城市排水體制的選擇

　　西方國家的實踐表明,為了進(jìn)一步改善受納水體的水質(zhì),將合流制改造為分流制,其費用高昂而效果有限,而在合流制系統(tǒng)中建造上述補(bǔ)充設(shè)施則較為經(jīng)濟(jì)而有效。所以,國外排水體制的構(gòu)成中帶有污水處理廠的合流制仍占相當(dāng)高的比例：英、法等國家的大部分城市也仍保留了合流制體系，以控制非點源污染并保證污水的處理率，修建合流管渠截流干管，即改造成截流式合流制排水系統(tǒng)，結(jié)果萊茵河和泰晤士河的水體都得到了很好的保護(hù)[25]。而前西德1987年其合流制下水道長度占總長度的71.2%, 且該國專家認(rèn)為通常應(yīng)優(yōu)先采用合流制,分流制要建造兩套完整的管網(wǎng),耗資大、困難多,只在條件有利時才采用。至八十年代末,前西德建成的調(diào)節(jié)池已達(dá)計劃容量的20%,雖然其效果難以量化,但是截送到處理廠的污水量增加了、河湖的水質(zhì)有了顯著的改善。德國魯爾河協(xié)會(Ruhrverband)，其管轄流域的城市大都采用合流制排水系統(tǒng)和合流制污水處理廠，其旱季處理流量為污水流量(Q)，而雨季處理流量則為兩倍污水流量(2Q);而且其剩余的雨水徑流進(jìn)入雨水處理系統(tǒng)-雨水塘和地表徑流型人工濕地。2002年，魯爾和協(xié)會共運行96座污水處理廠，而雨水處理廠則達(dá)297座。因此，魯爾河無論是旱季還是雨季，其水質(zhì)保持得非常好，不僅具有良好的生態(tài)景觀，而且成為魯爾工業(yè)區(qū)的主要供水水源[26]。

　　從以上事實可以看出,建立理想的分流制或?qū)⒑狭髦聘臑橥耆至髦葡到y(tǒng)的成功率較小。在排水體制的選擇上應(yīng)改變觀念,允許部分地區(qū)在相當(dāng)長的時間內(nèi)采用合流制截流體系并將工作重點放在提高污水處理率上,這才是保護(hù)水體的根本方法。在對老城市合流制排水系統(tǒng)改造時要結(jié)合實際制定可行方案,在各地新建開發(fā)區(qū)規(guī)劃排水系統(tǒng)時也有必要充分分析當(dāng)?shù)貤l件、資金的合理運作,同時還要從管理水平、動態(tài)發(fā)展角度進(jìn)行研究,不要盲目模仿、生搬條款。在已有二級污水處理廠的合流制排水管網(wǎng)中,適當(dāng)?shù)牡攸c建造新型的調(diào)節(jié)、處理設(shè)施(滯留池、沉淀滲濾池、塘和濕地等) 是進(jìn)一步減輕城市水體污染的關(guān)鍵性補(bǔ)充措施。它能攔截暴雨初期“次沖刷”起的污染物送往污水廠處理,減少混合污水溢流的次數(shù)、水量和改善溢流的水質(zhì),以及均衡進(jìn)入污水廠混合污水的水量和水質(zhì),它也能對污染物含量較多的雨水作初步處理。

　　5 我國的排水系統(tǒng)體制選擇及建設(shè)中存在問題及建議

　　5.1排水管網(wǎng)的建設(shè)

　　我國不少城市和地區(qū)，往往只把污水處理廠作為重點工程對待，而放松與之相配套的污水管網(wǎng)的建設(shè)。常常是污水處理廠按計劃建成投產(chǎn)，而無水管網(wǎng)卻只建了部分污水干管，由于資金短缺、拆遷量大等原因造成支管未建或支管與主管連接不上。造成一方面污水處理廠處理量不足，一方面污水仍直接排入河體污染環(huán)境。因此，排水管網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)與污水處理廠的建設(shè)作為一個整體，同步實施。

　　改革開放以來我國的城市排水系統(tǒng)有了較大的發(fā)展,面臨經(jīng)濟(jì)發(fā)展對城市基礎(chǔ)設(shè)施的需求、水環(huán)境污染造成的水質(zhì)型缺水和城市居民生活質(zhì)量下降等壓力,對排水系統(tǒng)重要性的認(rèn)識不斷提高,新建改建了許多排水工程[27]。但是,因歷史欠帳太多,總的水平仍然非常落后。從全國來看,城市排水管總長1995 年為7.5萬km。若城市人口按2億人估算,人均僅0.375m，導(dǎo)致城市污水處理率偏低。即使沿海發(fā)展較快的地區(qū),城市排水設(shè)施的水平也不高。如廣東省現(xiàn)日排污水63.8億萬噸/天,其中生活污水量40.7億萬噸/天,污水處理廠總數(shù)為79座，全省城鎮(zhèn)生活污水處理率僅40.2%[28],而美國和德國的生活污水處理率在2004年以前已經(jīng)達(dá)到了90-，韓國達(dá)到90%，日本也達(dá)到了78%[29]。

　　5.2 截流倍數(shù)

　　雨水/污水分流制系統(tǒng)一旦形成事實上的混流,就形成了兩個污水-雨水混合流系統(tǒng)。這是由于我國許多城市建設(shè)發(fā)展速度很快，多采取分期、分區(qū)、分片建設(shè)，規(guī)劃趕不上建設(shè)速度，下水道系統(tǒng)建設(shè)滯后，造成排水管道錯接亂接現(xiàn)象嚴(yán)重;二是居民習(xí)慣將污水倒入附近的雨水道路邊的雨水徑流收集格柵槽中;三是現(xiàn)在許住房的陽臺改成廚房或安裝上洗衣機(jī)，使本來連接到雨水道的雨水變成生活污水。根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗, 對于排入河道、湖泊或近海的排水系統(tǒng)，無論是合流制還是分流制(雨水道)，其排水干管或干渠，都應(yīng)采用截留式排水系統(tǒng)，在其末端加設(shè)溢流井，其頂端設(shè)置溢流堰，排水干管采用適宜的截留倍數(shù);其大小直接影響受納水體的潔凈與否，過小會導(dǎo)致受納水體遭受嚴(yán)重污染;過大則會造成浪費。故合理選取截流倍數(shù)是關(guān)鍵,其取值應(yīng)綜合考慮受納水體的水質(zhì)要求、受納水體的自凈能力、城鎮(zhèn)的文明程度(或級別)、人口密度、降雨量、等各種因素。對比國內(nèi)外截流倍數(shù)的取值，也會發(fā)現(xiàn)存在很大差異：

　　日本截流管容量一般按計劃時間的大污水量的3 倍;英國的習(xí)慣做法是截流倍數(shù)采用5;德國一般選擇的截流容量為高峰日的4 倍,其中2 倍流到污水處理廠進(jìn)行處理;美國標(biāo)準(zhǔn)不一,截流倍數(shù)采用1.5～5 倍;前蘇聯(lián)規(guī)范確定:當(dāng)排入流量大于10 m3/ s 河流時,取1～2 ;當(dāng)排入流量為5～10 m3/s 河流時,取3～5。目前,國內(nèi)城市截流倍數(shù)采用情況:沈陽截流倍數(shù)采用2,天津采用3～5,截流管不發(fā)生溢流,效果較好。上海地區(qū)采用2.43～2.63 截流倍數(shù),環(huán)境質(zhì)量較好,比截流倍數(shù)為1的地區(qū)有明顯的改善。中國香港地區(qū)、廣州、東莞等地取1,北京取1～2,重慶取3,昆明取2.5。國內(nèi)研究表明:選擇2比選1其工程和運轉(zhuǎn)費用約增加一倍,但超標(biāo)河段數(shù)量及超標(biāo)歷時卻顯著降低,充分體現(xiàn)出截流倍數(shù)對和水環(huán)境的顯著影響[30]。

　　可見，我國的截流倍數(shù)選取與發(fā)達(dá)國家比偏低。而在實際運行的截流式合流制中，有的截流倍數(shù)更小,有的城市甚至僅為0～0.5。出現(xiàn)這種情況原因有二: ①污水流量未預(yù)測準(zhǔn)確,排水管尺寸不夠,導(dǎo)致一下雨截流井就溢流入河,這時截流干管也只能是一個形式; ②考慮到經(jīng)濟(jì)因素,建設(shè)單位本身不愿意有截流倍數(shù)[31]。

　　5.3 污水處理及工藝方案的選擇

　　(1)污水處理能力

　　我國目前大的問題是??需要有截留倍數(shù)，而分流制雨水道則無需截留倍數(shù)，無需處理雨水徑流，致使我國絕大多數(shù)污水處理廠，只按旱季污水量設(shè)計、建造和運行，亦即截留倍數(shù)n=0，一旦進(jìn)入雨季，對雨水徑流既不能截留，也不能處理，致使降雨時受納水體往往遭受嚴(yán)重污染，造成垃圾、糞便漂浮河面，即有礙觀瞻，更影響環(huán)境衛(wèi)生。因此，設(shè)計好溢流井的構(gòu)造以充分發(fā)揮其截流雨水徑流作用，而且污水處理廠的處理能力應(yīng)與截流污水量相適應(yīng)，以韓國首爾清溪川治理工程為例，清溪川周邊污水管道的截流倍數(shù)取為2，降雨時合流制下水道截流干渠能夠匯集降雨強(qiáng)度為Q=2mm/min的徑流量，因此，盡管其下游的中梁污水處理廠的服務(wù)面積內(nèi)污水流量為66萬噸/天，但其設(shè)計處理流量則為195萬噸/天;大田污水處理廠的服務(wù)人口為150萬，其污水處理能力為90萬噸/天，可見其截流倍數(shù)也是取為：n=2。

　　(2)污水處理廠選址及工藝選擇

　　我國在城市污水處理廠的建設(shè)中一直主張建設(shè)大型污水處理廠，因為大型污水處理廠相對建造成本低，但城市集中式污水處理系統(tǒng)應(yīng)與分散式污水處理系統(tǒng)相結(jié)合。集中式污水處理系統(tǒng)建設(shè)周期長，對配套污水收集管網(wǎng)的要求高，耗資巨大，而許多已經(jīng)建成的大型污水處理廠由于選址在城市水網(wǎng)下游，阻礙了污水的再生回用;而分散式污水處理系統(tǒng)容易實現(xiàn)污水的就地回用，有利于實現(xiàn)城市區(qū)域性良性水循環(huán)。因此，應(yīng)當(dāng)提倡在居民小區(qū)建造小型污水處理回用廠，為了利于和易于水循環(huán)回用，小區(qū)宜于采用分流制下水道系統(tǒng)，即污水排放于處理回用系統(tǒng)和雨水徑流匯集、儲存、處理與利用系統(tǒng)。小區(qū)雨水系統(tǒng)主要收集屋頂、道路、公用場地等徑流，其水質(zhì)較清，易于處理，如通過沉淀-過濾-消毒處理便可獲得出水，可用魚沖廁、澆灑綠地和做小區(qū)景觀湖、塘的景觀用水。

　　以活性污泥工藝為主的現(xiàn)有污水處理工藝，其主要限制是占地面積大，處理效率低，因此，要進(jìn)行污水處理工藝的優(yōu)化，采用先進(jìn)的技術(shù)，如：新一代生物膜工藝，如BAF(Biofor、Biostyr、Biobead、Biopur等)，活性污泥和生物膜的復(fù)合工藝，包括移動式生物膜工藝(MBBR，Caldnes、Linpor等)和固定式生物膜-活性污泥復(fù)合工藝(HYBFAS、EHYBFAS等)[32-34]。

　　(3)適當(dāng)?shù)暮拥谰偷刂卫砑夹g(shù)

　　盡管建設(shè)了污水截排系統(tǒng)和污水處理廠，但由于截流倍數(shù)的不徹底，還是會有污水流入河道，因此在河道內(nèi)，尤其是污染嚴(yán)重的河道內(nèi)建設(shè)適當(dāng)?shù)奶幚碓O(shè)施，以保證河道水質(zhì)，如：污染河道就地生物治理技術(shù)，包括：利用河床鋪設(shè)生態(tài)石，種植各種生態(tài)植物，適當(dāng)增加曝氣復(fù)氧設(shè)施及其他的人工生物強(qiáng)化措施等[35]。

　　5.4 雨水徑流污染物含量及控制

　　表1將我國與發(fā)達(dá)國家城市雨水徑流水質(zhì)進(jìn)行統(tǒng)計對比。從表1可知，巴黎三種匯水面徑流主要污染物的中值和大值明顯小于北京。巴黎、德國屋面徑流COD低于北京屋面的COD值。美國、德國徑流的主要污染物濃度也都明顯低于對應(yīng)的北京徑流污染物濃度。考慮目前北京城市地面環(huán)境狀況、大氣質(zhì)量等在中國城市中至少屬于中上等,因此,從定量和定性兩方面分析判斷,我國主要城市徑流污染比一些發(fā)達(dá)國家的城市徑流污染程度明顯嚴(yán)重，雨水徑流污染控制具有重要性。

　　隨著經(jīng)濟(jì)的高速，城市人口密度不斷增加，對污水收集系統(tǒng)容量的要求也不斷增加，這不僅由于不斷擴(kuò)大的城市產(chǎn)生了越來越多的污水，而且由于不透水排水面積的增加導(dǎo)致了城市暴雨徑流量的增加，終導(dǎo)致了在大的居民區(qū)內(nèi)，更多的是大城市、超大城市的周邊，水文環(huán)境和城市水源受到嚴(yán)重的污染和破壞。無論合流制或分流制排水系統(tǒng)，都應(yīng)對截留雨水徑流進(jìn)行處理。尤其當(dāng)工業(yè)和城市污水處理廠普及程度提高后,這一矛盾會更突出。許多發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗已經(jīng)證明,必須及早深入研究和制定控制對策。

　　5.5 排水管網(wǎng)的管理

　　加強(qiáng)管理，對于建成后排水管網(wǎng)的成效至關(guān)重要。如果一個排水系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了雨、污分流，而管理措施跟不上，沿街居民私自亂接出戶管，或圖方便省錢，將生活污水管就近接入雨水管道，就會造成花大量資金建成的雨污分流系統(tǒng)失去作用，污水由雨水管直接排入水體造成河流污染。因此，城市排水系統(tǒng)能否真正發(fā)揮其應(yīng)有的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，必須采取有效措施加強(qiáng)對排水管網(wǎng)的管理，從源頭上做好雨、污分流。

　　6 小結(jié)

　　隨著城市化的發(fā)展，排水系統(tǒng)在社會可持續(xù)發(fā)展中起著越來越重要的作用。國內(nèi)外針對排水體制的研究表明，建立理想的分流制或?qū)⒑狭髦聘臑橥耆至髦频某晒β屎苄。揖薮?，管理困難。我國排水體制的選擇應(yīng)根據(jù)城鎮(zhèn)及工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)的要求、污水利用情況、原有排水設(shè)施、水質(zhì)、水量、地形、氣候和水體等條件，從全局出發(fā)，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較綜合考慮確定,而不應(yīng)該只重政績而盲目的選擇分流制排水系統(tǒng)。

　　今后應(yīng)加強(qiáng)對城市水系雨水徑流管理和污染控制的工作，借鑒國外城市暴雨雨水的“源控制”及下游控制的蓄排結(jié)合做法，克服偏向靠“雨污分流”來解決污染、重終端治理輕源頭控制、重人工措施輕自然措施等缺陷，加強(qiáng)對源的控制,將雨水徑流污染物從源頭上控制在低限度的同時，通過研究雨水徑流污染物輸送和擴(kuò)散機(jī)理, 對污染物擴(kuò)散途徑進(jìn)行控制,采取適當(dāng)?shù)拇胧?減少污染物排入地下或地表水體的數(shù)量，并通過自然生態(tài)技術(shù)或人工凈化技術(shù)等終端治理技術(shù)來降解帶入水體的徑流污染物。

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