合流制溢流控制指标与标准制定分析

合流制溢流控制指标与标准制定分析

冯晓晴 邢黎明

潍坊市市政工程设计研究院有限公司 山东潍坊

摘要：合流制溢流（combined sewer overflow，CSO）控制是城市水环境质量改善的关键一环，相关指标及标准制定尚显薄弱。基于技术的排放控制指标主要包括溢流频次、溢流体积控制率、污染物排放浓度限值、CSO 效率及稀释度等，因这些指标缺乏对 CSO 水质水量控制效果的综合评价，进而提出雨季 CSO 污染负荷占比的指标；基于受纳水体水质保障的控制指标包括急性氨中毒、溶解氧质量浓度及细菌标准等。

关键词：合流制溢流；控制指标；标准制定；城市水环境；污染负荷

1 CSO 控制指标

根据 CSO 排口衔接管网及水体的位置特征，CSO 控制指标可按基于技术的排放控制指标和基于受纳水体水质保障的控制指标两种方式划分。美国 CSO 长期控制规划多以年均溢

流频次、年溢流体积控制率及年均污染物去除率作为主要控制指标；欧洲国家更侧重于基于

受纳水体水质保障的相关指标；我国目前多以溢流频次、溢流体积控制率以及污染物排放限

值作为指标进行监管。

1.1 基于技术的排放控制指标

基于技术的排放控制指标包括溢流频次、溢流体积控制率、污染物排放浓度限值、CSO

效率及稀释度等。

a.溢流频次。溢流频次是衡量 CSO 发生频率的指标，常用年均值来表达，也可用季节

限值（如可游泳季节）来表达。部分城市在海绵城市建设和黑臭水体治理时，多将其编入规

划及实施方案中，以溢流频次的削减作为水环境质量提升的考核指标。本底条件和受纳水体

敏感度是溢流频次标准制定的主要依据，管网类型及养护水平、降雨量、城市化程度等因素

导致不同城市的本底溢流频次数值有较大差异。研究发现，上海苏州河南岸合流制管网系统

与日本的 192 座城市的合流制管网系统相比，降雨特性参数类似，截流倍数设计标准低，但因苏州河南岸合流制管网系统连通性高、坡度小、管径大以及大流域下降雨时空分布差异性大，溢流频次仅为日本 192 座城市的平均溢流频次的 1/5 [6] 。不同类型的受纳水体的水环境容量不同，对应的溢流频次也有较大差距，苏格兰环保局（Scottish Environment ProtectionAgency）针对不同用途的受纳水体设计不同的溢流频次标准，可游泳的水体溢流频次在可游泳的季节不超过 3 次，贝类捕捞区水域的溢流频次每年不超过 10 次，或者 CSO 排放许可证申请者可通过建模证明排放符合水质标准，溢流量超过 50m³时被认为是严重溢流。溢流频次作为排放控制指标，与受纳水体系统衔接度不足，Lau 等 [8] 研究发现溢流频次和溢流体积削减率不是量化城市排水对受纳水体影响的最优指标。

b.溢流体积控制率。溢流体积控制率是指通过雨污分流、截流、调蓄、处理等措施削减或收集处理的雨天溢流的合流污水体积与总溢流体积的百分比。美国、加拿大等国家将溢流体积控制率作为 CSO 污染控制的主要指标，各州/省针对溢流体积控制率提出具体的指标值。溢流体积控制率也是我国目前主要采用的 CSO 控制指标，从实施层面来说，存在着系统雨季运维调度的相关问题。如我国污水处理系统设计标准偏低，多数污水处理厂不具有雨季处理高负荷运行的能力，合流制截流干管将雨季合流污水输送到污水处理厂，在超过污水处理厂处理能力时，调蓄能力不足的水厂其超量污水在厂前溢流至水体，这部分未达标排放的体积使得溢流体积控制率较现实情况偏高。由于存在此类不合规排放现象，溢流体积控制率不能较好的反映 CSO 控制项目建设后受纳水体的水质特征。

1.2 基于受纳水体水质保障的控制指标

基于受纳水体水质保障的控制指标包括常规污染物、急性氨中毒、溶解氧浓度、细菌标

准及其他毒理指标等，其中应用较广的指标主要有急性氨中毒、溶解氧浓度和细菌标准。

a.急性氨中毒（acute ammonia toxicity）。合流污水除携带 SS、BOD 等常规污染物外，往往还存在高氮现象，NH 3 含量过高会损害水生生物健康。研究发现，NH 3 对鲫鱼、鲢鱼、鳙鱼和草鱼有不同程度的急性和慢性中毒影响。即使在非致死浓度下，也可能危害水生生物健康，而较低的溶解氧浓度会加强其中毒效果。急性氨中毒指标主要在欧洲国家应用较广，英国的临时标准（Fundamental IntermittentStandards，FIS）对鲤鱼科与鲑鱼科为主的水体的 CSO 污水 1 h 的氨质量浓度进行了细分，鲤鱼科不应高于 5mg/L，鲑鱼科不应高于 2.5mg/L。

b.溶解氧浓度。溶解氧浓度在欧洲国家的 CSO 标准中通常与氨中毒指标并行监管，英

国的临时标准 FIS 针对鲤鱼类和鲑鱼类水体制定了不同重现期的 NH 3 和溶解氧的限值。奥地利规定，若在旱季流量中无厌氧性微生物且河流坡度大于 3~5m/km 时，无需考察溶解氧浓度指标。美国各州也对不同用途水体的溶解氧浓度制定了不同的标准。

2 CSO 控制标准确定依据

CSO 控制标准制定依据主要分为类比分流制污染负荷确定 CSO 污染物排放限值、依据

工程实践效果制定 CSO 效果标准及依据水体用途对 CSO 制定不同控制水平的标准。

2.1 类比分流制污染负荷确定 CSO 污染物排放限值

制定区域 CSO 污染物排放限值时可假定该区域为分流制，概算出分流制情况下的污染物负荷量，将其转化为浓度限值。日本针对水环境质量在《环境基本法》的基础上制定了《水

污染防治法》，强调在全国范围内使用统一的水环境质量标准和排放标准 [25] 。2004 年，日本对《水污染防治法》的执行令进行了修订，建立了污水排放水质技术标准，标准针对旱季雨季两种情形制定日本的 CSO 排放水质标准，旱季对溢流口和污水处理厂出水制定 pH、大肠菌群数、悬浮固体、BOD 5 、磷、氮的标准限值；雨季规定各 CSO 排口全年外排的污染物（以BOD 5 计）的平均质量浓度不高于 40mg/L，该考核限值是根据相同情况下分流制排水系统的水质情况确定的，相当于 90%的累积出水水质数值。

2.2 依据工程实践效果制定 CSO 效果标准

CSO 控制标准可依据工程实践效果制定，美国 CSO 效果标准的确定方法有推定法和实

证法，推定法以效果标准代替基于水质的排放限值，实证法需通过建模证明水质达标。

美国各州多以推定法通过CSO项目实践来制定CSO性能标准。由于实证法所需的数据较多，应用的规模较小，如美国纽约州奥尔巴尼海滩天然泳池，考虑到受纳水质模型观察结果和结论，采用实证法来制定 CSO 控制计划，达到《细菌水质标准》所衡量的监管合规性，相关模型研究结果显示，细菌和漂浮物是表征水质标准情况的主要污染物。采用实证法时通常用于验证基于推定法确定的标准限值合理性。田纳西州要求纳什维尔供水和下水道服务部证明 CSO 是否为水体溶解氧浓度低的原因：首先，田纳西州及纳什维尔供水和下水道服务部初步将年均溢流频次定为 8 次；其次利用推定法对年均溢流频次 8次的方案进行了重新评估，进而将限值设定为 6 次；之后研究机构对纳什维尔的坎伯兰河上的奇特姆湖进行建模，通过实证法来验证并预测各种 CSO 控制方案可能取得的水质水量控制效果，将每年的 CSO 削减效果与建设成本及改善水体水质的效益进行比较筛选，实证法利用模型，确定年均溢流频次为 2 次、4 次、8 次、16 次条件下引起的水质影响，结合推定法与实证法确定最终的年均溢流频次限值。

3 展望

CSO 控制过程具有长期性、复杂性的特点，治理思路宜以规划方案近远期衔接、标准监管近远期衔接、技术措施近远期衔接为原则来制定。我国近期可暂以排放限值监管，远期

基于水体水质达标制定 CSO 控制标准中长期专项规划，统筹考虑近远期标准、技术措施的

衔接，摸清本底、明确目标、系统治理，构建以受纳水体水质达标为目标导向的 CSO 控制

标准体系及治理技术路线。

参考文献：

[1] 住房和城乡建设部. 2017年中国城市建设统计年鉴[R].

[2] 翟慧敏,程启先,李书覃,等.海绵城市理念演变的知识图谱可视化分析[J].水资源保护,