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王家卓:合流制并不落后,如何做好溢流污染控制
2020-06-03 10:29       来源:环境保护       作者:王家卓 胡应均 张春洋 王晨       分享:














2019年,合流制排水系统在我国和世界其他地方都普遍存在,相对分流制排水系统,其主要弊端是雨天的溢流污染问题。控源截污是我国当前黑臭水体治理的核心内容,而控源截污中一个重要的挑战是排水体制的选择。当前,我国不少城市对合流制排水系统的认识存在误区,片面地认为合流制排水系统是落后的排水系统,只有改成分流制才能解决问题。为此,本研究对合流制与分流制之间的差异与优劣进行了分析,对国外部分城市合流制的状况及溢流污染控制对策进行了梳理,最后结合我国正在大力推进的城市黑臭水体治理工作,提出了我国采用合流制排水系统的地区改善水环境状况的建议。


合流制排水系统作为主要的排水系统之一,在我国和世界其他地区都普遍存在。合流制和分流制排水系统互有优劣势。2015年,国务院颁布《水污染防治行动计划》(以下简称《水十条》)以后,全国各地迅速行动,在黑臭水体的治理方面取得了积极的成就,在社会上引起了很好的反响。在黑臭水体的治理过程中,控源截污是所有工程措施的核心。在控源截污的过程中,不可回避的一个问题就是排水体制。尤其是针对建成区已经是合流制的排水系统怎么办,是保持合流制还是要完全雨污分流,这是很多城市都面临的艰难选择。有些人错误地认为,只要是合流制排水系统都必须进行雨污分流改造,有些地方主管部门不顾实际情况,“一刀切”要求雨污分流,不仅花费高,实施难度大,而且效果也不好。实际上,合流制排水系统并不是导致我国水体黑臭的根本原因。放眼世界,伦敦、巴黎、东京、汉堡、西雅图、纽约、华盛顿等很多城市都是以合流制为主的排水系统[1],这些城市的水环境都治理得较好。因此,有必要对合流制排水系统做出深刻的、新的认识,以科学指导我国城市排水工程建设和城市水环境治理工作。


合流制与分流制:不存在谁更好的简单答案


众所周知,根据雨水排放系统和污水排放系统的关系,可以简单地将城市排水系统分为合流制排水系统和分流制排水系统。如果雨水和污水共用一根管道排放,这种排水系统就称为合流制排水系统。


世界上很多城市最早建设的大多是合流制排水系统。如英国伦敦在1860年左右建设的,一直沿用至今的排水系统都是合流制排水系统。合流制排水系统有一个很明显的优点,那就是只用建设一根管道,投资小,地下管位空间需求小。如果考虑水环境的问题,合流制排水系统还有管理简单、不存在雨污水混错接等优点。而且在降雨时,面对中小降雨,如果系统设计得当的话,初期降雨也有可能被收集进入到污水处理厂进行处理,不会存在初期雨水污染的问题。然而,合流制的弊端也很明显。在面临较强降雨的时候,可能会有未经处理的雨污水混合水,通过溢流口溢流排入受纳水体,从而污染水环境。



合流制排水系统有一个很明显的优点,那就是只用建设一根管道,投资小,地下管位空间需求小。如果考虑水环境的问题,合流制排水系统还有管理简单、不存在雨污水混错接等优点。而且在降雨时,面对中小降雨,如果系统设计得当的话,初期降雨也有可能被收集进入到污水处理厂进行处理,不会存在初期雨水污染的问题。然而,合流制的弊端也很明显。在面临较强降雨的时候,可能会有未经处理的雨污水混合水,通过溢流口溢流排入受纳水体,从而污染水环境。


另一种排水系统是分流制排水系统,即雨水和污水分别走不同的管网系统,污水经过污水管网收集后进入污水处理厂,雨水径流经过雨水排放系统收集以后就近排放进入受纳水体。分流制排水系统的优点很明显,那就是不存在雨天溢流污染的问题。但分流制排水系统也并不是完美的排水系统。首先,冲洗空气,然后又冲刷房顶、马路,再冲刷管网的雨水,尤其是初期雨水,并不是干净的,其污染物浓度,包括SS和COD经常会超过一般污水处理厂的进水浓度,这种水实质“污水”,直接排放也会污染水环境,这就是城市降雨径流污染问题。此外,分流制排水系统还有建设投资大,地下空间需求大,管理难度大,容易出现雨污水混错接等弊端。


关于合流制好还是分流制好,这是个简单的问题,也是全世界很多地方工程界都曾经面临的问题,但是并不存在简单的答案。因为世界上没有一种排水体制是完美的,只有适合城市实际的、能够实施的、技术经济合理的,才是最好。


关于分流制排水系统与合流制排水系统的优劣势比较,详见表1。


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合流制排水系统不是导致水体黑臭的根本原因



2015年,国务院发布《水污染防治行动计划》以后,我国295个地级及以上城市,除了74个没有黑臭水体外,其他城市共有2100条黑臭水体纳入生态环境部和住房城乡建设部的名单。《水污染防治行动计划》明确要求,2020年地级及以上城市黑臭水体控制在10%以内,2030年城市建成区的黑臭水体总体得到消除。


要治理好黑臭水体,必须搞清水体黑臭的根本原因。水体黑臭的表面原因是水中因为缺氧,水体呈现厌氧状态,较为严重时表现为发黑、发臭。其实质问题是入河污染物量超出了水体自净能力。进入河道的污染物有工业、农业面源、城镇生活、城镇面源、农村生活废水、废弃物等,此外还有内源污染,必须全面排查,科学评估,不可上来就把水体黑臭的原因归结为合流制排水系统。


“黑臭在水里,根源在岸上,核心在管网,关键在排口”,这是当今已经公认的观点。水体黑臭的根本原因在于污水(包括工业废水、生活污水、农业生产废水等)没有能够彻底截留从而进入河湖水体中。使用合流制排水系统的地区,如果存在黑臭水体,一般在旱天水体会表现为黑臭,甚至是非降雨期,连续数月不降雨,水体也表现为黑臭。主要原因一般也是旱天污水没有完全截留导致直排入河,加上内源污染没有治理。


黑臭水体的问题实质是城市环境基础设施存在短板的问题,这个短板是几十年的历史欠账形成的,不可能两三年之内就完全补齐这些短板。切实可行的目标,就是先消除旱天污水直排,先解决旱天水体黑臭的问题,这是当今的主要矛盾。先解了这个问题,下一步才是解决雨天合流制溢流污染的问题,再进一步提升水体质量,确保稳定消除水体黑臭。所以合流制溢流污染治理,不是消除水体黑臭阶段的主要矛盾和主要问题,而是基本消除水体黑臭之后,下一阶段进一步提升水环境质量需要重点关注的问题。


国外合流制排水系统的运用状况


日本:大城市合流制比例高


日 本 合 流 制 下 水 道 覆 盖 的 城 市 有 1 9 2 个(8.7%),覆盖面积2270km2(20%),服务人口约30%。1982年日本发布了《合流制下水道溢流对策与暂定指南》,没有强制要求合流制改为分流制,而是提出对合流制排水系统进行溢流控制,标准为等同于分流制的污染水平。


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东京都地区更是以合流制为主的排水系统,合流制的比例占到82%。东京采用了源头雨水抑制(类似于我国海绵城市建设中的源头雨水控制,或者是美国的低影响开发)、调蓄管渠建设、调蓄池建设、高速过滤系统处理和溢流口改造等多种措施控制合流制溢流污染,取得了明显的成效。东京都虽然82%的排水系统都是合流制,但是水环境总体质量较好,并没有出现水体黑臭问题。


特别值得一提的是,东京都收纳合流制排水系统污水的污水处理厂,大多进行了一级处理改造,以应对雨天合流制排水系统流量变化大的特点。具体来说,就是污水处理厂的一级处理部分采用了高速过滤系统,雨天的处理能力可以达到旱天的3~4倍,其中旱天同等设计流量污水进入生化池进行生化处理,而其他污水则是一级强化处理之后排放,二者并不执行同样的排放标准。如芝浦污水处理厂,旱天处理能力14.25万吨/日,雨天采用快速过滤技术的一级处理,处理能力可达到42万吨/日,而生化处理部分还是14.25万吨/日。


英国:沿用150年的合流制排水系统


欧洲很多国家都是以合流制为主的排水系统,英国、法国合流制排水系统比例约为70%,德国合流制比例约为54%。这些国家这些年已经不再推行雨污分流改造,而且通过雨水源头控制、管网截留、调蓄等措施相结合的办法,控制溢流污染。


以英国伦敦为例,伦敦沿用至今的排水系统主干管网仍然是1860年左右建设的合流制排水系统。但是当时伦敦人口仅有200万人,今天伦敦人口超过800万人。由于人口增加,地面过度硬化,城市建设面积增大等多重原因,伦敦的合流制排水系统面临经常溢流问题,基本每周都要溢流一次。


为了解决伦敦市合流制溢流污染问题,伦敦市2007年启动了一个旨在解决此问题的研究。研究中比选了雨污分流,源头改造,河道原位治理,保持合流制但是采用包括深隧建设在内的措施控制溢流污染四个方案。其中,雨污分流改造因为花费巨大(超过140亿英镑)、时间过长(25年以上)而被否定。最后采用的是保持合流制排水系统,但是建设一个深层排水隧道储蓄溢流污水的解决方案。该解决方案预计2023年完工,工程总投资约42亿英镑。工程完工以后,伦敦市每年合流制溢流污染的次数将由现在每年50次左右削减到每年4~6次,平均年溢流污水量将由现在的3950万米3削减到235万米3,泰晤士河的污染将被大大减轻[2]。


美国:提倡合流制溢流污染控制


美国合流制排水系统服务人口4000万~5000万人,主要分布在西北部和五大湖地区。纽约、华盛顿特区、费城、波特兰、西雅图等都是以合流制为主的排水系统。目前美国共有32个州存在合流制排水系统,共有9438个溢流口,每年溢流污水量约为8500亿加仑(约合32亿米3)。


历史上曾经有一些美国城市提出彻底雨污分流改造,但是大多都放弃了。美国近年新建的排水系统基本都是采用雨污分流制的排水体制,但是对于现状合流制排水系统不再进行雨污分流改造。


为了控制合流制溢流污染,美国联邦环保局在1989年发布了合流制溢流污染控制战略,确认合流制溢流污染(CSO)是点源污染,适用于国家污染物排放削减系统(National  Pollutant Discharge Elimination System, NPDES)。


1994年,美国联邦环保局发布合流制溢流污染控制政策并确定9种最低控制措施(NineMinimum  Control),要求各城市最迟于1997年1月1日之前,都要实施9种最低控制策略[8]。1995年,美国联邦环保局发布了9种最低控制措施指南,提出美国要完成合流制溢流污染削减计划,需要412亿美元的投入。


1995年,美国联邦环保局发布了合流制溢流污染控制长期规划(Long-term  Control  Plan, LTCP)编制指南。目前美国合流制为主的城市都在按照绿色基础设施与灰色基础设施相结合的办法控制溢流污染。纽约、费城、华盛顿特区、西雅图做得较好,较为典型的是纽约市。


纽约合流制排水系统约占60%。为了控制合流制溢流污染,2010年纽约编制了《纽约市绿色基础设施规划》,规划中经过详细的经济技术比选和论证,提出纽约要采用绿色基础设施加必要的灰色基础设施相结合的办法,控制合流制溢流污染,20年需要投入53亿美元,这比传统的灰色基础设施控制合流制溢流污染少15亿美元。


对合流制排水系统的几点基本判断


我国没有法律法规和政策文件要求强制实施雨污分流


迄今为止,我国没有法律法规或者政策文件,提出现状合流制地区必须进行雨污分流改造。2013年国办发23号文件《国务院办公厅关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》中提到,力争用5年的时间完成雨污分流改造。但在这个文件的关于加快设施的建设的部分,也有这样的要求:在雨污合流区域加大雨污分流排水管网改造力度,暂不具备改造条件的,要尽快建设截流干管,适当加大截流倍数,提高雨水排放能力,加强初期雨水的污染防治。前后文联系起来看,不难看出,国务院并没有要求所有的合流制管网都进行雨污分流改造。


合流制和分流制各有优劣势


合流制存在雨天溢流污染,分流制存在雨天降雨径流污染,两种排水体制都不是绝对完美的排水体制,不能简单地理解为将合流制排水系统改为分流制就可以解决一切问题。合流制、分流制各有优势,各有弊端,关键是要用好其优势,避免其缺点。具体来说,对于合流制排水系统,要控制其溢流污染到一个可以接受的水平;对于分流制排水体系,要分彻底,分干净,并通过海绵城市建设,控制雨水径流污染。


合流制排水小流在我国还将长期


存在合流制排水系统在全球很多城市和地区都普遍存在,也必将在我国长期存在。城市再怎么发展,也不可能在所有的城市里消灭现状合流制管网,将其完全改造为分流制排水系统,这既不科学,也不现实,更不经济。


雨污分流不是解决问题的唯一路径


雨污分流在解决一个溢流污染问题的同时,又创造出一个新的问题:初期雨水污染。合流制的核心问题是溢流污染,所以控制溢流污染是最直接的解决方案。


合流制需允许溢流,合流制溢流口不是非法排污口


所有的合流制排水系统都必须设置溢流口,否则雨天的时候雨水就没有排放出路,势必会带来城市积水内涝问题。东京、西雅图等城市采用了非常严格的合流制溢流污染控制的标准,但是在遭遇极端降雨时,合流制溢流口也要溢流。


溢流次数和溢流量的合理控制是关键


合流制排水系统都会溢流,差别只是在于溢流次数的多少,溢流污水量的多少。溢流次数控制是世界上最常采用的合流制溢流污染控制标准,这个指标一般指在典型降雨年,一个合流制溢流口溢流的次数,或者多年平均溢流次数。


经过合理控制溢流的合流制不比分流制差


美国、日本、欧洲的成功经验都表明,只要是经过科学、合理控制的合流制排水系统,其每年入河排放的污染物不会比分流制多,水环境可能比分流制没有分彻底,或者没有初期雨水污染控制的分流制更好。


合流制溢流污染问题,短期之内不可能完全解决


合流制溢流污染对我国很多城市来说都是全新的话题和挑战,要解决这个问题,需要一定的时间。美国1989年就发布了合流制溢流污染控制战略,但实际上,包括西雅图、纽约在内的很多城市都是最近才完成合流制溢流污染控制的长期规划,这些城市要想完全达标,可能要到2030年,甚至更晚。


对我国合流制排水系统改善的建议


因地制宜推动雨污分流改造,不可“一刀切”


对于新建地区,尤其是年降雨量大于400mm的地区,应该坚定不移地推行雨污分流的排水体制。但是对于现状是合流制的地区,不可“一刀切”地推行雨污分流改造,应该因地制宜,具体情况具体分析,通过对改造的必要性、可行性、经济性,以及实施的难度、时间、社会影响等方面进行综合分析和比选,科学确定方案。具备改造条件的,可以进行分流改造;分流无法实施或者不经济的,可以保持合流制,转而控制溢流污染。


用海绵城市的理念,尽量从源头解决合流制溢流污染问题


海绵城市是我国近些年启动的一项重大民生工程。利用海绵城市的理念来控制合流制溢流污染,不只是更加经济,也更加绿色、更加可持续。美国、日本等国的成功经验早就说明了这一点。2015年国办发75号文件《国务院办公厅关于推进海绵城市建设的指导意见》中也提出,要控制合流制溢流污染。通过源头绿色措施,进行雨水减排、缓排,辅以管网截留,排放口改造,污水调蓄,加上污水处理厂设施改造等多种措施相结合,是控制合流制溢流污染的最佳方案。


更改针对合流制排水系统的污水处理厂的设计方法和出水标准


我国合流制地区的污水处理厂也是按照分流制的污水处理厂来设计的,这个是目前面临的一大问题,即使截留倍数达到了3~5倍,截留污水还是要直接排放。更大的问题是,环保部门目前执行的污水处理厂的排放标准也是针对旱天的,并没有针对雨天合流制溢流污水的处理标准,即目前的监管,不支持采用日本东京那种模式,将一部分污水进入生化阶段处理,执行旱天污水排放标准;另一部分通过一级快速处理,削减大部分SS和部分COD、TP之后,直接排放,执行雨天的合流制污水排放标准。如果排放标准的问题不解决,我国合流制溢流污染控制就是一个死结,永远无法解开。


尽早启动监测,摸清底数


我国很多地方合流制排放口,一年溢流多少次,溢流污水多少量,什么情况下会溢流,底数都不清晰。建议各地尽快启动监测调查,积累翔实的数据,摸清基本情况,为合流制溢流污染控制奠定基础。


结语


我国正在大力推进黑臭水体治理攻坚战、渤海综合治理攻坚战和长江保护修复攻坚战等工作,在这些和城市水环境改善相关的攻坚战中,排水体制的选择均是一个重要的问题。合流制排水系统虽然有雨天溢流问题,但是国际经验和国内实践均表明,合流制和分流制排水系统各有优劣势,不能一味地认为合流制就是不好的排水体制,分流制就是好的排水体制。当前我国城市水体黑臭的一个重要原因是旱天污水直排,河道黑泥淤积严重,以及部分工业废水不能达标排放。要消除城市黑臭水体,进一步提升水质,改善城市水环境,就必须解决合流制溢流污染问题。对于现状合流制排水系统,要进行系统分析,能够进行雨污分流的应该彻底分流,对于不具备分流条件的,可以通过雨水源头减量、截留、调蓄等措施相结合,控制合流制溢流污染的频次。我国要解决合流制溢流污染问题,当前亟须出台雨天合流制污水处理排水的排放标准,允许通过快速处理技术处理截流的污水后排放。此外,还要尽早出台相关政策和技术指导文件,尽早启动监测以摸清底数。国内外的经验都证明,合流制溢流污染技术复杂,实施难度大,需要资金量大,加之我国城市排水管网标准低,基础差,欠账多,城市建设密度又大,在应对合流制溢流污染的问题上,还要做好打持久战的准备。


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