沿河截污系統的應用模式與適用性分析

潘笑文 禹 浩 王禮兵 申屠華斌

1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司 浙江杭州 311122；2.浙江富春紫光環保股份有限公司 浙江杭州 310012

截至2019 年，我國城市（村鎮除外）排水管道長度已經達到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重。各地區針對水環境改善開展截污工程設計仍主要采用目標導向的思路，已有部分學者針對截流式合流制、截污式分流制排水系統的應用模式展開研究[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應用模式的研究，以及考慮不同情況的適用性研究仍較為少見。

沿河截污系統設計應綜合考慮所涉及區域的客觀條件及工程目標，客觀條件即影響截污系統選擇和設計的外部條件，主要包括排水體制、污水系統特征、沿河排口水量、污水廠受納能力等因素；工程目標主要結合城市發展進程和水質目標要求，明確沿河截污工程階段性需要解決的問題及遠期截污系統的可利用情況等。在以上提到的影響因素中，最主要的兩項分別為排水體制、末端處理方式，這些因素直接影響了截污系統處理對象、規劃期限、調蓄方式、后處理等設計要素。本文討論基于主要影響因素的截污系統應用模式及其適用性，研究成果可為我國處于不同建設進程的城市控制合流制溢流污染、初雨徑流污染提供指導。

1 排水體制演變

1.1 排水體制的演變進程

排水體制即城市排水管網系統選擇何種方式收集、輸送、排放雨水（污水），是影響系統設計、施工、維護和管理的首要條件，同時也對城市規劃和環境保護產生深遠影響[2]，其變革始終與國家政策、城市建設進程緊密相關。由于受到經濟條件限制，我國最早城市建成區主要以直排式或合流制排水系統為主，部分地區采用半分流制，即僅建設單一污水管網系統，未建設雨水管網系統的排水體制，這幾類排水體制均導致了較為嚴重的直排污染以及合流制系統溢流污染。

隨著污染問題逐漸加劇，1987 年，住建部發布《室外排水設計規范》（GBJ14- 87），首次提出了城市建成區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 年國務院辦公廳23 號文件《關于做好城市排水防澇設施的通知》，明確提出了全國范圍內推進管網雨污分流改造的總體戰略。然而，在部分城市控制合流制污染問題的實踐過程中，分流制改造在治理效果和經濟性方面均沒有表現出明顯的優勢。上海早期的合流制改造，區塊內部保留合流制，區塊外部雨污分流，導致了“內混外分”等情況發生，美國通過對600 多個城市排水系統的調查結構表明，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，大多數城市保留了相當范圍的合流制排水系統，根據美國環保局2004 年統計，美國合流制排水系統服務人口4000 萬～5000 萬人，有32 個州存在合流制排水系統。英國、法國合流制排水系統比例約為70%（按服務面積計算）；德國合流制排水系統比例平均約為54%（按服務人口比例計算），日本合流制排水系統比例為47.6%（按服務面積計算）[3]，丹麥合流制排水系統比例約為45%（按管道長度計算）。此外，德國漢堡合流制系統服務人口超過90%，日本東京的合流制排水管道比例也達到了90%以上[4]?？梢钥闯?，國外對于合流制系統，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戰實施方案》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踐，并起到了較好的效果。例如上海針對蘇州河治理實施開展了系統研究并進行綜合治理，實施了蘇州河合流污染治理一期截污工程、蘇州河環境綜合整治工程，對中心城區沿線37 個合流制排水系統進行截污改造，建設夢清園等合流制雨天溢流調蓄池，實現了旱季污水全收集、雨天污水部分收集處理。部分城市逐步開始吸取成功經驗，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歷了一個從：致力于“污水干管全覆蓋、排水戶全接管”，到認識到“合改分”是一種手段而非目標的漫長演進進程。

1.2 我國城鎮排水體制現狀

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、完善的分流制排水系統，沿河截污系統在兩種不同排水體制中，分別發揮了控制溢流污染、沿河最后一道防線的作用。城鎮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。根據我國2011 年至2019 年全國各省排水系統面板數據，我國2011至2019 年間，大部分城市開展了管網建設工作，全國排水管網長度從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比例30%以下的城市約為全國的60%，雨污分流建設效果較為顯著。

各省份雨污分流進程存在差異，截至2019 年，東北，西北地區基本保留較高比例的合流制系統，主要集中于例如寧夏（60%）、遼寧（38%）、黑龍江（34%），括號內為雨污合流制比例，這些地區降雨量年內分配不均，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省份分別是福建＞內蒙古＞山東＞上海＞浙江。福建省是目前全國雨污分流建設最為完善的省份，這些城市下一階段應優先開展初雨截污系統建設，進一步提升水環境質量。

2 末端處理方式

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

從排水體制的角度考慮，末端處理的設計前提是分類截污原則。徹底的分流制系統僅在雨季發揮收集初小雨功能，考慮沿河截污雨水排放口，并設置智能調蓄井等設施，以精準截污初期雨水，實現清污分流，該系統末端優先進入一級強化處理設施，根據水環境目標綜合選擇處理工藝，也可以進入污水廠一級處理后排放。針對半分流制系統、混接分流制的污水直排口，其末端直接優先考慮接駁進入市政污水管道，否則考慮接入新建污水管道或者截污管道，并優先輸送至污水處理廠處理。針對合流制系統改建為截污式合流制，考慮到其截流污水污染濃度較高，其末端通常優先進入污水廠進行處理，在污水廠受納能力不足等條件下，考慮建設一級強化處理設施進行處理，一般選擇生物處理裝置，以實現較好的出水效果。

從截污系統規模層面分析，末端處理量與系統規模的匹配性是影響其效果發揮的關鍵因素。系統規模主要受到系統是否設置調蓄池及調蓄規模、當地的污水廠處理富裕能力或新建、擴建計劃所影響，當污水處理廠處理能力不足、旱季滿負荷，以及工藝受水量及水質沖擊負荷影響大的條件下，截污系統應設置調蓄空間并經一體化處理設施凈化后排放。

3 截污系統的應用模式

結合前文所述，影響截污系統處理對象、設計條件最主要的兩大因素為城鎮排水體制、末端處理方式，根據這兩大因素可以將沿河截污系統劃分為四種基本應用模式。詳見表1。

表1 截污系統模式

從污染削減效果來看，針對分流制系統的模式三控制污染效果最為顯著，由于片區雨污分流工作較為完善，沿河截流系統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入河道。且末端采用污水廠處理后排放，避免了一級強化措施雨季停留時間短，出水水質不穩定等情況發生。

從系統效能來看：針對合流制系統的模式一、模式二，影響其治理效果發揮的主要因素為末端處理是否能夠匹配系統規模。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，長此以往已經成為名副其實的排污溝，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，主要應用于合流制系統，屬于模式一、二的范疇。該截污系統在雨季受到大規模水量沖擊，無論是采用污水廠抑或一級強化處理的模式，均不能匹配截流規模，造成系統失效。另有部分城市的合流制截污系統，由于上游混接污水量規模較大，為了短時間徹底截污污染問題，采用了在主干河道兩側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，其本質也同樣是系統與處理終端的不匹配。

4 小結

（1）截污系統的四大模式中，模式一與模式二為針對合流制系統的截污系統，主要差別為前者采用污水廠處理截流污水，后者采用一級強化處理終端實現污染物降解；模式三與模式四為針對分流制系統的截污系統，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，針對分流制系統的模式三控制污染效果最為顯著，從建設、管理及運營角度，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措施建設整體情況上來看，東北，西北地區仍保留較高比例的合流制系統，東三省分流情況與污水處理率均屬于偏低水平，建議繼續提高管網收集率，在此基礎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，下一階段應優先開展初雨截污系統建設，進一步提升水環境質量。