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美国合流制溢流污染控制灰绿设施结合的经验

时间:2018-11-20 11:00

来源:中国给水排水

作者: 赵泽坤等

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导语:合流制溢流(CSO)污染控制是我国海绵城市建设与黑臭水体整治中的一个重点与难点,也是一项长期而艰巨的任务。灰色与绿色设施结合作为CSO污染控制的一项重要策略,在美国应用较早并取得了良好效果。通过分析美国应用绿色基础设施(GI)控制CSO污染的背景,对纽约市、圣路易斯都会区、亚历山德里亚市三个典型地区的CSO污染控制实例展开重点剖析,并结合其他城市灰绿设施应用概况的整体分析,对我国CSO污染控制的现状和问题提出了值得重视与借鉴的几点经验:①法规政策及责任部门的管控与导向;②CSO污染控制的长期规划指引;③不同地区CSO污染控制策略的差异性;④通过技术经济分析优化灰绿设施组合;⑤CSO污染控制子系统之间的协调;⑥建设雨污分流改造的针对性;⑦实施适时评估调整控制策略。

合流制溢流(CSO)污染是我国许多城市尤其一些大城市水环境治理中亟待解决的重大难题。关于合流制排水系统及其溢流污染的控制,我国近年来发布的一些新编或修编的规范标准有较大的突破,已经从过去简单化的“合改分”向综合整治转变,并开始重视应用绿色基础设施(GI)来控制CSO污染,如2017年版《城市排水工程规划规范》(GB 50318-2017)指出,合流制区域应优先构建源头减排系统以减少进入管网的径流量。我国一些学者也从策略与决策、系统构建、技术措施、模型模拟等不同方面,进行了综合灰色和绿色基础设施控制CSO污染的相关研究。

我国CSO污染控制的前期实践探索以灰色策略为主,如上海、昆明等城市为改善水环境质量,开展了截污干管、CSO调蓄池等项目建设;广州市正在建设我国首个深层隧道调蓄工程,以缓解溢流污染及内涝问题;不少城市制定及实施了雨污分流的改造计划;此外,一些大城市也开展了调蓄隧道或调蓄池的可行性研究及相关规划。近年来,随着海绵城市建设与黑臭水体整治的推进,城市雨水与合流制溢流污染的控制任务更加紧迫,一些城市逐步开展灰色与绿色设施的结合建设,如池州、常德、嘉兴等城市综合规划实施了CSO调蓄池、生物滞留措施等。

整体而言,我国专业领域对合流制系统改造及溢流污染控制的认识逐渐清晰,技术水平和工程实施能力都快速提高,但在灰绿设施结合的CSO污染控制策略制定和实施过程中,还缺乏强有力的支撑和保障,仍具有一定盲目性,存在系统性和科学性不足等许多问题。

美国开展CSO污染治理工作已有数十年历史,在世界范围内较早的推广灰绿设施结合的方法控制CSO污染,整体上取得了良好效果,其中不乏可借鉴经验值得我国参考。

1美国CSO污染控制“绿色化”的背景

美国于20世纪中叶开始对CSO污染控制的研究工作,联邦环保局将CSO污染纳入到污染物排放许可证制度(NPDES)中进行管控,并出台CSO控制政策明确要求各地实施九项最基本控制措施(Nine Minimum Control Measures)、编制CSO长期控制规划等。21世纪初期及以前,美国CSO污染控制以管网雨污分流、截流管道修建、调蓄池及隧道建设、污水处理厂升级改造等灰色策略为主,虽有一些绿色屋顶、雨水断接等GI项目,但由于缺乏完善的性能参数及可靠性验证,在CSO控制规划与实践中并未大范围、系统性的应用。

随着CSO污染控制的持续推进,在取得一定效果的同时,多地也暴露出资金支付困难、空间限制、环境影响等一系列问题,仅依靠灰色设施已难以满足CSO污染控制及城市可持续发展的需求。而21世纪以来,GI的发展与实践经验的积累,其显著的综合效益受到广泛关注。2007年联邦环保局正式发布声明推广使用GI缓解CSO污染和其他城市水问题,并鼓励将GI纳入CSO长期控制规划。接下来几年里,联邦环保局相继发布了《绿色长期控制规划模板:小型社区CSO控制规划工具》、《绿色化CSO控制规划:GI控制CSO的规划与模拟》等系列文件,进一步推进与指导GI与CSO长期控制规划的整合。为更好实现市政雨污水综合管理,2012年联邦环保局发布了《市政雨污水综合规划方法框架》,将CSO污染控制与雨水、污水等水问题相协调,强调了GI应用于流域综合管理的重要性。

地方政府多以与联邦环保局或州政府协商签署CSO裁定协议(Consent Decree)的形式,作为当地CSO污染控制的重要法律性依据。为更有效推进CSO污染控制策略的“绿色化”,纽约、费城、克里夫里等多地纷纷在CSO裁定协议中加入GI相关条款;其中部分地区对实施GI提出了强制性量化要求,如克利夫兰规定在8年内至少投资4200万美GI控制16.7万m³年溢流量。比较分析不同地区的CSO裁定协议,可以看出,早期的裁定协议中更多将GI作为环境补充项目或额外投资项目,而近期的协议中更多将GI整合到CSO污染控制的规划方案中,体现了美国多地在GI应用策略上的重要转变。

2美国CSO污染控制灰绿设施结合案例及分析

2.1美国CSO污染控制灰绿设施结合典型案例

美国不同地区在运用灰绿设施结合方法控制CSO污染中既有一定共性,又兼具不同特点。根据城市规模、现状条件及问题、控制策略等不同方面特征,选取纽约市、圣路易斯都会区、亚历山德里亚市三个典型案例进行重点剖析。

① 纽约市

纽约市是美国人口最多的城市,排水面积的70%为合流制区域,其中72%为不透水表面。巨大的人口和发展压力,以及较高的合流制及硬化面积比例,一定程度上反应了许多大型城市在CSO污染控制中面临的普遍问题。

纽约市于20世纪50年代开始对CSO污染的研究与评估工作,是美国较早开展溢流污染控制的城市之一。在前期的探索中,纽约市以调蓄设施建设、污水厂升级改造等为主。1972年纽约市首座CSO调蓄设施竣工,有效存储容积4.5万m³,并在20世纪90年代相继开展其他CSO调蓄设施的设计与实施工作。20世纪70年代中期到80年代中期,纽约市投入大量资金对当地污水厂的二级处理工艺进行升级改造,有效提高了对CSO污染物的处理水平。此外,纽约市还积极实施了设施运行系统优化、管道清理、水体漂浮物控制、河道整治等措施。在CSO污染控制取得一定效果的同时,昂贵的建设费用、巨大的环境及社会影响给纽约市带来了沉重的负担。

为响应国家政策及满足自身发展需求,2008年纽约市开始实施可持续雨水管理规划,推广GI应用于城市住宅、街道、公园等新建及改造项目中,是纽约市雨水管理“绿色化”的重要转折点。为更规范明确地实施GI控制CSO污染,2010年纽约市发布《绿色基础设施规划》,制定了一项灰绿设施结合策略,计划到2030年实施GI控制10%合流制区域不透水面积上的25.4mm降雨,建设29亿美元高性价比的灰色设施,优化现有排水系统,开展适应性管理(Adaptive Management)及公众参与等。所谓的“适应性管理”是指对实施的项目进行监测与评估,并依据反馈信息及时对控制策略进行优化调整。2012年纽约市修改CSO裁定协议,宣布取消14亿美元的调蓄设施、污水厂扩建等项目,推迟20亿美元的灰色基础设施建设,并筹备1.87亿美元用于首个5年的GI建设。此外,纽约市环保局还承诺将GI纳入到CSO长期规划的编制中,细化GI具体的实施区域和技术措施。

编辑:王媛媛

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