典型发达国家合流制溢流控制的分析与比较

2.1 发展历程

1982年，日本国土交通省发布《合流制溢流对策暂定指南》，首次对合流制溢流控制的目标和技术措施提出了相应要求,基本与美国同期开始重视对合流制系统问题的控制。该指南重点针对旱季污水直排与降雨强度平均低于2mm/h条件下的降雨溢流进行控制，要求全年旱季直排和低强度降雨下溢流产生的污染负荷削减95%（以BOD5计）。技术措施侧重于完善管网系统，提高干管截流能力，兼顾溢流口、泵站、处理厂的雨季临时处理。

2000年9月，东京台场海滨公园合流制溢流排口周边出现大量白色油脂污染物，对东京湾造成严重的水质污染，引起社会的广泛关注。该事件成为日本进一步加强对合流制溢流污染控制的一个关键节点。2001年，日本国土交通省专门成立针对合流制溢流控制对策的研究委员会，成员由高校学者、地方政府官员、国土交通省工作人员等共同组成。2002年3月，该委员会发布针对日本合流制排水系统的总体研究报告，日本开始进一步制定和完善对合流制溢流控制的相关政策及要求。

2003年9月，日本国土交通省对《下水道法》进行修订，正式将合流制问题纳入法规体系，要求对合流制排水系统进行“改善”，并要求各城市编制针对合流制系统改善的对策计划。考虑到大城市、中小城市所面临的改造范围和实施难度不同，对大城市和中小城市进行了分类要求，中小城市用10年以内的时间完成改善，大城市在20年内完成。

2008年，政府对各城市合流制系统改善的推进情况进行了阶段评估，由于合流制系统改善所面临的复杂条件，整体实施进度并未达到预期，结合阶段性工作成果及所暴露的问题，日本国土交通省于2008年发布了《合流制排水系统紧急改善计划编制指南》，作为全国的重要指导性文件。进一步明确了重点工作目标与技术策略，加大新技术的应用，以帮助有合流制排水系统的城市在规定期限内完成改善要求。

2013年，以《下水道法》修订10年为期进行回顾，全日本有170个中小城市、21个大都市开展合流制改造工作，总体改善率达到65.9%。2017年，国土交通省更新了最近的评估数据，总体改善率达到78.9%。

2.2 合流制系统“改善”的目标与策略

2.2.1 “改善”目标

日本在2003年《下水道法》的修订版中提出了全国范围内比较明确的合流制排水系统“改善”目标，包括三部分：①合流制排水系统全年外排总污染负荷应等于或小于相同区域假设为分流制系统的外排污染负荷。具体评价要求为各排放口（包括所有溢流排放口和污水处理厂排口）全年外排的污染物（以BOD5计）平均浓度不超过40mg/L，如图1所示。②所有排放口的合流制溢流次数减半；③所有溢流构筑物需要有控制固体颗粒物的相应措施。

2.2.2 “改善”策略与实施情况

① 总体策略

在《合流制排水系统紧急改善计划编制指南》中，将改善技术措施主要分为“减流类”（源头渗透设施、完全或部分雨污分流改造等）、“送流类”（管网收集与截流能力提升、污水厂处理能力提升与工艺改造、溢流排放口就地处理等）、“贮流类”（调蓄池、隧道等）三部分，在城市合流制系统改善计划编制过程中，需要基于具体城市条件，对不同技术策略的适用性、优缺点，及综合效益进行分析，从流域整体分析不同对策措施的控制效率，进行系统决策，如图2所示。

受台风等极端天气的影响，日本对城市排水防涝的要求较高，同时大量城市合流制区域空间极为密集，地面空间紧张，部分城市采用了大规模的深层调蓄隧道或修建大管径截流干管的方式，兼顾区域排水防涝与合流制溢流控制。东京预计至2020年达到150×104m3的调蓄容积，大阪、京都、仙台等城市也都采用了大管径调蓄干管的方式控制合流制溢流。

由于合流制系统改造涉及对居民生活、交通与城市环境等多重影响，需要较长的建设周期。为快速提高合流制溢流污染控制效率，日本很多城市在其合流制排水系统改善策略中加强了对溢流排口就地处理创新技术的应用，以及合流制区域污水处理厂雨季处理能力的匹配与工艺改造。2001年，日本国土交通省便发起了合流制溢流污染控制的技术创新项目（SPIRIT 21），主要分为四大类，即颗粒物去除、高速过滤、混凝/分离、监测与消毒，在随后3年内主要研发了24项技术，并在多个城市进行了示范应用。大阪等城市对合流制区域污水处理厂传统活性污泥工艺进行改造，发展出“雨天活性污泥工艺（3W技术）”，即雨季2倍旱季流量的污水通过一级处理后进入活性污泥法二级处理后段，合流污水中 COD 等污染物经活性污泥吸附，在二沉池中沉淀并随回流污泥回流至二级处理单元反应池净化。从出水水质结果分析看，与传统工艺相比，雨天活性污泥法大大减少了雨季污染物的排放，SS平均减少了73%，BOD5减少了71%。

② 实施情况

日本制定了全国范围较为统一、明确的合流制系统控制目标与策略，但由于大城市与中小城市面临的改造规模、城市实施难度、经济代价不同，京都、东京、大阪等城市还面临特殊的建筑与街区遗产保护问题，因此实际建设过程中，即便给予了大城市更长的改造时间，但总体推进情况仍然不容乐观。

根据2013年合流制改善率统计数据，在投入大量资金并实施重大工程措施后，大阪市、京都市、东京都合流制改善率分别为51.2%、40%、65.4%，仙台市、名古屋市、广岛市等区域性中心城市改善率只有30%左右，也间接反映了各城市在不同的排水系统特征、经济水平、实施空间等条件下，合流制系统综合改造面临的难度差异较大。

2.3 小结

日本由国土交通省长期负责国家层面合流制溢流控制的研究、总体策略的制定，以及各城市合流制系统改善情况的跟踪与评估。通过修订《下水道法》将合流制系统纳入国家法定管理要求，提出明确的控制目标，并通过要求各城市制定针对合流制系统改善的专项长期计划，落实相关控制要求，并在过程中不断进行修正和调整。日本在对合流制溢流问题的长期研究、纳入法律进行管控、编制长期规划/计划等方面与美国合流制溢流控制有很多共通之处。

此外，由于日本国土面积较小，各城市发展水平、气候条件、排水系统差异相比美国较小。而且，日本城市管理水平普遍更高，雨水径流污染负荷较低。第三，日本人口密度极高，城市用地空间更为紧张。在充分吸收美国合流制溢流控制经验的基础上，日本基于自身特征对合流制溢流控制策略也做出调整：①日本针对各城市合流制溢流控制提出了更为具体且一致的控制要求；②更为普遍地建设大管径截流与调蓄干管或深隧，综合发挥截流、调蓄、调节、排放的综合功能；③在技术策略中重视对溢流口的改造与就地处理技术的创新，以及对污水处理厂等“末端”处理设施雨季运行工艺的改进。

3. 德国合流制溢流控制的发展历程与控制策略

3.1 发展历程

德国现有合流制排水系统多分布于南部城市，且形成了德国特有的“合流制赤道线。据2016年的统计数据，德国合流制管网长度占全境管网总长（含合流制管道、分流制雨水及污水管道）的53.5%，而1990年左右该比例约为71.2%，合流制管网占比下降的主要原因并非大范围实施了“合改分”，而是增加的所有新建区域均采用了分流制排水体制，原有城市的合流制区域仍基本保留，并对溢流污染进行综合控制。德国多个城市在其排水总体规划中提出利用50年左右的时间内实现全面“合改分”，但实际实施难度较大，进展缓慢，例如，北威州首府杜塞尔多夫市在过去20年左右的时间完成“合改分”的区域占比不足5%。

德国的合流制溢流控制主要开始于20世纪70年代，CSO调蓄池开始大量建设，据1987年统计资料，当时德国已有8000座CSO调蓄池投入运行，1992年，德国污水协会发布合流制系统控制设施的设计标准（ATV-128e），规定了不同类型调蓄设施的设计方法与参数。如今，德国已成为世界上雨水与合流制调蓄设施分布最为密集的国家之一，据2016年统计数据，德国不同类型雨水调蓄设施总量共计54069个，调蓄容积共计6078.9×104 m3，人均0.738 m3。

3.2 合流制溢流典型控制策略

德国合流制区域的污水排放需要依据相关要求申请排放许可，要求合流制排水系统排入水体的污染物负荷（即污水厂尾水与溢流排放雨污水年平均污染负荷的总和）不大于相同区域假定分流制排水系统排入水体的年平均污染物负荷（以COD计）。德国城市在其排水总体规划中需要提出合流制区域的系统控制策略与实施计划，且一般情况下，在规划实施的中期，需对其实施情况进行评估并对相关内容进行更新修订。

德国根据对污水处理厂污染处理效率及水力效能的长期分析，严格控制合流制区域截流干管的最大流量及污水厂处理量，尽量通过上游（特别是源头）的雨水收集及处理设施对雨水进行分散控制，减少进入合流制系统的雨水量，同时，部分分散溢流排口主要通过设置格栅、过流净化池（如调蓄池内悬空安装水力颗粒分离器等设备）或生物滤池等就地处理设施，对雨季溢流的雨污水进行处理后排放，重点去除大型的颗粒物与漂浮物。

3.3 小结

德国大部分城市保留了其合流制排水系统，从20世纪70年代开始，大量不同类型雨水调蓄设施开始建设，在保障污水处理效能的情况下，对雨水及溢流污水的分散调蓄，以及过流净化处理，成为德国合流制溢流控制的重要技术策略。

4. 结语

对比美国、日本、德国对城市合流制排水系统溢流控制的发展历程和主要策略，其在对合流制系统特征的认识和总体治理思路上有一定的共性。但实施过程中，由于既存基础系统完善程度、维护管理水平、城市间发展水平和改造条件及自然条件差异等原因，不同国家在目标设定、技术手段侧重上也呈现出一定的差异。

① 充分认识合流制溢流控制的艰巨性

鉴于合流制溢流控制的复杂性，美国从20世纪60年代至今，经历了50余年的长期发展，至今仍在开展大量相关工作。即便日本国土面积小，合流制区域总体面积比例相对更低，也经历了近40年的时间，通过大量投资和系统性的重要工程建设，才比较有效地控制了合流制溢流污染。

② 专项研究和政策引导的重要性

合流制溢流控制势必面临对城市空间、建设投资、城市正常秩序以及城市居民日常生活的复杂影响。美国、日本、德国在其溢流控制发展过程中，也都曾经历国家与城市政府、各职能部门之间对溢流控制的广泛讨论和意见反复。最终，上述国家都对合流制系统问题开展了大量专项的系统性研究，并通过多职能部门、多利益相关方的广泛深度研讨，就普遍达成的共识以政策法规、专项规划、规范标准等多种途径予以落实，逐步构建较为完善的控制体系。

③ 以污染物负荷削减为整体控制目标

从上述国家目标分析，CSO控制均围绕削减合流制系统外排污染负荷作为基本目标和总体原则。其中，日本与德国国土面积较小，城市发展水平和自然条件相似度高，在国家层面都提出了比较具体的合流制系统外排污染负荷的控制要求；美国由于国土面积大，城市差异明显，在国家层面提出了基于技术的“九项基本控制措施”，并要求各城市在CSO长期控制规划中根据具体的水环境保护要求与可实现的溢流控制水平等，综合提出近远期控制目标。

④ “合改分”作为手段之一而非目标

美国、日本、德国有合流制排水系统的城市大部分选择保留原有的合流制系统，并对溢流污染进行控制，对局部“合改分”改造条件相对较好的区域，结合城市更新改造进行局部分流，这往往是作为区域溢流控制系统方案中的一项技术措施，并需与其他措施进行统筹考虑。只有极少数合流制区域，由于城市大规模重建或合流制区域较小等原因，在对改造投资、污染负荷削减情况等系统评估后，选择全面推行“合改分”，但通常也经历了较长的实施周期，改造后也需要对雨水径流污染进行单独控制。

⑤ 强调中长期规划，与适时的评估与调整

由于合流制溢流控制的工程建设系统性强、实施条件复杂、涉及巨额投资，需要对中长期的各方面影响进行系统评估与预期成效的综合分析才能做出决断。因此，基于各城市的具体条件，编制合流制溢流控制的长期规划，并持续跟踪评估其实施效果，不断补充新的技术方法，适时更新和调整合流制溢流控制的技术策略。

⑥ 因地制宜的技术策略选择

美国、日本、德国均未在国家层面对各地合流制溢流控制的具体方案和技术措施选择做统一的规定，强调各城市需结合实际条件因地制宜制定系统策略。不同地区由于气候条件、空间条件、基础设施建设与管理情况等方面的差异，会造成对合流制溢流控制技术策略选择上的差异。美国的城市分布总体较为稀疏，城市中心城区建设密度较高，外围郊区空间较大，合流制区域多位于城市密集的中心城区，而污水处理厂通常位于郊区，具备通过大截流与提高末端集中处理能力的方式尽可能对合流制溢流污染进行控制的条件；而德国与日本的城市密度与人口密度均高于美国，一定程度限制了大型集中污水处理厂的建设，德国总体更注重分散调蓄设施的应用，日本相对更重视对溢流排放处理技术的研发与应用，具体需要根据城市综合条件制定系统策略。

延伸阅读：

美国合流制溢流污染控制经验及借鉴思考

中国城市合流制及相关排水系统的主要特征