提质增效参考:以水环境改善为目标的日本下水道体系建设
时间:2020-06-11
来源:中国水网
作者:黑住光浩 左健
同样作为人口密集的东亚国家,日本在水环境治理方面的经验一直为我们关注。日本的下水道体系从上世纪70年代起,以流域水环境改善为目标进行建设和发展,形成了现今的流域下水道设施和管理体系。本文是有关日本下水道体系建设的制度篇,由日本东京都下水道局前副局长黑住光浩博士及湖南大学公共管理学院教授左健博士共同撰写,从法律法规、流域下水道整治计划和实施、总量控制几个方面对日本的流域下水道体系进行了介绍。技术篇及热点问题对比研究要点等内容将在2020(第十八届)水业战略论坛上发表。
1. 完善法律法规,发展流域下水道,保护公共水域水质
1958年,日本修订《下水道法》,以“改善城市环境,促进城市健全发展和改善公共卫生”为目标,将城市内涝防治和环境改善定位为下水道系统(含污水处理厂、泵站等)的重要机能。该法案是以日本当时的下水道系统暨合流制,为前提而制定的。
1970年,随着河流污染在1955年后的迅速扩大,《下水道法》再次修订,将“保护公共水域水质”追加为下水道的目标。随着下水道系统保护水质地位的日益提高,流域下水道体制相关法律法规的建立健全,流域下水道整治在1970年以后得以迅速发展,推进了河流水质的不断改善。1978年,随着河流水质的不断改善,因水质污染中断的隅田川花火大会得以重开。
期间,水污染防治相关的法律法规也在不断建立健全,从根本上改善下水道系统。
1958年,《公共水体水质保护法(水质保护法)》和《工厂废水管理法(工厂废水法)》颁布,虽然关于排水标准和违法行为的规定不够充分。但《水质保护法》将污染河流作为城市河流污染防治计划的对象,要求建设污水处理厂获得良好处理水的规定,对日本下水道体系的发展是一个里程碑,标志着下水道系统不只是服务于城市卫生环境,还必须服务于河流水质保护。
1967年,《公害对策基本法》颁布,确定了 水质环境标准。1970年,《水污染防治法》通过,设定了废水排放标准,明确了下水道系统的特别设施地位,下水道系统的责任进一步增大。此外,随着1978年污染物排放总量控制制度的实施,下水道系统在水质保护中的作用更加重要。
1984年,《湖泊水质保护特别措施法》颁布,将下水道系统定位为水质保护的重要措施。
1985年,针对公共水域的水质保护,《环境基本法》第16条规定了设定和达成水质环境标准的义务。
基于以上法律法规的要求,日本各地域在制订下水道计划时,若与已明确水质环境标准的水体相关联,则必须制订以达成该水域水质环境标准为目标的“流域下水道整治综合计划”(以下简称“流域综合计划”)。截至2017年末,需要制定“流域下水道综合整治计划”的150个地域中,已有105个地域完成计划制订,并以此为依据推进流域水质改善工作。
图1 日本下水道系统的法规体系
2. 各流域下水道综合整治计划(以东京为例)
需要制定“流域综合计划”的各地域,根据所处流域所要求的水质标准分别制定流域下水道综合整治计划。1970年,东京都政府根据多摩河和荒川(河)的水质环境标准,制定了流域下水道整治综合计划。相比较《水污染防治法》规定的统一的水排放标准,东京都政府制定并执行了更为严格的地方排放标准。相对于国家排放标准的BOD≤160mg/L、总氮≤120mg/L和总磷≤16mg/L,东京都辖区内的8个排河污水处理厂执行BOD≤25mg/L、总氮≤20或30mg/L、总磷≤2或3mg/L的地方排放限值,其中具有深度处理工艺的两个污水厂执行更严格的总氮和总磷排放标准(注:日本的河流水质环境标准考察BOD,海域水质环境标准考察COD,相应地,排河污水处理厂执行BOD排放标准,排海污水处理厂执行COD排放标准)。针对合流制下水道,采取了多种措施降低污染物的水体流入量,将雨天越流水导致的水体污染物排放量控制到与分流制下水道同等程度。此外,因下水道系统的处理能力有限,针对一定规模以上的工厂下水道排水,制定了排放标准。
3. 流域下水道整治
1) 流域下水道系统的构成和作用
流域下水道系统是收集和处理流域内两个或多个公共下水道污水的下水道系统。其中的流域下水道是系统中的核心设施(干线管道、泵站、污水处理厂等),其建设和维护由日本的都道府县实施。将家庭污水和雨水连接到流域下水道的公共下水道由当地的市町村进行建设和维护(注:日本的行政划分依次为都道府县市町村)。
1965年,大阪府的寝屋川流域作为日本第一个流域下水道系统开始整治。1970年,《下水道法》修订,将流域下水道整治制度化。流域下水道系统,因为不按照行政区域划分,可以根据地形条件确定污水处理厂的选址,具有降低建设和维护费用的优势。
图2 日本流域下水道系统概念图
2) 流域下水道系统的优势
流域下水道系统具有的优势包括:1)根据河流流域的自然条件和产业布局等,可在更广泛的地域范围内规划,不受行政区域划分的限制,使流域内的水质保护一体化;2)通过处理设施的集约化,获得规模效益降低建设和维护费用;3)由都道府县政府负责流域下水道系统的核心设施,有助于市镇村政府解决因技术力量不足难以独立整治的难题。
3) 流域下水道系统的运营组织(以东京为例)
为促进东京都流域下水道系统的整治,其对应的管理级别不断提高。1971年,东京都成立了局级的流域下水道本部,在对干线管道、泵站和处理厂进行一体化管理的同时,与管理公共下水道的市镇村政府协同,对区域内下水道系统进行高效管理。以下介绍东京都政府和流域内市镇村的合作事例。
① 广域化
单独公共下水道并入流域下水道—东京都多摩地区的30市镇村的下水道,并不包括河口市、大川市和三重市的部分处理区,是作为“单个公共下水道”进行管理的。由于这些处理区的污水处理厂占地面积比较狭窄,难以增加深度处理工艺和设施更新来满足流域下水道整治计划所要求的处理水排放要求。并且,由于这些污水厂的规模较小,和流域下水道系统的污水处理厂相比不具备规模优势,处理成本较高。因此,需要不断推动这些单独处理区并入流域下水道,以改善水环境和降低成本。
图3 东京都多摩地区的公共下水道接入流域下水道
管道连通污水处理厂— 日本是地震多发国,1995年兵库县南部地震时导致污水处理厂受损而无法运行,下水道很长时间处于无法使用的状态。因此,东京都流域下水道系统为了确保地震灾害时污水处理厂的备用,将多摩川两岸的六所污水处理厂分别用管道进行了连通。
图4 东京都的污水厂通过管道连通互为备用
② 加强东京都和市镇村的合作
下水道信息交流会—多摩地区的下水道,是由各市町村的公共下水道、东京都流域下水道的干线管渠、以及污水处理厂共同组成一个系统来发挥机能的。为了加强合作,多摩地区的30个市镇村从2012年以来定期召开下水道信息交流会。
下水道台账的统合—通过利用GIS公共下水道台账系统(Sewerage Mapping and Information系统)将流域下水道和公共下水道一体化。下水道台账系统一般由各市政当局独立建立和维护,各地系统通常不同。但为了确保流域下水道的处理水质,需要在恶劣排水流入时迅速反应,由此,必须了解各市政当局所管理的公共下水道情况。因此,按照流域下水道总部的台账系统,统合了各地的台账系统。
4. 公共水域水质保护和总量控制
1970年,修订的下水道法赋予下水道“公共水域水质保护”的新目标。1973年,《濑户内海环境保护特别措施法》颁布,开始实质性的水质保护。因为仅根据排水标准(浓度标准),难以达到水体的COD环境标准,1979年,《水污染防止法》修订,以人口和产业集中的广域封闭性海域为对象,对流入污染物(COD)实行总量控制制度,该制度每五年为一个执行周期(即:每五年修订一次)。1980年,东京湾和伊势湾开始执行污染物总量控制制度。
1982年,针对琵琶湖等特定湖沼,为了改善富营养化导致的水污染,设定了氮、磷的水质环境标准,对工厂和事业单位设定了废水排放标准。1993年,针对海域也设定了氮、磷的水质环境标准。相应地,东京湾和大阪湾的污染物总量控制指标在1995年,也从COD(第1-4个五年)增加到包括氮和磷(第5个五年开始)。
目前,在东京湾、伊势湾和濑户内海,新建污水处理厂和已建污水处理厂分别从2017年和2019年开始执行第8次污染物总量控制规定。同时,为了保护海洋的丰产,会根据季节来设定氮、磷的去除率目标,比如在海苔生长的冬天,可以降低营养盐类的去除率,以保证海湾里养殖海苔的正常生长。
以东京都芝浦污水处理厂为例,处理水一天可排放COD16,600公斤、氮20,750公斤和磷2,075公斤。在实际的运行管理中,是通过控制排放浓度C值(和总量控制要求相关的浓度系数,由政府根据不同的业种确定)来进行管理的,例如,芝浦污水处理厂的COD、氮和磷的C值排放浓度分别是20、25、2.5mg/L,比排放标准的限值更为严格。
值得注意的是,东京都针对不同工艺的污水处理厂、甚至是同一个污水处理厂的不同工艺的处理线,根据工艺的特性,确定了不同的C值。这种严格总量控制下的变通可充分发挥已有设施的工艺性能,避免一刀切的升级改造,节约改造费用和运行耗费。
图5 东京都各污水处理厂的污染物排放总量控制要求
图6 东京都各污水处理厂的污染物排放总量控制要求(续)
引用文献:
《2018年度 日本下水道》 日本下水道协会2019年
《下水道色是计划、设计指南和解说 2019年版》 日本下水道协会 2019年
《东京都流域下水道50年》 东京都下水道局 2019年
作者简介
黑住光浩原东京都下水道局副局长、日本下水道协会常务理事,现日本生命保险公司顾问。在东京都下水道局任职37年,历任技术开发参事、建设部长、设施管理部长,计划调整部长和东京都全流域下水道本部长,在城市基础设施(市街建设、下水道设施、河道治理)的规划、建设和运营上积累了丰富的实践经验。下水道协会是日本下水道体系的国家代表机构,是日本下水道业务领域的核心组织,任职期间领导了应对老朽化设施的规划和设计指南修订、老朽化设施的调查、维修和改造指南的编制、以及可大幅消减管道更新费用的再生工法指南的编制。
左健日本九州大学城市环境系统工学博士,天津市“千人计划”创业人才,湖南大学公共管理学院教授。曾任职日本北九州市立大学研究员、国际环境咨询公司ERM高级科学家、天津裕川集团副总经理、杭州锦江集团技术研究院院长兼生态事业部副总经理及技术总监。主要研究领域为城市环境系统优化、环境系统建模及数据分析、环境经济和生命周期评价及环境政策对标。致力于环境政策决策优化,环保新技术评估筛选、引进及产业化应用。发表论文40多篇,发明专利7项(第一发明人),承担《环境系统学》、《环境经济学》等课程教学。