城市排水體制的選擇
西方國家的實踐表明,為了進一步改善受納水體的水質,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)中建造上述補充設施則較為經(jīng)濟而有效。所以,國外排水體制的構成中帶有污水處理廠的合流制仍占相當高的比例：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)，結果萊茵河和泰晤士河的水體都得到了很好的保護[25]。而前西德1987年其合流制下水道長度占總長度的71.2%, 且該國專家認為通常應優(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,前西德建成的調節(jié)池已達計劃容量的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297座。因此，魯爾河無論是旱季還是雨季，其水質保持得非常好，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將合流制改為完全分流制系統(tǒng)的成功率較小。在排水體制的選擇上應改變觀念,允許部分地區(qū)在相當長的時間內(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?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?shù)牡攸c建造新型的調節(jié)、處理設施(滯留池、沉淀滲濾池、塘和濕地等) 是進一步減輕城市水體污染的關鍵性補充措施。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,以及均衡進入污水廠混合污水的水量和水質,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)體制選擇及建設中存在問題及建議
5.1排水管網(wǎng)的建設
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。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)的建設應與污水處理廠的建設作為一個整體，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)濟發(fā)展對城市基礎設施的需求、水環(huán)境污染造成的水質型缺水和城市居民生活質量下降等壓力,對排水系統(tǒng)重要性的認識不斷提高,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)達到了90-，韓國達到90%，日本也達到了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發(fā)展速度很快，多采取分期、分區(qū)、分片建設，規(guī)劃趕不上建設速度，下水道系統(tǒng)建設滯后，造成排水管道錯接亂接現(xiàn)象嚴重;二是居民習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，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，都應采用截留式排水系統(tǒng)，在其末端加設溢流井，其頂端設置溢流堰，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，過小會導致受納水體遭受嚴重污染;過大則會造成浪費。故合理選取截流倍數(shù)是關鍵,其取值應綜合考慮受納水體的水質要求、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行處理;美國標準不一,截流倍數(shù)采用1.5～5 倍;前蘇聯(lián)規(guī)范確定:當排入流量大于10 m3/ s 河流時,取1～2 ;當排入流量為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其工程和運轉費用約增加一倍,但超標河段數(shù)量及超標歷時卻顯著降低,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污水流量未預測準確,排水管尺寸不夠,導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)濟因素,建設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，只按旱季污水量設計、建造和運行，亦即截留倍數(shù)n=0，一旦進入雨季，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，設計好溢流井的構造以充分發(fā)揮其截流雨水徑流作用，而且污水處理廠的處理能力應與截流污水量相適應，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面積內(nèi)污水流量為66萬噸/天，但其設計處理流量則為195萬噸/天;大田污水處理廠的服務人口為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中一直主張建設大型污水處理廠，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)應與分散式污水處理系統(tǒng)相結合。集中式污水處理系統(tǒng)建設周期長，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，應當提倡在居民小區(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，要進行污水處理工藝的優(yōu)化，采用先進的技術，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-活性污泥復合工藝(HYBFAS、EHYBFAS等)[32-34]。
(3)適當?shù)暮拥谰偷刂卫砑夹g
盡管建設了污水截排系統(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)，尤其是污染嚴重的河道內(nèi)建設適當?shù)奶幚碓O施，以保證河道水質，如：污染河道就地生物治理技術，包括：利用河床鋪設生態(tài)石，種植各種生態(tài)植物，適當增加曝氣復氧設施及其他的人工生物強化措施等[35]。
5.4 雨水徑流污染物含量及控制
表1將我國與發(fā)達國家城市雨水徑流水質進行統(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)達國家的城市徑流污染程度明顯嚴重，雨水徑流污染控制具有重要性。
隨著經(jīng)濟的高速，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致了城市暴雨徑流量的增加，終導致了在大的居民區(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重的污染和破壞。無論合流制或分流制排水系統(tǒng)，都應對截留雨水徑流進行處理。尤其當工業(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
加強管理，對于建成后排水管網(wǎng)的成效至關重要。如果一個排水系統(tǒng)已經(jīng)進行了雨、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)揮其應有的環(huán)境效益、社會效益和經(jīng)濟效益，必須采取有效措施加強對排水管網(wǎng)的管理，從源頭上做好雨、污分流。
6 小結
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將合流制改為完全分流制的成功率很小，且巨大，管理困難。我國排水體制的選擇應根據(jù)城鎮(zhèn)及工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃、環(huán)境保護的要求、污水利用情況、原有排水設施、水質、水量、地形、氣候和水體等條件，從全局出發(fā)，通過技術經(jīng)濟比較綜合考慮確定,而不應該只重政績而盲目的選擇分流制排水系統(tǒng)。
今后應加強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散機理, 對污染物擴散途徑進行控制,采取適當?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)技術或人工凈化技術等終端治理技術來降解帶入水體的徑流污染物。
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