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0915中国给水排水2020年中国污水处理厂提标改造（污水处理提质增效）高级研讨会.docx
题目：对我国城市排水防涝工程体系构建的思考
报告人：中规院（北京）规划设计公司生态市政院 王家卓 院长/教授级高工
对我国合流制排水系统及其溢流污染控制的思考（作者：王家卓等）
来源 ：小沁 沁聚环保
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。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[2]。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。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[4]。《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。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。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%[3]，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[2]。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）[6]。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）[7]。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[9]。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[10]。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。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。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。
调蓄池在区域水系生态治理中的应用（作者：楚小龙 ）
来源 ：小沁 沁聚环保
串湖流域水系生态治理工程，是包含海绵城市、点源截污、调蓄、湿地生态处理等一系列措施的系统工程，调蓄池作为串湖流域黑臭水体污染治理的一个子项，承担着合流污水截流及初期雨水面源污染控制的重要功能。根据排水分区的不同，本工程设置了合流制区域调蓄池 6 座、分流制区域调蓄池 5 座。调蓄池的实施可以妥善解决长春主城区生活污水在雨季时的收集、处理问题，减少合流水溢流量，减少初期雨水对于串胡流域带来的面源污染，同时可以实现部分雨水的资源化利用，减少生态水资源的消耗。本文着重介绍了长春市不同类型调蓄池建设规模的计算及调蓄池的排空模式，为不同体制排水系统中调蓄池的计算提供了技术支持，并可推广应用于其他城市区域水系生态治理当中。长春市串湖流域总面积 80.4km2，建成区面积 49.7km2。共跨越两个行政区，分别为绿园区及宽城区；主要涉及三个汇水分区：铁西汇水区、宋家汇水区、小南（串湖）汇水区。根据地形标高、现状管网及汇流情况共分 77 个小分区，其中雨水散排区 6 个，分流制排水分区 26 个，合流制排水分区 45 个。
根据汇水分区的划分，串湖流域共设置 11 座调蓄池，总容积130500m³，其中属于合流制区域的调蓄池 6 座，属于分流制区域的调蓄池 5 座。以上调蓄池主要规模及位置详见表 1 和图 1。目前，串湖流域包括在运行的、拟建的共有 3 座污水处理厂，即翟家污水处理厂、天嘉污水处理厂及串湖污水处理厂。设计规模见表 2。
根据长春地区 2004-2015 年的年降雨量资料（其中 2004-2011 年只获得汛期 5-9 月份的降雨资料），从 12 年降雨资料可知，平均降雨量为 550.33mm，年降雨量极大值为 724.7mm（2013 年），年降雨量极小值为 347.4mm（2009 年）。
选取 2013 年降雨数据进行分析，2013 年降雨总量为 742.7mm，6-8月所下雨量在年总降雨量的占比达 63%。2013 年 总 降 雨 场 次 125 次， 总 降 雨 量 742.7mm， 总 降 雨 时 长661h，单次降雨极大值为 41.8mm。
本工程 11 个调蓄池中，6 个是雨污合流调蓄池。目前，德国、美国、日本等国家已经有了各自成熟的调蓄池计算方法，其中，德国和日本调蓄池设计的目标值都是设定合流制排水系统排放的污染负荷量与分流制排水系统排放的污染负荷量达到相同水平。我国上海合流制调蓄池在研究国外调蓄池计算方法的基础上，结合上海的实际情况，制定了上海的调蓄池计算方法。即先确定污染负荷目标削减率后，反推出系统调蓄池的容积。本工程合流制调蓄池容积的计算方法参考上海合流制调蓄池计算方法，同时根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）2016 版中用于合流制排水系统的径流污染控制时，雨水调蓄池的有效容积可用V=3600ti（n-n0）Qdrβ 计算。在合流制管网系统中，增加调蓄池可以在雨季时提高系统的截流倍数 n0，从而增加截流初期雨污水量。根据本区域服务范围面积、平均旱季污水量，计算出相当于旱季污水量的基准降雨强度，合流制片区为 0.23mm/h。根据全年降雨量资料统计不同截流倍数对应的降雨次数、降雨量、降雨历时及截流量占降雨量的比例如图 5 所示。
当截留倍数 n 取 22 时，截流量占降雨量的比例曲线出现明显拐点，进一步提高截流倍数则截流效益不明显。由此确定截流倍数 n 取 22。当截流倍数 n 取 22 时，全年累积截流降雨量为688.5mm，占全年降雨量的比例为 92.7%。合流制调蓄池容积计算表如表 3 所示：
注：（1）对于进水管上游有截流井的调蓄池，根据截流管道设计参数，原截流倍数 n0取 1，上游无截流井则 n0取 0；（2）截流倍数计算法是一种简化计算方法，该方法建立在降雨事件为均匀降雨的基础上，而实际降雨强度，特别是雨季暴雨频发时会远大于平均降雨强度，会导致溢流频率增加，因此 1、2、3、9、11号调蓄池安全系数取1.5，小城子水库调蓄池位于水库边，根据因地制宜的原则，考虑用地条件限制，安全系数取 1.1。本工程 11 个调蓄池中，5 个是初期雨水调蓄池。国外有研究认为，1h 雨量达到 12.7mm 的降雨能冲刷掉 90% 以上的地表污染物；同济大学对上海芙蓉江、水域路等地区的雨水地面径流研究表明，在降雨量达到 10mm 时，径流水质已基本稳定；国内还有研究认为一般控制量在 6 ～ 8mm 可控制 60% ～ 80% 的污染量。因此，结合我国实际情况，调蓄量可取 4mm ～ 8mm；同时根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）2016 版中分流制调蓄池主要通过设置调蓄量来控制溢流次数，进一步控制初期雨水面源污染。雨水调蓄池的有效容积可用 V=10DFψβ 计算。将全年降雨量从小到大排列，统计同一降雨量对应的降雨次数，根据次数累计频率与调蓄量的关系做图，如图 6。
由图可见，7 ～ 8mm 段截留次数随调蓄量增加的增长幅度最大，曲线曲率变化最大，因此调蓄量 D 取 8mm，全年截留次数为 95 次，溢流次数为 30 次。全年溢流量与截流量随调蓄量变化曲线如图 7 所示。
由图可知，当调蓄量为 6 ～ 9mm 时，对应的截留率及截流量分别为：(1) 调蓄量 6mm，截流率 70.4%，截流量 197.4mm/a，占全年降雨量比例 26.6%；(2) 调蓄量 7mm，截流率 72.8%，截流量 222.8mm/a，占全年降雨量比例 30%；(3) 调蓄量 8mm，截流率 76.0%，截流量 239.1mm/a，占全年降雨量比例 32.2%；(4) 调蓄量 9mm，截流率 78.4%，截流量253.0mm/a，占全年降雨量比例 34.1%。即当截流 8mm 降雨量时，76% 的降雨日不会出现溢流，以此类推。分流制调蓄池容积计算表如表 4 所示：
注：（1）根据因地制宜的原则，考虑到建设用地的限制，调蓄池安全系数取 1.1。雨季降雨较频繁时，调蓄池蓄满水后应尽快放空，综合考虑周围管网敷设情况及受纳污水厂处理能力，合理确定放空方案。考虑到翟家污水处理厂位于系统上游，故调蓄池放空收纳污水处理厂主要为天嘉污水处理厂及串湖污水处理厂。各污水处理厂承担调蓄池清空情况见表 5。
根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）2016 版中调蓄池放空计算方法为 t0=V/（3600Q’η）。由此计算得各调蓄池放空时间及放空方案如表 6。
本工程由于征地拆迁等原因，雁鸣湖调蓄池 1#、绿园明沟调蓄池暂无法设计，因此投资仅包含 9 个调蓄池。本工程调蓄池建安费为26635.16 万元，调蓄池造价为 2041 元 /m³。（1）通过分析长春地区连续十一年降雨资料确定该地区分流区域、合流区域调蓄池的计算参数。同时针对串湖流域内不同体制排水分区进行分区计算，该方法可推广至其他地区水系生态治理当中。（2）针对下游污水处理厂处理能力确定调蓄池放空时间，利用污水厂低峰期排放调蓄池内储存的雨水。
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沁聚环保公司从事调蓄池及截污产品在国内的销售、安装维护及技术咨询，同时在国内专注于给市政初期雨水收集处理、城市排水管网冲洗，径流总量，流速，液位峰值，CSO合流制排水系统和溢流雨水径流污染控制提供设计，设备及其控制软件，同时承接智慧海绵城市建设，黑臭水体流域治理及CSO合流制污水溢流污染系统相关设备分包安装业务。
