即便部分城市的合流制區域占比較小,也必須對整體改造效果、難度和可行性進行全面分析。例如,亞特蘭大市合流制排水系統服務范圍總體占比不足15%,但幾乎全部位于城市最高建設密度的中心城區。其在制定CSO長期控制規劃時對“合改分”的可行性和預期效果進行了評估分析,如果對80%的合流制區域進行分流改造,且同時需要對雨水徑流污染進行控制,與保留合流制系統新建調蓄和處理設施對CSO污染進行控制的方案進行對比,前者的總投資約是后者的2倍。因此,最終亞特蘭大市未選擇全面實施“合改分”,而是采用部分區域“合改分”與溢流污染控制相結合的綜合方案。
值得注意的是,也有極少數城市由于其具備特定的改造條件,幾乎全面實現了“合改分”。美國明尼蘇達州的明尼阿波利斯市就是美國極少數通過長期全面推進“合改分”來解決合流制溢流問題的成功案例。該市合流制區域面積約15km2,約占城市總面積的10%,面積較小。19世紀50—60年代,在聯邦政府發布的《示范城市與大城市發展法案》的影響下,明尼阿波利斯城市管理部門大規模推進“城市重建”工程,占市中心面積約40%、跨越25個街區的區域內約200座建筑被夷為平地,對近600英里(1英里≈1.6 km)城市街道全部進行重建,其間同步實施排水系統的改造與新建,是其決策全面實施“合改分”的重要基礎條件。1986年,該市實施CSO控制項目,通過技術經濟分析得出,若沿用并改造原有合流制截流干管,同時升級污水廠達到CSO控制要求,其總投資要遠高于雨污分流改造,隨即加快推進“合改分”。至1996年,通過10年實現95%的合流制區域基本完成改造,剩余的5%位于城市中心城區,至2007年基本全部完成改造,雖仍剩余8個沿河溢流排口,但近10年均未再發生溢流事件,改造總歷時近50年。
1.2.2 合流制溢流的控制策略
CSO長期控制規劃需要首先明確當地CSO具體控制目標。CSO控制政策提出長期控制規劃中CSO控制目標可以通過“推定法”與“實證法”確定,推定法即綜合水環境保護要求與技術經濟分析等,提出可實現的CSO控制水平,常以CSO總量控制或頻次控制為目標;實證法則需要進一步明確與水體水質控制指標的關系,例如針對受損水體,需制定最大日負荷總量(TMDL)計劃,明確合流制溢流污染負荷需達到的削減要求。
在確定CSO控制總體目標后,根據不同類型措施的溢流污染控制效果、實施可行性、投資金額,綜合確定具體的溢流控制策略,涉及管網、污水廠、CSO分散處理設施、CSO調蓄設施與源頭減排等各子系統控制標準的綜合銜接與系統決策。美國EPA在2001年提交國會的研究報告中,對全國439個地區CSO長期控制規劃進行統計,分析了不同類型技術措施的應用占比,結果如表1所示。
由表1可以看出,管網系統的分流改造(包括完全分流和不完全分流)是應用最為廣泛的技術措施,需要指出,這里的分流改造并非整個城市范圍的全面“合改分”,而是作為技術措施的一種,大部分城市均在適宜區域進行了局部改造,以盡可能減少雨水徑流入流對合流制管網系統的影響。
此外,對管網系統的優化是應用最多的設施類別。在“9項基本控制措施”中便要求城市合流制區域首先應充分利用管網與污水處理廠的控制能力。1994年,美國EPA發布針對合流制區域污水處理廠的“混合”政策,即在達到一定排放標準要求的前提下,允許暴雨時,超過污水廠二級處理能力但未超過一級處理能力的雨污水,只經過一級處理單元處理后與二級處理單元出水混合,經消毒處理后排放。考慮到大量城市污水處理廠位于郊區,有較為充足的空間條件可以建設雨季來水的調蓄設施及一級強化處理設施,基于此,部分城市選擇盡可能發揮管網的截流能力與污水處理廠的綜合處理能力,由此形成的“大截流系統”在美國合流制溢流控制中具有一定的代表性。以西雅圖市West Point污水處理廠服務的合流制區域為例,污水廠一級處理單元最大處理能力匹配的截流倍數約為4,二級處理單元最大處理能力匹配的截流倍數約為2。
綠色基礎設施近年來被廣泛關注,其在減少合流制系統雨水徑流入流的同時,又發揮了對雨水徑流的凈化、下滲回補地下水等多重效益,同時與新建管網系統相比,可部分減少工程實施成本。2007年,美國EPA發布聲明,推廣結合綠色雨水基礎設施控制CSO。多個城市在其CSO長期控制規劃的修編中,也相應補充了結合綠色基礎設施的實施方案。費城在2009年重新編制了CSO長期控制規劃,更名為“綠城清水”計劃,重點推進綠色基礎設施控制CSO污染,綠色設施投資占比超過65%;芝加哥于1972年開始實施深隧與調蓄水庫計劃(TARP),預計于2029年完全完工,屆時實現溢流頻次削減超過90%,2014年,芝加哥市政府發布綠色雨水管理戰略,推廣綠色雨水基礎設施,預期通過綠色基礎設施結合深隧與調蓄水庫,可基本完全消除芝加哥市408個溢流口的雨季溢流。
1.3 小結
綜上所述,美國在逐步認識合理推進合流制溢流控制的過程中,主要體現的特點和經驗包括:
① EPA始終作為主管的責任部門,持續推動國家層面針對CSO控制的立法、政策和相關管理要求,明確CSO作為重要點源污染進行管控,為制定區別于城市污水與雨水徑流污染的控制要求,開辟了可行性通道;
② 從CSO國家策略中比較寬泛的控制要求到后期更綜合的控制政策的制定,既有國家層面總體的統一控制框架,又強調了各地條件的巨大差異,各地具體采取“因地制宜”與“經濟高效”的對策;
③ 絕大部分城市仍然保留并沿用了合流制系統,未全面推行“合改分”,重點控制溢流污染,局部區域的分流改造作為綜合技術措施的一部分納入總體方案時予以考慮;
④ 強調合流制溢流控制的長期性與復雜性,以“9項基本控制措施”與“長期控制規劃”為主要手段,并建立分期實施與優化調整機制,避免走彎路和付出額外的代價;
⑤ 技術策略上“大截流系統”在美國部分城市有一定代表性。近年來,多個城市推廣綠色雨水基礎設施與CSO控制的結合,通過“灰綠結合”,實現總體方案在技術經濟上的優化。
2. 日本合流制溢流控制的發展歷程與控制策略
編輯:王媛媛
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