沿河截污系统的应用模式与适用性分析

潘笑文 禹 浩 王礼兵 申屠华斌

1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 浙江杭州 311122；2.浙江富春紫光环保股份有限公司 浙江杭州 310012

截至2019 年，我国城市（村镇除外）排水管道长度已经达到95.7 万km，其中雨污合流管道15.2 万km，由合流制溢流、雨污混接形成的溢流污染问题依然严重。各地区针对水环境改善开展截污工程设计仍主要采用目标导向的思路，已有部分学者针对截流式合流制、截污式分流制排水系统的应用模式展开研究[1]，但综合考虑合流制、分流制以及其他不同影响因素条件下沿河截污系统应用模式的研究，以及考虑不同情况的适用性研究仍较为少见。

沿河截污系统设计应综合考虑所涉及区域的客观条件及工程目标，客观条件即影响截污系统选择和设计的外部条件，主要包括排水体制、污水系统特征、沿河排口水量、污水厂受纳能力等因素；工程目标主要结合城市发展进程和水质目标要求，明确沿河截污工程阶段性需要解决的问题及远期截污系统的可利用情况等。在以上提到的影响因素中，最主要的两项分别为排水体制、末端处理方式，这些因素直接影响了截污系统处理对象、规划期限、调蓄方式、后处理等设计要素。本文讨论基于主要影响因素的截污系统应用模式及其适用性，研究成果可为我国处于不同建设进程的城市控制合流制溢流污染、初雨径流污染提供指导。

1 排水体制演变

1.1 排水体制的演变进程

排水体制即城市排水管网系统选择何种方式收集、输送、排放雨水（污水），是影响系统设计、施工、维护和管理的首要条件，同时也对城市规划和环境保护产生深远影响[2]，其变革始终与国家政策、城市建设进程紧密相关。由于受到经济条件限制，我国最早城市建成区主要以直排式或合流制排水系统为主，部分地区采用半分流制，即仅建设单一污水管网系统，未建设雨水管网系统的排水体制，这几类排水体制均导致了较为严重的直排污染以及合流制系统溢流污染。

随着污染问题逐渐加剧，1987 年，住建部发布《室外排水设计规范》（GBJ14- 87），首次提出了城市建成区宜采用分流制排水体制，各地开始了对合流制溢流污染的初期探索。2013 年国务院办公厅23 号文件《关于做好城市排水防涝设施的通知》，明确提出了全国范围内推进管网雨污分流改造的总体战略。然而，在部分城市控制合流制污染问题的实践过程中，分流制改造在治理效果和经济性方面均没有表现出明显的优势。上海早期的合流制改造，区块内部保留合流制，区块外部雨污分流，导致了“内混外分”等情况发生，美国通过对600 多个城市排水系统的调查结构表明，将直排式合流制改造为分流制的投资是改造为截污式合流制的三倍。国际上，大多数城市保留了相当范围的合流制排水系统，根据美国环保局2004 年统计，美国合流制排水系统服务人口4000 万～5000 万人，有32 个州存在合流制排水系统。英国、法国合流制排水系统比例约为70%（按服务面积计算）；德国合流制排水系统比例平均约为54%（按服务人口比例计算），日本合流制排水系统比例为47.6%（按服务面积计算）[3]，丹麦合流制排水系统比例约为45%（按管道长度计算）。此外，德国汉堡合流制系统服务人口超过90%，日本东京的合流制排水管道比例也达到了90%以上[4]。可以看出，国外对于合流制系统，并没有推广大范围的雨污分流改造，而是普遍采用截污的措施控制污染。

2018 年，《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》提出暂不具备雨污分流改造条件的，要控制合流制溢流污染。部分城市较早的开展了合流制溢流污染控制的实践，并起到了较好的效果。例如上海针对苏州河治理实施开展了系统研究并进行综合治理，实施了苏州河合流污染治理一期截污工程、苏州河环境综合整治工程，对中心城区沿线37 个合流制排水系统进行截污改造，建设梦清园等合流制雨天溢流调蓄池，实现了旱季污水全收集、雨天污水部分收集处理。部分城市逐步开始吸取成功经验，探索采用截污制合流制改造控制溢流污染的可行路径，自此，我国排水体制的演变经历了一个从：致力于“污水干管全覆盖、排水户全接管”，到认识到“合改分”是一种手段而非目标的漫长演进进程。

1.2 我国城镇排水体制现状

由前文所述，目前我国排水体制主流的改革方向分为两类，截流式合流制排水系统、完善的分流制排水系统，沿河截污系统在两种不同排水体制中，分别发挥了控制溢流污染、沿河最后一道防线的作用。城镇排水体制最明显的特征即雨污分流工作开展完善程度的不同。根据我国2011 年至2019 年全国各省排水系统面板数据，我国2011至2019 年间，大部分城市开展了管网建设工作，全国排水管网长度从41.4 万km 增长至74.4 万km，合流管道总长度占排水管道比例由2011 年的25%下降至2019 年的13.9%，合流管道长度占排水管网比例30%以下的城市约为全国的60%，雨污分流建设效果较为显著。

各省份雨污分流进程存在差异，截至2019 年，东北，西北地区基本保留较高比例的合流制系统，主要集中于例如宁夏（60%）、辽宁（38%）、黑龙江（34%），括号内为雨污合流制比例，这些地区降雨量年内分配不均，适用于截污式合流制改造。截至2019 年，雨污分流工作开展最为完善的五个省份分别是福建＞内蒙古＞山东＞上海＞浙江。福建省是目前全国雨污分流建设最为完善的省份，这些城市下一阶段应优先开展初雨截污系统建设，进一步提升水环境质量。

2 末端处理方式

沿河截污严格定义为沿受纳水体岸边敷设截污管(渠)，对河道两岸排水口设置污染物截污设施及截污井等工程措施的方式进行截污，其末端污水去向分为污水厂处理和调蓄、一级强化处理两类，处理方式的选择受排水体制、污水系统现状处理容量等因素的影响。

从排水体制的角度考虑，末端处理的设计前提是分类截污原则。彻底的分流制系统仅在雨季发挥收集初小雨功能，考虑沿河截污雨水排放口，并设置智能调蓄井等设施，以精准截污初期雨水，实现清污分流，该系统末端优先进入一级强化处理设施，根据水环境目标综合选择处理工艺，也可以进入污水厂一级处理后排放。针对半分流制系统、混接分流制的污水直排口，其末端直接优先考虑接驳进入市政污水管道，否则考虑接入新建污水管道或者截污管道，并优先输送至污水处理厂处理。针对合流制系统改建为截污式合流制，考虑到其截流污水污染浓度较高，其末端通常优先进入污水厂进行处理，在污水厂受纳能力不足等条件下，考虑建设一级强化处理设施进行处理，一般选择生物处理装置，以实现较好的出水效果。

从截污系统规模层面分析，末端处理量与系统规模的匹配性是影响其效果发挥的关键因素。系统规模主要受到系统是否设置调蓄池及调蓄规模、当地的污水厂处理富裕能力或新建、扩建计划所影响，当污水处理厂处理能力不足、旱季满负荷，以及工艺受水量及水质冲击负荷影响大的条件下，截污系统应设置调蓄空间并经一体化处理设施净化后排放。

3 截污系统的应用模式

结合前文所述，影响截污系统处理对象、设计条件最主要的两大因素为城镇排水体制、末端处理方式，根据这两大因素可以将沿河截污系统划分为四种基本应用模式。详见表1。

表1 截污系统模式

从污染削减效果来看，针对分流制系统的模式三控制污染效果最为显著，由于片区雨污分流工作较为完善，沿河截流系统作为旱季跑冒滴漏的最后一道防线以及初期雨水的主要收集措施，最大程度上避免了污染物进入河道。且末端采用污水厂处理后排放，避免了一级强化措施雨季停留时间短，出水水质不稳定等情况发生。

从系统效能来看：针对合流制系统的模式一、模式二，影响其治理效果发挥的主要因素为末端处理是否能够匹配系统规模。以末端总口截污工程为例，部分城市河道由于其断面狭小、汇水面积偏低，而两岸雨污水排口污染量较大，长此以往已经成为名副其实的排污沟，部分河道逐步改造成为地下暗渠，这类河道通常采用末端总口截污的形式进行改造，即将狭小河道视作排污通道，仅在末端开展截污治理，主要应用于合流制系统，属于模式一、二的范畴。该截污系统在雨季受到大规模水量冲击，无论是采用污水厂抑或一级强化处理的模式，均不能匹配截流规模，造成系统失效。另有部分城市的合流制截污系统，由于上游混接污水量规模较大，为了短时间彻底截污污染问题，采用了在主干河道两侧修建大型的截污渠道截污支流污水的工程形式，也称为末端大截排工程，最明显的不足则是截污量大、清污不分，其本质也同样是系统与处理终端的不匹配。

4 小结

（1）截污系统的四大模式中，模式一与模式二为针对合流制系统的截污系统，主要差别为前者采用污水厂处理截流污水，后者采用一级强化处理终端实现污染物降解；模式三与模式四为针对分流制系统的截污系统，其主要差别同样是采用了不同末端处理方式。

（2）从污染物削减效果的角度，针对分流制系统的模式三控制污染效果最为显著，从建设、管理及运营角度，模式一投入较为可控且管理便利。

（3）从中国各省份排水管网措施建设整体情况上来看，东北，西北地区仍保留较高比例的合流制系统，东三省分流情况与污水处理率均属于偏低水平，建议继续提高管网收集率，在此基础上开展截污式合流制改造，截流污水宜采用新增污水处理终端的模式处理。福建、山东、上海、浙江雨污分流情况较好，以福建省为首，下一阶段应优先开展初雨截污系统建设，进一步提升水环境质量。