日本下水道發(fā)展污染控制策略及相關前沿水污染控制技術

1、日本下水道發(fā)展：污染控制策略及相關前沿水污染控制技術1 .日本下水道發(fā)展歷程日本的下水道發(fā)展主要分為三個階段。 初始階段的主要建設目標 是保持土地的清潔，因此只進行簡單的污水和雨水處理。日本第一個 下水道系統(tǒng)于1884年在神田地區(qū)建成，1900年日本制定了最早的下 水道法。隨后，日本于1922年設立了第一座污水處理廠：東京三河 島污水處理廠。隨著二戰(zhàn)后人口和經(jīng)濟的快速發(fā)展，用水需求急劇擴 大，下水道的建設需求也隨之增加。因此日本下水道發(fā)展進入第二階段的標志是1958年制定的新下水道法，其中將下水道的建設目的提升為“城市的健康發(fā)展”和“提 高公共衛(wèi)生水平”。由于在經(jīng)濟快速發(fā)展過程中出現(xiàn)了以“水俁

2、病” 為首的多種公害事件，政府將下水道法增加了 “保護公共水域水質(zhì)” 條目，并促使日本下水道發(fā)展進入到第三階段（1970年后）。1970年日本召開了第64屆臨時國會（即“公害國會”），一次性 通過了 14部環(huán)境法律，1970年后，下水道得到了極大的普及，日 本的整體環(huán)境得到了顯著改善。1970年的日本下水道的普及率由1961年的6%|升到了 16%此后一直穩(wěn)步提升，至今達到了 78.8%, 90年代起，日本污水處理人口普及率也一直穩(wěn)步提升。2005年開始， 隨著凈化梢與農(nóng)業(yè)集落排水處理設施等的出現(xiàn)， 使該普及率進一步得 到提升，至2018年末已達90.9%（圖1）。其中在100萬以上人口規(guī)模

3、的城市的普及率達到99.6%。使用下水道的人口占比99.2%,凈化梢 等占比0.3%?？梢钥闯觯鞘幸?guī)模越大，污水處理普及率越高，使用下水道人口占比越高。城市規(guī)模越小，使用凈化梢和農(nóng)村集合排水方式處理污水占比越高。同時，日本的環(huán)境標準達標率也持續(xù)穩(wěn)步提升，至今超過90%近年來隨著暴雨頻發(fā)、地震、溫室效應的不斷加劇，以及下水道設施老發(fā)、合流制溢流、及人手不足等問題， 是日本下水道的發(fā)展與 建設面臨的重要課題。1009。40國1日本污水處理率，下水道普及率以及環(huán)境標準達標率2 .現(xiàn)階段日本下水道系統(tǒng)管理情況的介紹為了改善生活用水、生活雜排水的處理情況，日本政府制定了關 于下水道和下水道相關設施的“

4、污水處理設施”的整備計劃：由農(nóng)林 水產(chǎn)省負責農(nóng)業(yè)集落排水設施、環(huán)境省負責合并處理凈化梢、國土交 通省負責公共下水道，分別進行相應的事業(yè)支援。同時，作為事業(yè)主 體的地方公共團體，考慮到各污水的處理設施特性、經(jīng)濟性等，制定“都道府縣規(guī)劃”，總結(jié)出適合地區(qū)建設的最佳處理方式。經(jīng)濟上基本考慮了耐用年數(shù)的建設費用，以及維持管理費總成本。同時，各都道府縣在規(guī)劃制定時也需要各市町村參與討論。 在明確分工的基礎上, 有計劃地確立和推進各種建設框架。 同時，根據(jù)下水道法，為達到水 質(zhì)環(huán)境標準，跨越兩個以上市町村水域時，都道府縣有必要制定跨流 域下水道綜合整備計劃。其中，在流域綜合下水道發(fā)展計劃綱要中， 為達到環(huán)

5、境標準水質(zhì)所必要的污水處理廠的出水水質(zhì)與水量，需要在下水道處理過程中，減少在流域內(nèi)發(fā)生的污染負荷，達到滿足環(huán)境標 準的要求。日本所有公共水域都需要遵守關于水質(zhì)環(huán)境標準中涉及居 民健康的部分，而出于生活環(huán)境保護目的的環(huán)境標準， 各公共用水域 （河川、湖沼、海域）根據(jù)相應的水域類型（自來水、工業(yè)用水、農(nóng)業(yè) 用水、水產(chǎn)、環(huán)境保護等用水利用目的）適用的相關標準進行污水處 理。圖2日本污水處理系統(tǒng)的框架和分工公其下*闔3,琵琶湖流域下水道案例介紹3.1 琵琶湖介紹及琵琶湖流域總規(guī)劃琵琶湖是滋賀縣、京都府、大阪府、兵庫縣1450萬人的水源地。 湖泊面積：約670.25km2,總蓄水量：約275億m3（其中

6、北湖：約273 億m3南湖：約2億m3 ,水深最大達到103.58m,平均水深約41米。 其中北湖43m南湖4m 1970年代，由于日本經(jīng)濟的快速發(fā)展，琵琶 湖的藻類增殖出現(xiàn)異常。1977年，琵琶湖發(fā)生了淡水赤潮；1983年 出現(xiàn)了藻類爆發(fā)事件。為了防止赤潮，抑制使用含有磷的洗滌劑，市 民發(fā)動了 “禁止使用含磷肥皂/洗滌劑”運動，敦促政府制定了防止 富營養(yǎng)化的有關條例并于1980年發(fā)布條例，滋賀縣內(nèi)不得出售含有 磷的洗滌劑，并在日本首次對工廠廢水排放中氮、磷的濃度進行限制。府縣水道供鋁人口 (2013)滋賀縣t 168,950京都府1.807. 760大阪府& 840.928兵庫縣2.

7、 756. 558合計14, 574 196as范琶湖漬城及服務人口分布下水道業(yè)務雖然是市政業(yè)務，但是為了有效地保護河流，湖泊和 海洋地區(qū)的水質(zhì)，必須在流域進行區(qū)域合作。因此，流域內(nèi)制定更高 級別的規(guī)劃，以達到河流，湖泊和海洋的水質(zhì)的相關環(huán)境標準。計劃 以20到30年為期，為達到并維持水質(zhì)環(huán)境標準，制定包括除污水處 理以外的措施，并將其反映在污水處理工程中，大約每 10年進行一 次檢查。實行流域總體管理規(guī)劃(水質(zhì)環(huán)境標準檢查)：將排放源分為生 活源，工業(yè)源，農(nóng)業(yè)源和自然源(森林等)，調(diào)查從現(xiàn)在到未來的人 口數(shù)量，農(nóng)場數(shù)量和牲畜數(shù)量，以及廢水和污染負荷的數(shù)量，計算(BOD COD T-N, T-

8、P)。為了達到水質(zhì)環(huán)境標準，使用上述數(shù)據(jù)預測公共水 域中的污染負荷，并確定達到河流和琵琶湖水質(zhì)環(huán)境標準所需的下游 污水的排放量和處理方法，以及需要減少的負荷目標計劃。3.2 滋賀縣下水道設施1969年底大津市公共下水管道開始服務，而縣域下水道始于1982年，目前的下水道普及率達98%,隨著湖南中部（1982）、東北 （1991）、湖西（ 1984）、高島（ 1997）四個污水處理廠的投入使用，滋賀縣下水道利用人口數(shù)量迅速增加，滋賀縣污水處理人口的覆蓋率 （包括集體和個人類型）于2000年前后超過了全國平均水平，于2018年底已達98.7%,在日本47個縣中排在第三位（全日本覆蓋率為 79.3%

9、）。針對農(nóng)村地區(qū)的20戶或1000人以下的217個區(qū)域?qū)嵭修r(nóng)村 排水集落處理方式；并逐步推廣合并凈化梢在單獨村戶污水處理中的 應用。3.3 滋賀縣水體水質(zhì)變化隨著下水道系統(tǒng)的普及，未處理污染物排放量的顯著減少，以及 污水處理廠的處理水平的提高，琵琶湖的水質(zhì)得到了改善。但從農(nóng)田 和牲畜等其他來源流入琵琶湖的污染物的流入量幾乎沒有變化， 因此 面源污染控制也是日本未來面臨的重要課題。 同時，隨著琵琶湖污染 負荷的削減，其入湖河流水質(zhì)也得到迅速改善COD 4社M啊八G流入H荷麟年M牝旌事帕，»庫rvr H某V罩煙>國4琵琶潮流域污染負荷年變化南卻流出網(wǎng)HH*田川北毒部域事事河川菰期潟

10、域西部河川05琵琶湖流域入湖河流污染捌變化4.日本下水道污染控制技術介紹4.1 合流制溢流污染控制圖6為合流式下水道改善工程的示意圖。儲存管分為上下兩層,上層主要儲存雨天合流制溢流污水，而下段為普通污水管，上段蓄留合流下水，再由水再生中心處理后放水。下段是污水管， 可以實現(xiàn)到水再生中心的自然流出。廠+慢羯永.tenafiwtn. wunmn荃 E的白鬻渣下.期以itZTWLHVM MT* nWW；£* -% T I«|- IfT.T： ' * 4«««« 1 'I 1r ，Mft*Ma 廣科， r 件普Fair J .

11、 J»- r.f n Jtitr Lt f.JTP。產(chǎn)苴 4 、臥二學H. 2圖后合淡式下水道改善工程示意圖高速混凝處理技術的目的是減少 SS/BOD勺污染負荷。其處理流 程如下：合流雨水依次進入加入無機混凝劑的凝集梢、加入細砂的注 入梢、加入高分子混凝劑的混合梢，再經(jīng)由沉淀梢，最后進行氯消毒 排出。以流入水的濁度為指標調(diào)節(jié)混凝劑的添加量。其中雨水貯留管在當發(fā)生2 mm/h及以上的降雨時進行攔截。此技術實際應用的污水 處理廠設計覆蓋人口 105300人，計劃面積1471公頃（內(nèi)合流式155 公頃），晴天最大處理能力 88,400m3/日，高速混凝沉淀處理能力 74,448m3/ 日四

12、7高速混讖瓦淀技術及其應用4.2 污水污泥的資源及能源回收利用近年來，日本污水污泥通過技術開發(fā)成為可再生能源。 污水污泥 中含有80%勺有機成分。有機成分可以通過下水道沼氣及污泥固型燃 料等，轉(zhuǎn)化為能源利用；也可以轉(zhuǎn)化為肥料或作為土壤改良材料，進 行綠色農(nóng)田建設。其余的無機成分則可以添加或制成水泥原料、磚、 骨材等。污泥的集中利用將有效提高其重新參與物質(zhì)循環(huán)的效率。截至2018年末，日本污水污泥的能源、農(nóng)業(yè)再利用率達35%其 中能源利用占24%包才§占16%勺沼氣和占8%勺污泥燃料、焚燒廢熱 利用等；農(nóng)業(yè)利用占10%未能作為生物質(zhì)利用的還有 65%而在日 本全國的污水處理廠產(chǎn)生的污泥

13、，總共擁有能發(fā)電約110萬戶的電力 的能源，政府將進一步采取利用措施，增加使用效率。自 2012年引 入上網(wǎng)電價（FIT）系統(tǒng)以來，沼氣發(fā)電的引入已迅速發(fā)展，現(xiàn)在已 在100多個地區(qū)引入。另一方面，污泥焚燒發(fā)電的示范也是一個新的 研究項目。比如1.和歌山縣和歌山市設置的階梯式焚燒爐（由京都 大學，日本下水道事業(yè)團，西原環(huán)境株式會社等聯(lián)合開發(fā)，處理能力 35噸/天，發(fā)電能力：100kWh/h）, 2.大阪池田工廠流化焚燒爐，處理能力25噸/天，發(fā)電能力25kWh/fi圖科污泥焚燒工程實例（左：和歌山市階年式焚燒爐3右：淺化床焚燒爐）4.3 再生水的利用2017年度，日本的再生水利用率僅為1.4

14、%左右，近年來一直持 平。一半以上用作環(huán)境用水，例如景觀用水和河道維護用水。其次作 為城市用水占20%雖然國外常見的農(nóng)業(yè)用水占比不到 10%但近年 來用于農(nóng)業(yè)灌溉的應用實例也在逐漸提高。 例如由京都大學，西原環(huán)境，東京設計公司設計的沖繩縣系滿市再生水工程通過超濾膜過濾與 紫外線消毒方式，將再生水用作農(nóng)業(yè)用水。而東京都芝浦工廠則通過 臭氧+陶瓷膜過濾手段將再生水用作城市用水。再生水工程（左:沖繩縣系滿市再生水工程；右東京者曉浦工廠再生水工程）日本幾乎所有磷都依賴進口，但其有效利用量約為10% （主要是 堆肥），同時日本約有10%的磷進口量流入下水道。因此，從污泥中 再生磷并供給農(nóng)業(yè)使用有很大的發(fā)展前景。 兵庫縣神戶市從消化的污 泥中以MAP勺形式回收，并用作大米和葡萄的肥料；岐阜縣岐阜市磷 回收工程通過堿抽提法從焚燒的灰渣中回收磷、并作為肥料出售。圖m 摩回收工程C左：神戶市售回收_1程,右：陵早艮琳回收_L