日本的下水道體系從上世紀(jì)70年代起，以流域水環(huán)境改善為目標(biāo)進(jìn)行建設(shè)和發(fā)展，形成了現(xiàn)今的流域下水道設(shè)施和管理體系。在論壇上，左健博士從目標(biāo)、課題、對策幾個方面，對日本的下水道體系建設(shè)的對比研究成果進(jìn)行了分享。

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“不以事小而不為，不以事小而為之，在水環(huán)境治理上，不論事情多小，只要是有益的，就要全力以赴，同樣，不論事情多小，只要是有害的，就要盡量避免。如何判斷方向的正確與否?各種措施的先后順序?是需要科學(xué)方法定量推算的。” 湖南大學(xué)公共管理學(xué)院教授左健博士在“2020(第十八屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上表示。

同樣作為人口密集的東亞國家，日本在水環(huán)境治理方面的經(jīng)驗一直為我們關(guān)注。日本的下水道體系從上世紀(jì)70年代起，以流域水環(huán)境改善為目標(biāo)進(jìn)行建設(shè)和發(fā)展，形成了現(xiàn)今的流域下水道設(shè)施和管理體系。在論壇上，左健博士從目標(biāo)、課題、對策幾個方面，對日本的下水道體系建設(shè)的對比研究成果進(jìn)行了分享。

左健

以水環(huán)境改善為目標(biāo)的日本下水道體系建設(shè)

1、完善法律法規(guī)，發(fā)展流域下水道

1958年，日本修訂《下水道法》，以“改善城市環(huán)境，促進(jìn)城市健全發(fā)展和改善公共衛(wèi)生”為目標(biāo)，將城市內(nèi)澇防治和環(huán)境改善定位為下水道系統(tǒng)(含污水處理廠、泵站等)的重要機(jī)能。該法案是以日本當(dāng)時的下水道系統(tǒng)暨合流制，為前提而制定的。同年，《公共水體水質(zhì)保護(hù)法》頒布，將污染河流作為城市河流污染防治計劃的對象，是日本下水道體系發(fā)展上的里程碑，標(biāo)志著下水道系統(tǒng)不只是服務(wù)于城市衛(wèi)生環(huán)境，還必須服務(wù)于河流水質(zhì)保護(hù)。

1970年，隨著河流污染在1955年后的迅速擴(kuò)大，《下水道法》再次修訂，將“保護(hù)公共水域水質(zhì)”追加為下水道的目標(biāo)。隨著下水道系統(tǒng)保護(hù)水質(zhì)地位的日益提高，流域下水道體制相關(guān)法律法規(guī)的建立健全，流域下水道整治在1970年以后得以迅速發(fā)展，推進(jìn)了河流水質(zhì)的不斷改善。

1979年，《水污染防止法》修訂，規(guī)定以人口和產(chǎn)業(yè)集中的廣域封閉性海域為對象，對流入污染物實行總量控制制度，該制度每五年制定一次(即：每五年為一個執(zhí)行期)，左健表示，“因為有這些法律法規(guī)體系作為保障，所以日本做下水道計劃時，不是針對某一個城市，而是將日本劃分成150個流域，以達(dá)成該水域水質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo)，制定”“流域下水道整治綜合計劃”。

日本下水道體系的法律法規(guī)建設(shè)

2. 各流域下水道綜合整治計劃

1970年，東京都政府根據(jù)所處流域的多摩河和荒川(河)的水質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，制定了“流域下水道整治綜合計劃”。相比較《水污染防治法》的國家排放標(biāo)準(zhǔn)，東京都政府制定并執(zhí)行了更為嚴(yán)格的地方排放標(biāo)準(zhǔn)。相對于國家排放標(biāo)準(zhǔn)的BOD≤160mg/L、總氮≤120mg/L和總磷≤16mg/L，東京都轄區(qū)內(nèi)的8個排河污水處理廠執(zhí)行BOD≤25mg/L、總氮≤20或30mg/L、總磷≤2或3mg/L的地方排放限值，其中具有深度處理工藝的兩個污水廠執(zhí)行更嚴(yán)格的總氮和總磷排放標(biāo)準(zhǔn)(注：日本的河流水質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)考察BOD，海域水質(zhì)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)考察COD，相應(yīng)地，排河污水處理廠執(zhí)行BOD排放標(biāo)準(zhǔn)，排海污水處理廠執(zhí)行COD排放標(biāo)準(zhǔn))。

1980年，東京灣、伊勢灣開始執(zhí)行污染物總量控制制度。新建污水處理廠和已建污水處理廠分別從2017年和2019年開始執(zhí)行第8次污染物總量控制計劃的要求。為了保護(hù)海洋的豐產(chǎn)，根據(jù)季節(jié)調(diào)節(jié)氮、磷的去除率目標(biāo)，比如在海苔生長的冬天，可以降低營養(yǎng)鹽類的去除率，以保證海灣里養(yǎng)殖海苔的正常生長。

左健介紹，自1970年開始，日本的流域下水道整治迅速推進(jìn)，整個體系具備三個優(yōu)勢：

一是水質(zhì)保護(hù)一體化：不受行政區(qū)劃限制。根據(jù)河流流域的自然條件和產(chǎn)業(yè)布局等，可在更廣泛的地域范圍內(nèi)規(guī)劃，不受行政區(qū)域劃分的限制，使流域內(nèi)的水質(zhì)保護(hù)一體化;

二是集約化：規(guī)模效益。通過流域內(nèi)處理設(shè)施的集約化，獲得規(guī)模效益降低建設(shè)和維護(hù)費用;

三是幫扶市鎮(zhèn)村政府：由都道府縣政府負(fù)責(zé)流域下水道系統(tǒng)的核心設(shè)施，有助于市鎮(zhèn)村政府解決因技術(shù)力量不足難以獨立整治的難題。

3、 流域下水道系統(tǒng)的運(yùn)營組織(以東京為例)

為促進(jìn)東京都流域下水道系統(tǒng)的整治，其對應(yīng)的行政管理級別不斷提高。左健介紹，在1971年，東京都成立了局級的流域下水道總部，在對干線管道、泵站和處理廠進(jìn)行一體化管理的同時，與管理公共下水道的市鎮(zhèn)村政府協(xié)同，對區(qū)域內(nèi)下水道系統(tǒng)進(jìn)行高效管理。

1) 廣域化

日本是地震多發(fā)國，1995年兵庫縣南部地震時導(dǎo)致污水處理廠受損而無法運(yùn)行，下水道很長時間處于無法使用的狀態(tài)。因此，東京都流域下水道系統(tǒng)為了確保地震災(zāi)害時污水處理廠的互備，將多摩川兩岸的六所污水處理廠分別用管道進(jìn)行了連通，可調(diào)運(yùn)污水和處理水，相互調(diào)節(jié)。”

 

東京都的污水廠通過管道連通互為備用

2)加強(qiáng)東京都和市鎮(zhèn)村的合作

左健表示，除了以上針對硬件的措施，東京都政府還通過“下水道信息交流會”和“下水道臺賬統(tǒng)合”進(jìn)行了軟實力建設(shè)。如多摩地區(qū)的下水道，是由各市町村的公共下水道、東京都流域下水道的干線管渠、以及污水處理廠共同組成一個系統(tǒng)來發(fā)揮機(jī)能的，多摩地區(qū)的30個市鎮(zhèn)村為了加強(qiáng)合作從2012年開始定期召開下水道信息交流會。此外，按照流域下水道總部的臺賬系統(tǒng)(GIS公共下水道臺賬系統(tǒng) Sewerage Mapping and Information System)，將流域內(nèi)各行政機(jī)構(gòu)獨立建立的不同下水道臺賬全部統(tǒng)合，將流域下水道和公共下水道一體化，保障整個系統(tǒng)的高效調(diào)動。

日本流域水環(huán)境改善的兩大課題：減污、除污

實現(xiàn)流域水環(huán)境改善目標(biāo)，需要面對兩大課題，一是通過合流制下水道的改善減少污染物的排放，二是通過污水處理廠改造提高污染物的去除水平。

左健簡單介紹了日本的“合流制”與“分流制”。從1970年開始，出于改善流域水環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)，日本規(guī)定所有的新建區(qū)域采取分流制下水道。但日本最大人口規(guī)模的12個直轄城市因歷史原因中心城區(qū)均為合流制，從面積占比來看，12個城市的合流制區(qū)域占全部城市區(qū)域41%，東京地區(qū)由于發(fā)展早，合流制區(qū)域的面積占比達(dá)到82%。針對合流制下水道整治，日本設(shè)定了消減總排污負(fù)荷到與分流制下水道等同的目標(biāo)。

合流制下水道在城市中的分布示意圖

左健表示，因為財政資金的限制，日本在過去幾十年并沒有在污水處理廠進(jìn)行傳統(tǒng)的深度處理(能耗提高增加財政支出)改造來提高污染物去除率，而是更加注重合流制下水道整治帶來的減污效果，在夾雜物去除、高速過濾、絮凝分離、消毒等各個方面開發(fā)和實施了諸多技術(shù)，取得了良好的效果。未來，節(jié)能型的污水污泥污泥資源化利用將成為下水道領(lǐng)域的重要課題方向。”

流域水環(huán)境水質(zhì)改善兩大課題

水環(huán)境改善的管理和技術(shù)措施

日本制定了關(guān)于合流制下水道改善的綜合措施，涵蓋從控源，到管網(wǎng)以及清潔衛(wèi)生的方方面面。左健列舉了其中幾個具有代表性的措施。

1、下水道光纜水位控制系統(tǒng)

下水道光纜水位控制系統(tǒng)用于下水道管渠、河道、檢查井的水位監(jiān)控，優(yōu)點是不需要電源，通過設(shè)置該光纜水位計系統(tǒng)，東京都排水管網(wǎng)系統(tǒng)的73%實現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控。

下水道光纜水位控制系統(tǒng)示意圖

2、污水廠節(jié)能型深度處理技術(shù)

污水廠節(jié)能型深度處理技術(shù)工藝原理為：好氣槽的前半和后半分別進(jìn)行風(fēng)量控制;前半風(fēng)量用硝酸計進(jìn)行控制，維持消化開始的狀態(tài);后半風(fēng)量用氨氮計進(jìn)行控制，確保脫氮環(huán)境，節(jié)省不必要風(fēng)量。

污水廠節(jié)能型深度處理技術(shù)工藝原理示意圖

3、活用現(xiàn)有污水處理廠大量處理初期雨水(3W處理法)

在雨天，將超過1Q的2-3Q的合流制下水道的雨水直接送入污水廠標(biāo)準(zhǔn)活性污泥處理工藝的最末端通過活性污泥處理雨水，這種方式不會大幅增加最終沉淀池的固形物負(fù)荷，對出水水質(zhì)沒有明顯影響。3W處理法是活用污水處理廠進(jìn)行初期雨水處理的高性價比方式，作為減污的最早對策，大阪的全部12個污水處理廠通過改造可實施3W處理。

4、雨水高速過濾技術(shù)

雨水高速過濾技術(shù)最大的優(yōu)勢是過濾速度快并且不需要藥劑，通過物理性吸附除去污染物。

雨水高速過濾技術(shù)特點

5、雨水排口無動力除雜技術(shù)

雨水排口無動力除雜技術(shù)不需要用電，只需將現(xiàn)有排放口簡單改造，并且容易維持管理，解決排口用電難的問題。

雨水排口無動力除雜裝置示意圖

6、非開挖管道修復(fù)技術(shù)

日本在管網(wǎng)的更新和修復(fù)上花費了很大的精力。東京下水道局在2012年花費了約13億元人民幣更新了總長117公里的下水道管線，其中，54%是通過非開挖方式對老管線進(jìn)行修復(fù)(修復(fù)后壽命同樣可達(dá)到50年)，22%是采用開挖方式用新管替換老管，16%是活用已有的健全管線，8%是采用盾構(gòu)方式鋪設(shè)的大口徑排水管。

左健指出，日本大力開發(fā)非開挖方式管道修復(fù)的背景是：下水道管處于更換高峰期，財政壓力很大，非開挖修復(fù)方式的單位管道更新費用，大約是傳統(tǒng)開挖換管方式的38%。同時非開挖技術(shù)還有一個極大的好處，就是避免了在高度城鎮(zhèn)化區(qū)域進(jìn)行開挖作業(yè)時導(dǎo)致的交通妨礙和環(huán)境污染。

7、非開挖管道再生法(SPR工法)

SPR工法是日本認(rèn)可的非開挖修復(fù)技術(shù)之一，在需修復(fù)管道的內(nèi)側(cè)粘合一層氯化乙烯樹脂材料的內(nèi)襯，構(gòu)成與現(xiàn)有管道一體化的復(fù)合管，壽命和新管相同，該技術(shù)特點是可以帶水作業(yè)，適用于不同形狀的管道。

非開挖管道再生法(SPR工法)介紹

關(guān)于中日水環(huán)境治理的幾點思考

“做比較研究的過程是一個既開心又痛苦的過程”，左健表示：“開心的一方面是可以借鑒他人的經(jīng)驗，痛苦的一方面是發(fā)現(xiàn)我們可能在走彎路”。左健分享了她在比較研究過程中的五點思考：

第一，水環(huán)境改善的底層問題不是技術(shù)問題，而是管理水平的問題。

第二，政策是技術(shù)發(fā)展方向和深度、以及商業(yè)模式的重要驅(qū)動力，政策方向和細(xì)節(jié)的把握至關(guān)重要。

第三，政策制定需要以系統(tǒng)最優(yōu)為目標(biāo)。日本有流域水環(huán)境管理制度，中國的黃河辦、長江辦、上海的一江一河辦也是系統(tǒng)最優(yōu)為目標(biāo)的管理組織體現(xiàn)，三峽集團(tuán)也提出了系統(tǒng)最優(yōu)、系統(tǒng)解決的水環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)和方法。今后，需要更多的以系統(tǒng)最優(yōu)為目標(biāo)的政策制定、規(guī)劃和實施方案。

管理目標(biāo)：系統(tǒng)最優(yōu)

第四，管理決策的優(yōu)化：以環(huán)境系統(tǒng)學(xué)、環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)等科學(xué)方法保障或優(yōu)化管理決策。首先，需要系統(tǒng)邊界設(shè)定合理，確保目標(biāo)正確。只是污水處理廠或者一個城市搞好了，是解決不了流域的水環(huán)境質(zhì)量問題的;其次，決策優(yōu)化的基礎(chǔ)是定量分析，通過定量分析，計算出最佳綜合解決方案，以及方案中各措施的投資效益，在資金有限的情況下(常態(tài))，通過最佳方案的采納，以及各措施依據(jù)性價比高低依次執(zhí)行，從而采用最少資金最短時間達(dá)成某一目標(biāo)，或者一定資金一定時間達(dá)到最大目標(biāo)。

用“摘蘋果”的案例說明“以投入、效果高低為執(zhí)行順序”

最后左鍵表示，“不以事小而不為，不以事小而為之，在水環(huán)境治理上，做哪些事不做哪些事，先做什么事后做什么事，需要科學(xué)方法上的管理決策，管理決策不僅是水環(huán)境治理規(guī)劃和方案的底層依據(jù)，也是技術(shù)發(fā)展方向和深度的最重要驅(qū)動力”。