【张杰】城市排水系统的思考

张杰（中国工程院院士、哈尔滨工业大学教授）在2019城市黑臭水体整治与流域水环境治理技术研讨会暨现场观摩会所作报告——《城市排水系统的思考》

排水系统分类

分流制排水系统

建设两套排水管网，污水管网和雨水管网；污水管网输送生活污水和工业污水至污水处理厂处理再生后循环利用或排放水体。在一年各季节和天中的每个小时都在变化，但其变化范围不大。在处理工艺流程中水质水量稳定。

雨水排水管网则收集排除大气降水排往水体。大气降水有非常强烈的或然性和不均衡性。雨水径流有较大的流量，雨水管道尺寸显著比污水管道大，然而在没有工业近似净水流入的情况下，70-90%的时间是空闲的。

合流制排水系统

合流制排水系统由一套管网输送三种污水。为缩小主干管(截流干管)尺寸和减轻处理厂负荷，在合流排水排水管网的主干管上设置雨水排放口(溢流井)。在大雨时，溢流井向水体排放在管道中流淌的未经处理的生活污水、工业污水和大气降水混合污水。同时，向泵站和处理厂排送超出旱季流量(生活污水和工业污水)2-3倍的水量。

不完全分流制

许多城市在设计排水系统时，采用分流制系统。而排水系统的建设分期实现的。第一阶段首先建污水管网，第二阶段再建设雨水管网。在一定期限内存在着域市污水由污水管网排送到污水处理厂，雨水由路面和明渠就近排入水体。称之为不完全分流制。

排水系统对比

不同排水系统优缺点对比

分流制排水系统由污水管网收集生活和工业废水输送到污水厂进行深度净化，然后或回收利用或排放水体。保障处理工艺水量与水质负荷的稳定，减少污水厂建设和维护费用。雨水径流由雨水管网就近排入自然水体，可避免污水混入污染接纳水体。但初雨径流水质非常恶劣，其COD、BOD、TN、TP接近于生活污水而悬浮物质浓度甚高。初雨径流对接纳水体水质的污染相当严峻。

合流制排水系统是用同一管网系统收集输送污水和雨水的排水系统，同时将污水和初雨、小雨的雨水共同送到污水场，进行处理。综合投资省、占地少。但是，当发生超过合流管网设计标准的大雨和暴雨时，挟带着污水的合流雨水就要从雨水溢流口排向水体，是水域污染的重要源头之一。危害城市水环境和市区公共卫生，成为重大的社会问题。

建设投资比较

合流管网管道比分流制雨水管网计算流量仅増加2%-5%，管径几乎相同，几乎省了一套污水管网。合流制系统与完全分流制相比管网长度缩短达45%。

合流管网上的水泵站与污水管网上的设计规模要提高2~2.5倍，而构筑物容积仅增加40-80%。处理构筑物主要增加在沉砂池和沉淀池部分，生物处理构筑到的影响很小。

排水工程系统管网造价，占全部排水系统的70-80%，所以合流排水系统总建设投与完全分流制相比省30%-35%，经济上占有一定优势。

施工与维护比较

除了上述合流制管网比完全分流制管缩小建筑造价的因素之外，还有许多无法计算的重要因素。例如如合流管网减少了与其他地下建筑物的交叉，缩小了现有地下构筑物的搬迁移置工作量等等。

含流制管网在大雨和暴雨径流的冲洗下，减少管道的沉积和堵塞数量，特别是管径小的管道。因此很少清洗管道.其洁洗维护费用比污水管网要缩小1.5-2.0倍。

而在在抽升和处理雨水上増加维护消耗增加不多。因为每年处理雨水的数仅占全年污水量的10-30%。

合流制管网在维护上也占有优势。

合流制的缺点

到目前为止，认为合流制的缺点是在城市区域内定期通过流口向水域排放含有没处理的污水、工业废水的合流雨水。

与完全分流制管网相比有更突出的环境污染问题。

城市排水体制的选择

老城区改造

一些给排水专家和主管部门，都希望将老市区的合流系统改造为分流系统，这种想法有些理想化了。大中城市合流制要改造为分流制并非易事，要将原有合流系统作为雨水系统，另加一条污水收集排除系统，这要及到大街小巷，干家万户庭院，工程巨大。除影响城市正常运行之外，更难找到容纳另一条污水排水系统的空间，所以几乎是不可能的，不切实际的。

即使改造为分流制排水管网也井非万事大吉，也有初雨污管网错接、误解等许多问题。基至雨水管在早季也排放污水。污水管在降雨时，流量明显増加；改造成了两套平行的合流制管网，城区水域或许污染更甚。

新建城区排水体制的选择

近年来在新建区域大力推广着完全分流制排水系统。笔者不赞成一定都要建分流制排水系统，因为分流制与合流制各有利弊。不论采用何种排水制度，都必须解决初雨和溢流水污染问题。只要解决好溢流污水问题，在适宜条件下采用合流制排水系统，与完全分流制两套管网相比，可节省建设费用30-35%、同时相应缩减了日常维护工作。合流制应该得到足够广泛的普及，这样更经济。

新建城区是选择分流制还是合流制，应根据城区气象水系和降水量等水文条件，需要预先编制方案经技术经济比较后决定。

在我国的工程实践

在我国的工程实践中两种体制都普遍应用，也有许多城市污水管网很完善，雨水由边沟和明渠排除。

几十年来，为节省建设投资含流雨水道截流干管稀释倍数n~0~一直采取很小值，多为0.5-1。雨水道溢流口经常溢流，对城市河流污染严重。《室外排水设计规范》2014修订版将n~0~提升到2-5。各地应根据需求和财力提高稀释倍数n~0~。在没有条件提高稀释倍数n~0~时，必须对不符合水体卫生排放标准的流污水进行截留，处理后排放。

城市降雨径流对水体的污染

南水径流的污染不容忽视，特别是当点源污染已被控制之后，雨水径流带来的非特定地点的城市面源污染特别突出，对河流水质构造严重危害，使城市的水生态环境日趋恶化。

降雨与径流的水质

城市上空大气弥漫着生产和生活活动产生的废气渣滓、尘埃微粒，各种污染物的质点，正好充作了水气凝结的核心：降水过程中又淋洗了大气，溶浮了空气中大量的污染物质，降水尤其是初降水水质已经污染。

空中降雨的水质并不纯净。

地面径流水质

降到地面之后，地面雨水径流水质则更恶劣。在城布两次暴雨之间的时日，积累于不透水地面上的垃圾和生土，大气干湿沉降物，宠物及野生猫狗的便及细菌，越来越多机动车尾气中的重金属，漏油和轮胎的损碎、工业废弃物渣滓，公园和绿地洒于空气中落于地面的杀虫剂等等污浊物质，当暴雨来临之际，被雨水径流冲刷溶浮一道进入河道，严重污染河水水质。

初雨，特别是春季首次降雨的初雨，污染物浓度特别浓，甚于城市污水。

控制合流制城市雨水道溢流污染方法

合流制排水系统的主要缺点有：

• 合流污水截流干管上设有溢流口。当雨水量与晴天污水之比超过了截流干管的截流倍数时，夹杂着污水的合流雨水就将经溢流口排向水域。
• 合流排水系统中途泵站的溢流污染。当雨天水量超出其设计能力，就将开启间门或启动放流水泵向水域排水。
• 污水处理场的溢流污染。合流制污水处理厂一般按晴天最大日污水量设计二级生物处理能力，雨天过量的合流水就只经沉沙沉淀后直接排放水体。

其改善的总目标是削减溢流雨水的污染负荷量。其方法是：就减少溢流排放水量和溢流排放频率；改善溢流排放水质；建立合流排水系统溢流水质检测、控制和实时控制系统等。

减少城市地面产流量

除了在城市规划和建设中结合景观建设保留原有草地、森林、河湖水池，维系降雨的自然循环通道之外、在城市建设区内还要建设人工透工程设施。这些自然的和工程的雨水地下渗透途径不但可起到降低地表径流量，减少城市水浸、内涝的几率，同时还可以改善溢流水水质，减少溢流频率和滥流排放。

建设雨水调节设施

在污水处理厂、雨水泵站和雨水干管汇水区内建设雨水调节池或储水管渠，储存大、中雨时超其处理或输送能力的合流雨水，在大雨时储存雨洪，可大力削减合流雨水的排放次效和污染负荷。

在雨水溢流井处如有空地可建立超标溢流污水临时调蓄水池，晴天后再打回截流干管送至污水厂。

改善超量合流雨水水质

高速过滤技术

高速过滤池采用高孔隙率悬浮滤料向上流过滤形式。当原水进入滤池下部后，土砂等比重较大的无机污染物，由于重力作用沉淀于滤池底部；比重较小的悬浮物随上升，水流进入滤层，较重的悬浮质(SS)被滤层内部捕捉。

雨天时高速过滤池与污水处理系统的协同工作。最大泥速1000m/d。合流雨水BOD去除率在50%之上。冲洗排水对污水厂水处理和污泥处理系统没有明显的影响。悬浮滤料磨损较小，可耐持久使用。

晴天时污水泵将早季污水流量泵入下游管道送至污水处理厂去深度处理；雨天时，将与污水处理厂最高处理能力相应的合流污水用污水泵输送至污水处理厂去净化：将超量的合流雨水用雨水泵泵入高速过滤系统，过滤后再排放水体。

雨天活性污泥法

雨天超量合流污水送入活性汚泥反应池的后段，充分利用活性污泥的初始吸附能力净化超量的合流污水。是一种雨天分步进水的活性污泥法。通常可处理2~3倍晴天最大水量，不需要増加设备和投资，能使经初沉池就排放的雨天合流污水基本达到二级处理的程度，大幅削减了污水厂雨天排放负荷。