葉偉武 仝武剛

（杭州銀江環(huán)?？萍加邢薰?浙江杭州 310000）

引言

碳排放與經(jīng)濟發(fā)展密切相關(guān)，經(jīng)濟發(fā)展需要消耗能源?！疤歼_峰”就是我們國家承諾在2030 年前，二氧化碳的排放不再增長，達到峰值之后再慢慢減下去。我國政府也提出要繼續(xù)打好污染防治攻堅戰(zhàn)，實現(xiàn)減污降碳協(xié)同效應。實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”要堅持系統(tǒng)觀念[1]，如何在建設(shè)生態(tài)文明的同時，又能在國家碳達峰、碳中和行動中發(fā)揮協(xié)同作用，實現(xiàn)一石雙鳥的目的，是政府關(guān)注的重點。因此需要建設(shè)低碳城市，遵循低碳經(jīng)濟理念，以低能源消耗、低污染、低廢物排放作為城市發(fā)展的前提，是繼農(nóng)業(yè)文明與工業(yè)文明之后的全新的發(fā)展理念。低碳經(jīng)濟需要對碳排放量進一步減少從而能夠?qū)崿F(xiàn)城市和國家的可持續(xù)發(fā)展。低碳經(jīng)濟不但能夠提高資源的利用效率，也可以讓城市能源結(jié)構(gòu)從高碳化向低碳化進行轉(zhuǎn)型，利用最少的環(huán)境代價以及資源的消耗來實現(xiàn)最大的經(jīng)濟效益，最終將成為實現(xiàn)我國可持續(xù)發(fā)展的重要推力[2]。本文提出一種綠色低碳排水系統(tǒng)，在建設(shè)生態(tài)文明同時又助力碳達峰行動，主要是從城市系統(tǒng)角度分析，降低政府整體投資，獲取雙重收益。

中國城鎮(zhèn)化發(fā)展四十多年，走過了發(fā)達國家上百年才走過的城鎮(zhèn)化進程。以人的城鎮(zhèn)化為核心，以綜合承載能力為支撐，提升城市可持續(xù)發(fā)展水平。城市發(fā)展出現(xiàn)的規(guī)劃沒有實現(xiàn)多歸合一、建設(shè)質(zhì)量不高、維護管理經(jīng)費不足等一系列問題，城市地下管線系統(tǒng)錯綜復雜，排水系統(tǒng)不完善，污水直排河道，成為河道水體黑臭重要來源。

1 傳統(tǒng)城市污水排水系統(tǒng)的瓶頸

1.1 排水系統(tǒng)合流制與分流制體系混亂影響排水系統(tǒng)效率

排水體制一般分為合流制和分流制兩種。前者為污（廢）水和雨水合一的系統(tǒng)；后者為分流系統(tǒng)。在分流系統(tǒng)中還可以有污水和潔凈廢水的獨立系統(tǒng)，以便于處理或回用。合流制系統(tǒng)施工方便、總投資低，但排水系統(tǒng)管理不方便。分流制系統(tǒng)維護方便，有利于污水處理。合流制最大優(yōu)點是只有一個排水系統(tǒng)，投資小，地下管位空間需求小。如果考慮河道水質(zhì)問題，合流制排水系統(tǒng)不存在雨污混接、管理簡單等優(yōu)點，沒有初期雨水污染問題。然而，合流制的弊端就是降雨強度大時，未經(jīng)處理的雨污混合水，有可能通過溢流口溢流到河道、湖泊等受納水體，從而污染水環(huán)境。

另一種分流系統(tǒng)是將污（廢）水和雨水分開的系統(tǒng)，污水經(jīng)過污水管網(wǎng)收集后進入集中污水處理廠，雨水徑流經(jīng)過雨水管網(wǎng)收集就近排放受納水體。因此分流制最大優(yōu)點就是旱季河道水質(zhì)比較干凈，但是下雨時，尤其是初期雨水，經(jīng)過雨水的浸泡沖洗，地面的、管道里面的污染物都會進入雨水系統(tǒng)，再進入受納水體，直接污染水環(huán)境，這就是城市降雨徑流污染問題。

不管是合流制還是分流制，需要根據(jù)城市實際情況進行合理分析，不能搞一刀切，因為任何排水體制都有優(yōu)點和缺點，排水系統(tǒng)必須符合綠色低碳特征才真正有意義。

1.2 傳統(tǒng)城市排水系統(tǒng)維護管養(yǎng)困難

城市排水管網(wǎng)是地下工程，日常維護只能依靠檢查井，而污水管網(wǎng)本身施工質(zhì)量不高，經(jīng)過城市的迅速發(fā)展，管網(wǎng)老化很快，各種問題凸顯。污水管路堵塞、管道變形位移甚至破裂事故屢屢多見[3]，致使污水未及時排放，不僅影響生態(tài)環(huán)境，情況嚴重下直接擾亂居民正常生活。而我國很多城市已經(jīng)進入中年或者老年期，需要進行有機更新，舊城改造，未來社區(qū)建設(shè)都是城市更新的一部分，而城市更新難點就在地下管網(wǎng)。

由于地下管網(wǎng)不僅有排水公司的污水管道，還有自來水公司的供水管道，既有三大通訊公司的通訊光纜，又有燃氣公司的燃氣管線，各自維護各自的管線，污水管線難免被破壞。很多城市污水排水系統(tǒng)受制于經(jīng)濟條件、發(fā)展意識認識等影響因素，并未有效且合理應用管道分流，亂排放問題普遍存在，嚴重影響生態(tài)環(huán)境，國家大力推進河長制，也是希望從政府系統(tǒng)頂層設(shè)計推動整個水環(huán)境質(zhì)量的提高，另外，管網(wǎng)運維費用比較低，必要的檢修、維護以及保養(yǎng)不到位，也需要政府加大對排水系統(tǒng)管網(wǎng)的投資力度。

1.3 排水管道施工開挖難度大

通常情況下，污水管網(wǎng)施工作業(yè)于地下開展，位于燃氣管、給水管、通訊管下方，施工作業(yè)較為復雜、難展，施工作業(yè)較為復雜、難度較大且具有高危風險性，且經(jīng)常與其他專業(yè)管路交叉，因此對污水管道施工人員的專業(yè)技術(shù)水平提高更高要求。地質(zhì)狀況及土體承載情況是施工順利、高效實施的核心影響因素。如果土質(zhì)差或其它原因，無法進行開挖施工，可以變更為非開挖式管道施工的方案，比如頂進法施工（頂管），管道水平牽引法（牽引管）。具體的要看管道的類型，管徑的大小和所處地段情況來確定施工方案。頂管一般用于市政工程的污水管，大口徑雨水管，土質(zhì)差深度較深的管道。雖然非開挖修復技術(shù)日趨成熟，但由于排水管網(wǎng)原先基礎(chǔ)不牢靠，經(jīng)常會出現(xiàn)第一年管網(wǎng)檢測，修復A 點，第二年原先沒有問題的B 點也發(fā)生滲濾，繼續(xù)蛙人下管道封堵、修復。需要經(jīng)常對一個破舊不堪的管道進行修補，實際修復成本也很高。

1.4 排水系統(tǒng)遇到水環(huán)境與水安全雙重壓力

國家提出污水處理提質(zhì)增效三年行動，倒逼城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)需要適應更高的城市管理水平要求。在雨季面對水環(huán)境和水安全雙重壓力下，如何提升城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)的可靠性、彈性與可持續(xù)性，對保障城鎮(zhèn)水系統(tǒng)安全日益重要。城市排水系統(tǒng)具有動態(tài)性、多目標性和不確定性特征，從面向流域治理的角度，在進一步削減合流制溢流污染、最大程度發(fā)揮排水系統(tǒng)“源頭-過程-末端”能力等多目標協(xié)同下，系統(tǒng)的運行控制日益復雜且控制難度日益增大。下雨前需要排澇水，而帶有污水的雨水不能直接排，與城市內(nèi)澇安全沖突。最后就成了河道水質(zhì)靠天說了算，下雨河道黑臭，旱季河道水質(zhì)良好。

1.5 排水系統(tǒng)需要廠、網(wǎng)、河一體化統(tǒng)籌考慮

隨著城市化的發(fā)展與水環(huán)境質(zhì)量要求的提高，污水處理廠需要不僅是擴容的問題，而且還要提高排放標準，而很多污水處理廠規(guī)劃用地已無法滿足新排放標準要求，打造低碳城市，需要建立系統(tǒng)思維，城市污水處理廠是城市發(fā)展的配套基礎(chǔ)設(shè)施，污水處理不能僅僅著眼于點，廠、網(wǎng)、河一體化治理是系統(tǒng)治理思維，在這幾年也得到廣泛認可。竇娜莎等對構(gòu)建廠、網(wǎng)、河一體化運維模式的權(quán)責劃分、考核機制、推進方案等方面進行了分析和探討[4]。

全國推行河長制后，污水處理廠的擴容與提質(zhì)增效速度加快。同時傳統(tǒng)城市排水規(guī)劃遇到城市生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展瓶頸，污水處理廠十幾年前絕對是城市的一道傷疤，各種污水處理廠超標排放、污水處理廠是城市最大的污染源、污水處理廠臭氣熏天等各種負面新聞報道，讓人們敬而遠之。

2 新技術(shù)、新需求促進綠色排水系統(tǒng)的形成

污水處理廠原先因為噪音、臭氣、形象問題被群眾詬病，而污水處理廠的噪音主要來自風機、水泵、空壓機等動力設(shè)備。

風機的技術(shù)不斷進行提高。過去污水處理廠普遍采用羅茨風機、離心風機，其中羅茨風機為容積式風機，為回轉(zhuǎn)壓縮機，屬于恒流量風機。主機內(nèi)有一對葉型轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，羅茨風機靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合，轉(zhuǎn)子在氣缸內(nèi)作相對運動壓縮、輸送氣體，將氣體輸送到排氣管道中，再送風到終端設(shè)備，壓縮空氣過程形成摩擦，進而形成較大的噪音。離心風機屬于恒壓風機，當電機轉(zhuǎn)動帶動風機葉輪旋轉(zhuǎn)時，葉輪中葉片之間的氣體也跟著旋轉(zhuǎn)，并在離心力的作用下甩出這些氣體，氣體流速增大，使氣體在流動中把動能轉(zhuǎn)換為靜壓能，然后隨著流體的增壓，使靜壓能又轉(zhuǎn)換為速度能，通過排氣口排出氣體，而在葉輪中間形成了一定的負壓，由于入口呈負壓，使外界氣體在大氣壓的作用下立即補入，在葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)作用下不斷排出和補入氣體，從而達到連續(xù)鼓風的目的。同等功率下，風壓和風量一般呈反比。同等功率下，風壓高，風量就會相對低，而風量大，風壓就會低些，這樣才能充分利用電機的有功效率。同樣產(chǎn)生的噪聲有空氣動力噪聲、機械噪聲和電磁噪聲。

目前新的污水處理廠已普遍采用磁懸浮鼓風機與空氣懸浮鼓風機，它們都屬于單級離心式鼓風機，核心科技都采用非接觸式軸承、高速永磁電機、變頻調(diào)速調(diào)節(jié)，都可以實現(xiàn)無油潤滑系統(tǒng)，具有節(jié)能高效、低噪音、無油污染等特點。但是兩者又有明顯的不同之處，他們的非接觸軸承類型不同。磁懸浮鼓風機采用的是磁懸浮軸承，通過電磁力實現(xiàn)轉(zhuǎn)子懸??；空氣懸浮鼓風機則是采用空氣懸浮軸承，原理是空氣在鼓風機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)下，會在轉(zhuǎn)子與箔片軸承表面產(chǎn)生動壓效應，形成高壓氣膜將轉(zhuǎn)子托浮起來。但是空氣懸浮鼓風機對環(huán)境的要求比較高，需要現(xiàn)場無塵無污染，需要做好空氣的過濾工作，防止故障的發(fā)生。

污水處理廠的水泵也在技術(shù)優(yōu)化。技術(shù)改進有泵的模具、葉片和重要零件開始用數(shù)控機床加工，從而可以提高泵的制造質(zhì)量；泵水力設(shè)計與繪型軟件逐漸代替人工計算和繪圖；泵內(nèi)流場計算近年計算流體動力學CFD 為流體機械流場計算提供了新的思路；以優(yōu)秀模型統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)的速度系數(shù)優(yōu)化法；以水力損失最小為目標的損失極值優(yōu)化法；以某一指標為目標函數(shù)的準則篩選優(yōu)化法。

污水處理廠會用到空壓機，而空壓機過去多用活塞式空壓機，儲存空氣較慢，效率較低，噪音大，維護成本高，壓縮氣體油分較多，連帶工業(yè)生產(chǎn)線效率較慢；而螺桿空壓機采用成套配置螺桿式空氣壓縮機只需單一的電源連接及壓縮空氣連接，內(nèi)置冷卻系統(tǒng)，令安裝工作大大簡化，因此螺桿式空壓機有較大的替代空間。現(xiàn)在新建污水處理廠基本都用螺桿空壓機。

為了解決傳統(tǒng)排水系統(tǒng)的問題，各種相關(guān)技術(shù)應運而發(fā)展，圍繞排水管網(wǎng)檢測、養(yǎng)護、修復、信息平臺等，研發(fā)各種不開挖管道修復技術(shù)、搭建智慧管網(wǎng)模型，指導排水系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化方案，形成一張地圖、一個平臺，對于各類涉水進行實時控制，利用算法進行預警提醒，準確快速預測流量和溢流點位。污水管網(wǎng)與雨水管網(wǎng)系統(tǒng)利用各類管網(wǎng)模型進行優(yōu)化后，有利于城市排水系統(tǒng)穩(wěn)定運行，促進地下管網(wǎng)的安全。

排水管網(wǎng)最終是將污水輸送到污水處理廠處理，而十幾年前，污水處理是一個臭氣熏天、噪聲嚴重的一個工廠，經(jīng)過十幾年的技術(shù)迭代發(fā)展，在污水處理穩(wěn)定達標、污水廠除臭技術(shù)已非常成熟，生物除臭技術(shù)不僅應用于地上污水處理的臭氣收集處理，而且在地下污水處理廠的臭氣收集處理應用也比較廣泛。污水處理廠噪聲最大的羅茨鼓風機已被磁懸浮風機、空氣懸浮風機逐步替代。同時城市的土地價值越來越高的同時，城市污水處理廠占地常常有幾十畝，也促使污水處理廠與城市綜合體打造逐步結(jié)合。污水處理廠也慢慢從遠離人們視線的荒郊野外，以一種新的面貌展現(xiàn)在人們面前。

大集中式地下污水處理廠與景觀結(jié)合項目全國各地如雨后春筍、遍地開花。地下污水處理廠與地面商業(yè)、農(nóng)業(yè)、體育休閑、人工濕地等功能結(jié)合，可以實現(xiàn)生態(tài)價值轉(zhuǎn)化，比如溫州市中心片污水處理廠屋頂?shù)谋┻\動中心開業(yè)后，年營業(yè)額已可回補污水運行的費用。

雖然很多污水處理廠有了美麗的外衣，但城市內(nèi)河缺少生態(tài)補水的問題依然存在。隨著群眾對生活環(huán)境要求的提高，河長制的不斷深化推進，內(nèi)河缺水問題凸顯，建立中水管網(wǎng)系統(tǒng)成為城市河道補水的重要工程。傳統(tǒng)方法是在集中污水處理廠出水端建立再生水廠并通過補水管道進行河道補水，但由于大部分集中污水處理廠位于城市中心下游20 公里的距離，遠距離輸送能耗高，而且回用管道鋪設(shè)成本高，在推行過程中難度很大。

因此在輸送污水管道沿線，可以設(shè)置多個分散凈化站，減少污水輸送成本，同時分散凈化站處理出水達到地表水標準，可以作為內(nèi)河補充水，減少傳統(tǒng)排水系統(tǒng)大循環(huán)的資源浪費。

結(jié)語

（1）建設(shè)低碳城市，遵循低碳經(jīng)濟理念，繼續(xù)打好污染防治攻堅戰(zhàn)，實現(xiàn)減污降碳協(xié)同效應，需要大力推進城市綠色排水系統(tǒng)。

（2）排水系統(tǒng)需要廠、網(wǎng)、河一體化統(tǒng)籌考慮，綠色排水系統(tǒng)較傳統(tǒng)排水系統(tǒng)節(jié)約50%投資，能耗節(jié)省約30-50%。

（3）分散污水處理是城市集中污水處理廠的有益補充，減少排水系統(tǒng)管網(wǎng)的擴容壓力以及泵站的擴容壓力，可以加快城市綠色排水系統(tǒng)的形成。