标准的工业废水,可直接排入城市排水客网,由城市综合污水处理厂集中处理。广州市在建设大坦沙污水处理厂时采取要求企业按所排放的水质和水量,承担应分摊的基本建设资金;新建企业则按“三同时”投资比例,将污水处理的基本建设资金向城市主管部门缴纳,以集中使用于水污染综合治理工程的建设。建设部为此发文予以推广。

  国家重点支持风景旅游城市中的杭州、苏州和桂林等先后改建和新建排水管网和污水处理场。为了适应工业生产的发展,以及综合整治环境的要求,人们对城市排水问题普遍引起重视。上海市利用政府投资和世界银行贷款进行以整治苏州河污染为主的黄浦江合流污水一期工程;投产以后,目前二期工程正在建设施工中。天津市兴建了大型纪庄子污水处理厂、杭州市整治中河、东河并建设了四堡污水处理厂,环境综合治理效果明显。武汉市结合整治黄孝河彻底解决了市中心区多年渍水危害,改善了市区环境。

  沿海开放城市的开发区大多进行了合理规划,城市基础设施能做到统一规划、超前建设,排水设施也能适应经济发展和生活需要。

  上海、常州等城市在新建住宅区时不再建设化粪池,而是配套建设了小区生活污水处理厂,由于配套排水管道短、投资省、管理方便等,具有经济效益和环境效益好的优点。深圳市对城市排水设施不完善地区的新建楼群的生活污水,要求采用“一体化”污水处理装置就地处理达标后利用或排放,控制了新区水污染。

  随着国家环境保护的有关规定,工业企业也建设了工业废水处理装置,有利于改善城市地区的水环境,也为城市集中污水处理厂减轻污染负荷。1990年底,企业共建成水污染治理设施40230套,日处理能力:设计6294.1万m3,实际5219.8万m3,基本建设总投资额126.82亿元,全年直接运营费18.08亿元。

1.5 90年代

  在90年代,根据国家关于治理“三河”(治理淮河,海河和辽河)“三湖”(太湖、巢湖和滇池)和“环渤海”的要求,相关地区的省、市政府和工矿企业加快了水污染治理的进度,国家也给予资金和技术的支持,截止到1999年底竣工投入运行的城市污水处理设施项目220个,投资59.58亿元,日处理规模371.7m3;在建项目109个,计划投资161.83亿元,日处理规模832.0万m3。同期太湖、淮河、滇池和巢湖汇总工业企业11115个,全年废水排放量30.4432亿m3。环渤海汇总工业企业4387个,全年废水排放量7.9910亿m3,排放达标率65.3%。统计结果表明:国家加大对重点流域治理力度的措施已初见成效,有效地改善了“三河”和“三湖”和环渤海地区的水环境。

  上海市规划再新建13项相关的综合治理工程,以彻底治理好苏州河和黄浦江的水污染,并改善长江口和长江三角洲的生态环境。

  据建设部统计:截止1998年底,全国668个城市中,全年排放污水量356m3,污水处理率29.56%,排水管道长度12.59万km,排水管道密度5.89km/km2;其中市政排水管道长度9.00万km,污水收集率59.57%,污水集中处理厂187座日处理能力1167万m3(其中生化处理厂143座,日处理能力822万m3),以稳定塘、土地处理和适当处理后经江海深水排放为主的污水处理设施能力534万m3/日,全年污水处理/处置量34亿m3,污水集中处理率16.18%。当年用于市政排水设施建设投资154.5亿元(其中基本建设投资占86.75%,更新改造资金占13.25%),占全国城市建设投资的11.00%。

  据国家环境保护总局统计:截止1998年底,全工业企业(县级以上单位)用于治理废水的资金,在“八五”期间为156.3亿元,“九五”期间前三年(1996~1998)为191.9亿元;截止1998年底,共建有治理设施56690套,正常运行的52515套,全年运行费约为102.7亿元;工业废水处理率为87.4%;处理排放达标率为50.96%;经处理后回用量约为189亿m3;废水排放达标率:“八五”期间从50.1%提高到55.4%,1998年为67.0%。

2 城市排水技术

  随着城市排水工程建设的发展,在城市排水专业的技术方面,也有了不少进步。在旧中国,没有专门的城市排水设计、科研机构,新中国成立后,随着城市排水事业的发展,1954年成立建筑工程部给水排水设计院,随后又设立了东北(长春)、华北(天津)、西北(兰州)、西南(成都)、中南(武汉)5个部属设计院,另有北京、上海、天津市等市政设计院。到目前为止已有市政设计研究院439个,职工2万人,其中高级工程技术人员近3000人,每年承担工程项目(含水、路、桥、燃气、热力和环卫等)投资约100亿元。1957年在全面学习苏联的基础上颁布了我国第一个排水设计规范,1973年经修订改为室外排水设计规范,1987年再次修订《室外排水设计规范》(GBJ 14-87)沿用至今(1997年局部修订)。

  城市排水专业学科设置原在土木系科,随着环境保护事业的发展和人才需要,70年代有的院校从给水排水专业中分设或改为环境科学与工程专业/系/学院;目前有近40所高等院校开设相关专业系,都具有雄厚的工艺研究和工程化的优势。

  国家鼓励设计、科研和院校与设备生产企业组成多种形式的联合体,使工艺研究和设备开发密切配合,以整体优势争取较大的市场份额。当前以技术为先导,注重科研成果向产品转化,形成独立自主的开发体系,这无疑是装备产业的技术进步之路。当前水污染控制科技高速发展,国际分工合作已成为主导发展趋势,城市污水处理装备产业更应注重技术引进和国际合作。

  上述设计科研院所除完成城市排水工程设计和科研项目外,还完成部分化工、石油化工、化纤、农药、炸药、肉类联合加工和机械制造等30多种工业废水处理厂的设计。设计中,广泛采用新的技术和科研成果,如曝气沉砂、斜板沉淀,完全混合曝气(表面加速曝气),射流、微孔、旋流曝气器,深层、富氧、纯氧曝气,生物接触氧化、生物转盘、氧化沟、厌氧生物处理,厌氧 兼氧 好氧生化处理,活性炭吸附、污泥处置(消化、脱水、利用)、沼气发电,城市污水的除磷,脱氮、沙滤、脱盐、灭菌等;以及发展高效率、低消耗、能量回收和净化污水再用的污水处理技术等。

  地施工方面,为减少施工对地面交通的影响,采用了顶管、盾构和激光导向管道施工技术,井点降水技术,以及泵站沉井施工法等。制管工艺,也已从过去采用的振动法和离心法,而普遍采用挤压辊压法。管材也普遍应用自应力和预应力钢盘混凝土管、非金属塑料管材和复合管材等。

  在养护维修方面和运行管理方面已逐步向机械化、自动化过渡。研制并采用了自动遥测、排水管道电视摄像检查仪。钻杆通沟机、高压射水车、蟹斗捞泥车、真空吸泥车等,已普遍应用。以“抓、冲、吸”的新方法清通排水管道,正逐步代替“竹片、大勺、绞车”的老方式。污水泵站格栅耙渣机、沉淀池机械刮吸泥,以及污水处理厂的检测仪表、控制仪表、工业电视和电子计算机等,也普遍使用。

在城市排水事业的各个部门中,已形成了一支有较高技术水平的职工队伍,在教育、科研、设计和施工方面取得了很大的进展。在城市排水专业中涌现出一批中国工程院院士、有突出贡献的专家等,在教学、科研、设计和管理等方面,为中国的排水事业做出了重要的贡献。




  

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