呂永鵬--超大城市雨天排水污染治理目標與策略.pdf

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1、超大城市雨天排水污染治理目標與策略研究呂永鵬正高 博士 研究院院長上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司2023年8月現狀問題國內外經驗治理目標治理策略1234總結與思考5一現狀問題1.1 雨天排水污染問題雨天排水污染來源示意圖 現狀問題兩輪中央環保督察指出全國范圍內多地存在雨天排水污染現象我國城鎮排水基礎設施建設日趨完善，傳統點源污染得到有效控制雨天排水污染已凸顯成為城市水環境雨天排水污染已凸顯成為城市水環境改善的瓶頸難題改善的瓶頸難題41.2 超大城市雨天排水污染案例分流制管網存在雨污混接和違規排放問題與挑戰132456合流制管網溢流污染管道沉積物沖刷排放缺乏污染控制標準和管控目標城市雨

2、水徑流面源污染部分區域末端處理能力不足 問題與挑戰 合流制管網溢流污染、分流制雨污混接、管道沉積物、雨水徑流污染等是超大城市雨天排水污染治理面臨的主要問題 適用性雨天排水污染控制標準和管控目標的缺失是制約污染治理進程的關鍵因素之一超大城市雨天排水污染治理主要問題與挑戰6二國內外經驗美國西雅圖金縣合流制溢流污染（CSO）治理案例金縣（King County）管轄范圍內納入美國國家污染物排放削減（NPDES）許可管理的排水設施包括：38個CSO排放口、4座CSO處理廠及西點污水處理廠。CSO排放納入排污許可管理CSO處理廠和調蓄設施建設 工藝：一級處理+消毒 旱天：作為泵站，送至西點污水廠 小雨：

3、利用配套調蓄設施儲存，待下游排水系統有富裕能力時，送至西點廠或南部廠 大雨：超出調蓄能力時經CSO廠處理后排放2.1 國外經驗（美國）參考文獻：王文亮,張昱,蔡然等.美國金縣合流制溢流控制案例之技術與標準J.中國給水排水,2022,38(08):99-107.金縣主要CSO控制設施分布圖AlKi CSO處理廠工藝流程（峰值24.6萬m3/d）基于技術的排放限值標準對CSO處理廠制定了基于處理技術的污染物排放限值主要包括SS、糞大腸桿菌、總余氯等指標8美國分流制雨水系統非法排污治理EPA非法排污定義非法排污（illicit discharge）：是指任何旱季進入分流制雨水管道的含有污染物或致病微

4、生物的可計量的流量。非法排污最常見的起因就是雨污混接。雨污混接以外特定點源的非法排污，其污染源被稱為“污染發生點”（generating site）污染溯源技術對雨水系統中外水類型分類，并提出可以通過不同外水的“化學指紋”（水質特征指標）識別外水來源的污染溯源技術。非法排污排查整治美國在20世紀80-90年代進行了大量的非法排污治理研究與實踐工作2004年EPA發布了非法排污檢查和整治技術指南，該指南對非法排污問題排查、污染源溯診斷、整治實施方法、防治技術和手段等進行了較為詳盡的闡述。美國的NPDES排污許可管理制度中，對于服務人口超10萬人的分流制雨水系統提出了在排污許可周期內必須建立持續的

5、非法排污排查整治項目的要求。部分規定的分流制小型雨水系統也應開展非法排污方面的公眾教育和排查整治工作。歷史案例：80年代，密歇根州休倫河污染治理項目，對1000多家企業、住宅等排水戶開展了染色實驗排查，發現有60%的汽車服務類企業，67%的制造業企業，88%的批發/零售機構都存在非法排污現象；所有的電鍍車間都發現了非法排污，19家居民住宅直接將排污設施接入雨水管網。2.1 國外經驗（美國）10 2003年，日本修訂下水道法，提出合流制對策指南要求各城市制定溢流污染控制長期計劃 全日本170座城市需在10年內（20042013年），21座城市需在20年內（20042023年）完成如下治理目標：合

6、流制排水系統全年外排總污染負荷應等于或小于相同區域假設的分流制系統的外排污染負荷。具體要求為各排放口（包括所有溢流排放口和污水處理廠排口）全年外排的污染物（以BOD5計）平均濃度不超過40mg/L未經處理直接溢流的次數減半 所有溢流構筑物必須設置固體顆粒物攔截控制的措施制定合流制溢流中長期治理目標2.2 國外經驗（日本）11溢流污染控制標準編制 發布（DB4201/T 652-2021）水環境保護溢流污染控制標準全國首個溢流污染控制工程技術標準用于指導武漢市新、改建溢流污染控制工程設計。發布（DB4201/T 666-2022）城市排水系統溢流污染控制技術規程對溢流污染處理設施的進出水水質、設

7、計規模、處理技術等進行了規定。表5 受納水體污染物控制標準 年污染物平均當量濃度：雨天經排水口直接排入受納水體的污染物總量占排水口全部徑流雨水量的比例 按照水功能區水質標準確定受納水體污染物控制標準 條文6.3.1 溢流污水控制標準受納水體分級A標B標C標受納水體分級界定III類以上水質管理目標的湖泊或面積小于1km2的其他湖泊面積大于1km2的IV類和V類水質管理目標的湖泊河流港渠、外江和其他水體年污染物平均當量濃度（COD）2030402.3 國內經驗（武漢）提出受納水體的分級標準和不同級別受納水體的年污染物平均當量濃度（COD）控制標準12合流制溢流污染控制工程案例黃孝河CSO調蓄及強化

8、處理工程 溢流污水截流后進入調蓄池，經強化處理設施處理后排放 調蓄池規模為25萬m，強化處理設施規模為6m/s，相當于53萬m/d，僅雨天運行 處理工藝：細格柵-曝氣沉砂池-高效沉淀池-精密過濾-紫外消毒項目實施目標：控制黃孝河明渠起端CSO溢流次數10次/年;污染物削減量：COD：2556t/年，SS：4090t/年，TP：38t/年。黃孝河CSO強化處理設施平面圖2.3 國內經驗（武漢）132.4 國內經驗（上海）雨天排水污染控制政策上海市城鎮雨水排水規劃（2020-2035年）強排系統初期雨水截流標準合流制11毫米，分流制5毫米 基于30年的降雨數據，合流制11毫米可截流85%的降雨場次

9、和55%的降雨量，調蓄設施具有最高的環境經濟效益比環境容量分析降雨特征分析效益最優區 1015mm142.4 國內經驗（上海）就地處理工程應用位置：蒙自泵站，有截流設施，16.8m3/s（北虹北、康健、田林泵站試行）設施規模：50m3/d（旱天），出水原位回用于綠化、道路沖洗；2000 m3/d（雨天），重新進入集水井蒙自泵站和一體化裝置運行流程（藍色為雨天運行模式）CODCrBOD5SSTPNH3-NTN雨天-進1501002.0雨天-出50100.5旱天-進3001402003.51525旱天-出5010100.551516雨天排水污染控制工作合流制溢流污染控制政策 2021年發布北京市城

10、市積水內澇防治及溢流污染控制實施方案(2021年2025年)工作任務四：提高溢流污染控制能力針對中心城區雨污合流溢流污染問題，以清河、涼水河、通惠河、壩河考核斷面水質全天候穩定達標為約束條件，通過各流域排水系統及河流水質的模擬分析，明確雨污合流溢流污染控制措施分區域分類型對陶然亭公園等92處合流溢流口實施調蓄凈化治理。合流制溢流污染控制工作 源頭治理持續開展“清管行動”“清河行動”，在排河口建設垃圾攔截裝置，建立排水管道、河道常態化維護工作機制。過程控制加強農業面源污染防治，重點加強對醫療機構、實驗室及洗滌、等重點污染企業及農村地區企業、民宿、農家院等排水戶污水收集、處理的監管，依法嚴厲查處違

11、法排水行為。末端調蓄已建設龍潭湖調蓄凈化試點項目，在東城區龍潭湖公園湖底建設了6萬立方米調蓄池，地上恢復為公園綠化和景觀。未來將充分利用人防工程、河道兩岸地下空間，加快首都功能核心區合流制溢流污水調蓄凈化設施建設。中心城區將建設清河、壩河、涼水河、通惠河四大流域溢流污染控制工程體系，總溢流污水調蓄凈化能力達到50萬立方米北京龍潭湖公園排河口水力滾刷2.5 國內經驗（北京）1718雨天排水污染控制政策深圳市 2021 年水污染治理工作方案 工作任務一：開展排水系統提質增效行動1.持續開展雨污分流，正本清源查漏補缺。2.持續開展排水管渠修復改造。9.有序推進調蓄池建設。提升雨天污水調配調蓄能力，科

12、學合理地落實調蓄調配設施空間布局，2021 年推進 22 座調蓄設施建設，建成 14 座，新增調蓄規模 50.86 萬方。10.強化治污設施運行調度。編制各流域污水晴天、雨天、應急工況調度方案，提升污水處理效能。加強治污設施運行維護，加大聯調聯控力度，最大限度發揮系統效能。制定污水處理設施晴天雨天差異化功能定位、調度方案和排放標準，提升雨天污水處理能力。強化雨天溢流污染控制，實現小雨無溢流，中雨雨后2 天、大雨及以上 3 天河流水質達標。雨天排水污染控制工程龍崗河末端調蓄池建設亞洲第二大調蓄池服務范圍和規模：調蓄范圍為龍崗河干流區間及各子流域轉輸水量，總調蓄服務面積50.43km2，調蓄標準為

13、10mm/場,降雨歷時為1.5h的初(小)雨，占地面積約7.5萬平方米，設計容積達到27.5萬立方米。調蓄池功能：近期與沿河截污系統銜接，主要控制片區合流制溢流污染;中期在實現雨污分流后,主要用以收集初小雨下的面源污染;遠期在片區面源污染得到控制后,可作為雨水收集資源化利用。2.6 國內經驗（深圳）三治理目標合流制溢流頻次描述合流制溢流發生頻率的指標，用年均值來表示。溢流頻次標準制定的主要依據是本底條件和受納水體敏感度。管網類型及養護水平、降雨量、城市化程度等因素導致不同城市的本底溢流頻次數值有較大差異。合流制溢流體積控制率通過截流、調蓄、處理等措施削減或收集處理的雨天溢流的合流污水體積與總溢

14、流污水體積的百分比。是美國、加拿大等國家合流制溢流污染控制的主要指標之一。美國各州針對溢流體積控制率提出了具體的指標值。合流制溢流控制效率不產生溢流的徑流雨水占雨水徑流總量的百分比，又稱CSO效率。利用水文模型進行 10 年以上的降雨連續模擬；并將溢流量或徑流量的體積單位換算為深度單位。奧地利、德國等歐洲國家將CSO效率作為CSO處理、儲蓄設施的設計指標3.1 國外雨天排水污染主要控制指標參考文獻：李俊奇,周金成,楊正等.合流制溢流控制指標與標準制定研究J.水資源保護,2021,37(01):124-131.20 國外主要采用合流制溢流頻次、溢流體積控制率、溢流控制效率以及污染物排放濃度限值等

15、指標污染物排放濃度限值對污染物排放濃度進行限制，常采用年均值、月均值、周均值等?；诩夹g的限值：指根據現有技術的污染物處理能力并考慮對受納水體的影響確定的排放限值。例如，美國對于BOD、TSS等傳統污染物，采用基于最佳傳統污染物控制技術得到排放限值（BCT法）；非傳統污染物和有毒污染物的排放限值采用最佳技術經濟可行法(BAT法)確定?；谑芗{水體水質保障的限值：通常包括常規污染物、急性氨中毒、溶解氧、細菌標準等。急性氨中毒指標：在歐洲國家應用較 廣，例如，英國的標準中對鯉魚科與鮭魚科為主的水體的CSO 污水 1 h平均氨濃度進行了規定，鯉魚科水體不應 高于5 mg/L，鮭魚科水體不應高于 2.

16、5 mg/L。溶解氧指標：美國各州對不同用途水體的溶解氧濃度制定了不同的標準。類比分流制系統的限值：日本規定雨季各 CSO 排口全年外排的污染物(以 BOD5計)平均濃度不高于40 mg/L，該限值根據相同情況下分流制排水系統的水質情況確定。3.1 國外雨天排水污染主要控制指標參考文獻：李俊奇,周金成,楊正等.合流制溢流控制指標與標準制定研究J.水資源保護,2021,37(01):124-131.21223.2 我國現行國家標準主要相關國家標準主要相關國家標準GB 55027-2022城鄉排水工程項目規范GB 50014-2021室外排水設計標準GB 50513-2009城市水系規劃規范（20

17、16版）GB/T 51345-2018海綿城市建設評價標準關于污染控制措施的規定關于污染控制措施的規定合流制截流：合流制截流：制定截流倍數，減少溢流調蓄設施調蓄設施：雨后錯峰送入污水處理廠就地處理就地處理：下游設施不能接納時采用；需考慮水環境容量，但沒有明確的排放標準關于雨天排水控制標準的規定關于雨天排水控制標準的規定影響因素影響因素：受納水體水環境容量、降雨、現有設施條件具體指標具體指標：年均溢流頻次、年均溢流污染控制率/年溢流體積控制率、處理后污染物排放濃度3.3 雨天排水污染管控目標探索建議 建議針對合流制和分流制系統分別提出污染排放控制目標合流制排水系統應根據當地降雨特征、受納水體水質

18、目標和水環境容量、下游污水處理廠規模和服務范圍內源頭減排設施規模等因素合理確定合流制溢流污染控制標準；并可采用年均溢流頻次、年均溢流體積控制率或溢流排放污染物濃度限值等指標；當采用年均徑流體積控制率時，應明確對應設計降雨量。分流制排水系統應根據當地降雨特征、受納水體水質目標和水環境容量、現狀排放水質水量特征，制定雨水泵站排水污染管控目標，可采用排放污染物濃度限值指標，并針對不同季節（如旱季、雨季或汛期、非汛期）提出差異化管控目標。23四治理策略4.1 總體思路綜合施策建管 并 重根據雨水出水口或雨水/合流泵站的服務范圍劃分排水分區，以排水分區為單元進行溢流污染管控和系統治理。系 統 治 理從源

19、頭-過程-末端全過程著手，針對影響溢流污染的多個環節，綜合施策。設施建設與養護管理并重，注重長效運維管理。264.2 系統分析 排水分區管控單元可根據雨水出水口或雨水/合流泵站的服務范圍劃分排水分區，以排水分區為單元進行污染管控。系統問題分析針對排水分區單元開展系統問題分析，基于分區內排水設施建設情況、雨天排水污染控制措施、雨水出水口水質水量特征、分區內泵站運行數據等資料，開展排水分區雨天排水污染情況和成因分析?；谙到y性問題采取“源頭-過程-末端”全過程技術措施開展治理274.3 源頭管控源頭海綿設施削峰控污通過源頭海綿設施建設，提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化和利用能力，可以起到減少雨天徑

20、流總量和峰值流量，減輕徑流面源污染的作用。典型削峰控污技術措施：生物滯留設施、雨水濕地、透水鋪裝、下凹式綠地、綠色屋頂、雨水收集罐、植草溝、滲管/渠、植被緩沖帶等。源頭強化調蓄凈化生物滯留技術中試實驗SS、CODCr和TP的去除率分別達85.0%、58.0%和42.0%源頭地塊雨水濕地調蓄凈化284.3 源頭管控源頭排水戶雨污混接和違法排污整治市政管網為分流制的地區，源頭雨污混接和違法排污是雨天排水污染的重要來源。源頭排水戶混接包括接戶管納管混接和排水戶內部混接。建議針對沿街餐飲企業、洗車修車店、住宅小區（特別是陽臺排水問題）、高校企事業單位等重點排水戶分類開展混接排查和改造。陽臺雨污混接餐飲

21、污水混接洗滌污水傾倒路邊洗車污水294.4 過程控制市政管網雨污混接整治針對分流制系統，以排水分區為單元，開展市政管網系統性混接排查整治市政管網混接排查應優先通過雨水出水口污染物濃度較高的排水分區開展排查；一般可采用溯源調查法，從雨水泵站或雨水出水口開始向上游溯源，先干管后支管雨污混接整治是一個長期任務，存在整改不徹底、返潮等現象；建議通過智慧監管平臺建設、執法監督等方式建立并完善雨污混接長效管理機制304.4 過程控制市政管網清淤養護 典型分流制排水系統污染溯源研究發現，管道蓄存污染物是雨天排水污染的主要來源之一 對于污染較為嚴重的區域，應加強管道清淤養護，減輕管道沉積物帶來的污染問題314

22、.5 末端治理合流制系統截流調蓄 合流制溢流污染控制推薦采用蓄排結合方式，根據旱流污水特征、受納水體水質目標和水環境容量、排水區域大小等因素綜合確定截流倍數（一般宜采用25），并應統籌截流調蓄設施和下游污水系統負荷。超出截流設施能力的雨天水量，可通過調蓄設施收集調蓄，雨后錯峰排放至污水廠處理。用于合流制溢流污染控制的調蓄設施的規模應根據當地降雨特征、合流制溢流污染控制標準、匯水面積、場地空間條件等因素確定，并可采用數學模型法進行復核。324.5 末端治理就地處理設施建設 對于有條件的排水分區，可結合調蓄池或泵站，建設就地處理設施，雨天處理后排放。旱天可結合河道生態補水和雨水回用等資源化利用途徑

23、，水質達標后進行回用。就地處理應優先選用反應時間短、可沉淀顆粒污染物去除效率高、設施占地小的技術裝備。建議根據受納水體水環境質量要求和資源化利用要求，制定調蓄池和泵站就地處理設施標準。334.5 末端治理泵站和排口污染攔截 漂浮垃圾的治理方面，可在末端設置垃圾攔截裝置增設泵站集水井漂浮垃圾清理裝置 和 排口垃圾攔截裝置攔截漂浮垃圾，并及時養護清理排口塑料攔網可結合生物填料構建生物膜屏障，實現污染物的原位凈化34五總結與思考5 總結與思考 雨天排水污染治理是我國城市水環境持續改善的必經之路，也是世界各國城市面臨的共同難題 雨天排水污染排放管控目標的制定非常有必要，應區分合流制分流制分別提出 雨天排水污染問題應系統分析系統治理，采取源頭-過程-末端全過程治理措施 合流制溢流污染治理推薦采用蓄排結合方式，制定合理的截流倍數，末端結合調蓄設施建設和就地處理 分流制更要重視源頭污染治理，提高管網質量，清污分離36感謝各位專家，敬請批評指正！