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經(jīng)過多年努力，大城市旱季水環(huán)境得到根本改善，許多城市的水環(huán)境實(shí)現(xiàn)了“水清岸綠、魚翔淺底”。但是，每到雨季，雨污混合的大量溢流使水環(huán)境“一夜回到解放前”，使水環(huán)境治理效益大打折扣，成為大城市一個(gè)棘手的治水難題。那么，如何破解大城市這一治水難題?

在“2022(第二十屆)水業(yè)戰(zhàn)略論壇”上，中國人民大學(xué)環(huán)境學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師，中國人民大學(xué)低碳水環(huán)境技術(shù)研究中心主任王洪臣梳理了西方國家控制溢流污染的技術(shù)路線，從我國城市建設(shè)實(shí)際情況出發(fā)，提出用技術(shù)裝備化破解大城市治水難題。

雨季溢流污染治理是大城市的治水難題

大城市污水收集和處理系統(tǒng)比較完善，非雨季水環(huán)境質(zhì)量較好。但，每到雨季，大量污水隨著雨水進(jìn)入城市河湖，導(dǎo)致水體黑臭，水生態(tài)失衡，使非雨季大半年的治理成效大打折扣，使水環(huán)境質(zhì)量“一夜回到解放前”。溢流污染還導(dǎo)致流域斷面嚴(yán)重超標(biāo)。今年，生態(tài)環(huán)境部將開始公布汛期污染強(qiáng)度前50名國控?cái)嗝婕捌湄?zé)任地區(qū)清單，將倒逼城市溢流污染治理的全面展開。

雨污溢流污染有多嚴(yán)重?如何治理?這被認(rèn)為是大城市治水的一個(gè)難題。要理清溢流污染，需要先從排水體制談起。排水體制總體上分為合流制與分流制，合流制排水系統(tǒng)是雨水和污水走同一條管線，分流制則是分別走兩條管線。合流制與分流制哪個(gè)更好?這個(gè)問題世界上討論了150年，目前也未完全定論，西方國家目前的實(shí)際狀況是大城市普遍為合流制，分流制主要在中小城鎮(zhèn)，這既有歷史原因，也有其客觀合理性。這個(gè)問題今天不展開，我們回到溢流污染的討論。一般認(rèn)為，合流制定會(huì)存在大量雨污溢流，而分流制不會(huì)也不應(yīng)該產(chǎn)生雨污溢流，實(shí)際上，這是個(gè)錯(cuò)誤的認(rèn)知。無論合流制還是分流制，設(shè)計(jì)不合理或建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)過低，都會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重溢流污染。

為控制溢流污染，合流制排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置截留及調(diào)蓄設(shè)施，將截留調(diào)蓄的雨污水輸送到污水處理廠逐步處理。根據(jù)受納水體要求合理確定截流倍數(shù)(n0)是建設(shè)合流制排水系統(tǒng)的關(guān)鍵，有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建議采用2～5倍，這就要求建設(shè)足夠容量的調(diào)蓄設(shè)施，污水處理廠也需要有足夠的能力冗余。

為控制溢流污染，分流制排水系統(tǒng)的污水收集及處理能力應(yīng)考慮降雨產(chǎn)生的入流入滲量(Rainfall Derived Infiltration and Inflow ，RDII)。大城市人口密度大，路面硬化比例高，雨水徑流系數(shù)高，道路積水是常態(tài)，雨水必然通過檢查井或管道破損部位進(jìn)入污水系統(tǒng)。為迅速排澇，主動(dòng)打開井蓋讓雨水進(jìn)入污水系統(tǒng)也是防汛中常見的操作。因此，合理確定降雨入流入滲量(RDII)以及入流入滲率是建設(shè)分流制排水系統(tǒng)的關(guān)鍵。與其他西方國家相比，北歐國家建設(shè)了較多的分流制排水系統(tǒng)，據(jù)2016年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，丹麥分流制排水系統(tǒng)降雨入流入滲率為30%，芬蘭是40%，瑞典是46%，而挪威高達(dá)66%。從這些數(shù)據(jù)看，如果北歐國家的污水處理廠如果沒有足夠的冗余能力，其分流制排水系統(tǒng)也會(huì)存在較為嚴(yán)重的雨天溢流污染。因此，西方建設(shè)污水處理廠時(shí)，負(fù)荷率普遍控制在70%以下。

分流制排水系統(tǒng)降雨入流入滲示意圖

美國某市分流制排水系統(tǒng)RDII與污水量和經(jīng)常性地下水入滲量的相對(duì)變化

我國普遍推行建設(shè)分流制排水系統(tǒng)，但對(duì)降雨入流入滲(RDII)沒有重視，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也沒有規(guī)定，也沒有系統(tǒng)性監(jiān)測(cè)資料。北京一個(gè)高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的分流制排水系統(tǒng)，雨水管道設(shè)計(jì)重現(xiàn)期是10年，但降雨入流入滲量(RDII)仍然很大，小雨時(shí)入流入滲率可達(dá)20%，大暴雨時(shí)可高達(dá)50%，而污處理廠旱季已經(jīng)接近滿負(fù)荷，雨天只能溢流?？上攵瑢?duì)于重現(xiàn)期普遍采用2～5年的排水系統(tǒng)，降雨入流入滲量(RDII)將更大。目前，全國污水處理廠平均負(fù)荷率已經(jīng)接近90%，大城市普遍滿負(fù)荷或超負(fù)荷，如何應(yīng)對(duì)規(guī)劃建設(shè)時(shí)未予考慮的這塊降雨入流入滲量(RDII)，如何控制溢流污染，的確成為難題。

西方國家控制溢流污染的技術(shù)路線

西方國家控制溢流污染的主要路線是“灰綠結(jié)合”：一個(gè)是綠色對(duì)策，通過綠色基礎(chǔ)設(shè)施(Green Infrastructure)，原來叫低影響開發(fā)(LID)，控制雨水徑流，減少污水隨雨水進(jìn)入水體，中國叫海綿城市，更加形象;另一個(gè)是灰色對(duì)策，通過灰色基礎(chǔ)設(shè)施(Gray Infrastructure)，包括地下深隧、調(diào)蓄池等，對(duì)雨污進(jìn)行調(diào)蓄，并擴(kuò)大處理設(shè)施予以處理。這一“綠色基礎(chǔ)設(shè)施 + 傳統(tǒng)的合流制或分流制排水系統(tǒng) + 灰色基礎(chǔ)設(shè)施”模式被稱之為灰綠結(jié)合的現(xiàn)代城市排水系統(tǒng)，也叫溢流污染永久控制計(jì)劃 (LTCPs，Long-Term Control Plans )，到2030年以前，美國計(jì)劃投入1050億美元建設(shè)永久排水系統(tǒng)(LTCPs)，其中，綠色423億美元，灰色636億美元。

融入城市的綠色基礎(chǔ)設(shè)施

為應(yīng)對(duì)溢流污染，西方污水處理廠普遍預(yù)留了處理能力。歐洲市政污水處理廠總設(shè)計(jì)處理能力8.05億 PE，實(shí)際處理量5.91億 PE，污染物負(fù)荷率 73.4%。美國市政污水處理廠總設(shè)計(jì)處理能力 1.7 億立方米/日，實(shí)際處理量 1.23 億立方米/日，其平均處理負(fù)荷率是72.3%，有將近30%余量。這是美國全國的平均值，大城市的實(shí)際負(fù)荷率還要低。為應(yīng)對(duì)合流制溢流污染，芝加哥建設(shè)了美國規(guī)模最大的灰色基礎(chǔ)設(shè)施，包括總長度176公里的四條深隧道和三個(gè)大型調(diào)蓄庫，隧庫總調(diào)蓄容量高達(dá)8000萬立方米。另外，芝加哥建設(shè)了全球最大的污水處理廠，設(shè)計(jì)日均處理能力454萬噸，最大處理能力545萬噸，旱季實(shí)際負(fù)荷率不足40%,但今年7月8日這一天最大處理量達(dá)429萬噸，接近滿負(fù)荷運(yùn)行。如果不建設(shè)如此龐大的灰色基礎(chǔ)設(shè)施，可想而知，大量雨污將溢流進(jìn)入下游的密西根湖。

關(guān)鍵詞： 技術(shù)裝備化 溢流污染 2022水業(yè)戰(zhàn)略論壇