水看世界 |东京排水设施面临的挑战(连载中)

               

《净水技术》

中国科技核心期刊

编辑语

东京都政府排水局所拥有的下水道总长度是如此的长,以至于仅市区23个区内的下水道就长达1万6000公里,几乎相当于东京与悉尼之间的来回距离。东京有20座污水处理厂,每天处理多达556万吨污水,其中13座位于市区、7座位于多摩川流域。尽管如此,有着130年历史的下水道与污水处理厂已陈旧老化并需要不同程度的更新改造。与此同时,东京都政府还要不得不采取措施来控制与应对积水、合流制管道溢流与全球变暖问题。

因此,东京都政府已在各类设施维修上不断取得进展;同时,已计划开展为数众多的预防性养护、节能与提高运营质量方面的管理工作。这一切的目的是保护东京居民安全、支持他们能过上安全、舒适的生活并创建优质的水环境。

基于此,《净水技术》杂志社粗译了《支持我们生活与创造未来环境的东京排水系统》报告,以连载形式陆续推出,为国内水司同行提供借鉴。翻译不当之处,还望批评指正。

——阿三

支持我们生活与创造未来环境的东京排水系统

东京排水设施面临的挑战

——邵宏编译

东京排水设施面临着各种各样的问题,包括下水道与污水处理厂陈旧老化。另外,在防汛、抗震、管控合流制系统溢流以及在全球变暖中的能源利用效率等方面都存在问题。

4.1 污水处理厂更新改造

就应对下水道、污水处理厂与泵站陈旧老化方面的措施而言,目前必须维持稳定的污水搜集与处理;而面对未来,还需要采取强化防汛排水能力、增强抗震性、提高能源利用效率与减少温室气体排放等其它措施。

4.1.1  当前情况与存在问题

超过合法使用寿命的下水道总长预计为1800公里。除此之外,预计那些在经济高速增长时期建造的下水道不久也将达到它们的使用寿命。因此,预计在未来20年,陈旧老化下水道的总长度将达到8900公里。尽管如此,由于大都市的路面下往往埋设有各种各样的基础设施,因此开挖路面以替换陈旧老化的下水道是相当困难的;另外,有些下水道由于水位太高也无法更新改造。

4.1.2  解决方案

通过使用资产管理方法可高效率地翻新下水道,即将下水道的合法使用寿命延长30年。 为了摊平更新改造工作的年度支出,下水道支管通过3个阶段进行更新改造。首先对东京最老的4个区内的下水道进行优先重建。需要优先重建的是那些通过检测而确定的建于1955年之前的下水道总管。就更新改造的方法而言,东京经常采用非开挖式下水道翻新技术,这通常用于重建那些有着更高水位的下水道总管。在这种情况下,东京都政府需要在事先修建溢流或泄洪下水道以降低水位。

在陈旧老化的污水处理厂与泵站的重建过程中,人们也会计划强化防汛排水能力、增强抗震性、提高能源利用效率与减少温室气体排放等。在有计划的维修养护中,人们利用资产管理方法可将使用寿命延长到相当于合法使用寿命的两倍;随后,在经济使用寿命期间,东京都政府还将有效地对它们开展更新改造。

4.2  防汛

通过推进防汛排水措施确保城市功能正常,使东京居民生活安宁。

4.2.1  当前情况与存在问题

近年来,东京市区各区经常会出现超过50毫米/小时的强降雨,这已达到当地防汛排水的设计标准了。除此之外,伴随城市化进展,有些地区下水道排放暴雨径流的能力已显得过小了。

4.2.2  解决方案

根据东京雨量测定的基本政策,当地排水系统是根据50毫米/小时的特大暴雨而建造的,其目标是能在未来30年内胜任相关的防汛需要。为了确保东京居民的安全,我们采取了软措施与硬措施以应对超过50毫米的特大暴雨。就硬措施而言,如果发生雨量达75毫米/小时的特大暴雨,我们将在那些拥有大型地下综合商场的地区采取控制措施。就软措施而言,东京都政府目前有测雨雷达在运行,这种雷达能提供东京及其周边的雨情信息并实时显示。

4.3  应对地震灾害的措施

为了保护排水系统并确保应急救灾道路的交通功能,东京都政府形成了应对大地震与海啸的相关措施。

在万一发生“以东京为震中”的大地震情况下,人们预计所造成的破坏为下水道与窨井之间的接头断裂以及由于浅表地层中的沙土液化而造成窨井拱起。同时,还可能出现大面积停电以及污水处理厂、泵站的设施设备受损。

因此,首先要有针对性地将那些接受来自交运终点站与灾难管控中心污水的下水道与窨井之间的接头做成柔性连接。其次,防止连接避难所或交运终点站的应急救灾道路中间窨井拱起的技术正在进步。最后,在出现最强地震时必须有应对措施以维持最低程度的、必要的排水系统运转。这样,就需要确保应急发电设施能够运转以及燃料储存。

4.4  污泥处置

来自东京市区各污水处理厂的污泥是集中起来进行处理的。就那些没有污泥处理设施的污水处理厂所产生的污泥而言,先通过压力流管道送往拥有污泥处理设施的污水处理厂进行处理。随后,为了最大程度地减少污泥的体积,污泥将被焚烧并回收利用为制造水泥或混凝土制品的材料。

4.4.1  当前情况与存在问题

位于东京市区的有些污泥输送管道已使用了超过50年并相应地陈旧老化了。另外,有些地区的双线污泥输送管道也并不完整。假如污泥处理设施由于地震等灾害原因而停运或损坏,那么,其它污水处理厂的污泥处理功能也将受到严重影响。

4.4.2  解决方案

将各污水处理厂连接起来就能增强抵御地震等灾害时停运或损坏的可靠性。随后,将污泥处理控制中心维持良好状态并提高污泥处理效率将体现在为支持备份功能而做了准备。与此同时,东京都政府将继续推进重建那些陈旧老化的污泥输送管道。

4.5  改进合流制排水系统(合流制下水道系统)

东京市区80%的地区采用合流制排水系统(合流制下水道系统)。由于合流制排水系统(合流制下水道系统)在雨天无法处理所有的污水,因此,这一排水系统被设计成能排放部分来自泵站与下水道溢流设施的污水。为了创建优质的水环境,必须减少通过合流制排水系统(合流制下水道系统)排入河道与海洋的污染负荷。

4.5.1  当前情况与存在问题

从2024年开始,雨天出水水质标准将被大大收紧。必须采取控制措施将14条滞水河道改造为感潮河道。尽管建造贮存来自合流制系统初期雨水溢流的调蓄池是必要的,但是在相关河道沿岸如何确保调蓄设施选址却是困难的。

4.5.2  解决方案

东京都政府应当赶紧在14条滞水河道沿岸建造合流制系统溢流调蓄池。另外,东京都政府还计划为2020年东京奥运会与残奥会建造总容量为150万立方米的合流制系统溢流调蓄池。东京都政府计划通过这些措施将溢流减少到与未来采用分流制排水系统(分流制下水道系统)同样的程度。

4.6  深度处理

东京13座污水处理厂每天大约处理462万立方米污水并通过河道排入东京湾。为了给东京湾创建更好的水环境,必须进一步提高出水水质,同时还要在实现这一目标时节约能源。

4.6.1  当前情况与存在问题

每年东京湾发生赤潮的时间大约为80天。为了减少赤潮发生率,必须进一步减少出水中的氨氮浓度。尽管如此,还是需要大量的时间与很高的成本安装深度处理系统(诸如厌氧/缺氧/好氧处理法、A2O处理法)。此外,维持深度处理系统运转所需电耗是常规处理系统的三倍。

4.6.2  解决方案

东京都政府将安装半深度处理系统以提高出水水质。经过半深度处理系统处理过的水质只比使用A2O处理法稍差一些,但这一系统可以通过对现有构筑物予以一定的更改而在短时间内予以实施,而且它的初期引进成本与电耗低于A2O处理法。另外,与A2O处理法相比,具有相似出水水质且电耗更低的新型先进处理系统应当予以开发并引进到可应用的设施上。 这一系统包括脱氮除磷与去除有机物两项功能,安装有反应池、硝酸与氨传感器以及算法单元。

4.7  合适的养护

适当地维持下水道与污水处理厂功能以及节约养护成本是很重要的。

4.7.1  当前情况与存在问题

将现有的连接住宅与市政下水道的老旧刚性支管更换成柔性PVC(聚氯乙烯)管是十分必要的,因为70%的下水道沉陷案例是由前者引起的。由于将更换多达114万根老旧支管,因此需要花费很长时间才能完成。

检测污水处理厂内初沉池与沟渠流槽混凝土腐蚀情况也是十分重要的。由于东日本大地震造成核电站事故,电网供电量中来自热电厂的占比增加而造成电费增加,因此节省电力开支也是十分必要的。

4.7.2  解决方案

应当采取预防性养护措施,例如优先考虑在那些已出现很多路面沉降的地区更换现有管道。另外,在达到经济使用寿命之前开展常态化巡视与系统性维修是十分重要的。同时,还要通过引进节能设备与操作方法减少电力与燃料消耗。

4.8  提升节能与应对全球变暖的措施

目前,污水处理与污泥处理处置年用电量为9.8亿度电,大约相当于东京年用电量860亿度的1%。东京都政府应当为减少正日益成为世界性问题的温室气体排放做出贡献,同时要减少能源总消耗量。

4.8.1  当前情况与存在问题

在改进、提高排水系统服务的同时,预计能源消耗也将增加。除了扩大可再生能源的使用范围之外,在每一道处理流程改进节能措施以及提高整个系统设施的能源管理水平也是十分必要的。

4.8.2  解决方案

东京都政府已着手开展其第一项全球变暖防止计划“地球计划2010”与基础能源计划“聪明计划2014”,这些计划正在被稳定实施。

目前,诸如太阳能与利用污泥焚烧炉自身热能发电等可再生能源正在被进一步利用。已引进了节能型污泥浓缩与脱水装置(即仅需少量电力就能产生超低含水量污泥的脱水装置),同时还设计了进一步的节能型设备。东京都政府将引进新开发的依靠自身就能独立供能的污泥焚烧炉(即该焚烧炉仅依靠自身的热能发电就可以满足运行用电而不需要添加任何辅助燃料)以在污泥处理流程中节约能源。

4.9  排水服务运营

东京都排水设施由东京都政府(具体为东京都下水道局)、东京都下水道服务公司与几家私人公司共同运作,即可以利用各自特色并提高效率。

未完待续,下一篇:国际发展与东京都政府的贡献

本篇翻译编辑:邵宏

编辑结语:长期以来,通过阅读量和转载量,《净水技术》一直在默默观察并尝试了解我们的读者的阅读兴趣点。其中,对于国外情报高价值情报资料的阅读热情在各类型的报道内容中居高不下。为此,作为“情报中心”的定位,《净水技术》花费大量精力、时间,搜集国内外的科技情报动态,并予以翻译和校对,力求坚持一本行业科技期刊的本位,用媒体的方式,为广大同行服务。

净水技术

《净水技术》杂志是面向广大市政给排水、工业水处理、建筑给排水和水环境治理等行业,以宏观综述、理论研究、应用经验、工程案例和工程信息为主要报道内容的核心期刊。