潘笑文 禹 浩 王禮兵 申屠華斌

1.中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江杭州 311122；2.浙江富春紫光環(huán)保股份有限公司 浙江杭州 310012

截至2019 年，我國城市（村鎮(zhèn)除外）排水管道長度已經(jīng)達(dá)到95.7 萬km，其中雨污合流管道15.2 萬km，由合流制溢流、雨污混接形成的溢流污染問題依然嚴(yán)重。各地區(qū)針對水環(huán)境改善開展截污工程設(shè)計(jì)仍主要采用目標(biāo)導(dǎo)向的思路，已有部分學(xué)者針對截流式合流制、截污式分流制排水系統(tǒng)的應(yīng)用模式展開研究[1]，但綜合考慮合流制、分流制以及其他不同影響因素條件下沿河截污系統(tǒng)應(yīng)用模式的研究，以及考慮不同情況的適用性研究仍較為少見。

沿河截污系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)綜合考慮所涉及區(qū)域的客觀條件及工程目標(biāo)，客觀條件即影響截污系統(tǒng)選擇和設(shè)計(jì)的外部條件，主要包括排水體制、污水系統(tǒng)特征、沿河排口水量、污水廠受納能力等因素；工程目標(biāo)主要結(jié)合城市發(fā)展進(jìn)程和水質(zhì)目標(biāo)要求，明確沿河截污工程階段性需要解決的問題及遠(yuǎn)期截污系統(tǒng)的可利用情況等。在以上提到的影響因素中，最主要的兩項(xiàng)分別為排水體制、末端處理方式，這些因素直接影響了截污系統(tǒng)處理對象、規(guī)劃期限、調(diào)蓄方式、后處理等設(shè)計(jì)要素。本文討論基于主要影響因素的截污系統(tǒng)應(yīng)用模式及其適用性，研究成果可為我國處于不同建設(shè)進(jìn)程的城市控制合流制溢流污染、初雨徑流污染提供指導(dǎo)。

1 排水體制演變

1.1 排水體制的演變進(jìn)程

排水體制即城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)選擇何種方式收集、輸送、排放雨水（污水），是影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)和管理的首要條件，同時(shí)也對城市規(guī)劃和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響[2]，其變革始終與國家政策、城市建設(shè)進(jìn)程緊密相關(guān)。由于受到經(jīng)濟(jì)條件限制，我國最早城市建成區(qū)主要以直排式或合流制排水系統(tǒng)為主，部分地區(qū)采用半分流制，即僅建設(shè)單一污水管網(wǎng)系統(tǒng)，未建設(shè)雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水體制，這幾類排水體制均導(dǎo)致了較為嚴(yán)重的直排污染以及合流制系統(tǒng)溢流污染。

隨著污染問題逐漸加劇，1987 年，住建部發(fā)布《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ14- 87），首次提出了城市建成區(qū)宜采用分流制排水體制，各地開始了對合流制溢流污染的初期探索。2013 年國務(wù)院辦公廳23 號(hào)文件《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施的通知》，明確提出了全國范圍內(nèi)推進(jìn)管網(wǎng)雨污分流改造的總體戰(zhàn)略。然而，在部分城市控制合流制污染問題的實(shí)踐過程中，分流制改造在治理效果和經(jīng)濟(jì)性方面均沒有表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。上海早期的合流制改造，區(qū)塊內(nèi)部保留合流制，區(qū)塊外部雨污分流，導(dǎo)致了“內(nèi)混外分”等情況發(fā)生，美國通過對600 多個(gè)城市排水系統(tǒng)的調(diào)查結(jié)構(gòu)表明，將直排式合流制改造為分流制的投資是改造為截污式合流制的三倍。國際上，大多數(shù)城市保留了相當(dāng)范圍的合流制排水系統(tǒng)，根據(jù)美國環(huán)保局2004 年統(tǒng)計(jì)，美國合流制排水系統(tǒng)服務(wù)人口4000 萬～5000 萬人，有32 個(gè)州存在合流制排水系統(tǒng)。英國、法國合流制排水系統(tǒng)比例約為70%（按服務(wù)面積計(jì)算）；德國合流制排水系統(tǒng)比例平均約為54%（按服務(wù)人口比例計(jì)算），日本合流制排水系統(tǒng)比例為47.6%（按服務(wù)面積計(jì)算）[3]，丹麥合流制排水系統(tǒng)比例約為45%（按管道長度計(jì)算）。此外，德國漢堡合流制系統(tǒng)服務(wù)人口超過90%，日本東京的合流制排水管道比例也達(dá)到了90%以上[4]?？梢钥闯觯瑖鈱τ诤狭髦葡到y(tǒng)，并沒有推廣大范圍的雨污分流改造，而是普遍采用截污的措施控制污染。

2018 年，《城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》提出暫不具備雨污分流改造條件的，要控制合流制溢流污染。部分城市較早的開展了合流制溢流污染控制的實(shí)踐，并起到了較好的效果。例如上海針對蘇州河治理實(shí)施開展了系統(tǒng)研究并進(jìn)行綜合治理，實(shí)施了蘇州河合流污染治理一期截污工程、蘇州河環(huán)境綜合整治工程，對中心城區(qū)沿線37 個(gè)合流制排水系統(tǒng)進(jìn)行截污改造，建設(shè)夢清園等合流制雨天溢流調(diào)蓄池，實(shí)現(xiàn)了旱季污水全收集、雨天污水部分收集處理。部分城市逐步開始吸取成功經(jīng)驗(yàn)，探索采用截污制合流制改造控制溢流污染的可行路徑，自此，我國排水體制的演變經(jīng)歷了一個(gè)從：致力于“污水干管全覆蓋、排水戶全接管”，到認(rèn)識(shí)到“合改分”是一種手段而非目標(biāo)的漫長演進(jìn)進(jìn)程。

1.2 我國城鎮(zhèn)排水體制現(xiàn)狀

由前文所述，目前我國排水體制主流的改革方向分為兩類，截流式合流制排水系統(tǒng)、完善的分流制排水系統(tǒng)，沿河截污系統(tǒng)在兩種不同排水體制中，分別發(fā)揮了控制溢流污染、沿河最后一道防線的作用。城鎮(zhèn)排水體制最明顯的特征即雨污分流工作開展完善程度的不同。根據(jù)我國2011 年至2019 年全國各省排水系統(tǒng)面板數(shù)據(jù)，我國2011至2019 年間，大部分城市開展了管網(wǎng)建設(shè)工作，全國排水管網(wǎng)長度從41.4 萬km 增長至74.4 萬km，合流管道總長度占排水管道比例由2011 年的25%下降至2019 年的13.9%，合流管道長度占排水管網(wǎng)比例30%以下的城市約為全國的60%，雨污分流建設(shè)效果較為顯著。

各省份雨污分流進(jìn)程存在差異，截至2019 年，東北，西北地區(qū)基本保留較高比例的合流制系統(tǒng)，主要集中于例如寧夏（60%）、遼寧（38%）、黑龍江（34%），括號(hào)內(nèi)為雨污合流制比例，這些地區(qū)降雨量年內(nèi)分配不均，適用于截污式合流制改造。截至2019 年，雨污分流工作開展最為完善的五個(gè)省份分別是福建＞內(nèi)蒙古＞山東＞上海＞浙江。福建省是目前全國雨污分流建設(shè)最為完善的省份，這些城市下一階段應(yīng)優(yōu)先開展初雨截污系統(tǒng)建設(shè)，進(jìn)一步提升水環(huán)境質(zhì)量。

2 末端處理方式

沿河截污嚴(yán)格定義為沿受納水體岸邊敷設(shè)截污管(渠)，對河道兩岸排水口設(shè)置污染物截污設(shè)施及截污井等工程措施的方式進(jìn)行截污，其末端污水去向分為污水廠處理和調(diào)蓄、一級(jí)強(qiáng)化處理兩類，處理方式的選擇受排水體制、污水系統(tǒng)現(xiàn)狀處理容量等因素的影響。

從排水體制的角度考慮，末端處理的設(shè)計(jì)前提是分類截污原則。徹底的分流制系統(tǒng)僅在雨季發(fā)揮收集初小雨功能，考慮沿河截污雨水排放口，并設(shè)置智能調(diào)蓄井等設(shè)施，以精準(zhǔn)截污初期雨水，實(shí)現(xiàn)清污分流，該系統(tǒng)末端優(yōu)先進(jìn)入一級(jí)強(qiáng)化處理設(shè)施，根據(jù)水環(huán)境目標(biāo)綜合選擇處理工藝，也可以進(jìn)入污水廠一級(jí)處理后排放。針對半分流制系統(tǒng)、混接分流制的污水直排口，其末端直接優(yōu)先考慮接駁進(jìn)入市政污水管道，否則考慮接入新建污水管道或者截污管道，并優(yōu)先輸送至污水處理廠處理。針對合流制系統(tǒng)改建為截污式合流制，考慮到其截流污水污染濃度較高，其末端通常優(yōu)先進(jìn)入污水廠進(jìn)行處理，在污水廠受納能力不足等條件下，考慮建設(shè)一級(jí)強(qiáng)化處理設(shè)施進(jìn)行處理，一般選擇生物處理裝置，以實(shí)現(xiàn)較好的出水效果。

從截污系統(tǒng)規(guī)模層面分析，末端處理量與系統(tǒng)規(guī)模的匹配性是影響其效果發(fā)揮的關(guān)鍵因素。系統(tǒng)規(guī)模主要受到系統(tǒng)是否設(shè)置調(diào)蓄池及調(diào)蓄規(guī)模、當(dāng)?shù)氐奈鬯畯S處理富裕能力或新建、擴(kuò)建計(jì)劃所影響，當(dāng)污水處理廠處理能力不足、旱季滿負(fù)荷，以及工藝受水量及水質(zhì)沖擊負(fù)荷影響大的條件下，截污系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置調(diào)蓄空間并經(jīng)一體化處理設(shè)施凈化后排放。

3 截污系統(tǒng)的應(yīng)用模式

結(jié)合前文所述，影響截污系統(tǒng)處理對象、設(shè)計(jì)條件最主要的兩大因素為城鎮(zhèn)排水體制、末端處理方式，根據(jù)這兩大因素可以將沿河截污系統(tǒng)劃分為四種基本應(yīng)用模式。詳見表1。

表1 截污系統(tǒng)模式

從污染削減效果來看，針對分流制系統(tǒng)的模式三控制污染效果最為顯著，由于片區(qū)雨污分流工作較為完善，沿河截流系統(tǒng)作為旱季跑冒滴漏的最后一道防線以及初期雨水的主要收集措施，最大程度上避免了污染物進(jìn)入河道。且末端采用污水廠處理后排放，避免了一級(jí)強(qiáng)化措施雨季停留時(shí)間短，出水水質(zhì)不穩(wěn)定等情況發(fā)生。

從系統(tǒng)效能來看：針對合流制系統(tǒng)的模式一、模式二，影響其治理效果發(fā)揮的主要因素為末端處理是否能夠匹配系統(tǒng)規(guī)模。以末端總口截污工程為例，部分城市河道由于其斷面狹小、匯水面積偏低，而兩岸雨污水排口污染量較大，長此以往已經(jīng)成為名副其實(shí)的排污溝，部分河道逐步改造成為地下暗渠，這類河道通常采用末端總口截污的形式進(jìn)行改造，即將狹小河道視作排污通道，僅在末端開展截污治理，主要應(yīng)用于合流制系統(tǒng)，屬于模式一、二的范疇。該截污系統(tǒng)在雨季受到大規(guī)模水量沖擊，無論是采用污水廠抑或一級(jí)強(qiáng)化處理的模式，均不能匹配截流規(guī)模，造成系統(tǒng)失效。另有部分城市的合流制截污系統(tǒng)，由于上游混接污水量規(guī)模較大，為了短時(shí)間徹底截污污染問題，采用了在主干河道兩側(cè)修建大型的截污渠道截污支流污水的工程形式，也稱為末端大截排工程，最明顯的不足則是截污量大、清污不分，其本質(zhì)也同樣是系統(tǒng)與處理終端的不匹配。

4 小結(jié)

（1）截污系統(tǒng)的四大模式中，模式一與模式二為針對合流制系統(tǒng)的截污系統(tǒng)，主要差別為前者采用污水廠處理截流污水，后者采用一級(jí)強(qiáng)化處理終端實(shí)現(xiàn)污染物降解；模式三與模式四為針對分流制系統(tǒng)的截污系統(tǒng)，其主要差別同樣是采用了不同末端處理方式。

（2）從污染物削減效果的角度，針對分流制系統(tǒng)的模式三控制污染效果最為顯著，從建設(shè)、管理及運(yùn)營角度，模式一投入較為可控且管理便利。

（3）從中國各省份排水管網(wǎng)措施建設(shè)整體情況上來看，東北，西北地區(qū)仍保留較高比例的合流制系統(tǒng)，東三省分流情況與污水處理率均屬于偏低水平，建議繼續(xù)提高管網(wǎng)收集率，在此基礎(chǔ)上開展截污式合流制改造，截流污水宜采用新增污水處理終端的模式處理。福建、山東、上海、浙江雨污分流情況較好，以福建省為首，下一階段應(yīng)優(yōu)先開展初雨截污系統(tǒng)建設(shè)，進(jìn)一步提升水環(huán)境質(zhì)量。