典型發(fā)達(dá)國家合流制溢流控制的 分析與比較
Analysis and Comparison of Combined Sewer Overflow (CSO) Control
in Representative Developed Countries
in Representative Developed Countries
關(guān)鍵詞：溢流污染；合流制溢流控制；合流制排水系統(tǒng)
Abstract: The United States, Japan and Germany were taken as the regionally representative developed countries implementing long-term CSO control. The development history, main policies and strategies of combined sewer system retrofit and overflows control in these counties were summarized and analyzed. The commonness and differences of the understanding of CSO issues, strategies alternatives and technical strategy selection in different countries were discussed, so as to provide reference for CSO control under the characteristics of combined sewer system in different regions of China.
Keywords: CSO pollution; CSO control; combined sewer system
正 文
從世界范圍看，合流制溢流（CSO）控制是國際上許多國家都長期面臨的重大問題，有些已經(jīng)較好地控制了溢流污染帶來的影響，有些仍然深受其困擾并還在摸索之中。其中，美國、日本、德國均較早系統(tǒng)性地開展了合流制排水系統(tǒng)改造與溢流控制的相關(guān)工作，并已取得了一定成效，總體上代表了不同區(qū)域典型發(fā)達(dá)國家對CSO問題的認(rèn)識與控制水平。為此，梳理美國、日本、德國城市合流制溢流控制的主要發(fā)展歷程與策略，分析這3個國家在長期實踐過程中所取得的共性經(jīng)驗與教訓(xùn)，以及策略選擇的差異，對中國不同區(qū)域合流制排水系統(tǒng)特征條件下的CSO控制是重要的參照。
1. 美國合流制溢流控制的發(fā)展歷程與策略
美國大量城市合流制管網(wǎng)建設(shè)于19世紀(jì)后期與20世紀(jì)早期。從20世紀(jì)中后期開始，美國各城市在開發(fā)建設(shè)過程中，合流制排水系統(tǒng)的溢流污染問題逐漸突顯。隨即，美國國家層面提出CSO控制的相關(guān)要求，各城市根據(jù)地方特點長期開展溢流控制相關(guān)工作，至今已有50余年。聯(lián)邦政府和各地政府投入巨額資金，實施大量系統(tǒng)性改造工程，至今已經(jīng)有效減少了溢流污染的排放總量，大幅降低了溢流污染的危害，但針對大量保留城市合流制系統(tǒng)的區(qū)域，仍在持續(xù)開展溢流控制的相關(guān)工作。
1.1 發(fā)展歷程
通過梳理美國聯(lián)邦政府多年來發(fā)布的CSO控制相關(guān)立法與政策、重要研究報告，以及各地在執(zhí)行過程中的實際響應(yīng)與反饋情況，分析美國合流制溢流控制的總體發(fā)展歷程。
美國EPA提交國會的CSO控制報告
1965年，美國聯(lián)邦水污染控制法（Federal Water Pollution Control Act）首次在聯(lián)邦法規(guī)層面提出控制合流制溢流污染，并要求各地推進(jìn)開展CSO控制的相關(guān)研究與工程示范。1972年，美國聯(lián)邦水污染控制法的修正案即清潔水法（Clean Water Act）發(fā)布，逐步建立國家污染物排放（NPDES）許可證制度，并將CSO納入排放許可的點源污染管控要求。但在20世紀(jì)70年代，大量美國城市點源污染控制的重點工作在于城市污水處理廠的擴(kuò)建與二級處理工藝的提升改造，對CSO控制的重視程度仍不足。20世紀(jì)80年代，合流制溢流污染帶來的危害愈發(fā)突出，美國環(huán)保署（EPA）開展了多項針對合流制溢流污染特征的相關(guān)研究，發(fā)布系列研究報告，芝加哥、舊金山、明尼阿波利斯等城市也開始實施CSO控制的相關(guān)工程。1989年，美國EPA發(fā)布國家CSO控制策略，重點提出了6項基本控制措施，包括：① 合規(guī)、合理的運維管理策略；② 最大程度利用管網(wǎng)系統(tǒng)的能力；③ 評估和提升預(yù)處理能力；④ 最大限度地截流至污水廠處理；⑤ 嚴(yán)禁旱季溢流；⑥ 控制CSO中的懸浮物和顆粒物，以此作為各地申請CSO排放許可的基本技術(shù)要求。
20世紀(jì)90年代開始，美國各城市依據(jù)國家CSO控制策略要求，開展CSO控制工作，但在執(zhí)行過程中卻引發(fā)了諸多爭議。一方面國家層面聯(lián)邦政府高度關(guān)注CSO污染的危害，推進(jìn)對CSO的控制；另一方面，由于不同城市合流制系統(tǒng)本身及其改造條件差異較大，各城市具體負(fù)責(zé)CSO控制的市政職能部門又普遍認(rèn)為國家層面CSO控制策略的可實施性與指導(dǎo)性仍不足。基于此，美國EPA于1992年又專門組建了咨詢委員會（MAG），以協(xié)助EPA完善國家層面CSO控制的總體策略，并進(jìn)一步討論CSO控制的實施周期與投資等問題。委員會成員不僅包括EPA工作人員，還包括不同城市的管理者，以及相關(guān)技術(shù)協(xié)會的技術(shù)人員等。通過反復(fù)討論，1992年，國家CSO控制策略在原6項基本控制措施的基礎(chǔ)上又增加了CSO污染問題的現(xiàn)場探查與監(jiān)測、污染的預(yù)防、CSO重點影響區(qū)域的劃定3項要求。同時，考慮到CSO控制的復(fù)雜性和長期性，提出在國家層面建立CSO控制的統(tǒng)一框架，給予各城市一定的靈活性來制定適用于當(dāng)?shù)刈罱?jīng)濟(jì)有效的控制策略。隨即在1994年，EPA在1989年CSO控制策略基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)布國家層面的CSO控制政策，該政策成為美國CSO控制的一項重要綱領(lǐng)性文件，沿用至今。
2000年，美國國會發(fā)布了清潔水法的修正案，即雨季水污染控制法，要求各地合流制排水系統(tǒng)排放許可的申請要遵循CSO控制政策的相關(guān)要求。制定9項基本控制措施（取代CSO控制策略中的6項基本措施），并需結(jié)合各地具體條件編制CSO長期控制規(guī)劃（LTCP）。考慮CSO控制系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜性，各地編制的CSO長期控制規(guī)劃的實施期限一般為10～20年，并定期進(jìn)行評估與優(yōu)化調(diào)整。
進(jìn)入21世紀(jì)后，綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施受到廣泛關(guān)注，2007年美國EPA正式發(fā)布聲明推廣綠色基礎(chǔ)設(shè)施緩解CSO問題，并鼓勵將綠色基礎(chǔ)設(shè)施納入CSO長期控制規(guī)劃，“灰綠結(jié)合”逐漸取代傳統(tǒng)的灰色基礎(chǔ)設(shè)施控制理念。
1.2 合流制系統(tǒng)改造與溢流控制策略
1.2.1 “合改分”的決策選擇
根據(jù)美國環(huán)保署2004年提交國會的針對合流制排水系統(tǒng)的研究報告，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五大湖區(qū)，以及西部發(fā)展較早的部分地區(qū)，總服務(wù)人口約4000萬人，合流制管網(wǎng)總長約22.5×104 km。通過從污染物總量削減效果、投資金額、建設(shè)周期、改造難度與可行性等多方面綜合比較，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。
美國現(xiàn)存合流制排水系統(tǒng)的城市分布
其中，紐約、芝加哥、費城等大型城市合流制排水系統(tǒng)服務(wù)范圍占排水系統(tǒng)總服務(wù)范圍的比例均超過60%，舊金山等城市甚至超過90%，這些城市若要實施全面的“合改分”投資巨大，耗時極長，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)和可行性的角度，通常選擇保留大部分區(qū)域的合流制排水系統(tǒng)，通過綜合措施控制溢流污染問題，部分區(qū)域可結(jié)合區(qū)域更新改造實現(xiàn)局部的“合改分”。即便部分城市的合流制區(qū)域占比較小，也必須對整體改造效果、難度和可行性進(jìn)行全面分析。例如，亞特蘭大市合流制排水系統(tǒng)服務(wù)范圍總體占比不足15%，但幾乎全部位于城市最高建設(shè)密度的中心城區(qū)。其在制定CSO長期控制規(guī)劃時對“合改分”的可行性和預(yù)期效果進(jìn)行了評估分析，如果對80%的合流制區(qū)域進(jìn)行分流改造，且同時需要對雨水徑流污染進(jìn)行控制，與保留合流制系統(tǒng)新建調(diào)蓄和處理設(shè)施對CSO污染進(jìn)行控制的方案進(jìn)行對比，前者的總投資約是后者的2倍。因此，最終亞特蘭大市未選擇全面實施“合改分”，而是采用部分區(qū)域“合改分”與溢流污染控制相結(jié)合的綜合方案。
值得注意的是，也有極少數(shù)城市由于其具備特定的改造條件，幾乎全面實現(xiàn)了“合改分”。美國明尼蘇達(dá)州的明尼阿波利斯市就是美國極少數(shù)通過長期全面推進(jìn)“合改分”來解決合流制溢流問題的成功案例。該市合流制區(qū)域面積約15km2，約占城市總面積的10%，面積較小。19世紀(jì)50—60年代，在聯(lián)邦政府發(fā)布的《示范城市與大城市發(fā)展法案》的影響下，明尼阿波利斯城市管理部門大規(guī)模推進(jìn)“城市重建”工程，占市中心面積約40%、跨越25個街區(qū)的區(qū)域內(nèi)約200座建筑被夷為平地，對近600英里（1英里≈1.6 km）城市街道全部進(jìn)行重建，其間同步實施排水系統(tǒng)的改造與新建，是其決策全面實施“合改分”的重要基礎(chǔ)條件。1986年，該市實施CSO控制項目，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析得出，若沿用并改造原有合流制截流干管，同時升級污水廠達(dá)到CSO控制要求，其總投資要遠(yuǎn)高于雨污分流改造，隨即加快推進(jìn)“合改分”。至1996年，通過10年實現(xiàn)95%的合流制區(qū)域基本完成改造，剩余的5%位于城市中心城區(qū)，至2007年基本全部完成改造，雖仍剩余8個沿河溢流排口，但近10年均未再發(fā)生溢流事件，改造總歷時近50年。
1.2.2 合流制溢流的控制策略
CSO長期控制規(guī)劃需要首先明確當(dāng)?shù)谻SO具體控制目標(biāo)。CSO控制政策提出長期控制規(guī)劃中CSO控制目標(biāo)可以通過“推定法”與“實證法”確定，推定法即綜合水環(huán)境保護(hù)要求與技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析等，提出可實現(xiàn)的CSO控制水平，常以CSO總量控制或頻次控制為目標(biāo)；實證法則需要進(jìn)一步明確與水體水質(zhì)控制指標(biāo)的關(guān)系，例如針對受損水體，需制定最大日負(fù)荷總量（TMDL）計劃，明確合流制溢流污染負(fù)荷需達(dá)到的削減要求。
在確定CSO控制總體目標(biāo)后，根據(jù)不同類型措施的溢流污染控制效果、實施可行性、投資金額，綜合確定具體的溢流控制策略，涉及管網(wǎng)、污水廠、CSO分散處理設(shè)施、CSO調(diào)蓄設(shè)施與源頭減排等各子系統(tǒng)控制標(biāo)準(zhǔn)的綜合銜接與系統(tǒng)決策。美國EPA在2001年提交國會的研究報告中，對全國439個地區(qū)CSO長期控制規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)計，分析了不同類型技術(shù)措施的應(yīng)用占比，結(jié)果如表1所示。
表1 439 個地區(qū)CSO排放許可中控制措施應(yīng)用情況統(tǒng)計（EPA，2001年）
Tab. 1 Statistics of CSO control measures in 439 communities’ CSO permits (EPA, 2001)
此外，對管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化是應(yīng)用最多的設(shè)施類別。在“9項基本控制措施”中便要求城市合流制區(qū)域首先應(yīng)充分利用管網(wǎng)與污水處理廠的控制能力。1994年，美國EPA發(fā)布針對合流制區(qū)域污水處理廠的“混合”政策，即在達(dá)到一定排放標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，允許暴雨時，超過污水廠二級處理能力但未超過一級處理能力的雨污水，只經(jīng)過一級處理單元處理后與二級處理單元出水混合，經(jīng)消毒處理后排放。考慮到大量城市污水處理廠位于郊區(qū)，有較為充足的空間條件可以建設(shè)雨季來水的調(diào)蓄設(shè)施及一級強(qiáng)化處理設(shè)施，基于此，部分城市選擇盡可能發(fā)揮管網(wǎng)的截流能力與污水處理廠的綜合處理能力，由此形成的“大截流系統(tǒng)”在美國合流制溢流控制中具有一定的代表性。以西雅圖市West Point污水處理廠服務(wù)的合流制區(qū)域為例，污水廠一級處理單元最大處理能力匹配的截流倍數(shù)約為4，二級處理單元最大處理能力匹配的截流倍數(shù)約為2。
美國合流制污水處理廠 “Blending Policy” 示意
綠色基礎(chǔ)設(shè)施近年來被廣泛關(guān)注，其在減少合流制系統(tǒng)雨水徑流入流的同時，又發(fā)揮了對雨水徑流的凈化、下滲回補(bǔ)地下水等多重效益，同時與新建管網(wǎng)系統(tǒng)相比，可部分減少工程實施成本。2007年，美國EPA發(fā)布聲明，推廣結(jié)合綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施控制CSO。多個城市在其CSO長期控制規(guī)劃的修編中，也相應(yīng)補(bǔ)充了結(jié)合綠色基礎(chǔ)設(shè)施的實施方案。費城在2009年重新編制了CSO長期控制規(guī)劃，更名為“綠城清水”計劃，重點推進(jìn)綠色基礎(chǔ)設(shè)施控制CSO污染，綠色設(shè)施投資占比超過65%；芝加哥于1972年開始實施深隧與調(diào)蓄水庫計劃（TARP），預(yù)計于2029年完全完工，屆時實現(xiàn)溢流頻次削減超過90%，2014年，芝加哥市政府發(fā)布綠色雨水管理戰(zhàn)略，推廣綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施，預(yù)期通過綠色基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)合深隧與調(diào)蓄水庫，可基本完全消除芝加哥市408個溢流口的雨季溢流。1.3 小結(jié)
綜上所述，美國在逐步認(rèn)識合理推進(jìn)合流制溢流控制的過程中，主要體現(xiàn)的特點和經(jīng)驗包括：
① EPA始終作為主管的責(zé)任部門，持續(xù)推動國家層面針對CSO控制的立法、政策和相關(guān)管理要求，明確CSO作為重要點源污染進(jìn)行管控，為制定區(qū)別于城市污水與雨水徑流污染的控制要求，開辟了可行性通道；
② 從CSO國家策略中比較寬泛的控制要求到后期更綜合的控制政策的制定，既有國家層面總體的統(tǒng)一控制框架，又強(qiáng)調(diào)了各地條件的巨大差異，各地具體采取“因地制宜”與“經(jīng)濟(jì)高效”的對策；
③ 絕大部分城市仍然保留并沿用了合流制系統(tǒng)，未全面推行“合改分”，重點控制溢流污染，局部區(qū)域的分流改造作為綜合技術(shù)措施的一部分納入總體方案時予以考慮；
④ 強(qiáng)調(diào)合流制溢流控制的長期性與復(fù)雜性，以“9項基本控制措施”與“長期控制規(guī)劃”為主要手段，并建立分期實施與優(yōu)化調(diào)整機(jī)制，避免走彎路和付出額外的代價；
⑤ 技術(shù)策略上“大截流系統(tǒng)”在美國部分城市有一定代表性。近年來，多個城市推廣綠色雨水基礎(chǔ)設(shè)施與CSO控制的結(jié)合，通過“灰綠結(jié)合”，實現(xiàn)總體方案在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)化。
2. 日本合流制溢流控制的發(fā)展歷程與控制策略
日本城市的合流制排水系統(tǒng)大多是20世紀(jì)60年代以前建設(shè)，70年代后期大規(guī)模城市化過程中，新建城市基本采用分流制系統(tǒng)。據(jù)日本下水道協(xié)會1999年的統(tǒng)計資料顯示，日本采用合流制排水系統(tǒng)的城市共195座，涉及城市類型分布詳見表2。其中，人口超過100萬人的城市有11個，例如，東京與大阪均保留有大范圍的合流制區(qū)域（占比均超過80%）。從20世紀(jì)80年代開始，日本推進(jìn)對合流制溢流的控制，至今也經(jīng)歷了近40年的發(fā)展。
表2 日本有合流制排水系統(tǒng)的城市數(shù)量及區(qū)域面積統(tǒng)計（1999年）
Tab. 2 Statistics of the number and area of cities with combined sewer system (1999)
1982年，日本國土交通省發(fā)布《合流制溢流對策暫定指南》，首次對合流制溢流控制的目標(biāo)和技術(shù)措施提出了相應(yīng)要求,基本與美國同期開始重視對合流制系統(tǒng)問題的控制。該指南重點針對旱季污水直排與降雨強(qiáng)度平均低于2mm/h條件下的降雨溢流進(jìn)行控制，要求全年旱季直排和低強(qiáng)度降雨下溢流產(chǎn)生的污染負(fù)荷削減95%（以BOD5計）。技術(shù)措施側(cè)重于完善管網(wǎng)系統(tǒng)，提高干管截流能力，兼顧溢流口、泵站、處理廠的雨季臨時處理。
2000年9月，東京臺場海濱公園合流制溢流排口周邊出現(xiàn)大量白色油脂污染物，對東京灣造成嚴(yán)重的水質(zhì)污染，引起社會的廣泛關(guān)注。該事件成為日本進(jìn)一步加強(qiáng)對合流制溢流污染控制的一個關(guān)鍵節(jié)點。2001年，日本國土交通省專門成立針對合流制溢流控制對策的研究委員會，成員由高校學(xué)者、地方政府官員、國土交通省工作人員等共同組成。2002年3月，該委員會發(fā)布針對日本合流制排水系統(tǒng)的總體研究報告，日本開始進(jìn)一步制定和完善對合流制溢流控制的相關(guān)政策及要求。
2003年9月，日本國土交通省對《下水道法》進(jìn)行修訂，正式將合流制問題納入法規(guī)體系，要求對合流制排水系統(tǒng)進(jìn)行“改善”，并要求各城市編制針對合流制系統(tǒng)改善的對策計劃。考慮到大城市、中小城市所面臨的改造范圍和實施難度不同，對大城市和中小城市進(jìn)行了分類要求，中小城市用10年以內(nèi)的時間完成改善，大城市在20年內(nèi)完成。
日本對大城市和中小城市分別提出合流制系統(tǒng)"改善"要求
2008年，政府對各城市合流制系統(tǒng)改善的推進(jìn)情況進(jìn)行了階段評估，由于合流制系統(tǒng)改善所面臨的復(fù)雜條件，整體實施進(jìn)度并未達(dá)到預(yù)期，結(jié)合階段性工作成果及所暴露的問題，日本國土交通省于2008年發(fā)布了《合流制排水系統(tǒng)緊急改善計劃編制指南》，作為全國的重要指導(dǎo)性文件。進(jìn)一步明確了重點工作目標(biāo)與技術(shù)策略，加大新技術(shù)的應(yīng)用，以幫助有合流制排水系統(tǒng)的城市在規(guī)定期限內(nèi)完成改善要求。2013年，以《下水道法》修訂10年為期進(jìn)行回顧，全日本有170個中小城市、21個大都市開展合流制改造工作，總體改善率達(dá)到65.9%。2017年，國土交通省更新了最近的評估數(shù)據(jù)，總體改善率達(dá)到78.9%。
2.2 合流制系統(tǒng)“改善”的目標(biāo)與策略
2.2.1 “改善”目標(biāo)
日本在2003年《下水道法》的修訂版中提出了全國范圍內(nèi)比較明確的合流制排水系統(tǒng)“改善”目標(biāo)，包括三部分：①合流制排水系統(tǒng)全年外排總污染負(fù)荷應(yīng)等于或小于相同區(qū)域假設(shè)為分流制系統(tǒng)的外排污染負(fù)荷。具體評價要求為各排放口（包括所有溢流排放口和污水處理廠排口）全年外排的污染物（以BOD5計）平均濃度不超過40mg/L，如圖1所示。②所有排放口的合流制溢流次數(shù)減半；③所有溢流構(gòu)筑物需要有控制固體顆粒物的相應(yīng)措施。
圖1 日本合流制排水系統(tǒng)改善目標(biāo)計算示意
Fig.1 Schematic diagram of calculation method for combined sewer system improvement targets
2.2.2 “改善”策略與實施情況① 總體策略
在《合流制排水系統(tǒng)緊急改善計劃編制指南》中，將改善技術(shù)措施主要分為“減流類”（源頭滲透設(shè)施、完全或部分雨污分流改造等）、“送流類”（管網(wǎng)收集與截流能力提升、污水廠處理能力提升與工藝改造、溢流排放口就地處理等）、“貯流類”（調(diào)蓄池、隧道等）三部分，在城市合流制系統(tǒng)改善計劃編制過程中，需要基于具體城市條件，對不同技術(shù)策略的適用性、優(yōu)缺點，及綜合效益進(jìn)行分析，從流域整體分析不同對策措施的控制效率，進(jìn)行系統(tǒng)決策，如圖2所示。
圖2 日本合流制系統(tǒng)改善計劃編制流程
Fig.2 Procedure of combined sewer improvement plan
受臺風(fēng)等極端天氣的影響，日本對城市排水防澇的要求較高，同時大量城市合流制區(qū)域空間極為密集，地面空間緊張，部分城市采用了大規(guī)模的深層調(diào)蓄隧道或修建大管徑截流干管的方式，兼顧區(qū)域排水防澇與合流制溢流控制。東京預(yù)計至2020年達(dá)到150×104m3的調(diào)蓄容積，大阪、京都、仙臺等城市也都采用了大管徑調(diào)蓄干管的方式控制合流制溢流。由于合流制系統(tǒng)改造涉及對居民生活、交通與城市環(huán)境等多重影響，需要較長的建設(shè)周期。為快速提高合流制溢流污染控制效率，日本很多城市在其合流制排水系統(tǒng)改善策略中加強(qiáng)了對溢流排口就地處理創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用，以及合流制區(qū)域污水處理廠雨季處理能力的匹配與工藝改造。2001年，日本國土交通省便發(fā)起了合流制溢流污染控制的技術(shù)創(chuàng)新項目（SPIRIT 21），主要分為四大類，即顆粒物去除、高速過濾、混凝/分離、監(jiān)測與消毒，在隨后3年內(nèi)主要研發(fā)了24項技術(shù)，并在多個城市進(jìn)行了示范應(yīng)用。大阪等城市對合流制區(qū)域污水處理廠傳統(tǒng)活性污泥工藝進(jìn)行改造，發(fā)展出“雨天活性污泥工藝（3W技術(shù)）”，即雨季2倍旱季流量的污水通過一級處理后進(jìn)入活性污泥法二級處理后段，合流污水中 COD 等污染物經(jīng)活性污泥吸附，在二沉池中沉淀并隨回流污泥回流至二級處理單元反應(yīng)池凈化。從出水水質(zhì)結(jié)果分析看，與傳統(tǒng)工藝相比，雨天活性污泥法大大減少了雨季污染物的排放，SS平均減少了73%，BOD5減少了71%。
② 實施情況
日本制定了全國范圍較為統(tǒng)一、明確的合流制系統(tǒng)控制目標(biāo)與策略，但由于大城市與中小城市面臨的改造規(guī)模、城市實施難度、經(jīng)濟(jì)代價不同，京都、東京、大阪等城市還面臨特殊的建筑與街區(qū)遺產(chǎn)保護(hù)問題，因此實際建設(shè)過程中，即便給予了大城市更長的改造時間，但總體推進(jìn)情況仍然不容樂觀。
根據(jù)2013年合流制改善率統(tǒng)計數(shù)據(jù)，在投入大量資金并實施重大工程措施后，大阪市、京都市、東京都合流制改善率分別為51.2%、40%、65.4%，仙臺市、名古屋市、廣島市等區(qū)域性中心城市改善率只有30%左右，也間接反映了各城市在不同的排水系統(tǒng)特征、經(jīng)濟(jì)水平、實施空間等條件下，合流制系統(tǒng)綜合改造面臨的難度差異較大。
2.3 小結(jié)
日本由國土交通省長期負(fù)責(zé)國家層面合流制溢流控制的研究、總體策略的制定，以及各城市合流制系統(tǒng)改善情況的跟蹤與評估。通過修訂《下水道法》將合流制系統(tǒng)納入國家法定管理要求，提出明確的控制目標(biāo)，并通過要求各城市制定針對合流制系統(tǒng)改善的專項長期計劃，落實相關(guān)控制要求，并在過程中不斷進(jìn)行修正和調(diào)整。日本在對合流制溢流問題的長期研究、納入法律進(jìn)行管控、編制長期規(guī)劃/計劃等方面與美國合流制溢流控制有很多共通之處。
此外，由于日本國土面積較小，各城市發(fā)展水平、氣候條件、排水系統(tǒng)差異相比美國較小。而且，日本城市管理水平普遍更高，雨水徑流污染負(fù)荷較低。第三，日本人口密度極高，城市用地空間更為緊張。在充分吸收美國合流制溢流控制經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，日本基于自身特征對合流制溢流控制策略也做出調(diào)整：①日本針對各城市合流制溢流控制提出了更為具體且一致的控制要求；②更為普遍地建設(shè)大管徑截流與調(diào)蓄干管或深隧，綜合發(fā)揮截流、調(diào)蓄、調(diào)節(jié)、排放的綜合功能；③在技術(shù)策略中重視對溢流口的改造與就地處理技術(shù)的創(chuàng)新，以及對污水處理廠等“末端”處理設(shè)施雨季運行工藝的改進(jìn)。
3. 德國合流制溢流控制的發(fā)展歷程與控制策略
3.1 發(fā)展歷程
德國現(xiàn)有合流制排水系統(tǒng)多分布于南部城市，且形成了德國特有的“合流制赤道線。據(jù)2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，德國合流制管網(wǎng)長度占全境管網(wǎng)總長（含合流制管道、分流制雨水及污水管道）的53.5%，而1990年左右該比例約為71.2%，合流制管網(wǎng)占比下降的主要原因并非大范圍實施了“合改分”，而是增加的所有新建區(qū)域均采用了分流制排水體制，原有城市的合流制區(qū)域仍基本保留，并對溢流污染進(jìn)行綜合控制。德國多個城市在其排水總體規(guī)劃中提出利用50年左右的時間內(nèi)實現(xiàn)全面“合改分”，但實際實施難度較大，進(jìn)展緩慢，例如，北威州首府杜塞爾多夫市在過去20年左右的時間完成“合改分”的區(qū)域占比不足5%。
德國的合流制溢流控制主要開始于20世紀(jì)70年代，CSO調(diào)蓄池開始大量建設(shè)，據(jù)1987年統(tǒng)計資料，當(dāng)時德國已有8000座CSO調(diào)蓄池投入運行，1992年，德國污水協(xié)會發(fā)布合流制系統(tǒng)控制設(shè)施的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)（ATV-128e），規(guī)定了不同類型調(diào)蓄設(shè)施的設(shè)計方法與參數(shù)。如今，德國已成為世界上雨水與合流制調(diào)蓄設(shè)施分布最為密集的國家之一，據(jù)2016年統(tǒng)計數(shù)據(jù)，德國不同類型雨水調(diào)蓄設(shè)施總量共計54069個，調(diào)蓄容積共計6078.9×104 m3，人均0.738 m3。
3.2 合流制溢流典型控制策略
德國合流制區(qū)域的污水排放需要依據(jù)相關(guān)要求申請排放許可，要求合流制排水系統(tǒng)排入水體的污染物負(fù)荷（即污水廠尾水與溢流排放雨污水年平均污染負(fù)荷的總和）不大于相同區(qū)域假定分流制排水系統(tǒng)排入水體的年平均污染物負(fù)荷（以COD計）。德國城市在其排水總體規(guī)劃中需要提出合流制區(qū)域的系統(tǒng)控制策略與實施計劃，且一般情況下，在規(guī)劃實施的中期，需對其實施情況進(jìn)行評估并對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行更新修訂。
德國根據(jù)對污水處理廠污染處理效率及水力效能的長期分析，嚴(yán)格控制合流制區(qū)域截流干管的最大流量及污水廠處理量，盡量通過上游（特別是源頭）的雨水收集及處理設(shè)施對雨水進(jìn)行分散控制，減少進(jìn)入合流制系統(tǒng)的雨水量，同時，部分分散溢流排口主要通過設(shè)置格柵、過流凈化池（如調(diào)蓄池內(nèi)懸空安裝水力顆粒分離器等設(shè)備）或生物濾池等就地處理設(shè)施，對雨季溢流的雨污水進(jìn)行處理后排放，重點去除大型的顆粒物與漂浮物。
3.3 小結(jié)
德國大部分城市保留了其合流制排水系統(tǒng)，從20世紀(jì)70年代開始，大量不同類型雨水調(diào)蓄設(shè)施開始建設(shè)，在保障污水處理效能的情況下，對雨水及溢流污水的分散調(diào)蓄，以及過流凈化處理，成為德國合流制溢流控制的重要技術(shù)策略。
4. 結(jié)語
對比美國、日本、德國對城市合流制排水系統(tǒng)溢流控制的發(fā)展歷程和主要策略，其在對合流制系統(tǒng)特征的認(rèn)識和總體治理思路上有一定的共性。但實施過程中，由于既存基礎(chǔ)系統(tǒng)完善程度、維護(hù)管理水平、城市間發(fā)展水平和改造條件及自然條件差異等原因，不同國家在目標(biāo)設(shè)定、技術(shù)手段側(cè)重上也呈現(xiàn)出一定的差異。
① 充分認(rèn)識合流制溢流控制的艱巨性
鑒于合流制溢流控制的復(fù)雜性，美國從20世紀(jì)60年代至今，經(jīng)歷了50余年的長期發(fā)展，至今仍在開展大量相關(guān)工作。即便日本國土面積小，合流制區(qū)域總體面積比例相對更低，也經(jīng)歷了近40年的時間，通過大量投資和系統(tǒng)性的重要工程建設(shè)，才比較有效地控制了合流制溢流污染。
② 專項研究和政策引導(dǎo)的重要性
合流制溢流控制勢必面臨對城市空間、建設(shè)投資、城市正常秩序以及城市居民日常生活的復(fù)雜影響。美國、日本、德國在其溢流控制發(fā)展過程中，也都曾經(jīng)歷國家與城市政府、各職能部門之間對溢流控制的廣泛討論和意見反復(fù)。最終，上述國家都對合流制系統(tǒng)問題開展了大量專項的系統(tǒng)性研究，并通過多職能部門、多利益相關(guān)方的廣泛深度研討，就普遍達(dá)成的共識以政策法規(guī)、專項規(guī)劃、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等多種途徑予以落實，逐步構(gòu)建較為完善的控制體系。
③ 以污染物負(fù)荷削減為整體控制目標(biāo)
從上述國家目標(biāo)分析，CSO控制均圍繞削減合流制系統(tǒng)外排污染負(fù)荷作為基本目標(biāo)和總體原則。其中，日本與德國國土面積較小，城市發(fā)展水平和自然條件相似度高，在國家層面都提出了比較具體的合流制系統(tǒng)外排污染負(fù)荷的控制要求；美國由于國土面積大，城市差異明顯，在國家層面提出了基于技術(shù)的“九項基本控制措施”，并要求各城市在CSO長期控制規(guī)劃中根據(jù)具體的水環(huán)境保護(hù)要求與可實現(xiàn)的溢流控制水平等，綜合提出近遠(yuǎn)期控制目標(biāo)。
④ “合改分”作為手段之一而非目標(biāo)
美國、日本、德國有合流制排水系統(tǒng)的城市大部分選擇保留原有的合流制系統(tǒng)，并對溢流污染進(jìn)行控制，對局部“合改分”改造條件相對較好的區(qū)域，結(jié)合城市更新改造進(jìn)行局部分流，這往往是作為區(qū)域溢流控制系統(tǒng)方案中的一項技術(shù)措施，并需與其他措施進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。只有極少數(shù)合流制區(qū)域，由于城市大規(guī)模重建或合流制區(qū)域較小等原因，在對改造投資、污染負(fù)荷削減情況等系統(tǒng)評估后，選擇全面推行“合改分”，但通常也經(jīng)歷了較長的實施周期，改造后也需要對雨水徑流污染進(jìn)行單獨控制。
⑤ 強(qiáng)調(diào)中長期規(guī)劃，與適時的評估與調(diào)整
由于合流制溢流控制的工程建設(shè)系統(tǒng)性強(qiáng)、實施條件復(fù)雜、涉及巨額投資，需要對中長期的各方面影響進(jìn)行系統(tǒng)評估與預(yù)期成效的綜合分析才能做出決斷。因此，基于各城市的具體條件，編制合流制溢流控制的長期規(guī)劃，并持續(xù)跟蹤評估其實施效果，不斷補(bǔ)充新的技術(shù)方法，適時更新和調(diào)整合流制溢流控制的技術(shù)策略。
⑥ 因地制宜的技術(shù)策略選擇
美國、日本、德國均未在國家層面對各地合流制溢流控制的具體方案和技術(shù)措施選擇做統(tǒng)一的規(guī)定，強(qiáng)調(diào)各城市需結(jié)合實際條件因地制宜制定系統(tǒng)策略。不同地區(qū)由于氣候條件、空間條件、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與管理情況等方面的差異，會造成對合流制溢流控制技術(shù)策略選擇上的差異。美國的城市分布總體較為稀疏，城市中心城區(qū)建設(shè)密度較高，外圍郊區(qū)空間較大，合流制區(qū)域多位于城市密集的中心城區(qū)，而污水處理廠通常位于郊區(qū)，具備通過大截流與提高末端集中處理能力的方式盡可能對合流制溢流污染進(jìn)行控制的條件；而德國與日本的城市密度與人口密度均高于美國，一定程度限制了大型集中污水處理廠的建設(shè)，德國總體更注重分散調(diào)蓄設(shè)施的應(yīng)用，日本相對更重視對溢流排放處理技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，具體需要根據(jù)城市綜合條件制定系統(tǒng)策略。
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