北京市城市排水系统溢流污染控制与对策研究

杨宁 陈志翼

摘要：基于北京市城市管网的现状，提出了合流制排水系统降雨期间的溢流污染问题，并分析了国外控制溢流污染的方法，探讨了在本市进行溢流污染控制的方法与对策。为进一步开展实际的利用提供参考。

关键词：合流制排水系统；污水溢流；污染控制

随着城市化进程的加快,城市雨水问题以及合流制排水管道的溢流污染问题变得日益严重。合流制管道的溢流污染已成为部分城市改善水体水质的主要制约因素之一。城市合流制管道溢流污水中含有多种病原微生物、氮磷营养物及有毒有害物质,若未经有效处理便直接排入水体,则会严重地破坏水环境功能并危及人类健康。

城市的地表水是一个城市赖以生存的根本，它不仅提供了水源，同时也成为一个城市人文及社会环境的重点。城市排水体制和管道系统是城市地表水污染控制的重要环节，而雨污合流的溢流排放是我国地表水污染的主要问题。

1．北京市排水体制及管网分布现况

北京的城市排水体制目前主要为合流制和分流制两种类型。老旧管线多为合流制，新建的管线多为分流制。而且，近年来，随着城市建设的发展，越来越多的直排式合流制管线被改建成截流式合流制管线。

根据2008年北京市排水公司管网分公司的《管网设施普查情况报告》，目前北京排水管道总长度4349公里； 其中：污水管线长度：1807公里； 雨水管线长度：1809公里；合流管线长度：732公里。

2．合流制排水系统溢流及其污染特点

合流制排水系统不仅承担着日常污水的排出,同时也是降雨径流的排出通道,即城市点源和面源污染的双重排出通道,其污染来源的多样性决定了污染特性的复杂性。由于合流溢流含有未经处理的生活污水，商业污水和工业污水及雨水径流，各种污染物，如病原体，耗氧污染物，悬浮固体，营养盐，有毒物质和漂浮物质的浓度较大；而且合流溢流量很大，是受纳水体主要污染源之一。

截流制排水系统在暴雨或融雪期条件下, 由于大量雨水流入排水系统, 流量超过污水处理厂或污水收集系统设计能力, 超出部分以溢流方式直接排放, 这部分溢流混合污水就称为合流制排水系统污水溢流( Combined Sewer Overflows, CSOs)。

CSOs 污染有以下几个特点:

1) 因降雨过程中雨量的变化, 流量变化很大;

2) 因各地气候、降雨量的不同, 浓度变化大;

3) 对某些河流沟道系统, 在暴雨天气时, 由于地表径流在短时间内累积, 流入沟道, 在CSOs 过程初期, 形成了污水流量的高峰值, 并且由于初期暴雨对地表和沟道中累积的污染物的冲刷, 形成了污染物浓度的高峰, 随着径流量的增加,污水得以稀释, 污染物浓度下降至平均水平。这种现象被称作初期冲刷( first flush) , 是雨天对水体造成重大污染的主要原因。

3.国外研究概况

国外很多城市存在合流制管道系统,他们在很早的时候便开始了对合流制管道溢流污染控制的研究,并已取得显著成果。美国不仅出台了关于CSO 污染控制的一系列法规,同时各城市根据法规中的具体要求,针对合流制溢流的污染状况,采取了相应的具体措施。例如改造合流管道、改进管道中截污装置的材料、增大原有管道的尺寸、增大污水厂的处理容量、尽量减少溢流量等。日本的多数大城市保留了合流制管道系统,全日本采用合流制的城市共192个。为了解决CSO污染问题, 很多城市建造了如雨水储存管、雨水隧道、蓄水池等控制设施。这些雨水贮留设施能有效削减雨天时的溢流次数和排放量。同时,通过降雨时贮留、降雨结束后进行适当的处理等削减溢流负荷量,并向公共设施、住宅等推广设置雨水渗透设施(渗透管沟、渗透检查井等) ,这些渗透设施作为国家综合性治水对策的一部分产生了一定的环境改善效果。德国则是利用加重视源头污染、CSO污染和雨水径流污染控制的方式控制CSO污染。最典型的措施是修建大量的雨水池以截流处理合流制管道的溢流污水和雨水,以及采取分散式源头生态措施削减和净化雨水。

4.控制方法及对策

4.1 截流倍数的选取

雨、污水分流制排水系统一旦成为事实上的混流,就形成了两套雨污混流系统,且很难再恢复为分流制。根据国内外的经验, 对于排入河道、湖泊或近海的排水系统,无论是合流制还是分流制(雨水道) ,其排水干管或干渠都应采用截流式排水系统,在其末端加设溢流井,其顶端设置溢流堰,排水干管采用适宜的截流倍数。截流倍数过小会导致受纳水体遭受严重污染,过大则会造成浪费,故合理选取截流倍数是关键,其取值应综合考虑受纳水体的水质要求及自净能力、城镇的文明程度(或级别) 、人口密度、降雨量、投资等各种因素。由于所取截流倍数与实际情况有所偏差,会使部分污水进入河道,因此应在污染河道内建设适当的处理设施,以保证河道水质。污染河道的就地生物治理技术包括:利用河床铺设生态石,种植各种生态植物,适当增加曝气复氧设施及其他的人工生物强化措施等。

4.2 管网水量与污水厂处理能力的匹配

北京市目前最大的问题是对分流制排水系统存在误解,认为合流制排水系统需要有截流倍数,而分流制雨水管道则无需设计截流倍数,无需处理雨水径流,造成我国绝大多数污水处理厂只按旱季污水量设计、建造和运行,致使降雨时受纳水体遭受严重污染。因此,应设计好溢流井的构造以充分发挥其截流雨水径流的作用,而且污水处理厂的处理能力应与截流污水量相适应。集中式污水处理系统建设周期长,对配套污水收集管网的要求高,耗资巨大,目前已建大型污水处理厂由于处在城市水域下游,阻碍了污水的再生回用;分散式污水处理系统易实现污水的就地回用,有利于实现城市区域性良性水循环。因此,应提倡在居民小区建设小型污水再生回用系统,为易于水循环利用,小区宜采用分流制下水道系统,即污水排入污水处理回用系统,雨水排入雨水储存、处理与利用系统。小区雨水利用系统主要收集屋顶、道路、公用场地等处的雨水径流,其水质较。

4.3 尽快制定中长期控制目标和规划

因我国对CSO污染控制的研究起步较晚,各城市的自然条件、发展程度、基础设施状况等各方面条件相差很大,故应根据各城市的不同特点有针对性地开展研究,制定符合当地条件的CSO污染控制对策及措施,并将其纳入水务、市政、环保等职能部门的监管之中。北京、上海等发达城市率先进行系统性研究和方案实施,有利于推广成功的经验,为其他城市的CSO污染控制提供借鉴,逐步实现对全国城市CSO污染的有效控制。

4.4 制定CSO污染控制法规

CSO污染控制已成为发达国家水污染控制的重要领域,同样也投入了大量资金,并建立了配套的CSO污染控制法规。由于认识与研究上的滞后与不足,中国至今还缺乏相应的法规、政策体系。今后,我国应加大这方面的投入,加快建立CSO污染控制的相关法规,保障CSO污染控制工作的有效开展。

4.5CSO污染控制与暴雨径流污染控制的结合

经过长期的研究,发达国家意识到最有效的CSO污染控制方法是从根本上减少或消除CSO的发生,也就是从源头控制CSO污染,通过渗透设施、滞留设施等一系列成熟的体系对暴雨径流进行有效控制以减少CSO的发生,使CSO污染控制与暴雨径流控制有效地结合。发达国家很早便开始了城市暴雨径流污染控制,经过长期发展已逐渐形成比较完善的体系, 如最佳管理措施(BMP) 、低影响开发(L ID) 、可持续排水系统( SUDS)等,其中一些分散式源头生态措施(如雨水花园、生物滞留系统、各种渗蓄设施等)的综合应用可有效控制径流污染和削减雨水径流排放量,同时可削减CSO溢流污染。

5.结语

今后应加强对北京市水系的雨水径流管理和污染控制,借鉴国外城市暴雨雨水的“源控制”及“下游”控制的“蓄排结合”做法,克服偏向靠“雨污分流”来解决污染、重终端治理轻源头控制、重人工措施轻自然措施等缺陷,加强对源头污染的控制,在将雨水径流污染物从源头上控制在最低限度的同时,通过研究雨水径流污染物的输送和扩散机理, 对污染物扩散途径进行控制,采取适当的措施减少污染物排入地下或地表水体的数量,并通过自然生态技术或人工净化技术等终端治理技术来降低带入水体的径流污染物。

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