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2020-04-21

日本污水处理怎么做?看这一篇就够了!

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森崎水回收中心是日本最大的污水处理厂,年处理量约为56,200万吨,日处理量约为154万吨。它是东京最主要的污水厂之一,负担着东京约三分之一人口的废水。

 

    今天,我就以日本最大的污水处理厂——森崎水回收中心为例,详细介绍日本治理污水的模式。


01东京污水厂概况


东京是全世界人口密度最大的城市(面积是北京的1/8,人口密度则是北京的5倍),本身的污水量就很大。于是,为了更有效的处理废水,日本将东京23区划分为5个区域,分别建立了污水处理厂。(这个做法就类似于南京有城南、城北污水处理厂、城东污水处理厂、江心洲污水处理厂等等。)


   处理区域分布和处理量(主要有五座污水厂)


下图为东京五座污水厂处理区域分布图。



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东京污水处理厂处理分区



五座污水处理厂分别为:森崎水回收中心,芝浦水回收中心,川町水回收中心,落合水回收中心和有明水回收中心。 

其中,森崎水回收中心是日本最大的污水处理厂,占地约41.5万平方米,平均每天处理污水量为154万立方米。厂区的东西方设有两个污水处理设施。处理区域包括大田区,品川区,目黑区,世田谷区,涩谷区和杉并区。 

处理后的水直接排入东京湾或者在过滤后用于回收中心的洗涤、厕所用水或制冷机。产生的污泥通过压力管道泵送至南部污泥厂(从芝浦水回收中心运来的污泥也在这里处置)。


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森崎水回收中心全貌


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森崎水回收中心导览图


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森崎水回收中心设施平面图



   设施参数


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森崎水回收中心设施表



   进、出水参数


     从森崎水回收中心排出的最终废水符合《东京都环境安全条例》的水质标准,并且足够清洁,可供鱼类生活。


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进水和出水的平均质量(2016年度24小时试验平均值)



 02

 东京水处理历史

 

 始于水俣病事件


     东京的污水处理系统始建于1884年(神田区下水道系统建成),是日本的第一个现代排污系统项目。 

 

在此之前,日本由于常年的工业废水排放,海湾被严重污染。(“水俣病事件”受污染的海湾产生的汞含量已足够毒死日本全国人口两次都有余。) 

 

森崎污水厂建立


    1913年,“东京污水处理系统计划”(一代)开启第一阶段,森崎污水厂开始建立。 

 

1922年,森崎污水厂开始运营(3月)。 1943年,开始收取污水处理服务费。 

 

1961年,引进污泥处理设备。 

 

1964年,森崎污水厂开始将处理后的水用于工业用途。同年,落合污水厂开始运营,世界首个建立在处理设施之上的公园开业。

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世界上第一个建立在废水处理厂上的公园(1964)



污水处理法的制定和技术升级


    1970年,修订了污水处理法(关于有助于保护公共水域中的水质的声明)。 

 

1987年,落合污水处理厂启用了废水热回收系统和高速率过滤设施。 

 

1988年,东京地区的东京降雨雷达系统(Tokyo Amesh 500)开放(6月)。 

 

1992年   制定“第二代东京污水处理系统计划”(7月) 

 

1994年   “神田下水道”被指定为东京历史遗迹(3月)


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被指定为东京历史遗迹的“神田下水道”(1994)



“森崎污水厂”更名为“森崎水回收中心”


    2004年,将“污水厂”更名为“水回收中心”(4月) 

 

2010,颁布了2010年地球计划(2月) 

 

2011,重建日本大地震后的污水处理设施。 

 

2013年,开始向公众开放重要文化财产“森崎污水厂旧污水处理设施”(4月)

“东京污水收集系统(彩虹)博物馆”开放(4月)

制定“下水道应急预案作为暴雨降雨对策”(12月) 



引入智能化设备


    2014年,制定“ 2014年智能计划”(6月) 

 

2016年,向熊本市派遣工作人员,以支持由于熊本地震(4月)而恢复污水处理设施。

 

制定《 2016年技术研究与发展促进计划》(12月) 

 

2017年,发行“Tokyo Amesh”智能手机版(4月)

制定“东京下水道可视化总体规划”(4月)


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如今的东京地下排水系统(被称为“地下神庙”)



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改造的联合下水道系统(雨污分流)


03

污水处理(3个主要设施) 

 

森崎水回收厂的污水处理系统由3个设施构成:下水道管(收集并流动污水)、污水泵站(防止下水道管过深而在中途抽吸)和水再生中心(对污水进行净化处理)。 

 

   下水道管


    下水道管是将污水送到水再生中心的管道,这些管道的直径从25 cm至8.5 m不等。(针对一些工业废水有去除重金属的设施。) 

   污水泵站


    泵站负责将下水道中的污水泵至接近地表的地方。(为了保证下水道中污水的流动性,会将下水道安装成一定角度,使污水自然流动。当这些污水积攒到一定量时,泵站将水槽中的水泵至水再生中心。) 

 

   水再生中心


水再生中心由沉砂池、初沉池、反应池、二沉池、高级处理设备和氯气接触槽构成。 

 

污水被泵入水再生中心后,首先进入沉砂池以去除大直径的污染物和浮在表面的油脂物。 

 

接着污水进入初沉池,在这里,污水将缓慢流动2-3小时,以使污染物沉淀。 

 

初沉池上清液流入含有活性污泥的反应池,曝气并搅拌污水6-8小时,微生物能够将污水中的污染物分解并形成易于下潜的物质。 

 

在二沉池中,反应池中形成的活性污泥团在经过3-4小时的沉淀后,将水和污泥分离。 

 

针对一些需要进一步处理的污水将通过砂滤或膜滤设备来去除二沉池未能完全去除的细小污染物。 

 

处理过的水在排入东京湾之前需经氯化处理以去除大肠杆菌和其他细菌。



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污水处理系统构造图



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污泥处理(焚烧和消化) 

 

森崎水回收中心有一个南部污泥处理厂,专门用于处理水再生中心产生的污泥和其他污水厂运送的污泥。 

 

   污泥焚烧


沉淀池产生的污泥将首先通过浓缩装置将污泥与澄清液分离,再使用脱水机进一步脱出污泥中的水分。 

 

脱水后的污泥将被送至焚烧炉(污泥体积能够减少到原来的千分之一)。焚烧产生的烟气将被收集,经处理后排放。焚烧后的污泥灰被有效地回收利用(约60%),用于建筑材料,如水泥和轻集料。



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污泥处理设施



   污泥消化
    森崎水回收中心东部还设有有四个消化罐,用来从有机污泥成分中产生甲烷气体,这将减少最终的污泥体积。每个消化罐内径28米,深度19.5米(容积12000立方米),消化温度约为50摄氏度。


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污泥消化罐




05

能源利用(热回收、发电)

 

为了构建可持续发展和循环型社会,为下一代营造宜人的全球环境,森崎水回收中心正在努力利用污水处理过程中产生的能量,污泥和再生水来获得资源和能源。

 

   废水热能(附具体案例)污泥消化

 

 夏季的废水温度低于夏季,冬季的温度高于大气温度,“城市供热”系统正是利用废水温差来实现区域供热和制冷的。


“城市供热”系统的采用减少了化石燃料(石油,天然气等)的使用,并有助于减少空气污染物和电力消耗。

 

 应用案例:


供应量:60,000 m 3 /天

项目开始时间:2006年10月 

 

将从水再生中心获得的处理后的废水供应到新的索尼公司大楼,以冷却大楼的空调设备。空调产生的废热,通过热交换器处理后被废水吸收。 

 

该项目的环境影响是,由于冷却设备运行所需的电力和自来水的减少,CO2排放量每年减少约22 t。 

 

此外,与将所有热量释放到大气中的常规方法相比,该项目中的热量释放到处理后的废水中,有助于应对热岛现象。



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热交换流程图



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索尼公司大楼



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城市供热设备



   生物质发电(与私营企业合作)


    废水处理方法中产生的污泥在消化池中加热,然后污泥中的有机物变成甲烷气,减少了污泥量。过程中产生的甲烷是生物质(可再生)能源,可以被用作发电设备的燃料,每年可发电22.8 kWh。 

 

在发电设施的安装和管理方面,森崎率先引进了PFI(私人融资计划:是一种公私合作的方法,将资金、技术知识和管理技能从私营部门带到公共机构),它可以降低设施建设或维护/管理的成本。它也通过可交易的绿色证书作为环境价值能源转让给第三方。 

 

该中心还安装了世界上最大的NaS电池设备,用于全天的分布式电力负载:在夜间有效地使用低成本的电力,并在用电高峰期减少使用电池供电。 

 

开始运行:2002年4月



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生物质发电流程图




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余热回收设备



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燃气涡轮发电机



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世界上最大的NaS电池设备



   微型水力发电


    为防暴雨、涨潮等因素,处理水的排水渠一般设置于高于海平面数米的高处。于是,森崎水回收中心利用这一排水落差,设置了5台水力发电机。只需使用森崎的大量废水,即可产生无温室气体排放的清洁电力。与太阳能发电和风力发电相比,水力发电的发电电力更为稳定。 

 

该设施每年可发电约80万kWh(相当于约173户一般家庭的用电量)。它也可以通过可交易的绿色证书作为环境价值能源转让给第三方。


开始运行:2005年6月



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森崎水力发电示意图




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发电机



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森崎水力发电设施地面图




   太阳能发电 

 

太阳能发电设施位于森崎的东部,那里周围没有高大的建筑物,因此在反应池上方安装了4,480块250 W的太阳能电池模块。最大输出功率为1MW,每年可获得115万kWh的电能(相当于330户家庭的用电量)。 

 

开始运行:2016年4月



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太阳能电池模块



   污水厂上的公园(白额燕鸥栖息地)


    森崎水回收中心上方建有公园,营造出了多种生物和植物可以共生的环境。人们在这里可以看到很多的水鸟和蜻蜓。 

 

另外,在中心的建筑屋顶上,建有了6.2公顷的白额燕鸥栖息地。2003年夏季,有约1 600只白额燕鸥在此筑巢。

 


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森崎水回收中心公园



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小燕鸥筑巢地




06

总结

日本的污水处理过程堪称教科书级的,他们经历过环境公害“水俣病”事件,大型化工厂爆炸,地震、海啸和核泄漏等等。每一次沉痛的教训都激励着他们技术的不断改进,公众也越来越重视环境治理问题。 

 

从森崎水回收的例子,我们不难发现:日本污水处理的核心在于下水道的规划和布置。大概由于日本本身是一个岛国,时常受暴雨、海啸、潮汐等因素影响,所以他们更重视城市管网设计。 

 

在核心技术方面,日本采用传统的活性污泥和污泥焚烧的方式处理污水和污泥,都不是什么特别的工艺。但正如我在前几篇文章中说过的,污水处理真正的困难不在于技术先进,而在于运营和维护。 

 

在运营管理方面,东京23区的污水处理业务由当地市政企业管理,运营的成本是通过获取的收入支付的,例如来自客户的下水道服务费用。森崎也采用PFI(私人融资计划)来降低设施建设或维护/管理的成本。为保证所有设备正常运转,东京污水管理局会派人进行每日点检、清扫、修复等工作。 

 

此外,日本更重视能源回收和生态保护。他们将水厂的空地用于建造生态公园,将一些设施建于地下,有效的利用了土地资源。尽可能利用废水处理中产生的沼气、热能,回收电力,减少二次污染的同时还能够对外出售创造利润。


    总而言之,日本对于污水的管理技术已处于成熟阶段,能在保证城市日常污水的处理的同时做到能源回收利用。市政排水系统和水回收中心都有应对大型自然灾害的能力,日常运营和维护也有完善的管理体系。相信这些经验都能为国内污水处理行业提供一些改进参考。



(来源于网络)

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