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中美合流制溢流污染控制比较发布日期:2019-11-22

        合流制溢流(CSO)污染长期以来严重制约我国水环境质量改善,已成为现阶段海绵城市建设与黑臭水体整治中不可回避且亟待解决的重大难题。美国在世界范围内较早地开展CSO污染控制,整体上在CSO污染物削减、受损水体恢复等方面取得了良好成效。简要梳理中美两国合流制排水系统及溢流污染控制概况,对两国CSO污染控制的法律法规及政策、管控方法、标准规范、相关规划等方面进行比较分析,以期为我国CSO污染控制有序推进提供参考。
        前言:合流制溢流(combined sewer overflow,CSO)污染控制是许多地方水环境治理中普遍面临的难题,说它是一个世界性难题恐怕也不为过,尤其是对相对落后的发展中国家的大中型城市,CSO污染控制是一项长期而艰巨的任务。

        近年来,我国出台的《水污染防治行动计划》《关于推进海绵城市建设的指导意见》等一系列重要文件加强了对合流制溢流所造成水体污染的重视,住建部发布的《城市黑臭水体整治工作指南》也将CSO作为点源污染之一纳入到整治方案的编制范围要求中。毫无疑问,CSO污染控制已成为我国现阶段黑臭水体整治与海绵城市建设中一项需要迫切解决的问题。

        针对CSO污染控制,我国上海、昆明等许多城市已开展研究与实践,积累了宝贵经验。但总体来说,我国CSO污染控制在法律法规及政策的支撑与保障、标准规范的约束与指导、规划布局的科学合理性等方面还存在一些问题或缺少一定共识。

        美国是世界范围内较早系统性开展CSO污染控制的国家之一,围绕CSO污染控制的法律政策体系构建、基础研究与工程实践等已进行了数十年,总体上在溢流污染物的削减及受损水体恢复等方面取得了良好成效。发达国家在该领域的发展历程与所作所为,所取得的经验和教训,对发展中国家无疑是一个重要的参照,通过比较研究可认识不足、少走弯路。

1合流制排水系统及溢流污染控制概况

        美国于19世纪中期开始广泛建设管道排水系统,许多城市尤其是大型城市多采用直排式合流制。到20世纪中期,大量城市开始建设污水处理厂,并对原有排水系统进行截流及分流制改造,联邦和地方政府一般也不再提倡新建合流制管道。截止到2004年,美国共有32个州746个地区存在合流制管道,服务人口超4 000万人,总长约22.5万km,多数位于东北部和五大湖区域,在亚特兰大、旧金山、西雅图等其他发展较早的城市中也有分布。除个别合流制区域面积及比例较小或改造相对简单的城市外,美国很少有城市尤其是大城市进行完全或大规模的雨污分流改造,如纽约、费城至今仍有70%以上的合流制区域。

        20世纪70~80年代,美国点源污染整体上得到有效控制,开始逐步加强对雨水径流与CSO污染的整治力度。美国每年约有32亿m?的溢流污水排放,据联邦环保局(EPA)2000年估算显示,若达到85%的溢流体积控制要求,至少需投资506亿美元,占排水设施总投资需求的27.9%。经数十年治理,美国CSO污染控制整体上取得明显成效,如2014年统计,五大湖区域7个州年溢流量的54%得到控制;一些典型城市如纽约、波特兰,目前已分别能达到80%、96%以上的年溢流控制率。科罗拉马州丹佛市,结合当地自然和城市排水系统特别与条件,随着城市更新发展,通过长期的不懈努力,基本实现了合流制的分流改造。然而时至今日,CSO污染依然是美国没有彻底解决的难题,不同地区发展水平的差异性也较大,许多城市还在通过推广GI、制定长期规划等多种方法实现更为经济高效的污染控制。

        与美国类似,我国早期建设中也较多地采用直排式合流制排水系统,并随城市发展进行了排水体制的相关改造工作,其中不乏一些城市在长期实施过程中投入了极大的人力物力,但改造效果有限。2016年统计显示,我国仍有合流制管道10.9万km,占排水管道总长度的18.8%,且在31个省级行政区(港澳台地区未列入统计)均有分布。许多大城市特别是其中心城区的合流制比例更高,如北京二环以内近半数的管道为合流制。此外,许多城市由于存在严重的混接、错接等情况,实际管网状况可能更为复杂,合流制问题也更为突出。

        20世纪90年代,上海率先开展CSO污染控制技术研究,并在随后的苏州河治理二期工程项目中建设了5 座合流制调蓄池;为缓解滇池污染,昆明于2010 年开始设计并建设16座合流制调蓄池;广州已开展我国首个深层隧道项目东濠涌试验段的工程建设。随着近年来黑臭水体整治与海绵城市建设的推进,常德、池州等城市逐步开展调蓄池、绿色基础设施(GI)等“灰绿结合”的实践探索。尽管如此,目前我国仍有许多城市对采取何种方法解决CSO污染问题还存在较大困惑,尚未制定长期有效的策略或仅进行了初步的规划及局部的工程实施;部分先行城市在已完成的项目中也暴露出溢流体积或污染负荷削减率偏低等问题。整体来看,我国现阶段溢流污染控制水平与美国相比还存在明显差距。

2CSO污染控制的制度保障

        有序推进CSO污染控制离不开行之有效的制度保障,其中法律法规及政策与管控方法是CSO污染控制制度保障中的重点。

2.1 法律法规及政策
        法律法规及政策是开展CSO污染控制的重要基础和依据。通过梳理相关历史资料,对两国国家层面出台的部分重要法律法规及政策进行总结,其时间节点与相关的核心内容如图1所示

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        从发展历程看,美国联邦政府于20世纪60年代中期开始CSO污染控制的立法与配套法规政策的构建,同时结合相关研究与实践不断补充完善,逐步明确了CSO控制的一般原则,提出了制定长期控制规划等基本要求,并在21世纪以后重点推动控制策略的“绿色化”。比较而言,由于基础设施建设等领域相对滞后,以及对合流制问题的长期忽视,我国相关法律法规及政策的建设晚了近三四十年,在进入21世纪后才逐渐有关于排水体制规划与改造的政策发布。近3~5年来,国家在颁布的排水防涝、污染防治、基础设施建设等方面的法规及政策中,逐步提高了对CSO污染控制的重视。

        从主要内容看,美国没有统一性或大规模的雨污分流改造规定,而是要求各地实施较为经济高效的九项基本控制措施(NMC)、编制CSO长期控制规划、因地制宜地确定具体技术措施及推广GI等,并通过CSO排放许可证落实具体管控要求。我国出台的法律法规及政策重点对实施雨污分流提出了要求,对截流、调蓄、处理等其他CSO控制措施有所提及,但总体来看,仍将“合改分”作为CSO污染控制的主要策略。

        从法律保障看,美国于2000年修改《清洁水法》,将CSO控制政策等内容写入该法案,联邦法律成为CSO污染控制的一项重要保障。对应而言,我国2017年新修订的《水污染防治法》中仍未明确涉及CSO污染控制,相关内容目前多分散于有关行政法规、部门规章或政策文件中,还缺乏水污染防治领域国家法律的强力保障。

        在责任落实上,美国由国会进行联邦层面立法,EPA负责出台相关配套法规及政策。此外,州政府享有一定立法权,在保证不低于联邦要求的情况下,可以因地制宜地出台一些地方法律法规及政策对CSO污染控制予以补充完善,例如华盛顿州行政法规第173-245-020章节第22条规定:每个排口平均每年未处理的溢流排放事件不得多于1次。我国主要由住房和城乡建设部及生态环境部进行国家层面CSO污染控制方面法律法规及政策的制定,地方层面目前相关的地方法规及政策相对较少,今后地方政府能否结合实际情况进行一些因地制宜地探索,值得期待。

2.2 管控方法

        在法律法规及政策的框架下,还需要通过具体的管控方法以实现对CSO污染的有效控制。美国主要是通过将CSO污染纳入NPDES排放许可制度的方式进行具体管控。1989年,EPA颁布《CSO控制策略》,规定CSO排放必须获取排放许可证,否则视为违法。美国CSO排放许可证的颁发需遵循《清洁水法》中基于技术与水质的标准。基于技术的标准要求合流制地区实施九项基本措施,并于1997年1月1日前完成。基于水质的标准要求合流制地区制定长期控制规划并与当地水质标准相协调,实施CSO控制措施后不得妨碍当地水质标准达标。

        CSO排放许可证主要分2个阶段实施,第一阶段要求各地进行合流制系统特征分析及模型构建、实施九项基本控制措施、采取实证途径或者推测途径确定CSO控制目标、制定长期控制规划、消除旱天溢流等;第二阶段要求实施长期控制规划中的技术措施、监测评估CSO对水体水质影响、修正水质标准等。截止到2015年,美国32个州的746个合流制地区,以流域或区域的形式,共通过859个排放许可证进行管控。

        在CSO排放许可证的责任落实上,美国重点通过联邦—州—城市的层级管理模式推动。由EPA进行总体管理与推进,负责制定CSO污染控制相关的指导性文件、提供技术工具、组织人员培训、颁发和修改部分CSO排放许可证等,享有对各州的监督审查与执法权力,并可以将部分职权授予州级环保机构。州政府主要负责修改、协调当地水质标准,获得EPA授权的州可独立进行CSO排放许可证的发放与管理等工作。城市层面上主要由许可证持有者负责CSO污染控制工作落实,履行许可证相关要求,制定CSO控制规划,进行设施建设及运行维护等,并承担建设后监测与定期报告等义务,多为地方环保局、公用事业局等机构。

        我国法律法规及政策条文中对CSO污染控制提出了一定要求,但一些具体监督管理内容等还需要采取适当机制或方法进行明确,而现行的排污许可制、水污染物排放标准等对此还缺少有效衔接。生态环境部2018年发布的《排污许可管理办法(试行)》规定,纳入固定污染源排污许可分类管理名录的排污单位应当申请并取得排污许可证。而在现行管理名录中,并未包括合流制溢流排口或CSO污染的相关内容,也就是CSO的排放和污染实质上尚未纳入到我国现行排污许可制的管控范围内。另外,我国水污染物排放需要遵循相应的污染物排放标准,但目前我国暂无明确的CSO污染排放标准,而现行的城镇污水处理厂排放标准与《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)中规定的其他排污单位的排放标准等,都不能很好地符合CSO水质、水量排放特征,难以进行有效约束。

        与现阶段不甚明晰的管控方法相对应的是,国内一些实测及研究表明,CSO污染已成为部分城市水体的主要污染源,许多城市也面临着严峻的水环境检查与考核压力。因此,完善相应管控体系,无疑是开展溢流污染控制及相关督查监管工作的一项重要前提。对此,是否应明确将CSO这一污染类型纳入我国排污许可制,同时合理衔接重点水污染物总量控制等其他制度,并结合现有的管理架构,对相关部门的CSO污染管控职责进行明确;如何在排放许可证的发放与管理中落实CSO污染控制有关的法律法规及政策、标准规范等要求;采用何种方式规定CSO污染排放或控制标准等问题还需重点研究与深入探讨,并迫切需要取得重大突破。

3CSO污染控制的标准规范

        在制度保障的基础上,还需要相关标准规范为CSO污染控制提供坚实的技术支撑。总结相关资料发现,美国EPA或其他政府部门、协会组织发布的一些指南(Guideline)和手册(Manual、Handbook)为CSO污染控制推进提供了重要参照与指导,其内容及作用与我国的“标准规范”有一些相似之处,本文以国家层面发布的指南、手册或标准规范为重点分析对象,虽在部分方面难以一一对等,但仍具有一定的比较研究意义。EPA于20世纪90年代起发布了一系列针对CSO污染控制的指南或手册,其中部分有代表性的及其重点内容如表1所示。

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        我国目前暂无专门针对CSO污染控制的专项国家标准规范,相应内容在部分相关标准中有所涉及。《城镇给水排水技术规范》(GB 50788-2012)中规定合流制排水系统应设置污水截流设施、合流污水泵站应设置备用泵、合流制污水处理厂应具有处理截流初期雨水的能力等,全部为强制性条文,要求必须严格执行。《室外排水设计规范》(GB 50014-2006,2016年版) 明确了排水体制的选择原则,给出了合流水量、合流制污水泵站设计流量及合流制调蓄池容积的计算方法,修改了截流倍数的取值范围,并对合流制处理构筑物的设计提出了一些要求。《城镇雨水调蓄工程技术规范》(GB 51221-2017)给出了用于CSO污染控制的调蓄设施的调蓄量计算方法。《城市排水工程规划规范》(GB 50318-2017)指出了合流制排水系统的分区与布局方法,明确了合流水量、合流制泵站及合流制污水处理厂的一些规划设计要点,并首次在国家标准规范层面加入“CSO污染控制”章节,提出优先构建源头减排系统减少溢流污染的重要原则。上述标准规范在合流制设施设计计算及溢流污染控制等方面进行了补充或明确,整体上是一项很大进步,但其中有些内容还值得商榷或有待完善。

        从系统性及内容的广度与深度看,围绕CSO污染控制,美国通过编制专项指南、手册的形式,对排放许可、技术措施、规划编制、模型模拟、监测评估、融资方式等多方面的问题分别予以技术指导,有较强针对性及可操作性,内容较为详实。我国并无CSO污染控制专项标准,内容分散于多部相关标准中,缺乏系统性,对CSO污染控制的许多重要问题还未有涉及或回答不够,内容的广度及深度亟待扩展与加强。

        从基础研究领域看,美国自20世纪六七十年代以来开展的大量CSO污染控制研究与工程项目等为指南、手册的编制提供了扎实的理论及实践基础。我国相关研究领域整体较为薄弱,显然,作为后发国家,若想快速发展或取得大幅提高,还需要不断深入的研究及实践。

        从与法律法规及政策的联系看,结合2.1节内容可以发现,美国在一些重要法律法规及政策内容出台后,基本都有相应的指南、手册予以诠释和指导,二者联系极为密切,互为支撑。结合我国实际情况,一方面,法律法规及政策发展相对滞后,对标准规范编制的保障还有所欠缺;另一方面,对于法律法规及政策中明确的一些要求,如雨污分流改造、截流及处理措施实施等,如何有效地推动与落实这些内容,现有标准规范中还缺少足够联系与技术支持。

4CSO污染控制的相关规划

4.1 总体概况

        美国CSO污染控制相关规划的开展已有数十年历史,除在一些排水系统或设施规划中涉及合流制管道的修复与改造等内容外,纽约、西雅图等部分城市在20世纪七八十年代就已开始专门针对合流制区域编制控制规划。基于地方上的探索以及短期内难以高效解决CSO污染的现实困境,1994年EPA出台《CSO控制政策》,明确要求各合流制地区开展CSO长期控制规划,确保通过合理规划实施技术措施等可在今后的二三十年时间里达到CSO控制的相关要求。总体来看,美国21世纪以前编制的规划多以雨污分流改造、调蓄设施建设、污水处理厂新建与升级等灰色策略为主,在污染控制取得一定进展的同时,其成本高昂、施工困难等问题也带来极大挑战。

        2007年EPA发布政策大力推广GI并鼓励将其纳入到CSO长期控制规划的编制中,重视发挥GI综合效益高的优势。多地纷纷对原有规划进行修编或重新编制,加入GI相关的内容,一些城市还专门制定绿色基础设施规划以更有效地促进GI的合理应用及有序实施。2012年EPA发布《市政雨污水综合规划方法框架》,倡导以“综合规划”的形式将CSO与雨水、污水等问题统筹协调。“综合规划”并无联邦层面的强制性编制要求,且目前开展的城市及规划数量相对较少,其整体效果及发展趋势还有待进一步观察。

        我国一些城市编制的排水工程专业或专项规划中,对合流制管道的截流或分流制改造有所明确,但很少涉及溢流污染控制。2013年国务院办公厅发布第23号文件,要求各地编制排水防涝设施建设规划,合流制改造作为其中一项重要内容,出台的编制大纲中提出了加快雨污分流改造、加大暂不具备改造地区截流倍数的规划原则。从多地的实际编制情况看,许多城市的排水防涝规划对于CSO问题是缺少足够重视及深入评估的,不少城市仍简单或单一的采取“合改分”策略,且很少有城市将GI应用于CSO污染控制。2016年住建部发布《海绵城市专项规划编制暂行规定》要求各地编制海绵城市专项规划。与排水防涝规划相比,海绵城市专项规划对CSO污染的控制任务更加明确,一些城市在CSO污染控制的规划理念、系统构建等方面也有所提高,但整体上在CSO控制规划方案的制定、决策、实施等方面还存在明显不足。

        除国家要求编制的规划外,我国有些城市还制定了与CSO污染控制相关的其他规划,如广州、上海、成都等制定并论证了深层排水隧道系统规划;南京市将“合改分”作为CSO污染控制主要策略,印发了《南京市雨污分流攻坚计划(2017—2019年)》。

4.2 要点分析

        从规划类型看,美国主要通过编制CSO长期控制规划这一专项规划的形式,对CSO规划目标、技术措施等进行明确;一些城市针对合流制问题编制的绿色基础设施规划,可视为对原有规划中“绿色化”不足的补充与完善,其核心是协调已有或计划中的灰色设施以实现更有效的溢流污染控制。我国国家层面目前暂无编制CSO污染控制专项规划的要求,排水防涝规划与海绵城市专项规划虽然均涉及合流制问题,但定位及要求较为模糊,这也导致一些规划思路不清、内容过简、落地性不强等。一些城市制定的深层排水隧道系统规划、雨污分流计划等,以单一或具体的技术措施为规划重点,但缺乏结合例如GI等其他技术措施的整体性规划与系统性考虑。

        从规划策略看,美国总体上由 “灰色主导”逐步转变为 “灰绿结合”,并在未来可能更为重视结合雨水、污水等问题的统筹规划。对于雨污分流改造,美国往往是将其作为CSO控制技术措施之一,结合源头控制、截流、调蓄、处理设施等系统决策,选择部分经济高效的区域针对性实施。我国许多城市以“合改分”作为CSO污染控制的主要规划策略,一方面受法律法规及政策要求的影响,另一方面也与对“合改分”的可实施性和代价以及溢流污染控制的系统性缺乏充分认识与深入分析有关。由于现实推进中的一系列困难,一些城市也逐渐放弃了大规模“合改分”的计划,转而进行源头控制、调蓄等设施的规划建设。

        从主要规划内容看,美国的CSO长期控制规划的编制以EPA发布的指南为参照,主要包括合流制系统的现状分析、控制方案的构建与评估比选、成本/效益分析、项目实施与运行计划、建成后效果监测以及公众参与等内容。绿色基础设施规划通常对GI的具体实施目标、技术措施、项目安排等进行明确。我国相关规划的“编制大纲”或“暂行规定”中对CSO污染控制并无过多详细要求,因此不同地区的规划内容及深度也大相径庭。一些城市的规划中明确了CSO控制指标及技术措施选用与布局等,但对于规划方案的评估比选、技术经济分析等一些重要内容还未有涉及或不够深入,与美国相比,整体上还存在较大差距。

5结论

        国内外的研究和实践已经表明,CSO污染控制是一项十分复杂且长期的艰巨任务,也是我国海绵城市建设及黑臭水体治理中亟待解决的难题。

        美国通过几十年研究与实践形成的一套相对完善的机制体制以及所取得的经验,值得后发国家重视。毫无疑问,CSO污染控制的制度保障、标准规范及相关规划环环相扣,某一环节缺失或漏洞,不同层次之间的脱节,势必都会影响或制约整体的推进效果。

        CSO污染控制的有序推进,需要不同层面的共同努力。国家层面如何完善CSO污染控制相关法律法规及政策以提供有效保障,加强相关标准体系的系统性建设以强化技术支撑,提高相关规划的针对性编制以促进有序实施;针对各地之间的巨大差异,地方层面怎样结合实际情况,因地制宜地自主探索适宜的CSO污染控制策略等,还需要深入的研究与不断的实践探索来取得突破。 

 来源:《给水排水》

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