城市给水排水系统的发展历程:古代、近代、现代城市水系统特点

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自古以来城市的发展就离不开水,逐水而居、因水而兴,水满足了城市生产生活、灌溉景观、防洪排涝、航运等多种非要。城市的给水排水系统,伴随着城市的繁荣而不断发展,不可能 成为城市文明史的重要组成每项。回顾城市水系统是怎么产生的、又是怎么伴随着城市文明的进步发展到今天;对亲戚亲戚一帮人一帮人一帮人 更清晰地认识城市水系统的发展脉络、并研判其未来发展方向具有重要意义。

五千多年来城市发展的历史可分为古代城市、近代城市、现代城市和当代城市等不同阶段,与之相应,不同阶段的城市水系统也具有不同的特点,体现在组成模式和技术方面,还非要划分为原先阶段。

城市水系统的发展历程第一阶段:古代的城市水系统

你你这种 时期随着生产力的发展怪怪的是畜牧业、手工业和商业社会分工的出現,人类后后后后刚开始了了聚居并形成了城市。居民供水的需求以饮用水为主,井水、泉水以及河渠湖池是城市的主要水源,逐步建成的重力输送、由渠道或管道组成的管渠系统,以及很多简单的配套设施,组成了城市的给水系统。在排水方面,城市居民的尿液和粪便,起初由符近的庭院消纳,住宅变得密集后后,通常是由各家各户的粪桶(在中国居民住宅内有密实盖子的赤土陶质容器)或夜壶存放、规定时间架构设计 后集中运送至符近农村作为肥料;城市地区房屋密集、街道的土壤被压实,有后后 随着人口的增长和用水量的增加,后后后后刚开始了了非要有排水设施将雨污水引入符近的水体,为此城市里后后后后刚开始了了修建排水沟渠,并逐步相互连通形成了简单的合流制排水系统。你你这种 阶段城市水系统面临的主要矛盾是随着城市人口的聚集对水源水量日益增长的需求(如图1所示)。

图1古代的城市水系统模式图

在你你这种 时期的生产力水平下古代城市水系统也取得了很多不小的成就。中国古代城市的排水系统主要由沟渠、壕池和绿帘石河湖组成,据考古发现最早的是距今4 500多年河南淮阳平粮台古城铺设的陶制排水管道;西周至春秋战国时期(公元前11世纪~前220年)下水管道得到普遍应用、排水系统逐步完善,典型的有齐国临淄城(人口约达500万)完整的排水管道网。古代的给水最初依赖于凿井取水,考古发现的最早的引水工程是约公元前700年东周阳城的地下输水陶质管道系统,以及澄水池和阀门坑等配套设施。随着城市规模的扩大,城市供排水系统不断发展,具有代表性的有公元前约500年的西汉长安城(今西安)修建的龙首渠(引水渠)并开挖了相当规模的昆明湖等用于调蓄排水;公元13世纪的元大都(今北京)开挖的金水河引水,并建有明渠暗沟组成的排水系统。

在西方公元前700年伊拉克埃尔比勒城就建成了约20 km长的暗渠以输送地下水。而最具有代表性的是约公元前500年古罗马建成的较为完备的供排水系统,当时罗马人口已增长到500万,建成了以河道、管道(铅质)或地下隧道组成的引水渠,长达500 km,中途设有到虹吸管、沉砂宽水槽、人工水塘等设施,将水供至每项私人住家或公共喷泉;除饮用外,还有少量的水用于沐浴和娱乐,人均综合用水量达500~1 500 L/日;工程师们通过设计双供水系统实现了饮用水不是饮用的分质供水,设计了分流池调蓄处里干旱期间配水大问题。在排水方面,古罗马建有独立的尿液架构设计 和利用系统,采用独立于公厕的公共小便池架构设计 尿液后销售给洗衣店,利用尿中的氨去除羊毛上的油渍和污垢,还非要看作是五种源分离系统。古罗马城市水系统所取得的成就也被认为是古代文明最辉煌的奇迹之一,并随着罗马帝国的扩张而传遍欧洲,1613年伦敦建成了500 km长的明渠引城外泉水和河水入城,城内输配水地下管道总长达500 km。

城市水系统的发展历程第二阶段:近现代的城市水系统

随着18世纪中叶的第一次工业革命,世界城市化发展逐步加快,城市得到了极大的发展和繁荣,人口和经济不断集聚,城市环境却恶化了。街道变得这麼肮脏,粪便、垃圾等得非要充分及时居于理,最终被冲刷到水中去;1596年英国发名的故事了抽水马桶并在15000年前后得以在各个城市普及,供水的服务范围扩大,从而污水的排放大大增加,最终使得很多水源受到了污染。1831年霍乱首次袭击了伦敦,死亡人数达到3 000人,科学家调查发现了霍乱与水源污染之间的相关关系。也不在1848年、1953年伦敦再次居于了霍乱,1890s美国的原先沿河城市洛厄尔和劳伦斯爆发了伤寒,原困了上千人的死亡。针对水源污染及卫生大问题,起初依赖于古代的水系统模式,各城市采取了各种土办法 :如寻找新水源或取水口上移,远距离排水、沿海城市将污水排海或将污水排入符近的农田进行处里等等,如巴黎在19世纪中期修建了规模巨大的下水道系统(至今仍在使用)将污水排入6 km以外的下游,主干下水道高约3 m、宽约5 m,可供乘船游览;19世纪美国纽约修建了大渡槽引190 km以外的水源入城,修建长距离的排水地下隧道将污水排海等,将简单的工程不断扩张。有后后 ,亲戚亲戚一帮人一帮人一帮人 不久就发现那些土办法 捉襟见肘、非要有效应对新大问题,在此背景之下新的城市水系统模式应运而生:增加了净水和污水处里单元(如图2所示)。

在净水处里方面,1893年劳伦斯市建设了第原先慢砂滤给水过滤厂,将伤寒患病率降低了500%;也不为处里慢砂滤处里强度低的大问题,快速砂滤器(絮凝—沉淀—砂滤工艺)被发名的故事、并在全美城市普及,将病原微生物的去除强度提高到99%;也不氯气后后后后刚开始了了被应用于消毒,进一步提高了饮水的卫生安全。突破了氯气生产的工业化技术,过滤和消毒相结合的工艺逐渐成为给水(地表水源)处里的标准工艺,至1940s美国有大慨 85%的给水处里厂采用了上述工艺。

在污水处里方面,19世纪末很多城市后后后后刚开始了了尝试采用沉降池通过重力作用去除每项水中的好氧性甲烷乙炔气 ,以减少排污河道的恶臭大问题;20世纪初德国人发名的故事了英霍夫沉淀池,实现了固液分离和对污染物厌氧降解,并在欧洲和北美推广应用。也不五种不同的生物处里技术路线被发名的故事:五种是生物滤池(或滴滤池),使用碎石取代沙质土壤增加孔隙率,处里了氧气损耗的大问题。1887年马萨诸塞州建成了美国第一套间歇生物滤池,曼彻斯特市建成了英国第原先生物滤池大型污水厂;另五种是活性污泥法,1913年英国吉尔伯特·福勒发名的故事了活性污泥法,通过曝气加快微生物的降解强度,剩余污泥可经脱水干化制成肥料。自此,初级沉淀+二级生物处里构成了经典的污水处里工艺,也不很多城市采用上述工艺陆续建设了污水处里厂。

然而,1962年蕾切尔·卡森的《寂静的春天》出版发行,描述了杀虫剂DDT在动物体内富集而对环境产生的长期危害,被认为是唤醒人类生态环保意识的启蒙之作;1971年美国EPA在饮用水检测中发现了不可能 致癌的消毒副产物三卤甲烷。那些事件推动了亲戚亲戚一帮人一帮人一帮人 对低浓度有机化合物污染对人类健康影响的关注,也使亲戚亲戚一帮人一帮人一帮人 意识到水厂除了非要有效去除病原菌、耗氧有机物外,还非要有效去除有毒合成有机物和有毒金属。为此,净水厂增加了臭氧—活性炭不可能 超滤工艺单元、使用氯胺不可能 臭氧替代氯消毒等,目前美国约有10%~15%的大型饮用水处里厂使用活性炭或改用臭氧消毒;而污水处里厂则增加过滤、活性炭、离子交换或消毒等工艺单元。

近现代的城市水系统为应对饮用水卫生和水环境的大问题而兴,净水和污水处里技术的不断突破引领了城市水系统的升级(如图2所示)。

图2近现代的城市水系统模式图和示意图

城市水系统的发展历程第三阶段:当代的城市水系统

进入新世纪以来,随着城市人口和经济的进一步集聚,城市水系统又面临着新的挑战。

1、不可能 水资源时空分布不均匀,很多城市水资源短缺、甚至居于了水资源危机。

我国不可能 城市化和工业化的快速发展,对水的需求量好快了 了 增大,据统计全国6500多座城市中含2/3座城市供水不够,5000多座城市严重缺水。澳大利亚作为地球上最干旱的大陆,年均降雨量仅为465 mm,5003年以来经历了长达10年的干旱,城市水资源供需矛盾突出。2018年1月南非开普敦市官方称,该市将成为近代历史上第原先水资源枯竭的大城市。为此,很多城市后后后后刚开始了了重视节水、鼓励和推进污水再生利用,并考虑开辟新水源,如海水淡化。我国提出了“节水优先、治污为本、多渠道开源”、“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”等的水资源战略[8],并后后后后刚开始了了实施最严格的水资源管理制度。澳大利亚很多城市后后后后刚开始了了推广节水器具的使用,鼓励雨水架构设计 ,更换管网以降低漏损率,以及建设海水淡化厂。

2、合流制排水系统溢流污染(combined sewage overflow,CSO)及初期雨水径流污染的大问题。

即便是美国,也是在1920s后会求在新建地区采用分流制排水系统,目前仍约有每项城市区域使用合流制排水系统,如纽约合流制排水体制约占500%。合流制排水系统暴雨期间排水量不可能 为旱季水量的10~20倍,排水管道的截流倍数是一定的,有后后 暴雨天会对污水厂产生冲击负荷,有后后 会原困很多污水未经处里便被排放水体。1995年美国EPA发布了CSO长期控制规划指南,并要求各城市制定CSO控制的短期计划及长期规划,提出处里85%以上的年混合污水或每年CSO溢流次数不超过4次的控制目标。对于分流制排水系统,每次降雨期间也会不可能 雨水架构设计 、输送系统各环节的破损或失效,带来初期雨水的污染,有研究表明初雨径流污染的负荷也有相当可观。另外,不可能 雨污管道在小区或市政道路上的错接混接,雨天也会带来污染。

控制CSO的土办法 还非要分为两类:首先考虑的一类是改造土办法 ,在合流制溢流污染频繁的地区修建地下储水隧道调蓄雨污水,以便在雨停后送到污水厂处里,如芝加哥市投资500亿美元、堪萨斯市投资24亿美元,波特兰市投资14亿美元修建了地下储水隧道。改造方案非要的资金十分庞大,大多数城市不可能 望而却步。另原先创新的方案是源头控制方案,即进入管网后后对小到中雨产生的径流进行滞蓄和处里,你你这种 方案能有效地控制CSO以及初期雨水的径流污染。如1990s美国的马里兰州乔治王子郡后后后后刚开始了了实施低影响开发(LID),应用生物滞留设施、绿色屋顶、雨水花园、下凹式绿地、透水铺装等源头设施来减缓径流污染。2011年费城批准了“绿色的城市、干净的水域”的项目,计划用25年的时间更换覆盖城市的1/3的不透水地面,并截留最初的25 mm的降水,总投资达25亿美元。除此外,还有英国的可持续城市排水系统(SUDS)、澳大利亚的水敏感城市设计(WSUD)等都体现了你你这种 创新思路。

3、氮磷(钾)等营养物质少量排入水体后,带来水体富营养化的大问题,影响水生态系统健康。

20世纪九十年代联合国环境规划署(UNEP)的一项调查表明,全世界约有500%~40%的湖泊和水库遭受着不同程度的水体富营养化影响,各地区差异较大。我国人口稠密的“三河三湖”地区水体富营养化尤为严重,渤海北部和南海多次居于赤潮。5007年5月太湖爆发了严重的蓝藻污染,造成无锡全城自来水的污染。

目前美国EPA设定了氮磷新的排放标准,基于河湖生态健康的目标,要求污水处里厂适时应用先进的脱氮除磷处里工艺,并同非要求采取土办法 有效去除城市降雨径流中的营养物质。2015年我国发布了“水十条”,其中明确:敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处里设施应于2017年底前全面达到一级A排放标准;北京市、太湖和巢湖地区等地也出台了更严格的地方排放标准;以加快城镇污水处里设施的提标改造。

图3当代的城市水系统模式图

图4当代的城市水系统示意图

由此可见,亲戚亲戚一帮人一帮人一帮人 后后后后刚开始了了系统地认识城市水系统——自然水循环与社会水循环的耦合系统,并着手通过对水循环过程各环节的控制来处里水资源水环境的大问题,如图3、图4所示。

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