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典型发达国家合流制溢流控制的分析与比较

时间:2020-07-30 13:30

来源:中国给水排水

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  摘要:选取长期实施合流制溢流控制,并有一定区域代表性的发达国家——美国、日本、德国,梳理其合流制排水系统改造及其溢流控制的发展历程、主要管理政策与技术策略,剖析了美国、日本、德国在合流制溢流控制的长期实践与发展过程中,针对合流制系统问题的认识、施策手段与技术策略选择等方面所呈现出的共性与差异,以期为我国不同区域合流制排水系统特征条件下的CSO控制提供借鉴。

  从世界范围看,合流制溢流(CSO)控制是国际上许多国家都长期面临的重大问题,有些已经较好地控制了溢流污染带来的影响,有些仍然深受其困扰并还在摸索之中。其中,美国、日本、德国均较早系统性地开展了合流制排水系统改造与溢流控制的相关工作,并已取得了一定成效,总体上代表了不同区域典型发达国家对CSO问题的认识与控制水平。为此,梳理美国、日本、德国城市合流制溢流控制的主要发展历程与策略,分析这3个国家在长期实践过程中所取得的共性经验与教训,以及策略选择的差异,对中国不同区域合流制排水系统特征条件下的CSO控制是重要的参照。

  1. 美国合流制溢流控制的发展历程与策略

  美国大量城市合流制管网建设于19世纪后期与20世纪早期。从20世纪中后期开始,美国各城市在开发建设过程中,合流制排水系统的溢流污染问题逐渐突显。随即,美国国家层面提出CSO控制的相关要求,各城市根据地方特点长期开展溢流控制相关工作,至今已有50余年。联邦政府和各地政府投入巨额资金,实施大量系统性改造工程,至今已经有效减少了溢流污染的排放总量,大幅降低了溢流污染的危害,但针对大量保留城市合流制系统的区域,仍在持续开展溢流控制的相关工作。

  1.1 发展历程

  通过梳理美国联邦政府多年来发布的CSO控制相关立法与政策、重要研究报告,以及各地在执行过程中的实际响应与反馈情况,分析美国合流制溢流控制的总体发展历程。

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美国EPA提交国会的CSO控制报告

  1965年,美国联邦水污染控制法(Federal Water Pollution Control Act)首次在联邦法规层面提出控制合流制溢流污染,并要求各地推进开展CSO控制的相关研究与工程示范。1972年,美国联邦水污染控制法的修正案即清洁水法(Clean Water Act)发布,逐步建立国家污染物排放(NPDES)许可证制度,并将CSO纳入排放许可的点源污染管控要求。但在20世纪70年代,大量美国城市点源污染控制的重点工作在于城市污水处理厂的扩建与二级处理工艺的提升改造,对CSO控制的重视程度仍不足。

  20世纪80年代,合流制溢流污染带来的危害愈发突出,美国环保署(EPA)开展了多项针对合流制溢流污染特征的相关研究,发布系列研究报告,芝加哥、旧金山、明尼阿波利斯等城市也开始实施CSO控制的相关工程。1989年,美国EPA发布国家CSO控制策略,重点提出了6项基本控制措施,包括:① 合规、合理的运维管理策略;② 最大程度利用管网系统的能力;③ 评估和提升预处理能力;④ 最大限度地截流至污水厂处理;⑤ 严禁旱季溢流;⑥ 控制CSO中的悬浮物和颗粒物,以此作为各地申请CSO排放许可的基本技术要求。

  20世纪90年代开始,美国各城市依据国家CSO控制策略要求,开展CSO控制工作,但在执行过程中却引发了诸多争议。一方面国家层面联邦政府高度关注CSO污染的危害,推进对CSO的控制;另一方面,由于不同城市合流制系统本身及其改造条件差异较大,各城市具体负责CSO控制的市政职能部门又普遍认为国家层面CSO控制策略的可实施性与指导性仍不足。基于此,美国EPA于1992年又专门组建了咨询委员会(MAG),以协助EPA完善国家层面CSO控制的总体策略,并进一步讨论CSO控制的实施周期与投资等问题。委员会成员不仅包括EPA工作人员,还包括不同城市的管理者,以及相关技术协会的技术人员等。通过反复讨论,1992年,国家CSO控制策略在原6项基本控制措施的基础上又增加了CSO污染问题的现场探查与监测、污染的预防、CSO重点影响区域的划定3项要求。同时,考虑到CSO控制的复杂性和长期性,提出在国家层面建立CSO控制的统一框架,给予各城市一定的灵活性来制定适用于当地最经济有效的控制策略。随即在1994年,EPA在1989年CSO控制策略基础上进一步发布国家层面的CSO控制政策,该政策成为美国CSO控制的一项重要纲领性文件,沿用至今。

  2000年,美国国会发布了清洁水法的修正案,即雨季水污染控制法,要求各地合流制排水系统排放许可的申请要遵循CSO控制政策的相关要求。制定9项基本控制措施(取代CSO控制策略中的6项基本措施),并需结合各地具体条件编制CSO长期控制规划(LTCP)。考虑CSO控制系统构建的复杂性,各地编制的CSO长期控制规划的实施期限一般为10~20年,并定期进行评估与优化调整。

  进入21世纪后,绿色雨水基础设施受到广泛关注,2007年美国EPA正式发布声明推广绿色基础设施缓解CSO问题,并鼓励将绿色基础设施纳入CSO长期控制规划,“灰绿结合”逐渐取代传统的灰色基础设施控制理念。

  1.2 合流制系统改造与溢流控制策略

  1.2.1 “合改分”的决策选择

  根据美国环保署2004年提交国会的针对合流制排水系统的研究报告,美国现存合流制排水系统的城市分布在32个州,主要位于美国东北部的五大湖区,以及西部发展较早的部分地区,总服务人口约4000万人,合流制管网总长约22.5×104 km。通过从污染物总量削减效果、投资金额、建设周期、改造难度与可行性等多方面综合比较,这些城市大部分没有选择进行大范围的“合改分”工程,而是转向对合流制溢流污染进行有效控制。

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  其中,纽约、芝加哥、费城等大型城市合流制排水系统服务范围占排水系统总服务范围的比例均超过60%,旧金山等城市甚至超过90%,这些城市若要实施全面的“合改分”投资巨大,耗时极长,从技术经济最优和可行性的角度,通常选择保留大部分区域的合流制排水系统,通过综合措施控制溢流污染问题,部分区域可结合区域更新改造实现局部的“合改分”。

编辑:王媛媛

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