森崎水回收中心是日本最大的污水處理廠，年處理量約為56,200萬噸，日處理量約為154萬噸。它是東京最主要的污水廠之一，負(fù)擔(dān)著東京約三分之一人口的廢水。
今天，我就以日本最大的污水處理廠——森崎水回收中心為例，詳細(xì)介紹日本治理污水的模式。
東京是全世界人口密度最大的城市（面積是北京的1/8，人口密度則是北京的5倍），本身的污水量就很大。于是，為了更有效的處理廢水，日本將東京23區(qū)劃分為5個區(qū)域，分別建立了污水處理廠。（這個做法就類似于南京有城南、城北污水處理廠、城東污水處理廠、江心洲污水處理廠等等。）
下圖為東京五座污水廠處理區(qū)域分布圖。
五座污水處理廠分別為：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處理廠，占地約41.5萬平方米，平均每天處理污水量為154萬立方米。廠區(qū)的東西方設(shè)有兩個污水處理設(shè)施。處理區(qū)域包括大田區(qū)，品川區(qū)，目黑區(qū)，世田谷區(qū)，澀谷區(qū)和杉并區(qū)。處理后的水直接排入東京灣或者在過濾后用于回收中心的洗滌、廁所用水或制冷機(jī)。產(chǎn)生的污泥通過壓力管道泵送至南部污泥廠（從芝浦水回收中心運(yùn)來的污泥也在這里處置）。
設(shè)施參數(shù)
進(jìn)、出水參數(shù)
從森崎水回收中心排出的最終廢水符合《東京都環(huán)境安全條例》的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并且足夠清潔，可供魚類生活。
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東京的污水處理系統(tǒng)始建于1884年(神田區(qū)下水道系統(tǒng)建成)，是日本的第一個現(xiàn)代排污系統(tǒng)項(xiàng)目。在此之前，日本由于常年的工業(yè)廢水排放，海灣被嚴(yán)重污染。（“水俁病事件”受污染的海灣產(chǎn)生的汞含量已足夠毒死日本全國人口兩次都有余。）1913年，“東京污水處理系統(tǒng)計劃”（一代）開啟第一階段，森崎污水廠開始建立。1922年，森崎污水廠開始運(yùn)營（3月）。1943年，開始收取污水處理服務(wù)費(fèi)。1961年，引進(jìn)污泥處理設(shè)備。1964年，森崎污水廠開始將處理后的水用于工業(yè)用途。同年，落合污水廠開始運(yùn)營，世界首個建立在處理設(shè)施之上的公園開業(yè)。
污水處理法的制定和技術(shù)升級
1970年，修訂了污水處理法（關(guān)于有助于保護(hù)公共水域中的水質(zhì)的聲明）。1987年，落合污水處理廠啟用了廢水熱回收系統(tǒng)和高速率過濾設(shè)施。1988年，東京地區(qū)的東京降雨雷達(dá)系統(tǒng)（Tokyo Amesh 500）開放（6月）。1992年 制定“第二代東京污水處理系統(tǒng)計劃”（7月）1994年 “神田下水道”被指定為東京歷史遺跡（3月）
“森崎污水廠”更名為“森崎水回收中心”
2004年，將“污水廠”更名為“水回收中心”（4月）2011年，重建日本大地震后的污水處理設(shè)施。2013年，開始向公眾開放重要文化財產(chǎn)“森崎污水廠舊污水處理設(shè)施”（4月）“東京污水收集系統(tǒng)（彩虹）博物館”開放(4月)制定“下水道應(yīng)急預(yù)案作為暴雨降雨對策”（12月）2016年，向熊本市派遣工作人員，以支持由于熊本地震（4月）而恢復(fù)污水處理設(shè)施。制定《 2016年技術(shù)研究與發(fā)展促進(jìn)計劃》（12月）2017年，發(fā)行“Tokyo Amesh”智能手機(jī)版（4月）制定“東京下水道可視化總體規(guī)劃”（4月）
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森崎水回收廠的污水處理系統(tǒng)由3個設(shè)施構(gòu)成：下水道管（收集并流動污水）、污水泵站（防止下水道管過深而在中途抽吸）和水再生中心（對污水進(jìn)行凈化處理）。下水道管是將污水送到水再生中心的管道，這些管道的直徑從25 cm至8.5 m不等。（針對一些工業(yè)廢水有去除重金屬的設(shè)施。）泵站負(fù)責(zé)將下水道中的污水泵至接近地表的地方。（為了保證下水道中污水的流動性，會將下水道安裝成一定角度，使污水自然流動。當(dāng)這些污水積攢到一定量時，泵站將水槽中的水泵至水再生中心。）水再生中心由沉砂池、初沉池、反應(yīng)池、二沉池、高級處理設(shè)備和氯氣接觸槽構(gòu)成。污水被泵入水再生中心后，首先進(jìn)入沉砂池以去除大直徑的污染物和浮在表面的油脂物。接著污水進(jìn)入初沉池，在這里，污水將緩慢流動2-3小時，以使污染物沉淀。初沉池上清液流入含有活性污泥的反應(yīng)池，曝氣并攪拌污水6-8小時，微生物能夠?qū)⑽鬯械奈廴疚锓纸獠⑿纬梢子谙聺摰奈镔|(zhì)。在二沉池中，反應(yīng)池中形成的活性污泥團(tuán)在經(jīng)過3-4小時的沉淀后，將水和污泥分離。針對一些需要進(jìn)一步處理的污水將通過砂濾或膜濾設(shè)備來去除二沉池未能完全去除的細(xì)小污染物。處理過的水在排入東京灣之前需經(jīng)氯化處理以去除大腸桿菌和其他細(xì)菌。
04
森崎水回收中心有一個南部污泥處理廠，專門用于處理水再生中心產(chǎn)生的污泥和其他污水廠運(yùn)送的污泥。沉淀池產(chǎn)生的污泥將首先通過濃縮裝置將污泥與澄清液分離，再使用脫水機(jī)進(jìn)一步脫出污泥中的水分。脫水后的污泥將被送至焚燒爐（污泥體積能夠減少到原來的千分之一）。焚燒產(chǎn)生的煙氣將被收集，經(jīng)處理后排放。焚燒后的污泥灰被有效地回收利用（約60％），用于建筑材料，如水泥和輕集料。
污泥消化
森崎水回收中心東部還設(shè)有有四個消化罐，用來從有機(jī)污泥成分中產(chǎn)生甲烷氣體，這將減少最終的污泥體積。每個消化罐內(nèi)徑28米，深度19.5米(容積12000立方米)，消化溫度約為50攝氏度。
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為了構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展和循環(huán)型社會，為下一代營造宜人的全球環(huán)境，森崎水回收中心正在努力利用污水處理過程中產(chǎn)生的能量，污泥和再生水來獲得資源和能源。夏季的廢水溫度低于夏季，冬季的溫度高于大氣溫度，“城市供熱”系統(tǒng)正是利用廢水溫差來實(shí)現(xiàn)區(qū)域供熱和制冷的。
“城市供熱”系統(tǒng)的采用減少了化石燃料（石油，天然氣等）的使用，并有助于減少空氣污染物和電力消耗。將從水再生中心獲得的處理后的廢水供應(yīng)到新的索尼公司大樓，以冷卻大樓的空調(diào)設(shè)備?？照{(diào)產(chǎn)生的廢熱，通過熱交換器處理后被廢水吸收。該項(xiàng)目的環(huán)境影響是，由于冷卻設(shè)備運(yùn)行所需的電力和自來水的減少，CO2排放量每年減少約22 t。此外，與將所有熱量釋放到大氣中的常規(guī)方法相比，該項(xiàng)目中的熱量釋放到處理后的廢水中，有助于應(yīng)對熱島現(xiàn)象。
生物質(zhì)發(fā)電（與私營企業(yè)合作）
廢水處理方法中產(chǎn)生的污泥在消化池中加熱，然后污泥中的有機(jī)物變成甲烷氣，減少了污泥量。過程中產(chǎn)生的甲烷是生物質(zhì)（可再生）能源，可以被用作發(fā)電設(shè)備的燃料，每年可發(fā)電22.8 kWh。在發(fā)電設(shè)施的安裝和管理方面，森崎率先引進(jìn)了PFI（私人融資計劃：是一種公私合作的方法，將資金、技術(shù)知識和管理技能從私營部門帶到公共機(jī)構(gòu)），它可以降低設(shè)施建設(shè)或維護(hù)/管理的成本。它也通過可交易的綠色證書作為環(huán)境價值能源轉(zhuǎn)讓給第三方。該中心還安裝了世界上最大的NaS電池設(shè)備，用于全天的分布式電力負(fù)載：在夜間有效地使用低成本的電力，并在用電高峰期減少使用電池供電。
微型水力發(fā)電
為防暴雨、漲潮等因素，處理水的排水渠一般設(shè)置于高于海平面數(shù)米的高處。于是，森崎水回收中心利用這一排水落差，設(shè)置了5臺水力發(fā)電機(jī)。只需使用森崎的大量廢水，即可產(chǎn)生無溫室氣體排放的清潔電力。與太陽能發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電相比，水力發(fā)電的發(fā)電電力更為穩(wěn)定。該設(shè)施每年可發(fā)電約80萬kWh（相當(dāng)于約173戶一般家庭的用電量）。它也可以通過可交易的綠色證書作為環(huán)境價值能源轉(zhuǎn)讓給第三方。
開始運(yùn)行：2005年6月
太陽能發(fā)電
太陽能發(fā)電設(shè)施位于森崎的東部，那里周圍沒有高大的建筑物，因此在反應(yīng)池上方安裝了4,480塊250 W的太陽能電池模塊。最大輸出功率為1MW，每年可獲得115萬kWh的電能（相當(dāng)于330戶家庭的用電量）。開始運(yùn)行：2016年4月
污水廠上的公園（白額燕鷗棲息地）
森崎水回收中心上方建有公園，營造出了多種生物和植物可以共生的環(huán)境。人們在這里可以看到很多的水鳥和蜻蜓。另外，在中心的建筑屋頂上，建有了6.2公頃的白額燕鷗棲息地。2003年夏季,有約1 600只白額燕鷗在此筑巢。
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日本的污水處理過程堪稱教科書級的，他們經(jīng)歷過環(huán)境公害“水俁病”事件，大型化工廠爆炸，地震、海嘯和核泄漏等等。每一次沉痛的教訓(xùn)都激勵著他們技術(shù)的不斷改進(jìn)，公眾也越來越重視環(huán)境治理問題。從森崎水回收的例子，我們不難發(fā)現(xiàn)：日本污水處理的核心在于下水道的規(guī)劃和布置。大概由于日本本身是一個島國，時常受暴雨、海嘯、潮汐等因素影響，所以他們更重視城市管網(wǎng)設(shè)計。在核心技術(shù)方面，日本采用傳統(tǒng)的活性污泥和污泥焚燒的方式處理污水和污泥，都不是什么特別的工藝。但正如我在前幾篇文章中說過的，污水處理真正的困難不在于技術(shù)先進(jìn)，而在于運(yùn)營和維護(hù)。在運(yùn)營管理方面，東京23區(qū)的污水處理業(yè)務(wù)由當(dāng)?shù)厥姓髽I(yè)管理，運(yùn)營的成本是通過獲取的收入支付的，例如來自客戶的下水道服務(wù)費(fèi)用。森崎也采用PFI（私人融資計劃）來降低設(shè)施建設(shè)或維護(hù)/管理的成本。為保證所有設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，東京污水管理局會派人進(jìn)行每日點(diǎn)檢、清掃、修復(fù)等工作。此外，日本更重視能源回收和生態(tài)保護(hù)。他們將水廠的空地用于建造生態(tài)公園，將一些設(shè)施建于地下，有效的利用了土地資源。盡可能利用廢水處理中產(chǎn)生的沼氣、熱能，回收電力，減少二次污染的同時還能夠?qū)ν獬鍪蹌?chuàng)造利潤。
總而言之，日本對于污水的管理技術(shù)已處于成熟階段，能在保證城市日常污水的處理的同時做到能源回收利用。市政排水系統(tǒng)和水回收中心都有應(yīng)對大型自然災(zāi)害的能力，日常運(yùn)營和維護(hù)也有完善的管理體系。相信這些經(jīng)驗(yàn)都能為國內(nèi)污水處理行業(yè)提供一些改進(jìn)參考。
