探索污水零排放构建无污水管网城市

[来稿选登]探索污水零排放构建无污水管网城市福建泉州经济技术开发区市政公司王晓川摘要为破解城市污水零排放这一难题,该文提出将城市污水转化为沼气新能源与水资源,构建无污水管网城市的新设想。关键词:城市污水零排放沼气分散处理管网议定书》,并积极参与国际社会应对全球气候变.1问题的提出化。为有效控制温室气体及污水排放等我国投几十年前,我国政府就+分重视沼气的开发人了巨額资金,污染減排工作取得了积极进展。和利用,早在1982年美国举办的世博会上中国馆全国设市城市污水处理率已由2005年的52%增就展示了我国当时的农村沼气。至今沼气技术已加到2007年的63%,全国七大水系的水质总体比较成熟,并取得了可观的效果,得到一-定程度的保持稳定,407个国家监控断面中,劣V类水质断推广。然而,在人口密集的城市中污水所产生的面所占比例与2006年相比下降了2. 4%。但我沼气能量巨大,至今尚未获得开发与利用,白白地国水环境安全仍面临威胁，全国七大水系中,劣V从楼下化粪池及污水管网系统中排人大气,非常类水质断面占23. 6% ,超过五分之一,距离完成可惜!事实上,城市中--座高楼居住的人口相当“十一五”規划纲要提出的主要污染物排放达标于农村的一个小村庄,高楼下建-一个沼气池,相当依然有较大的差距,减排的达标任务仍十分艰巨,于小村庄家家户户建沼气池所产沼气的总量,而责任与压力很大。我国是能源短缺的国家,又是成本却很低。据资料统计,我国城镇人口占全国一个耗能大国, 燃煤发电占全国发电总量的总人口的近50% ,污水既集中,有机物含量也多，78% ,温室气体排放居世界第二。我国严重缺水，而这些污水排人水体既影响水环境安全,又十分同时污水排放量巨大,年污水排放量达800亿t, .浪费。“城市,让生活更美好”是2010年上海世90%的污水未经处理就直接排人江河湖海,水污博会的主题。自古以来,城市地下污水管网系统染又促使水资源短缺进-步加剧,形成恶性循环,的延用,为人类社会文明做出了巨大的贡献，然.已经成为影响我国环境的主要问题之一。水是国而,随着城市化的高速扩展,人口高度集中,世界家建设发展的战略性资源,现却成为制约我国经各城市中的污水管网系统纵横交错,施工与维护济社会可持续发展的“瓶颈”，应该从根本上破解成本高,已给城市造成巨大的压力。尤其是它的长效治理污水、提高水资源利用率的难题。展开面积巨大,直接为蚊蝇、蟑螂、老鼠等害虫提3城市污水治理 现状及存在问题供繁殖与生存空间,数以万计的污水井口不断冒出夹带病菌的臭气,引发与传播疾病，直接影响城我国城市现行的污水处理是这样的:由纵横市卫生环境。因此,笔者设想移植农村成熟的沼交错的城市污水管道系统排放出的污水，通过污气工程为城市所应用,构建无污水管网城市,对污水泵站集中到污水处理厂, 经过二级生化处理,通染減排、环境保护工作可起到事半功倍的作用。过沉淀等物理处理后,进人曝气池,经活性污泥生物处中国煤化工集中处理方法2责任与压力带MHCNMHG我国已签署《联合国气候框架公约》和《京都U城巾生活巧水果中处埋需要纵横交错2010年第24卷第6期37的城市污水管道系统、集中污水泵站等基础设施，治污选择。零排放污水分散处理利用系统]是不但投人的资金額巨大,而且这些展开面积巨大一种生态工程方法,其基本原理是将-一户家庭-的污水管道设施构成-一个永久性的、巨大的细菌、幢高楼或一座公厕的污水通过生物发酵沼气化病菌繁殖区,是疾病引发与传播的源头,尤其是医后,就地分散排放到植物绿化地上,利用土地植物院排放的污水,直接影响城市居民的生活环境与吸收分解净化污水。当生活污水由高楼排污管冲身心健康。如至2009年底,福建省泉州市污水管人发酵罐内时，重力加速度的能量在重力搅拌导道总长1 280.8 km'l ,比总长1 068.6 km的武广流槽的作用下形 成旋涡，搅拌罐中的污水。污水高铁还长。通过连通管依次流人一个至多个发酵罐中,在一②由于沼气难以收集利用,城市生活污水排定温度、湿度、酸度和缺氧的条件下,经嫌气性微放所产生的巨大沼气量从楼下化粪池、污水管网生物发生作用产生可燃气体B] ,即沼气。它上升中排入大气,-方面使可利用的宝贵清洁能源白到发酵罐中的污水表面空间,产生的压力随沼气白浪费,另一方面一个甲烷分子的温室效应是二量的增加而增大,迫使经厌氧发酵处理后的灭菌、氧化碳的20倍,加剧大气的污染。无臭味含富营养的沼液,通过水压限位管流人分③污水集中处理系统的建设运行、维护费用散排水系统中的集水罐内,然后通过带阀门开关较高,占地面积大,工期长。常见的问题是雨污水的水管 ,分散排人植物净水系统中,按需输送灌溉管错接,雨、污水混流;井盖丢失,影响安全;管网堵到植物绿化地上,或近郊农田、或作为工厂化农业塞,污水横流及管网改建等。需要城市规划、市政、的蔬菜无土栽培液。交通.卫生等众多单位与部i ]间的配合、理顺。零排放污水分散处理利用系统相当于沼气池④资金的投人大,与回收不成比例。据统计+污水窖+排灌管,可从污水中收集利用沼气能资料,南方城市污水处理1 m'的投资成本为1000源和沼液水资源,它能有效利用大自然中生物界~2000元,运行费用为0.4~0.6元。建造污水和植物界的巨大能量来生产沼气、净化污水,它几处理厂,仅纵横交错的城市污水管道系统就是城乎不占用土地面积，几乎不需要城市地下污水管市建设中-个巨额投资项目。网系统,方便、有效、经济、实用地将一幢高楼、一上述因素严重影响污水资源化处理再利用的座公厕、-一个菜市场、-一个畜牧场或一个屠宰场的普及与推广。当前世界上不少国家为克服缺水的污水就地收集、就地处理、就地利用,并对从污水困难,积极地将城市污水开辟为新水源,被称为中获取的沼气、沼液、沼渣进行商品化管理,即污“中水回用”。如新加坡将污水通过生物、化学、水的零 排放,构建无污水管网城市。它不但减轻物理综合处理及采取反渗透水处理技术而重新应缺水城市的用水紧张状况,而且为城市提供一片用。但也有较明显的局限性:-是成本高,只能用片生机勃勃的绿化带、连续不断的地下补给水新于少部分水补给及国家水资源应急之用;二是涉鲜的空气、清洁的能源。扩大了城市蓄水涵养区及重修地下污水管网的新增费用;三是破路施工的绿化面积,促进区域林草植被的大幅度扩展,有影响交通、市政的地下其它管网设施,如光缆、水利于城市生态环境。这样既缓解了水资源短缺的管等,需众多单位与部门配合理顺;四是含富营养矛盾,又能减轻水污染,提高城市空气质量,解决.的中水影响近海水域,对富营养成分再处理增加当前棘手的污水排放及管网设施的巨额资金成本。如福建省泉州市政府连续4年(至2009问题。年)共投入42.12亿元治污费用。以下附图说明。综上所述，现行的治污手段有很大的局限如图1所示,当生活污水由排污管1冲人发性一治标难治本。酵罐2时,重力加速度的能量在重力搅拌导流槽11的作用下,搅拌发酵罐2中的污水。污水通过4创新治污思路连通管12流人发酵罐2中,经嫌气性微生物作用4.1 霉排放污水分散处理利用系统介绍产生沼气上升到发酵罐2中的污水表面空间,压.针对上述的问题,必须转变观念,创新治污思力随中国煤化工事后的富营养路。目前国内的“零排放污水分散处理利用系沼液，JMHCNMH(罐9、水管10,统"已获国家发明专利,不妨可作为一种创新的灌 溉绿的作用。利用38《城市公用事业》123456水-植物-清水的良性循环系统,获得的是连续不断的地下补给水、扩大了蓄水涵养区,促进林草植被的大幅度扩展,减缓沙尘暴及水土流失,控制可地面沉降,有利于生态环境。如果将全国年排总量达800亿t的污水转换成中水,按水费+污水.处理费1元/t计算,每年有800亿元的利润。单沼液，即可填补全国年缺水总量400亿t,缓解我2)国每年因缺水造成粮食减产300亿~400亿kg的3,现况”,这是福建省粮食总产量700万t的5倍!又有肥水供给,滅少化学肥料对环境的危害,促进可持续发展的无公害农业经济。我国地下水已超采面积达18万平方公里,地面沉降已给城市造成图1零排放污水分散处理利用 系统.十分严重的经济损失。而中水回用,它可减缓及自然生态系统,达到污水零排放、资源化处理、全控制国土面积达6.4万平方公里及70余座城市部利用的目的。地面沉降状况,经济与社会效益显著。该技术破解了治污的难题一即污水处理后③在公共卫生方面,经厌氧发酵处理后的污的利用问题，水资源短缺及节能减排有望得到水是无菌、无臭、无味的沼液,大大減少了病菌的缓解。传播途径,有着较大的社会效益和环保效益。4.2 零排放污水分散处理利用系统的可行性④在资金投人方面,它不必建设污水处理厂分析及铺设管网,不必动迁民居与征地等。农村沼气工程已相当成熟，如为城市所用,可⑤该新技术可工厂化成批生产,成本低,有行性强。况且,这只需县沼气办就能实施的沼气望形成一种新兴的产业链一污水 资源和可再生工程,可操作性强。它能应用于农村改厕，更可应能源利用的双重循环经济。用于城市公厕及化粪池改造。因为化粪池的容量⑥最大的经济效益是国际上的碳排放交易大小是依据建筑设计要求与规范所确定;将现有和节能減排、低碳循环经济。的化粪池改为沼气池,利用的是原空间;几幢高楼目前污水集中处理需用大量的化学剂,中水排放的大量有机物沉积于池底,浓度高,招气产量很难达到无菌、无臭、无味的效果。更难的是中水大,比在农村建造百个还经济;沼气无需处理可直回用管的铺设，又要在街道上重新开挖,造成多方接为城镇垃圾发电厂提供能源。面的影响。经污水处理厂处理过的大量中水,至4.3污水零排放与 目前污水集中处理的经济效今还无法利用,它夹带的化学剂集中排入水体,局益对比部影响水质。污水集中处理无法从根本上达到循①仅城市收集利用沼气- -项按每十人每月环经济的治污目的。排放污水可产生可燃气体14.5 kg(价值100元), .5总结我国城镇人口6亿计算,每年有720亿元的利润空间。如果按全国13亿人计算,该利润空间是上述是笔者大胆探索,为破解城市治污难题1 560亿元，比2008年福建省财政总收入1 516.33所提,它可平移县沼气办农村改厕的技术与施工亿元还多。收集的沼气量年达226.2亿kg,相当.队伍,为城市公厕及化粪池改造所用。如果将城于二氧化碳減排4.524亿t(未包括利用沼气減排市改厕与农村改厕同样纳人推广应用,我国年排燃煤产生的二氧化碳)，如果再收集利用畜牧场800亿t污水将可转换为沼气能源和污水资源,从的污水沼气,该利润空间保守估计也将超过2000根本.上解决治污难题。首先,可收集的沼气量年亿元。巨大的沼气量相当于- -口用之不竭的油气达226.2亿kg,相当于減排二氧化碳4.524亿t;其次,实现中水回用.可埴补全国年缺水总量400井,是一种宝贵的可再生清洁能源。②中水回用,沼液可就地分散排放到植物绿亿t,中国煤化工解我国每年因缺水道YHCNMHGkg的状况,确化地上,利用土地植物吸收分解净化污水,形成中2010年第24卷第6期39，来稿选登]南海市桂城水厂的节能措施一压力预测控制与CFD设计叶轮广东惠州市自来水总公司张戎,游庆元广东南海市自来水公司桂城水厂陈超明摘要依据现有管网SCADA数据建立出厂压力设定曲线,基于此作供水系统仿真,生成泵高效运行曲线参数为CFD设计制造新叶轮提供依据，制造符合要求后换装于原泵体内。试运行结果表明,千立方米水节电率达到7.62%;其中不合设计要求的新叶轮重做达到要求后,可实现10%以上的节电率(仿真目标)。关键词:综合节能预测控制 仿真CFD 设计SCADA水厂节能措施主要包括:建立出厂压力预测2 应用实例控制系统,依据实时流量预测设定出厂压力并满足管网所需压力水量;因为泵产品(包括采用2007年9月水厂节能系统试运行。南海市CFD( Computational Fluid Dynamics) 设计制造的有两座水厂向同一管网供水,其中桂城水厂设计高品质泵) ,并未依据水厂管网运行特征而设计，的供水量为38 x 10*m'/d,实际最高供水量46 x .在水厂运行效率不高，所以需建立描述水厂管网10*m'/d,千立方米水电耗为182.3 kWh,配水单位运行特征的数学模型参与仿真生成泵高效运行的水量电耗3.68 kWh/1 000m'●m,小于建设部曲线及参数,为CFD设计制造新叶轮提供依据，[1994]574号文规定的4.0 kWh/1 000m'●m,水.从而提高泵的运行效率。.厂管理水平已较高;第二水厂供水量为50x 10*m'/d。供水管网56个测压点每15 min 采集- -次1节能系统数据,SCADA数据齐全。水厂节能系统由3部分组成:①依据SCADA2.1 压力设定曲线与出厂压力预测控制模型数据仿真生成控制模型和泵高效运行曲线参数;依据最近12个月管网SCADA数据,采用混②CFD软件设计制造新叶轮;③变频器及控制合遗传算法建立出厂压力设定曲线模型(见图系统。1) ,描述出厂水量、出厂压力、管网水头损失三者保国家粮食安全;其三,免去城市地下污水管网系晚报,2010-07 -20.统,控制地面沉降,减缓给城市造成的压力,从而[2]王晓川.零排放污水分散处理利用系统[P].中国专达到事半功倍长效治理生态环境和节能减排的目利:02148381.7 ,2007 -08 -08.的。更大的意义在于保护地球环境,促进粮食增3]陈汝深,袁锡斌，徐静波沼气的利用[M].上海:上海科学技术出版社, 1978.141.产,让人水和谐成为现实,推进水资源利用、低碳[4] 李仰斌.贯彻落实科学发展观促进节水灌溉健康发经济和社会可持续发展,为神州大地的水更清,地展[N].经济日报,2008 -12-23.更绿,天更蓝做出贡献。(收稿日期:2010-11 -09)参考文献.中国煤化工[1]朱娟娟，苏欣.近海治污取得阶段性成效[N].泉州MHCNMHG4(《城市公用事业》