中国建设科技网>科技资讯>黑臭水体

任南琪:城市水循环系统4.0

    文章来源:亚洲环保网 曲玲 发布时间:2017年09月13日 点击数: 字号:

  将海绵城市和黑臭水体的治理放在一起,当成一个系统去协调处理,这无疑是一举两得的事情。那么如何协调,就成了关键。水源、自来水厂,污水处理厂,城市水体与湿地,包括LID设施和地下水,所有这些构成了一个循环系统,自然净化与人工净化相结合,大排水系统和大净化系统其实一个有机整体,城市的地下将雨水充分吸收、渗透、储存,以上三步如果协调有序,没有造成大量死水在管道中淤积,那被吸收、渗透、储存到城市地下的雨水自然也就得到了净化,城市下水道中也就没有了黑臭水。而吸收、渗透、储存加上净化,恰恰又是海绵城市的特性,所以,海绵城市与黑臭水治理确实有其必然的联系。

  事情往往都是说起来容易做起来难,正如任院士说的那样,海绵城市和黑臭水体治理,两者都是很复杂的工程,涉及到很多工作,很多部门去协调运行。如何将两大复杂过程有机结合?如何将多项工作、多个部门协调好?如何将雨水的吸收、渗透、储存三步协调有序,不产生大量死水在管道中淤积?这些都是要解决的问题。任院士提出了“利用生态系统的自然净化”,具体操作时,“人工湿地,生态护坡,生态塘”这些先进的水处理设施都可以加以利用。微生物、挺水植物、沉水植物,这些自然生长的生物去净化污水,COD,氮、磷都可以有效去除。老子云:“道法自然”。自然之理,是非常经济有效安全的做法。

  近几年,随着城市化进程加快,生活在都市的人们感觉越来越便捷。但城镇化速度过快也会带来一系列的城市问题,如交通拥堵、雾霾、水资源短缺、环境恶化、城市污水、雨后内涝等。海绵城市,一种新兴事物应运而生。海绵城市,指的是城市能够像海绵一样,在适应环境变化和应对自然灾害等方面具有良好的“弹性”,下雨时吸水、蓄水、渗水、净水,需要时将蓄存的水“释放”并加以利用。提升城市生态系统功能和减少城市洪涝灾害的发生。那么,海绵城市和黑臭水体的整理会有什么联系呢?且听哈尔滨工业大学副校长、中国工程院院士任南琪的讲解。

《城市水循环系统4.0

(哈尔滨工业大学副校长、中国工程院院士任南琪)

  各位领导,各位同仁,非常高兴有这样的机会和大家一起交流。今天的会议是黑臭水体整治,在此之前我也谈到,因为从海绵城市建设以来,海绵城市和黑臭水体就剥离开来,于是我就提出一个“小海绵和大海绵”。小海绵类似于LID一样的工程,而大海绵则是一个系统工程,也就是一个城市水循环系统,如果把它们隔离开来,就要出问题。

  作为我来说,海绵城市和黑臭水体我认为应该放在一起,把海绵城市、大海绵小海绵放一起,其中又包含了黑臭水体治理。如果隔离开的话,什么都建不好,而且刚才陈厅长介绍的时候也说了,包括黑臭水体整治中,岸上面源的截污,这些不做好,同样黑臭水体也治理不好,所以这是一个系统。

  我们国家目前面临的问题很多,由于城市化进程加快,严重的城市发展也会带来一系列的问题,这一系列问题,我们可以按照习近平总书记海绵城市建设指示精神,必须充分考虑到,要建设自然渗透、自然积存、自然净化的海绵城市。最近有一些媒体问我,老百姓也问,这个海绵到底有什么效应?社会效益、环境效益、经济效益,这无论从国家战略(包括中发6号文件),还是老百姓关注的问题,我认为可以都这样来解释。

  下面和大家交流主要三个方面:理念转变,科学规划、工程技术。

  理念转变,是非常非常重要的。小海绵,起初我们把它等同于低影响开发,这是初期的想法。国外成功经验,除了低影响开发,还有欧洲的可持续城市排水系统,还有新加坡的ABC,以及澳大利亚,尽管没有执行,没有实施,但是理念是城市设计。现在国外一些专家也进入到中国来了,希望在中国来实践。

  事实上,作为中国来说,国外的任何一个理念都满足不了中国海绵城市的建设需求,因为中国目前面临的关键问题有两点,一个是逢雨必涝,另一个是城市水资源和水环境需要改善。这个涉及到一个水的自然循环,国外任何一个理念都涵盖不了习近平总书记所提出的海绵城市建设的大内涵。所以我认为,我们应该走出中国的一条道路。中国的海绵城市,应该怎么建立呢?

  就这样的问题,我提出一个所谓“4.0”想法,最初“1.0”是最原始、最绿色的,不多说了。我们国家目前的状况,或者说世界上大多数国家目前的状况,可以看到这个,水源的问题,自来水厂,还有用户,污水厂,再回到自然水中、为什么形成了黑臭水体?因为在整个循环过程直接进入了排水口,没有进入污水厂,这样的状况自然而然地会带来一些问题。有一些城市认为,为了不使自然水体污染,或者必须达到地表水Ⅳ类这样的标准,甚至有Ⅲ类,污水厂一旦排出了水,作为水体地表水Ⅳ类、Ⅲ类要求,怎么办?有一些城市提出来城市污水处理厂排水,必须达到地表水4标准,或者达不到的话,就类四类,我们反思一下,为什么一些地方政府,一些城市会提出来这样的要求,要求污水处理厂必须达到地表水Ⅳ类标准才能排放,就是这么个简单的道理。我是专门搞环保治理中污水处理的,并不是我们达不到地表标准,污水处理厂这个水,进水,达到自来水用来标准都可以达到,这从工程角度实现没问题,问题是我们为什么要达到,这个问题值得我们思考。

  这个是完全靠着灰色的,钢筋混泥土等一些人工的设施来实现这样的目标,那么习总书记要求,今后我们要走的是一种绿色化的道路,而我们在一个城市水系统中,我们完全可以充分利用这样的绿色系统,这个所谓的3.0。同样水源、自来水厂、污水处理厂,城市水体与湿地,包括LID设施和地下水,所有这些构成了一个循环系统,这个循环系统可以说是自然净化与人工强化结合的系统,结合了自然的生态净化系统。同时还要考虑到污水处理厂的水,无论是水也好,还是污染物,都是重要的资源,如何来充分利用好,这也是非常非常重要的,污水资源的利用,这是未来发展方向。

  同是关于降雨的问题,必然会涉及到一些面源的污染,同样要污染到水体,我们说黑臭水体的治理,如果不考虑到降雨的面污染,这是一个系统的工程。这样的系统工程就是绿+灰的工程,去年我感觉到这有一定的局限性,我们现在只能利用小排水系统——各个城市现有道路的排水系统来解决目前的涝的问题,这还远远不够,对于个别城市,包括江苏的,很多一些地区城市年降雨量达到12001300,这是很大的,甚至每小时降雨量赶上哈尔滨,北京的三分之一,我们哈尔滨可能500600左右。所以就这个问题,我今天又提出来一个4.0,就是对于一些城市,经过科学论证,我们应该考虑大排水系统,没有这个大排水系统,涝的问题永远解决不了,靠现有街坊的道路的排水系统是解决不了,当然这个大排水系统并不是说大管子就行了,它是一个大系统,这样的大排水系统最终实现了城市排涝和环境宜居。

  对于海绵城市内涵?我有一个想法,我认为,总体来说重点要解决城市涝灾和城市水环境恶化,这是两个主题。除此之外,对象要包含的地表水、污水资源、生态水、自然江水,各个方面水的降水系统,实现住建部提出的水资源、水环境、水生态、水安全、水文化,这是我们要实现的目标。

  总体来说,我认为海绵城市近来应该理解为城市水的综合整治,而不是一个点一个点的问题。从效益来说,海绵城市建设的效益,也是一个系统的,绝对不是一个点的问题。有的媒体说,老百姓反映的,住建部花了很多钱,当然一个点,类似这样事情非常非常多,所以要系统地考虑。

  科学规划更加重要。去年完成了住建部要求必须完成县级市以上的专项规划,这种专项规划,去年提出来,从总体来看,我们对专项规划下一步具体落实的时候要考虑的。首先,城市黑臭水体整治,大海绵城市建设,一定要考虑按照流域、汇水区域整体考虑,必须从顶层设计考虑。前期30个城市,有一些城市出现问题,只是在点上,根本没有描述出来是一个系统,到底是怎么考虑的,在这点上,我认为要充分的考虑,充分认识到我们现在发现存在的问题,整个的规划与建设中,出现了碎片化的问题。同时我现在也认识到,我们现在最大的匮乏,工程设计队伍因为匮乏,我们心里没有一支叫得响的、非常硬的一支队伍,谁来组织队伍?理念非常强,工程设计、运营维护都有很强的能力,但是没有这样的队伍。

  我们提出来水资源、水安全、水生态、水文化、水环境,我们要结合城市来解决,总之在海绵城市建设过程当中,或者黑臭水体整治过程当中,要遵循习近平总书记提出的“三个自然”,我们应该倡导三个方面,第一是自然的,第二以循环为关键,第三以功能为切入点,比如说生态城市建设,前期做了很多,我们提出植草沟,生态城市建设基本上都是花盆,围起来,立起来,所以不具有所谓的功能。

  和大家交流一下,按照4.0的系统,我认为暴雨径流管理、黑臭水体整治、污水处理,这三个方面非常的关键。

  暴雨径流管理,有一个小排水系统,一个大排水系统,按照LID理念和小排水系统来看,渗、滞、蓄三点,我们要比美国的LID还完整一些。但是小排水系统来说,大家都知道,我们现在的河流治理、排水系统和整个的管道承受能力是有限的,所以为了要解决这个,整个管道的排水能力,需要考虑一个错峰、削峰,一些措施就是要解决“量”的问题,这种源头治理呢,就是减少了量。减少排水管道系统的负担。

  还有一个目前面临的问题,当时上大学的时候老师也讲过,考虑到雨水的问题,要设置雨水溢流沉淀池。我们到现在为止,没有一个有这样的系统,就是雨水来了以后,直接超越,再涉及到将来,特别是初雨污染,就是一个“质”的问题。在LID系统中,有很多的设施,考虑到这些点,包括现在急需的一些材料。技术的问题,都需要开发,就是在源头解决。避免这样的污染物质,实际就是超越,直接进入到河流,就导致黑臭水体出现。这些都是我们需要考虑的问题,但是作为暴雨径流这样的,是一个长期的任务,新城区有新城区的做法,只要建立规章制度、标准规范,让规划局严格把关,比如海绵设施,或者LID设施有多少,必须严格把关,在新区的建设中就比较容易解决。包括雨污分流,老城区怎么办?特别是原有的一些已经建完的,包括花园,道路方面的绿化,我想我们还是逐渐地来进行改造,每年投一点,但是作为重点要解决的逢雨必涝,可能对于要解决这样的急需的排涝更重要。

  作为大排水系统,必须考虑到初雨的问题,这是个很复杂的问题。初雨要净化,当然这个大排水涉及到蓄、疏,如果没有这样的条件,也做不到,我们国家现在已经开始,有些城市在考虑大排水系统了,比如武汉的深邃,我在考虑因为深邃的利用会带来一系列的问题,主要目的一个是蓄,因为下去以后,实际上完全可以“蓄”在那块,一个是排,如果我要是说的不需要蓄,我为什么要把它放在地下50米深的地方,而且会带来一系列的问题,如果截污没做好,将来就是一个大粪便池了。所以应该充分论证未来负担是什么。沿海地区我认为有的地方,可能做这个更好,好在什么地方呢,缺水严重,就科技把这个水直接使用了,所以蓄和排,是深邃能够利用的东西,那么我们就充分考虑,对于有一些城市,水资源非常发达,需不需要深邃,因为投资非常大。同时无论大排水系统,还是小排水,初雨的问题必须要解决,同时也推荐一个排水系统,无论小排大排。初雨的问题,应该采取分布式来截污,举个例子,假如一个调剂池,上游10公里以外,那么要是把10公里以外的雨水,引到这个调剂池,可能需要两个小时,有没有这么大的量?肯定没有。所谓初雨,必须把初雨截留出来,上游10公里,两个小时以后才能到。如果采取分布式,只考虑经过核算以后,半个小时就可以完整分布式,这样的调剂,就可以把初雨暂时放在这里,等到暴雨过去以后,再把它逐渐释放。或者进污水处理厂,或者其他的系统。这是我借助的国外的一些技术,就不一一介绍了。

  黑臭水体治理,我们国家目前还没有建立完善的黑臭水体监控体系,特别是标准。今天章司长也在这里,我建议住建部应该尽快拿出一个方案,我不认为地表水Ⅳ类就不是黑臭,现在很多城市说的黑臭水体治理,治理到什么程度?达到地表水Ⅳ类,有必要吗?在欧洲,什么叫黑臭?很显然,黑臭水体,就是一个感官的,鼻子能不能闻到,眼睛能不能看到,不要把它标准化,所以这样会给我们带来很大的负担。过度治理,我不认为这样是一个好事,对于黑臭水体,毫无疑问,黑臭在水里,根源在岸上。

  黑臭水体治理是一个很复杂的工程,我们说海绵城市建设涉及到很多工作,很多部门,最应该关注的要保障三大功能:生物净化、生态景观、泄洪排涝,绝对不能使得河道出现问题。包括一些具体的做法就不多说了,大家一会还要谈很多案例。

  那么我是比较推荐的,作为生态系统,我是比较推荐自然净化,生态护坡、微生物、挺水植物、沉水植物,形成这样系统,无论是COD,还是氮、磷都可以很好去除,最后能不能实现地表水Ⅳ类标准,不是靠污水处理厂把氮去除,而是靠自然系统,这个就是非常经济有效安全的做法。

  当然这样一个生态护坡,不是那种大石头,钢筋混泥土,这种护坡我实验过,强度也够,而且会带来很好的效果。包括三面光改造,现在很多城市三面光都存在,此外黑臭水体治理还要结合生态的系统,利用人工实地、生态塘。生态塘是一种非常先进的,既经济,又有效的,能否把这些考虑进来。

  最终黑臭水体治理和整个系统结合在一起,我感觉到,我们要形成一个既经济又有效的系统,包括污水处理厂。污水处理厂排放标准受什么控制,受纳水体的要求,它假如说地表水四类,我经过一个生态系统反馈回来,污水处理厂的标准,出水的标准是什么,不是说一拍脑瓜,说四类就是四类,三类就是四类,要受污控断面的控制。这是一个案例,时间关系也不说了。

  简单说一下污水处理厂,现在要求一级A,进行了比较,二级,1B比较,随着标准提高,带来的环境的负效应越大,得到了净水,同时也污染了大气,我们必须从全生命周期考虑,采矿、利用能源越多,带来的大气污染越大,负效应越大。如果充分考虑到开源节流,污染物能源化、资源化,可能会得到另外一个结果,这个结果就更好了,这个启示我们污水处理并不是达标排放简单,我们必须要考虑满足什么样的要求问题,所以如果污水处理厂在污水处理时就要求达到低耗,能源化。如果硬要说污水处理厂排放标准达什么标准,我认为就应该适应多目标与功能需求。如果直接排水的话,应该满足流域地表水标准要求,这个我认为是非常具体,非常严格的,那么生态补水呢?还有回用用,营养物归田水,到底要干什么呢?我认为应该因地制宜考虑,而不能非常绝对的,污水处理厂存在的问题,我就不多说了,规模的问题,选址的问题,我们原来学的那些东西,老师教的理念,现在也需要重新梳理规模的问题,要适应我们国家,或者是目前国际最先进的一些理念。

  最后我认为,可能下次的话,今后我要多谈谈智慧水务,互联网+城市水系统,这个是海绵城市建立过程当中的最高形式。统观全局的这样的系统,就是城市水系统的水值模拟与仿真,包括水质、水量,特别是应急决策支持系统,这是一个更高层次,无论是老百姓,还是政府,都关心这样的问题。我想智慧水务结合着海绵城市建设,现在就应该上,现在就要留出接口,应该考虑到这样的问题。今后还有很多问题,我在这里面不多说了,有工程技术方面的问题,也有一些管理方面的问题。总之在这些问题中,我们可以一一解决,我希望各个城市,应该慎重对待海绵城市和黑臭水体治理,现在很多城市走了弯路,甚至会带来损失,这些问题要充分地考虑。以上就是我和大家交流的,谢谢!