水业国际大讲堂：黑臭水体整治——雨水管控与溢流污染治理，Dohmann教授带来德国的经验，以及深隧建设的观点！

原创2017-05-12BJB中国给水排水

2017年5月4—5日，由中国土木工程学会水工业分会、中国城镇供水排水协会排水专业委员会、隧道股份上海市城市建设设计研究总院（集团）有限公司联合主办，由上海城市雨洪管理工程技术研究中心、《中国给水排水》杂志社有限公司联合承办的“水业国际大讲堂之二：黑臭水体整治——雨水管控与溢流污染治理技术与装备”在上海大华锦绣假日酒店隆重开讲。德国的Max Dohmann教授带来哪些治水经验，对分流制和深隧等有哪些观点？

通过雨水及合流制管网管理等措施减少对水体污染的德国经验

Max Dohmann 简介：

德国亚琛工业大学终身教授，德国水协会董事会主席，德国联邦环境顾问委员会顾问，德国水、污水及固废管理联合会（DWA）董事，重大水专项中德水合作项目发言人，德国“一级功勋十字勋章”获得者。

五十年来致力于污水处理、雨水管理、垃圾处理等环保领域的科研、技术研发、污水处理脱氮除磷新技术、污水管网系统运营管理、河流湖泊流域治理、雨洪综合管理等领域。长期参与中德政府、高校、企业间的环保专项科研、规划设计及项目执行。同时还是清华大学、哈尔滨工业大学、四川大学的客座教授。

主持人（张悦）：Max Dohmann教授是我们的老朋友，他是德国亚琛大学的教授，实际上亚琛大学跟我们国家的合作关系可以回溯到20世纪80年代。德国亚琛大学在水处理方面，尤其是污水、雨洪控制方面有其独特之处。Max Dohmann教授跟我们合作也有很长的时间了，科技部和德国合作的清洁水行动就是Max Dohmann教授参与的，在中国进行了很长时间的研究。他对中国的情况比较熟悉，今天非常荣幸，他再次来到上海，跟我们讲雨水管控和溢流污染治理的主题。他将要介绍他所了解和研究的这方面的成果。我相信也会给我们很多的启迪和可以借鉴的一些经验。今天由陈灿女士担任翻译。

Max Dohmann：今天应邀就关于减少开放水体的污染主题，包括河流溢流污染控制这个问题进行相关的探讨。曾经污水处理是我们关注的重点，但是随着时代的发展、技术的进步，现在大家更多地去关注我们的自然界开放水体的污染到底来自哪里。当然解决这个问题，不能光靠无限制地去扩建或者新建污水处理厂，更多地是要跟我们的管网系统结合起来。

近年来，中国政府和相关研究机构在管网系统的改善方面花费了更多的精力。首先在污水方面，其中集中制和分散制都有自己的优势。除了我们刚才提到的集中制和分散制的污水处置以外，实际上在污水收集或者受到污染的雨水的收集以及运输过程当中，我们还有很多可做的。大家看到的这张表格来自德国传统的工业区，就是北威州。

这张表格主要展示的是来自不同功能区域的不同的污染物的比重。最左边是污水总量，将近一半的污水实际上是由市政府污水处理厂来进行处置的。中间14%来自工业排放，我们关注的是上面的三种，也就是通过管网排放的这些污染量。我到中国来最常听到的一个问题是到底是合流制好还是分流制好，今天我们就这个报告的时间跟大家分享一下相关的德国经验。

开放水体受到的重金属污染主要是来自管网排放，而不是污水处理厂，因为污水处理厂的底泥已经得到处置，而管网当中的重金属会直接排放到水体当中去。这里是分流制以及合流制两个系统的排水路径，从这里大家可以看到基本污染物的流动方向。在这里实际上我们要强调的就是在世界上没有100%的合流制和100%的分流制，就像张悦和唐建国合编的黑臭水体指南当中所指出的一样，其实都是系统并不纯粹的原因。在欧洲跟中国一样，就是新建的管网绝对不允许存在合流制，而是应该建立分流制。主要是在新建的管网当中对合流制方面的污染物的控制没有相关的严格规范，所以就像刚才那位日本专家讲过的，实际上合流制当中的雨水和污水更容易建立相关的标准，所以会选择在新区当中建设分流制。但是在分流制当中存在一个非常受到关注的问题，就是初期雨水的问题，初期雨水造成的污染不亚于污水的污染。在这里，关于初期雨水的污染，我会专门提到一个物质，就是微塑料（micro-plastic）。这种物质是来自像洗衣粉、汽油以及普通的日化用品当中的污染物，其中大部分来自汽油。这种物质颗粒非常小，一般的污水处理或者过滤装置都没办法把它处理掉。这些物质存在于牙膏、洗衣粉、化妆品以及一些日用品里面，一般的检测实际上都会忽略掉这个化学物质的存在，因为它太过微小，很难通过仪器检测到。在德国实际上这个讨论已经存在很久，是否要在所有的日用品当中去除这些难以检测的物质。这些物质存在于我们每个人身上，包括我们现在穿的衣服，特别是在中国，大家习惯把洗衣机放置在阳台上，洗衣产生的这些很难检测到的物质通过雨水管道排入到了我们开放的水体。

那么我们在合流制和分流制当中要怎么去解决这些问题呢？这些物质实际不会大量地进入到污水处理厂，因为它不是通过污水管道传送的，而是通过雨水管道传送的。我们很难在短时间内去改变汽车工业、日用化妆品的生产流程或者工艺，我们只能要求给排水专业或者相关专业的工程师在我们分流制系统当中去解决这些问题。这里我们展示的是在排水系统当中不同的降雨，不同水源的污染物的含量。很多在座的专家可能在问，这怎么可能？如果一个污水处理厂的COD浓度能达到440mg/L，这是不可想象的，因为在中国这个浓度要低得多。那么今天我们就揭开这个谜题。

这个就像我们在指南当中其实已经说得很明确，这就是在污水产生到污水运输到污水处理厂这个环节当中，被大大地稀释了。在德国其实也存在外来水渗入的问题。那么，我们解决的方法其实也很简单，尽量地加强控制污水的浓度以及在降雨期的时候，对雨水进行分类。大家可以想象，如果我们能够控制住进入到污水处理厂的污水浓度，污水处理厂的处理效能将大大提高，处理的费用也会大大降低。今天上午有一些专家已经提到了，关于管网的防渗的问题，这是今天另外一个主题。但这确确实实是一个非常重要的措施，我们今天主要是针对排水管道当中的溢流污染的处置问题进行展开。这几个数据大家应该都很熟悉，有COD、氨氮，还有金属铜包括其他的化学物质。这里需要大家注意的是数据当中的地表径流，来自道路、广场等等开放的这些硬化路面的水质的情况。COD含量超过100mg/L，特别是铜的数据，可以看到地表径流的含铜量要大于管网当中的量。

这张表格向大家展示的主要是在同样的降雨条件下，合流制和分流制它的水的分布情况。这里很明显地看到，合流制系统当中实际在降雨条件下对污水处理厂的负担要明显地加重。这张表格实际上对于我们进行管网当中的调蓄池建设也好，或者是一些排口设置也好也有很大的帮助。左边是COD的含量变化，右边是氨氮的含量变化，它是随着降雨的持续时间在不同的位置演变的过程。蓝色的线代表的是我们雨水的位置，红色的线代表的是整个管网的流程过程当中，黄色的线代表的是接近末端。

其实我们刚才提到的在合流制系统当中，它对污水处理厂的压力更大，但是从这张表格可以看出，实际上通过分流制系统排放出来的污染物的含量比合流制系统当中的溢流的污染物含量更触目惊心。那么，这就带来一个问题，虽然我们在新区或者一直朝着建设分流制管网这个方向走，但是分流制管网不可避免地带来污染物的问题，必须得到解决。我们通过这种模拟可以看出，实际上通过分流制管网系统（SSS）排出的污染物的含量跟我们原先想象的不一样，它比合流制(CSS)要更多。比如说氨的总量差不多一致，但是COD是超出的。从这张表格可以看出，在分流制当中，实际上金属的排放污染量要大大超过合流制系统中的污染量，但是有些化学物质的量在合流制当中又多于分流制。现在我们来讨论一下这些污染物当中的粒径关系。以前只把污染物分成可沉淀和不可沉淀的部分。不可沉淀的部分实际上非常复杂，它的污染物粒径代表它能否被解除。有很多是我们看不见的，但是它又与水中的物质发生反应，或者对水体造成污染。这里提到的污染物全部来自地表径流，实际上它也不是普通的污水，而是初期雨水当中可能会富含的物质，分成了三个等级。一个是6~60μm，另外一个60~600μm，另外一个是大于600μm。大家可以看到，在这些金属污染物当中，实际上绝大部分都是不可察觉的，也就是粒径非常小的部分，像铜都是极小的，一般通过普通的物理处理或者是机械处理都很难去除。

在德国，有一个新的检测数据的标准（AFS63）。现在AFS63已成为进行初期雨水污染物处置的标准之一，那就是意味着≤63μm的这些污染物要通过别的方式进行处理。那么，问题就来了，我们要怎么样在管网当中去对这些微小的物质进行拦截和处置呢？首先要把来水的不同污染物的量分成三个等级，280、560和760，这个是污染物负荷的总量，根据不同的分类可以对来水进行处置，比如说在这里要注意的是在≤280时，实际是可以进行直排的，其他两个等级都是不允许直排到开放水体当中去。必须强调一下，德国和中国、日本都不一样，实际上我们对排口的溢流控制不是通过次数，也不是通过水量来控制，而是通过其中的污染物负荷总量来控制（中国称溢流频率、溢流比例，日本称控制溢流次数）。如果你的污染物负荷总数很低的话，你排很多次水，排很多水都没有关系！通过各种物理或者生物手段去达到污染物负荷总量控制目标。在德国现在经过二三十年的努力，实际在这两个系统当中的溢流节点的控制已经取得了很大的成效。

刚才已经看到了集中处置和分散处置，实际上所有的分散处置又可以拆得更细一点。举个例子，任何一条街道的管网设置了一个小型分散式处置设置，这对于一栋房或者小的街区来说又是集中处置方式。如果拆得更细，一个住户，一栋楼，要在源头怎么处理我们来看一下。这里大家都很熟悉的一些图片，这就是我们的源头处理的方式，有屋顶绿化，有每家每户自循环的雨水处置设施，包括下渗浅沟或者雨水花园。这在德国是非常普遍的，因为在德国你如果把雨水排到雨水管网当中去，是要付费的。大家都尽量地自家处置，自家产生的都自己来收纳。在座的各位对于城市建设都非常熟悉，中国在源头治理的时候，有很多的困难。在老城区存在改建或者用地条件的限制，在新的城区居住密度非常大，很难找到合适的分散的雨水收纳的场地。那么，也许就应该更多地关注于把从源头往下游开始移动，我们的这些处置方式和措施更多地应该放在中段和末端。

这是德国著名的波茨坦广场，就是一个比较完整的城市内部街区雨水自行消纳系统。

可以看到，雨水通过屋顶和玻璃幕墙的收集以后，被存储到地下的雨水罐中进行初步处理，然后通到室外的水井再进行处理，最后无法进入的这部分才进入雨水管网系统。这种分散型的雨水收集装置在中国其实也是很常见的，很多厂家都在生产。这种小型设施有可能收集到本地区住户或者建筑大概95%的雨水。

刚才提到，实施源头处置的场地和条件受限是非常严重的，我们主要关注管网系统怎样优化合流制和分流制系统。首先来看第二点，管网当中的流量控制，实际上要对污水浓度进行掌控，另外要提高管网当中的调蓄容积。第三点是两个系统当中的集中机械处理，实际上它就发生在排口，发生在调蓄池。调蓄池管道不是污水处理厂，不可能处理所有的污染物，我们更进一步地就是利用海绵城市设计的理念，通过生态滤池或者湿地，与调蓄池或者排口的结合来达到更好的处理效果。首先来看一下雨水的来源，通过不同功能的场地，雨水水质是不一样的。

首先来看合流制排水系统。合流制排水系统的优势是很明显的。在非降雨期或者降雨初期，这些肯定都是输入污水处理厂的。降雨比较大的情况下，更多地通过源头或者是一些结点的控制来缓解污染。因为它发生溢流，发生污染物外泄的情况是非常明显的。刚才提到，合流制最大的优点是污染点很容易找，所有的溢流口都容易发生污染，但是如果这个点控制了，实际上整个合流制的污染都基本上控制住了。如果发生了溢流，控制溢流口基本上能够控制住合流制系统的污染。而分流制的关键就在于初期雨水的控制，这一部分水要么送到污水管道，要么必须设定特定的设施对进行专门的处理。

把这两个系统改进以后，最大的优势有两点，第一点是可对污水处理厂的进水浓度和进水量进行有效的控制和缓解，另外经过初步处理的这部分比较干净的雨水，可回用于地下水的补给或者河道的水源等用途。

接下来对管网系统的调控进行简单的阐述。30年前开始研究的就是管网调控。我认为从事这个行业，第一件事情就是考虑怎样设置一个管道，怎样去控制水。像上海、北京这样大的城市，实际上每个区域的降雨情况不同，即便同一场雨，嘉定区和浦东新区的降雨量都不一样，每个区域的空气质量、地表径流污染都不同，整个管网输送的路径当中，每个节点、每一段的污染物负荷和水量都不一样，所以怎样有效地对每个节点进行水量和水质管控是我们研究的重点。现在进行管网管控的主要目的，是把污染每个管段当中污染物浓度比较高的，污染比较重的区域的来水送往污水处理厂，而其他的部分污染量并不大，污染负荷并不重的这部分水可以尽量通过其他方式进行处置，把它输送到其他的途径当中去。这是在德国一个中型城市的某一个集水区域的统计，左边大家看到的是这个集水区当中的8个调蓄池它的排名。中间是通过调蓄池排放的水量在没有得到管控和进行管控之间的一个比较。右边是调蓄池内所去除的或者所排除的污染物的总量在调控之前和调控之后的比较。

大家可以看到，实际上在调控之后，调蓄池可以排放的水量增加了，但是它控制的污染物的量也增加了。

通过紫外线和可见光的检测，可以看到实际上各种污染物的含量得到了有效的控制。通过管网和调蓄池收集到的污染物的含量比重会明显地增加，也就是减少了排入到河体或者开放水体当中的污染物的量。通过这样的管网管控，可以在污水处理厂进行实时、快速地监测，看一下污水处理厂的浓度是否有提高。同样在所有的排口进行非常时期溢流的时候也要对水质进行实时监测。现在展示的是最完整的实时检测系统，有摄像头，有水位监测装置，水质的实时检测装置等。

现在展示的是排水总量的变化，在进行管控和管控之后的总量发生了比较明显的变化。在德国降雨量的总量是分成三个类型。我们大家可以看到，实际上在德国也存在如果不对排口进行控制的话，直接通过简单的格栅或者直排的方式，会对相关的渠道或者水体造成严重的污染。这里展示的是三种安装格栅的方式。格栅实际上是有非常多的类型，国内外都有很多新型的产品，它这里只是挑选了几种进行展示。现在这种也是通过水力旋流的方式通过筛网的方式对较为细小的悬浮物进行筛除。

现在要花一点时间来讲述很多人都关注的一个重点，就是调蓄池的问题。德国建了相当多的雨水调蓄池。德国的面积只有一个半广东省大，但是有6~7万个调蓄池。在中国，现在调蓄池的建设也成为一个热点，一个是调蓄池容量的界定，一个是调蓄池功能的界定。调蓄池主要分成两个类型，一个是只有沉淀功能或者是错峰的，只是短时间地收集和消纳雨水，之后都进到污水处理厂去。另外一种是过流调蓄池或者溢流调蓄池，它必须具备一定的处置功能。从这类调蓄池出去的水不是只经过了短暂的沉淀或者粗格栅拦截，必须进行有效的物理处理。所有的调蓄池不应该只具备沉淀功能，实际上也许大家对沉淀功能有一定的误解。我们所有的雨水调蓄池所谓的沉淀功能都是不完善的，都是假的。那么，调蓄池本身通过物理处理只能对一些不溶水的悬浮物、漂浮物进行处置，像氮磷或者重金属是没办法处置的。

这是最简单的两种示意，左边的只有调蓄功能，所有水在降雨结束以后全部回到管网当中去，进行污水处理厂中进行处置。另外一种不一定所有的水都要进入污水处理厂，有一部分浓度比较小的这部分水可以通过物理的处置方式处置以后进行排放。

这种溢流调蓄池的设置非常简单。通过设置一定的机械处理处置方式，可以对污水处理厂处置不了的这部分持续来水进行实时的、在线的处置，达到排放的标准。大家可以看到第三张图，展示了和没有这种处理功能的调蓄池之间的最大区别。它在持续降雨发生的时候，能够对污染浓度虽然不是很高，但是依旧可能会造成水体黑臭的这部分污染物进行持续的处理，这就比我们常见的只有调蓄功能的调蓄池要更加先进。在这个时候只有调蓄功能的调蓄池已经发生直排了，右边这张图就是在在线处理能力已经在饱和的情况下允许发生溢流。这时候实际上溢流水浓度已经相当低了，可以允许排放到水体当中去。所有调蓄池内没有经过处置的这部分水在降雨结束后全部送到污水处理厂去。很高兴给大家展示是在30年前设计的调蓄池。像这样大型的地下调蓄池在中国也是非常常见的。

这张图表显示的是进水的流量和流速对沉淀效率的影响。也就是说实际上当你的来水量达到10m/h时，实际上已经没有了沉淀效果。这张图表显示的是设置了物理处理装置的调蓄池里面，在进水处置以及排水这三个阶段当中不同的粒径的污染物的减少程度，大家可以看到通过这种简单的装置实际上对污染物的去除有明显的控制效果。通过增加这样的功能以后，可以看到这种特别细小的＜63μm的污染物的去除率能够达到54%，而这种大粒径的污染物去除率能达到80%。这些是通过对4个不同的调蓄池长期跟踪检测结果进行统计分析得到的结果。

刚才其实已经谈到了调蓄池进水的速度和水位上升的速度以及进水是否均匀实际上都对处理效果有很大的影响。这里展示的是进水端控制的一些可能性。这些设置都是为了调蓄池进水的均匀度。这是普通的溢流堰。现在要介绍的是一种在德国非常流行的所谓的带分离隔板的，很像污水处理厂的格栅的概念，这个在德国应用得越来越广泛，它能够实现最大的在线处理的能力，同时能够促进调蓄池本身的沉淀效果。

这里展示的主要是进水的水力方面的演示。

这里是亚琛大学附近的由亚琛大学自行设计和监控的安装了分离隔板的调蓄池。这也是我设计的，大家有更详细的问题可以发问。

这是其中一个调蓄池处理效果的演示。

一般进水流速要＜4m/h，这样才能保证良好的处理效果以及沉淀效果。从进水SS和COD的浓度和出水的比较可以看出，其实已经得到了比较有效的控制。当然具体效果取决于当时设计的因素，还有新型材料的使用。这里展示了AFS这种＜63μm的微小物质，以及COD处置前和处置后的浓度的变化。

大家可以看到随着进水的流速的增加，实际上处理效果当然会下降，但是即便达到了10m/h这样很大的流速，处理效果依旧能够达到50%左右。

由于时间的限制，仅对生态设施相关联的调蓄池或者处理设施做简单介绍。这里展示的是几种采用不同的处置措施以后对于雨水合流制系统来水总量控制的效果比较。也许对大家进行今后的设计或者考虑的时候能有所帮助。可以明显地看到，采用单纯的绿色屋顶设计，大概能降低所有的来水15%的水量。然后如果采用普通的只对流量进行一些简单的监控和配合调蓄池的话，大概能减少30%左右。如果对管网各个节点从源头到中段到末端进行整体调控，包括采用在线处理方式的调蓄池，它的处理效果几乎达到50%。

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END

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现场精彩问答

提问一

中国土木工程学会水工业分会 张悦

第一个问题，排口溢流水的处理在德国加不加化学药剂？第二个问题，对中国风起云涌的采用深隧作为排水通道或调蓄设施怎么看？

Max Dohmann：对增加混凝剂这样的化学物质要看你的目的是什么。比如说我看过昆明的调蓄池，通过18个、20个调蓄池排入到滇池当中，磷的污染是非常大的。如果你通过混凝剂对磷进行集中地收集或者收纳的话，我是不持反对意见的。

关于深隧的事情，首先它的优点非常明确，深隧在地下跟其他所有东西都没有关系。如果地面发生任何的变化，你地面上造高楼也好，建绿地也好，都对深隧没有影响，这对政府来讲是非常容易解决的。当然，可以随便建多大，这是它最大的优点。另外需要提醒大家的是，不要认为越大越好，我不要做世界上最大的深隧，不要冲着这个目标去。中国已经有很多世界之最了，没必要在这个方面一定要去争取。因为深隧的建设费用是巨大的，带来的问题也非常明显。所以我的建议是可以建，但是不要建得特别夸张，可以进行分散地处理，不同的点进行一些大体量的调蓄的空间，但是不要建一个特别巨大的很难管控的。

深隧存在的问题有两大类，第一是工程问题，比如说在地下100米或者五六十米的深度，要进行开挖或者施工的话，难度非常大。包括涉及到的水泵，还有通风装置、除臭装置，这些设施的安全性能一定要非常高。另外，要考虑到是什么水进到了深隧，深隧里面存的是不那么干净的雨水。如果这些不太干净的雨水进入深隧，经过长时间的沉淀或者发酵，它会产生一定的有机物或者产生化学反应，产生的气体危害包括腐蚀，对这么大型的建筑结构进行侵蚀，这种影响是非常大的。它又不可能很简单地进行清洁维护，所以一定要考虑这个问题。如果往源头看，就要保证进到深隧的水比较干净，那么就必须在进入深隧之前的关口进行严格把控，这个进水口的设置要比我刚才提到的这些所有的都要复杂得多，都要精细得多。这可能也是深隧成功与否，是否能够长期运行的关键。

提问二

《给水排水》杂志社 关兴旺

德国雨水怎么收费？

Max Dohmann：这不是一个直接的收费，而是一个间接的收费。所有的收费跟你们交自来水费是一样的。自来水有很多用途，除了喝还洗了衣服，还浇灌了花园。通过对雨水进行处置，浇灌花园、普通的冲厕所都可以用这部分水，这样就节省了自来水，可以降低一部分自来水的费用。刚才提到的方式是15年前都执行的，但是到后来发现，实际上污水处理厂处理的水不光是自来水产生的部分，还有一部分是雨水。所以污水处理厂处理的总量要大于自来水厂生产的水量，那么这部分水由谁来付费？这部分也要加到每家每户，你的屋子有多少平方米，你如果不解决掉，你就要付费。实际上污水处理厂有20%、30%的费用来自于雨水这部分收费。

提问三

北京市市政工程设计研究总院 宋文波

第一个问题，德国的下水道往地下水的入渗率有多少？第二个问题现状德国的合流制管网运行状况是否是完好的，是否满足刚才介绍的污染控制的标准的要求?同时在未来这些合流制管网，是否准备进行改造？

Max Dohmann：首先是外渗水的量，在德国根据地形条件，比如说低洼地和山区平地都是不一样的。有一个极限值，渗入量最大的是50%。第二个问题关于COD浓度的问题，刚才展示的400mg/L是整个欧洲区域的平均浓度，在德国是300~500mg/L，可以做到，没有任何问题。这里再次提醒一下，事实上大家关注的是开放水体的所谓COD浓度、SS浓度是多少，这只是其中一个指标，刚才谈了很多其他的细小的难以检测的污染物的量对开放水体的污染也是很严重的。只不过大家现在的重点是在很容易监测的数据上面，很难检测的污染物上面大家都忽略掉了。第三个问题，关于合流制变分流制，答案是否定的。现在德国还鼓励在合流制地区不断地改善和改造，但是方向不是变成分流制，而是在浓度管控和溢流管控方面进行更多的更新。因为合流制其实在占地、投资等方面有非常明显的优点，所以不能简单地去比较哪个更好，而是说系统功能是否得到了更充分的发挥。