前沿关注纵观：日本合流制溢流控制的发展历程与控制策略

查看全部 · 发表于 2021-7-6 09:42:49

日本城市的合流制排水系统大多是20世纪60年代以前建设，70年代后期大规模城市化过程中，新建城市基本采用分流制系统。据日本下水道协会1999年的统计资料显示，日本采用合流制排水系统的城市共195座，涉及城市类型分布详见表2。其中，人口超过100万人的城市有11个，例如，东京与大阪均保留有大范围的合流制区域（占比均超过80%）。从20世纪80年代开始，日本推进对合流制溢流的控制，至今也经历了近40年的发展。

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发展历程

1982年，日本国土交通省发布《合流制溢流对策暂定指南》，首次对合流制溢流控制的目标和技术措施提出了相应要求,基本与美国同期开始重视对合流制系统问题的控制。该指南重点针对旱季污水直排与降雨强度平均低于2mm/h条件下的降雨溢流进行控制，要求全年旱季直排和低强度降雨下溢流产生的污染负荷削减95%（以BOD5计）。技术措施侧重于完善管网系统，提高干管截流能力，兼顾溢流口、泵站、处理厂的雨季临时处理。

2000年9月，东京台场海滨公园合流制溢流排口周边出现大量白色油脂污染物，对东京湾造成严重的水质污染，引起社会的广泛关注。该事件成为日本进一步加强对合流制溢流污染控制的一个关键节点。2001年，日本国土交通省专门成立针对合流制溢流控制对策的研究委员会，成员由高校学者、地方政府官员、国土交通省工作人员等共同组成。2002年3月，该委员会发布针对日本合流制排水系统的总体研究报告，日本开始进一步制定和完善对合流制溢流控制的相关政策及要求。

2003年9月，日本国土交通省对《下水道法》进行修订，正式将合流制问题纳入法规体系，要求对合流制排水系统进行“改善”，并要求各城市编制针对合流制系统改善的对策计划。考虑到大城市、中小城市所面临的改造范围和实施难度不同，对大城市和中小城市进行了分类要求，中小城市用10年以内的时间完成改善，大城市在20年内完成。

2008年，政府对各城市合流制系统改善的推进情况进行了阶段评估，由于合流制系统改善所面临的复杂条件，整体实施进度并未达到预期，结合阶段性工作成果及所暴露的问题，日本国土交通省于2008年发布了《合流制排水系统紧急改善计划编制指南》，作为全国的重要指导性文件。进一步明确了重点工作目标与技术策略，加大新技术的应用，以帮助有合流制排水系统的城市在规定期限内完成改善要求。

2013年，以《下水道法》修订10年为期进行回顾，全日本有170个中小城市、21个大都市开展合流制改造工作，总体改善率达到65.9%。2017年，国土交通省更新了最近的评估数据，总体改善率达到78.9%。

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合流制系统“改善”的目标与策略

2.1 “改善”目标

日本在2003年《下水道法》的修订版中提出了全国范围内比较明确的合流制排水系统“改善”目标，包括三部分：①合流制排水系统全年外排总污染负荷应等于或小于相同区域假设为分流制系统的外排污染负荷。具体评价要求为各排放口（包括所有溢流排放口和污水处理厂排口）全年外排的污染物（以BOD5计）平均浓度不超过40mg/L，如图所示。②所有排放口的合流制溢流次数减半；③所有溢流构筑物需要有控制固体颗粒物的相应措施。

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2.2 “改善”策略与实施情况

① 总体策略

在《合流制排水系统紧急改善计划编制指南》中，将改善技术措施主要分为“减流类”（源头渗透设施、完全或部分雨污分流改造等）、“送流类”（管网收集与截流能力提升、污水厂处理能力提升与工艺改造、溢流排放口就地处理等）、“贮流类”（调蓄池、隧道等）三部分，在城市合流制系统改善计划编制过程中，需要基于具体城市条件，对不同技术策略的适用性、优缺点，及综合效益进行分析，从流域整体分析不同对策措施的控制效率，进行系统决策，如图所示。

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受台风等极端天气的影响，日本对城市排水防涝的要求较高，同时大量城市合流制区域空间极为密集，地面空间紧张，部分城市采用了大规模的深层调蓄隧道或修建大管径截流干管的方式，兼顾区域排水防涝与合流制溢流控制。东京预计至2020年达到150×104m3的调蓄容积，大阪、京都、仙台等城市也都采用了大管径调蓄干管的方式控制合流制溢流。

由于合流制系统改造涉及对居民生活、交通与城市环境等多重影响，需要较长的建设周期。为快速提高合流制溢流污染控制效率，日本很多城市在其合流制排水系统改善策略中加强了对溢流排口就地处理创新技术的应用，以及合流制区域污水处理厂雨季处理能力的匹配与工艺改造。2001年，日本国土交通省便发起了合流制溢流污染控制的技术创新项目（SPIRIT 21），主要分为四大类，即颗粒物去除、高速过滤、混凝/分离、监测与消毒，在随后3年内主要研发了24项技术，并在多个城市进行了示范应用。大阪等城市对合流制区域污水处理厂传统活性污泥工艺进行改造，发展出“雨天活性污泥工艺（3W技术）”，即雨季2倍旱季流量的污水通过一级处理后进入活性污泥法二级处理后段，合流污水中 COD 等污染物经活性污泥吸附，在二沉池中沉淀并随回流污泥回流至二级处理单元反应池净化。从出水水质结果分析看，与传统工艺相比，雨天活性污泥法大大减少了雨季污染物的排放，SS平均减少了73%，BOD5减少了71%。

② 实施情况

日本制定了全国范围较为统一、明确的合流制系统控制目标与策略，但由于大城市与中小城市面临的改造规模、城市实施难度、经济代价不同，京都、东京、大阪等城市还面临特殊的建筑与街区遗产保护问题，因此实际建设过程中，即便给予了大城市更长的改造时间，但总体推进情况仍然不容乐观。

根据2013年合流制改善率统计数据，在投入大量资金并实施重大工程措施后，大阪市、京都市、东京都合流制改善率分别为51.2%、40%、65.4%，仙台市、名古屋市、广岛市等区域性中心城市改善率只有30%左右，也间接反映了各城市在不同的排水系统特征、经济水平、实施空间等条件下，合流制系统综合改造面临的难度差异较大。

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小结

日本由国土交通省长期负责国家层面合流制溢流控制的研究、总体策略的制定，以及各城市合流制系统改善情况的跟踪与评估。通过修订《下水道法》将合流制系统纳入国家法定管理要求，提出明确的控制目标，并通过要求各城市制定针对合流制系统改善的专项长期计划，落实相关控制要求，并在过程中不断进行修正和调整。日本在对合流制溢流问题的长期研究、纳入法律进行管控、编制长期规划/计划等方面与美国合流制溢流控制有很多共通之处。

此外，由于日本国土面积较小，各城市发展水平、气候条件、排水系统差异相比美国较小。而且，日本城市管理水平普遍更高，雨水径流污染负荷较低。第三，日本人口密度极高，城市用地空间更为紧张。在充分吸收美国合流制溢流控制经验的基础上，日本基于自身特征对合流制溢流控制策略也做出调整：①日本针对各城市合流制溢流控制提出了更为具体且一致的控制要求；②更为普遍地建设大管径截流与调蓄干管或深隧，综合发挥截流、调蓄、调节、排放的综合功能；③在技术策略中重视对溢流口的改造与就地处理技术的创新，以及对污水处理厂等“末端”处理设施雨季运行工艺的改进。