完善合流制的改造探討

□ 郭銳敏

1 國內(nèi)排水體制的發(fā)展歷程

自中華人民共和國成立以來，我國的排水體制經(jīng)歷了三次主要變革。

中華人民共和國成立初期，受城市規(guī)模及居民生活習(xí)慣的影響，排水采用直排式合流制。城市區(qū)域的雨水、污水混合納入同一個根排水管道，就近直接排放進(jìn)入自然水體。簡潔的管道系統(tǒng)有效解決了城市積水的問題，但是直排污水未經(jīng)處理，對自然水體造成了嚴(yán)重的污染。

1980—1990年間，為解決直排污染問題，多個城市對排水管道系統(tǒng)進(jìn)行截污改造。旱流污水通過截流干管全部引至污水處理廠，解決晴天污水排放問題。但雨天時，由于污水處理廠能力有限，大量摻混了污水的雨水只能從截流井溢流到水體中，造成了污染。同時，由于溢流井連通了水系和城市排水管道，水系高水位條件下存在倒灌風(fēng)險。

1987年，《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ 14—87）的發(fā)布，正式提出城市新建城區(qū)宜采用分流制排水體制，分流制開始成為發(fā)展的主流。雨污水采用兩套獨(dú)立的排水系統(tǒng)，污水無論晴雨天，均可完整收入污水處理廠，解決了污水溢流污染水體的問題。

2 分流制改造的難題

許多城市的排水規(guī)劃都提出要將原有的合流制系統(tǒng)逐步改造成分流制。但各城市在改造過程中，均遇到了不同程度的難題。

技術(shù)條件方面：老城區(qū)地下空間有限，各種已建管線缺乏規(guī)劃，重力流管道的改造難度特別大；改造工作難以推進(jìn)，管網(wǎng)只進(jìn)行了部分改造，或因各種原因中途停止，這些不完整的分流改造，又引發(fā)了新的污染問題；分流后的雨水管網(wǎng)，存在初雨污染問題；管網(wǎng)體系存在錯接、混接的風(fēng)險。

改造費(fèi)用方面：2套管網(wǎng)造價高；部分城市傳統(tǒng)建筑和歷史遺產(chǎn)較多，改造的代價巨大；為了控制初雨污染，需要配置大容積的初雨調(diào)蓄池，增加土建投資；改造后的污染物削減效果與工程投資需要統(tǒng)籌衡量。

維護(hù)管理方面：為防止后續(xù)出現(xiàn)違規(guī)混接和排放，需要投入了更多人力進(jìn)行監(jiān)管，否則會產(chǎn)生兩套混流系統(tǒng)。

昆明、武漢、廣州、北京等城市已經(jīng)進(jìn)行了多年的分流制改造，投入巨大的費(fèi)用，并進(jìn)行了悉心的設(shè)計(jì)布置和社會工作，但至今仍然無法全面實(shí)施推進(jìn)[1]。水污染治理的壓力和雨污分流的過程艱難，有目共睹。

3 發(fā)達(dá)國家的合流制進(jìn)展

國外發(fā)達(dá)國家也經(jīng)歷了“合改分”的時期，比我國更早遇到推進(jìn)瓶頸，也更早地思考污水溢流（Combined Sewer Overflow，CSO）污染控制的方案。

3.1 美國

美國現(xiàn)存合流制排水系統(tǒng)的城市分布在32個州，主要位于美國東北部的5大湖區(qū)，以及西部發(fā)展較早的部分地區(qū)，這些城市大部分沒有選擇進(jìn)行大范圍的合改分工程，而是轉(zhuǎn)向?qū)狭髦埔缌魑廴具M(jìn)行有效控制[2]。

美國的城市污水處理廠大部分建設(shè)在遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)，充足的場地可以配置大規(guī)模的處理能力，并且國家政策給予考核特例，允許在暴雨情況下，混合污水只經(jīng)過一級處理加消毒就能排放，因此可以普遍采用截流倍數(shù)高達(dá)4的“大截流系統(tǒng)”，提高污水收集量。

3.2 德國

德國現(xiàn)有的合流制排水系統(tǒng)多分布于南部城市。據(jù)2016年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，德國合流制管網(wǎng)長度占全境管網(wǎng)總長的53.5%[3]。

德國1970年開始大量建設(shè)雨水調(diào)蓄設(shè)施，2016年各類雨水調(diào)蓄設(shè)施達(dá)到54069個，調(diào)蓄容積共計(jì)6079×104m3，人均0.738 m3[2]。

合流制區(qū)域的污水排放需要事先獲得政府的排放許可；在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)營中，借助自動設(shè)備及精確監(jiān)測儀表，嚴(yán)格控制干管的最大流量不超出污水處理廠的處理能力，同時對源頭雨水進(jìn)行分散控制，減少系統(tǒng)的雨水量。德國主要通過調(diào)蓄來應(yīng)對CSO溢流污染。

3.3 日本

1980年開始，日本國土交通省著力推進(jìn)合流制溢流控制，強(qiáng)調(diào)完善管網(wǎng)系統(tǒng)，提高截流能力。1999年，日本有合流制排水系統(tǒng)的城市共195座，其中11座城市的人口超過100萬[2]。

日本制定了明確的合流制改善目標(biāo)，如各排放口全年外排的污染物平均濃度不超過40mg /L，控制溢流次數(shù)等。由于易受臺風(fēng)影響，加之城市建筑密度高，部分城市建造了調(diào)蓄隧道或者大管徑的截流干管，統(tǒng)籌考慮防澇與溢流控制。

考慮到合流制改善工作建設(shè)周期長，影響城市環(huán)境交通以及居民的生活，日本很多城市的改善策略，傾向于對溢流排口的排水進(jìn)行就地處理，從而衍生了許多創(chuàng)新凈化技術(shù)。

3.4 國外經(jīng)驗(yàn)小結(jié)

各國的總體思路都是削減外排污染負(fù)荷，但各國的國情、基礎(chǔ)設(shè)施及管理水平不盡相同，在策略上各自有所側(cè)重。美國采用大截流系統(tǒng)，盡可能地收納處理雨污水，是基于污水廠的地理優(yōu)勢及充裕的城市空間；德國重視調(diào)蓄以及精確的截流控制，源于嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)觀念以及成熟先進(jìn)的設(shè)備制造工藝；日本側(cè)重于深邃及就地處理，更多是因?yàn)闃O端天氣易發(fā)、人口密度高、城市空間緊張以及民眾對社會和環(huán)境質(zhì)量的高要求。

但應(yīng)注意的是，無論美德日哪一國，均有專門的政策規(guī)章及專屬的負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)支持推進(jìn)合流制建造。

4 國內(nèi)推進(jìn)合流制的難點(diǎn)

對比美德日3種典型，中國的情況與日本更相似，但卻無法直接搬用方案，因?yàn)閲鴥?nèi)推進(jìn)合流制有自己特有的難點(diǎn)。

4.1 合流管網(wǎng)形式多樣，系統(tǒng)復(fù)雜

由于建設(shè)指導(dǎo)思想的更迭、城市高速發(fā)展引起的空間條件急劇變化、建設(shè)管理水平滯后以及臨時治理措施缺乏統(tǒng)一指導(dǎo)等因素，導(dǎo)致國內(nèi)現(xiàn)存4種類型的合流制排水系統(tǒng)。

合流制排水系統(tǒng)。該系統(tǒng)又可細(xì)分為完善及不完整兩種。完善合流制是指系統(tǒng)包括了源頭低影響開發(fā)技術(shù)，管網(wǎng)截流量匹配污水處理廠能力，調(diào)蓄設(shè)施及就地處理設(shè)施，是合流制改善的目標(biāo)形式；不完整合流制是指缺失了一項(xiàng)或多項(xiàng)的上述內(nèi)容，常會出現(xiàn)污水廠前溢流、污水負(fù)荷量低、貯存污水無法處理的情況，這是國內(nèi)大量合流制管網(wǎng)的普遍現(xiàn)狀。

存在較多錯混接的分流系統(tǒng)。分流建設(shè)中，由于施工及監(jiān)管的不規(guī)范，造成多處雨污水混接，形成2套混流管網(wǎng)。最終造成污水管網(wǎng)的收納水量大，雨水網(wǎng)管的排放污染嚴(yán)重。

分流制改造過程中的過渡系統(tǒng)。該系統(tǒng)按分流制設(shè)計(jì)及施工，但由于空間、經(jīng)費(fèi)及推進(jìn)受阻等問題，系統(tǒng)未建設(shè)完全且有可能將長期處于這樣的中間狀態(tài)。也有存在由于資金或者改造難度大等問題，優(yōu)先對道路進(jìn)行分流改造，而小區(qū)地塊內(nèi)仍保留合流制的情況，此時雨水管道只能收集市政道路上的雨水。

山水及雨污混合的排水系統(tǒng)。結(jié)合行洪、排澇管涵渠道設(shè)置的，混合多種水流的排水系統(tǒng)，多見于沿海及山地地區(qū)。旱天污水濃度低，雨天溢流量大。

上述多種類型合流制共存的復(fù)雜情況，使得國內(nèi)制定政策和進(jìn)行改造的難度加大，改造推進(jìn)難以進(jìn)行，排水系統(tǒng)溢流的頻次更高，形成嚴(yán)重的污染危害。

4.2 各地改造條件差異大

不同規(guī)模的城市，其改造目標(biāo)和難點(diǎn)完全不同。大城市發(fā)展較早，排水體制的指導(dǎo)方向更迭頻繁，存在多種管網(wǎng)形式。合流制管網(wǎng)處在核心老城區(qū)，已建的地下管線復(fù)雜，改造空間十分有限，改造工作對民眾的生活影響較大。小城市市政基礎(chǔ)不完善，管理維護(hù)水平較差，資金也難以維持長時間的改造工程。

每一座城市都有自己的特點(diǎn)。地上傳統(tǒng)建筑群、地下古跡、文化遺跡等直接影響改造技術(shù)，需要巨額的維護(hù)成本；自然地理特征造成的高地下水位，需要考慮外水入滲、倒灌；南方城市需要考慮結(jié)合防洪排澇；山區(qū)城市地質(zhì)不良區(qū)域的改造成本高昂。

4.3 缺少指導(dǎo)性政策和法規(guī)

相比國外，國內(nèi)合流制系統(tǒng)的支撐性政策法規(guī)缺口較大。管控內(nèi)容的空白，使得執(zhí)法和監(jiān)管缺乏依據(jù)；指導(dǎo)思想不統(tǒng)一，方向不堅(jiān)定，容易受到社會阻力、技術(shù)條件的影響，系統(tǒng)的建設(shè)在合流制與分流制之間反復(fù)變換[4]，形成了不徹底的分流系統(tǒng)。

缺少國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范的支撐。國內(nèi)目前還沒有針對溢流次數(shù)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及方法[5]；對于截流倍數(shù)，規(guī)范取值2～5，范圍寬泛缺乏針對性，設(shè)計(jì)完全憑借經(jīng)驗(yàn)，也經(jīng)常伴隨矛盾。

對于下游需新建污水廠的情況，若倍數(shù)取值大，則管網(wǎng)和污水廠規(guī)模大，投資高，污水被稀釋，造成入廠濃度低，難以響應(yīng)國家污水處理廠提質(zhì)增效的要求；而取值小，又缺乏指標(biāo)判斷是否能滿足溢流污染的控制要求。

對于下游已有污水廠的情況，倍數(shù)只能根據(jù)污水廠的冗余能力選擇，取值過大則出現(xiàn)廠前溢流；如果冗余足夠，系數(shù)取高值，雨天又存在污染物濃度低、水量大的問題，對生物處理設(shè)施不利。

4.4 建設(shè)管理維護(hù)能力不足

管網(wǎng)狀態(tài)混亂，管理難度大。國內(nèi)現(xiàn)有的合流系統(tǒng)類型本就復(fù)雜，再加上建設(shè)管理不當(dāng)、違法成本低等因素，建成管網(wǎng)中錯接、混接、亂接的現(xiàn)象較多，加劇了混亂狀態(tài)。

維護(hù)人員的素質(zhì)水平較低、經(jīng)費(fèi)不足等原因制約著整體管網(wǎng)的運(yùn)行效率。淤積、破損、滲漏等問題，使得截流管道能力下降，出現(xiàn)旱季沉積物增多、雨季溢流嚴(yán)重、污染地下水等問題。

個別地區(qū)應(yīng)付心態(tài)重，改造策略不當(dāng)，加劇污染影響。為了應(yīng)對考核，改造缺少統(tǒng)籌考慮，采用封堵溢流口等方式粗暴解決，削弱了排水能力，增加內(nèi)澇風(fēng)險。

缺乏系統(tǒng)的整體意識。為了單一的防洪或者景觀水景需求，通過設(shè)置閘壩等方式，隨意改造水系水位和河道運(yùn)行狀態(tài)，使得部分管網(wǎng)及排口長期淹沒在常水位之下，加劇管網(wǎng)運(yùn)行壓力。

5 完善合流制的改造思路

針對國內(nèi)存在的推進(jìn)難點(diǎn)，結(jié)合國外的改造經(jīng)驗(yàn)，我國的合流制污染控制措施應(yīng)該貫徹削減外排污染負(fù)荷的原則，但又應(yīng)該秉持自己的改造特點(diǎn)。

根據(jù)排水的過程，以管網(wǎng)為主體，減少水量的思路為：減少進(jìn)入管網(wǎng)的雨水量；增加進(jìn)入污水廠的混合水量；將本應(yīng)溢流的混合水量暫時貯存待后續(xù)處理。具體而言，控制措施為源頭減排、管網(wǎng)優(yōu)化維護(hù)、調(diào)蓄處理、完善規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)。

5.1 源頭減排

源頭減排的目的是減少進(jìn)入排水管網(wǎng)的雨水。結(jié)合海綿城市措施，將雨水就地留存、下滲，實(shí)現(xiàn)錯峰排放，同時利用植物和土壤截留過濾雨水中的污染物。這是一個行之有效的方法且措施多樣，包括綠色屋面、透水鋪裝、下沉綠地、生物滯留帶及雨水花園等，結(jié)合景觀利用建筑群之間的零碎空間，完成雨水控制。

5.2 管網(wǎng)優(yōu)化維護(hù)

截流倍數(shù)是核心參數(shù)，需要統(tǒng)籌考慮現(xiàn)有污水廠的規(guī)模情況、城市下墊面的情況、工程資金量、建設(shè)管理水平，而現(xiàn)有規(guī)范對其卻缺乏有針對性的指導(dǎo)。結(jié)合現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，將工程數(shù)字模型化，根據(jù)治理目標(biāo)，反推出不同截流倍數(shù)下的設(shè)施配置，組成多個方案比較，可以直觀有效地進(jìn)行決策，避免了依靠經(jīng)驗(yàn)、邊做邊改的方式。

重視管道的清洗及疏通，積極宣貫并提高周邊居民的正確排水意識，將管網(wǎng)排水能力維持在良好的狀態(tài)中。破損管道的修復(fù)及錯混接整改，是無法避免并需長期堅(jiān)持的工作，需要主管部門重視并給予政策支持。

5.3 調(diào)蓄處理

在管路中設(shè)置調(diào)蓄水池，能夠有效增加污水截留倍數(shù)，控制初期污染濃度較大的污水，將其錯峰排放至污水處理廠。通過監(jiān)測儀表對截流井內(nèi)實(shí)時水位和水質(zhì)的精確計(jì)量，配合自動化閘門及堰板，可以隨時調(diào)整截流倍數(shù)，有效防止外水倒灌。調(diào)蓄水池的布置位置靈活，可以分散布置在零星空地中，也可以集中布置，布置在管網(wǎng)上游還可以有效減小下游截流干管的管徑。

在溢流端建造人工濕地除了可以調(diào)蓄溢流水量外，還能利用植物去除水中的污染物，污水停留時間越長去除效果越好[6]。人工濕地同時能起到美化城市、改善生態(tài)的作用，由于需要較大的占地，宜結(jié)合景觀布置。

在溢流端安裝就地處理設(shè)備可以有效削減外排污染負(fù)荷。已有學(xué)者研究旋流分離器在末端處理中的應(yīng)用[7]；也可以結(jié)合雨水調(diào)蓄池，增設(shè)斜板沉淀隔間，對溢流水量進(jìn)行就地處理。

5.4 完善法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及管理

與國外相比，法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)是國內(nèi)推行完善合流制的最大欠缺。溢流污染CSO控制需要法律法規(guī)提供支撐依據(jù)，以保證工作順利實(shí)施。規(guī)劃的編制要具有針對性，根據(jù)各城市的特性及發(fā)展趨勢進(jìn)行補(bǔ)充或者修編。各部門之間需要加強(qiáng)溝通協(xié)調(diào)，保證政策的一致性，避免目標(biāo)反復(fù)。

設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)急需完善和細(xì)化，單依靠經(jīng)驗(yàn)選擇參數(shù)及工藝，無法保證設(shè)計(jì)的可控性。要加強(qiáng)排水監(jiān)督管理，重視管網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)，大力整改錯混接，提高居民的正確排水意識，保障管網(wǎng)處在良好的運(yùn)行狀態(tài)。

6 結(jié)語

吸取污染治理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，國內(nèi)已不再一票否決合流制。國外的成功治理案例也給予了合流制新的活力。在日漸成熟的自動化設(shè)備及精確監(jiān)測儀表的幫助下，曾經(jīng)的合流制缺點(diǎn)正在逐個被解決。

合流制和分流制不應(yīng)有優(yōu)劣之分，兩者更應(yīng)作為互補(bǔ)方案，根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域特性來搭配選擇。在完善合流制的道路上，我國還有必須要克服的一系列難題，這是一條漫長但可行的發(fā)展之路。