葛乐乐 易莹 周艳伟 王知兵 杨昌达 谢乔光

（中国电器科学研究院股份有限公司 广东广州 510300）

0 引言

初期雨水是指降雨初期在地面形成10 mm～15 mm 厚地表径流的降水［1］。降雨过程中，城市硬化下垫面使道路、屋顶的污染物通过地表径流冲刷直接进入水体，大幅度增加水体中SS、COD 等污染物浓度，导致水体水质恶化，危害城市水生态平衡［2］。有研究表明［3］，初期雨水使得合流制污水中SS增加40%。

合流制管道汇集雨水、生活污水、工业废水，雨天运输水量超过管网纳污能力便会出现溢流，溢流污水超过受纳水体自净能力，产生的黑臭水体严重影响城市生态环境。因此着力于合流制溢流（Combined Sewer Overflow，CSO）处理非常必要。

1 国内外研究进展

1.1 国外研究进展

美国有32 个州共895 处保留合流制排水体制。美国对CSO 的控制历经早期发展阶段、长期控制规划发展初期及绿色发展阶段［4］。在早期，美国联邦政府尚未对CSO 控制提出明确目标［9］。20 世纪60 年代，美国国会通过《联邦水污染控制法修正案》授权CSO 控制技术；70 年代，各州、地区参照清洁水法制订地方性CSO 控制规划及控制目标，同期国会通过《清洁水法》；1989 年美国环保局（EPA）发布CSO 控制对策；90 年代EPA 发布实施CSO 长期规划控制指南和9 项基本控制措施、确定CSO 长期控制规划，同期国会通过《清洁水法修正案》［5］，标志着美国对CSO 的控制进入新的发展时期；21 世纪初，EPA 发布《通过市政雨污水综合规划实现水质改善》，同期，绿色基础设施（GI）与CSO 控制相结合进入美国CSO 控制体系；2011 年后，GI 理念和CSO 控制精密联系在一起相继被纳入CSO 控制模板、综合规划等，开启了美国CSO 控制的绿色发展阶段［6］。作为美国发展较早的城市，费城年溢流体积达到0.6 亿m3，对CSO 控制策略历经早期发展阶段、长期控制规划发展初期，到2011 年，费城水务局确认实施包括以植树造林、推行绿色屋顶、建造湿地为主的GI 控制策略将溢流总量的控制率达到85%，实现“绿城清水”的控制目标，对CSO 控制进入绿色发展阶段［7］。

日本包括东京、大阪在内的195 座城市仍然保留合流制管道，服务人口超过全国的20%［8］。1982 年发布的《合流制溢流对策暂定指南》要求全年低强度降雨溢流产生的BOD5达到削减95%的目标；2003 年首次将CSO 处理加入《下水道法》并指出包括溢流排放口在内的各个排放口BOD5年排放平均浓度要低于40 mg/L，要求各个城市在20 a 内完成此规划，2008年发布的《合流制排水系统紧急改善计划编制指南》进一步明确了此目标，据统计到2017 年改善率达到了80%［9］。为了更好地实现污染治理目标，日本成立了财团法人下水道新技术推进机构，通过深入调研日本各地CSO 情况，对多种处理方法的去除效果、经济效益等方面进行评估，选择并推荐以筛分（格栅）、过滤、混凝沉淀、消毒为主的处理方法作为CSO 治理工艺。以过滤技术为主的CSO 控制在日本蓬勃发展，日本东京都芝浦水再生中心利用中空圆筒状上浮滤料，建造2 列（8 池/列）的高速过滤池，雨天最高处理水量可达到420 000 m3/（d·列），有效消减60%以上的SS 和50%以上的BOD5，最大力度减少CSO 污染。

美国和日本在污染控制方面具有相同之处。首先，政府部门在CSO 污染控制中发挥主要作用，美国EPA 贯穿了CSO 污染控制的整个过程；日本国土交通省在CSO 治理的立法、出台控制措施、明确控制目标等方面扮演重要角色。其次，美国、日本两国通过分析“合改分”的难度、时间跨度等因素，均保留了大部分的合流制排水系统，通过综合治理措施控制CSO 污染；而且，美国、日本都指出CSO 污染控制是1 项时间跨度大的工作，美国EPA 发布的CSO 长期规划控制指南和9 项基本控制措施指南明确了CSO 控制是1 项长期且复杂的工作，日本《下水道法》明确要求各城市对CSO 污染控制需专项长期计划，充分尊重CSO 污染控制的长期性和复杂性。两国对CSO 污染控制也存在差异。美国地理面积广、地形差异大、各地发展水平有所差异，独立的国家层面的法律并不能在各地CSO 控制的实施中提供有效的支持和指导，基于此，包括EPA、市政部门、技术部门在内的人员成立咨询委员会，旨在建立CSO 控制框架，由各地依据自身的条件制定适宜的策略并通过“推定法”和“实证法”确定CSO 控制目标；日本国土面积小、人口密度大、气候条件差异小、各地发展相近，在国家层面的法律、技术规范、措施足够以支持各地的CSO 控制并达到控制目标。

1.2 国内研究进展

据统计，我国现有的合流制管道占总排水管道的20%左右［10］。20 世纪90 年代，上海率先建立起合流制雨水调蓄池整治苏州河黑臭水体［11］。《城镇给水排水技术规范》（GB 50788—2012）首次规定对于合流制污水厂应有截留初期雨水的能力；《城镇污水处理厂工程施工规范》（GB 51221—2017）给出了CSO 污染控制的调蓄设施相关计算方法、工程设计和施工验收要点；2020 年昆明市市场监督管理局发布了《城镇污水处理厂主要污染物排放限值》（DB 5301/T43—2020），首次提出了CSO 污染控制的E 级排放标准。

相比于发达国家，我国在CSO 污染控制方面研究起步晚，还没有形成完善的技术体系。近些年来，生态环境作为我国快速发展中的“短板”被愈发重视，CSO 也逐渐受到国家的重视，这加速了CSO 污染控制研究进展，涌现出诸多技术方法。

2 控制方法

我国CSO 控制研究主要包括对溢流污染的源头控制、调蓄、末端治理技术，以及管理手段等方面。

2.1 治理技术

（1）源头控制。CSO 污染源头控制可以采取以低影响开发技术（LID）为主的城市绿化、多孔材料等对雨水进行过滤以截留大部分污染物。绿色屋面通过屋顶绿化植物和土壤的过滤作用将污染物截留。张千千等［12］对12 场不同强度的降雨进行统计，分析测定绿色屋面与普通屋面径流水水质，结果显示绿色屋面对TSS、COD、BOD5等污染物的消减率分别为90.53%、36.48%、41.31%，利用下凹式绿地储存雨水，减少径流，并过滤一定的污染物。王娟等［13］研究表明土壤中的草絮状根须能够吸收降解雨水中的酚、氰等化合物，从而过滤有毒有害的雨水。田文龙［14］研究表明暴雨径流初期，当水力负荷小于0.867 m3/（m2·d）时，出水可以满足《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅳ类水质标准，当水力负荷较小时，对N 的去除率高于90%，同时通过截留SS 可以有效去除一部分COD。

海绵城市是指城市建筑和绿化像海绵一样能吸收、储存、净化雨水，可以实现雨水径流控制、面源污染控制，真正走向生态化和低碳化城市［15］。于磊等［16］研究了北京国家海绵城市试点区，构建区域排水数值模型，分析海绵城市对CSO 的控制效果，研究表明：海绵城市有效消减CSO，消减率超过20%，并能够减少区域CSO 量及溢流次数。

（2）调蓄。合流污水调蓄池将降雨期间收集的初期雨水通过截流总管输送至污水处理厂，从而减少初期雨水对受纳水体的污染［17］。阎轶靖［18］采用城市综合流域排水模型（InfoWorks ICM）构建八一大沟排水系统管网模型来研究在CSO 污染中调蓄池的作用，研究表明，降雨初期当地表径流小于15 mm 时不出现溢流，当降雨量到达18 mm 时对溢流污染控制率可以达到93.2%，增加调蓄池单元结构可以在83%降雨中不发生溢流并能在87%降雨中有效截留一半以上的污染物。陈贻龙［19］采用城市雨污水排水系统模型（InfoWorks CS）建立了昆明市西片区排水管网的水力模型，分析了土堆泵站片区和郑和路沟片区两地设置调蓄池对CSO 污染的削减作用，研究表明在增加调蓄池之后对COD 的消减率不低于分流制对COD 的消减率。张平等［20］依据初期雨水对天津市河道水质的影响确定了设计规格为25 mm 降雨量时的合流制调蓄池，在先锋河服务范围内设计了有效容积为10 万m3的合流制调蓄池，能够有效截留78%年平均径流量、消减90%的溢流污染物。

（3）末端处理。将调蓄池收集和截留的雨污经污水处理厂处理后排放。徐文征［21］选用A/A/O 污水处理工艺，以上海市初期雨水为研究对象，通过活性污泥2 号模型（ASM2）模拟污水处理厂对雨污的处理，模拟结果表明在雨季、旱季条件下均能有效降低雨污污染物量，对COD、BOD5、SS 去除率均在80%以上。广东省竹料污水处理厂［22］采用细格栅、沉砂池、高效沉淀池组合设计6 万m3/d 的雨水处理设施，初期雨水通过格栅和沉砂池进入高效沉淀池，雨水当中的悬浮物等在高效沉淀池絮凝区絮凝成较易沉降的颗粒物，随后在沉降区沉降，处理后的雨水水质：COD≤120 mg/L，去除率达到52%；BOD5≤60 mg/L，去除率为57%；SS≤50 mg/L，去除率为72%。

2.2 管理措施

对CSO 有效地控制，离不开包括管理体系机制和政策法规在内的管理措施的支持。自2012 年，我国相继发布了包括《城镇给水排水技术规范》在内的一系列技术规范，都相应地对CSO 污染控制提出相应的指导性措施；2015 年 《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）发布，作为黑臭水体的重要成因——CSO 污染也迅速引起国家重视；国家“十三五”规划中提出以截留、调蓄方法控制CSO 污染；“十四五”规划对水污染防治、污水处理进一步深化，雨季溢流污染控制问题进一步得到重视。这些技术规范都促进了CSO 控制的发展进程，为CSO控制的发展提供保障，但是我国对CSO 控制起步较晚，缺少相应的研究规划和具有指导性的法律政策，自上而下还未形成完备的管理体系。

3 结论与建议

（1）完善相应法律政策。纵观美国、日本CSO 污染的治理，在CSO 控制的不同阶段都有相应的政策文件为指导、以相应的法律法规为支撑。我国应当提出并不断完善针对CSO 污染治理的法律规范、研究有效的指导文件，为CSO 溢流控制提供依靠和技术支撑。

（2）我国幅员辽阔，各地气候、地理情况、经济发展、人口密度及城市化水平等都存在差异，各地的CSO 污染情况也具有各自的特点，所以在治理CSO 污染时应充分考虑各个地区的差异，合理选用治理手段，构建科学的排放限值计算方法。

（3）搭建完备的管控体系。有效的控制CSO 污染需要法律的支持、适宜的排放标准、实时检测反馈。以法律为依靠，将CSO 污染的控制贯彻于全国水环境保护的整体进程；因地制宜，制订适宜的排放标准，将CSO 纳入排放许可体系；通过实时在线监测反馈掌握各地CSO 污染控制是否达标。

（4）绿色可持续发展是社会发展的总趋势。在污染治理时，将LID 和CSO 控制相结合，综合应用海绵城市、绿色湿地的理念，以高效、绿色的手段有效控制CSO 污染。