随着城市的发展和时代的进步, 城市地下管线越来越多, 对地下空间的利用和平面的分配带来越来越多的难题, 节省城市地下空间和用地、节省投资、降低能耗是建设节约型城市的重要课题。传统排水系统因占地面积大、投资大、工作形式特殊, 而成为城市基础设施建设研究的重点。

　　 城镇排水系统是随着城镇的发展, 从简单的排出污水开始, 后续增加排出雨水功能, 逐渐形成了合流制的排水体制。再随着城市发展和环境保护需要, 出现了雨污分流制的排水体制及末端污水处理设施, 至此, 城镇传统排水系统基本完善。

　　 据统计, 城市排水系统建设中, 理想的分流制管网建设密度约为12 km/km², 其中雨水管网约4km/km², 污水管网约8km/km²;合流制管网建设密度约为10km/km²。污水管网建设密度中, 支线和干线比例各占50%, 为4km/km²。

　　 随着城市的发展, 尤其是污水再生利用工程和海绵城市、黑臭水体治理工作的开展, 对城市排水系统提出了更高的要求并赋予了新的责任, 传统的排水系统转输排水方式随之出现了诸多问题和不适应性:

　　 (1) 管线占地面积大。污水管道和再生水管道占用较大面积, 较宽的道路需两侧布管, 仅单侧布管占用横断面宽度就不小于4 m, 给市政用地带来压力。同时, 重力排水的坡度问题, 给管线综合及综合管廊建设均带来了难度。

　　 (2) 影响再生水回用。一般再生水厂与污水处理厂合建, 导致再生水系统沿排水方向反向供水, 管线选位困难、建设投资大和运行成本高等问题阻碍了污水再生利用工作的推进。

　　 (3) 污水管网存在环境污染及安全风险。市政污水管道经常会出现渗漏、堵塞和淤积, 渗出的污水污染地下水资源、侵蚀地下工程设施, 渗入的地下水会加大污水处理厂的负荷而影响处理效果。污水和污泥在管道内淤积会发生厌氧反应, 厌氧气体轻则产生臭气污染环境, 重则发生爆燃引发安全事故的案例已屡见不鲜。

　　 (4) 投资巨大。传统的排水系统污水处理厂和再生水处理厂建在城市下游, 污水和再生水均存在水量大规模的转输。各系统内还会出现多座提升泵站。一般来说污水管道和再生水系统的投资占其整个系统投资的80%, 是仅次于道路投资的第二大市政基础设施工程。

　　 综上所述, 传统城镇排水系统中的污水转输排放模式, 在现代城镇基础设施中已显现出诸多问题, 那么能否有一种新的排水模式解决和克服这些问题呢?“单一雨水系统”概念的提出将是解决这些问题的思路之一。本文提出的构想主要是方向性的思考, 有很多具体细节问题还需要进一步研究和落实。

　　 单一雨水系统并不是完全取代污水管网和再生水管网, 而是指城镇排水干线只建雨水排水系统, 该系统除承担雨水排放外, 还承担污水处理站排放的剩余再生水或满足GB 18918-2002一级A排放标准的出水, 通俗地说, 单一雨水排水系统是排放雨水与洁净污水的合流制排水系统。同时城镇再生水就近回用, 也不需建设城镇再生水系统干线。污水和再生水管网以小规模支线形式存在。

　　 建设单一雨水系统首先要解决污水的出路, 污水分散处理回用是其必要条件。

　　 城镇污水分散处理一般指在村庄或不便接入城镇污水系统的小区建设独立污水处理厂, 处理后直接排放。本文定义的分散处理不是分区域建几座污水处理厂, 而是将城市按居住小区、街道、公建等分为若干个小的单元, 每个单元内建设独立的污水管道和污水处理站。污水处理站数量可能达数十座, 被处理的污水水质达到需要的标准后, 就近用于公用设施及居民的冲厕、洗车、绿化、观赏类水景、浇洒道路、消防、锅炉补水和建筑工地, 多余的再生水排入市政雨水系统, 就近排放进入城区内河水体作为水系补充水。

　　 各型公共事业自建的污水处理站也可作为分散的处理单元。

　　 说到水的再生回用, 就要涉及到回用水量的利用平衡问题。以北方1座20万人的城市为例。综合生活用水量定额取160L/ (人·d) , 最高日综合生活用水量为3.2万m³/d, 平均日生活污水量约为2万m³/d, 将其全部处理成再生水。根据统计数据, 居民综合生活用水量中的冲厕用水量约占25%, 其他可用再生水的用水量占综合生活用水量的5%~30% (视地区和季节而定) , 则再生水余量为:夏季:Q_△=1.97-3.2× (0.25+0.3) =0.21 (万m³/d) , 冬季:Q_△=1.97-3.2× (0.25+0.05) =1.01 (万m³/d) 。

　　 可见, 夏季再生水产水与回用水量基本平衡, 北方冬季再生水有较大剩余, 剩余水量可用于一般工业及生态补水或排放。

　　 分散的污水处理站规模建议控制在1 000m³/d以下, 不宜超过2 000m³/d。进水水质为生活污水, 出水水质可执行《城市污水再生利用城市杂用水水质》 (GB/T 18920-2002) 中的“冲厕”水水质。考虑到多余水通过雨水系统排放, 出水水质同时要满足GB 18918-2002一级A标准, 主要设计水质指标见表1。

　　 设计出水水质与一级A标准的主要区别在于要求浊度≤5NTU、总大肠菌群数≤3个/L。为满足这两个要求, 可靠的污水处理工艺可采用二级生物处理+深度处理或MBR工艺, 对于500m³/d以下规模的小型污水处理站, 也可结合小区室内外景观建设或结合河道条件采用人工湿地生态处理技术。

　　 仍以北方20万人口的城镇为例。城区面积约20km², 污水处理厂规模约2万m³/d, 污水处理厂 (含再生水处理) 投资约7 000万元;市政污水干管总长度约80km, 管径d300~1 000, 污水管网投资约1.5亿元;再生水供水量约1万m³/d, 再生水管网总长约60km, 管径为dn200~500的PE给水管, 再生水管网投资约5 000万元。集中污水处理系统及再生水系统工程总投资约2.7亿元。而分散式污水处理拟建污水处理站20座, 总规模2万m³/d, 平均单位投资指标约7 000元/m³, 则20座污水处理站总投资为1.4亿元, 污水收集管网40km, 管径d300~500, 污水管网投资约0.32亿元, 再生水管网总长约40km, 管径dn200的PE给水管, 再生水管网投资约0.32亿元。分散系统总投资2.04亿元, 是传统模式的75%。

　　 再以1座100万人口的北方特大型城市为例。建成区面积约120km², 生活污水排放量约14万m³/d (不含工业废水) , 污水处理厂 (含再生水处理) 投资约4.2亿元;市政污水干管总长度约960km, 管径d400~2 000, 污水管网投资约32亿元;再生水供水量约7万m³/d, 管网总长800km, 管网投资12亿元。集中污水处理系统工程总投资估算约48.2亿元。而分散式污水处理拟建污水处理站约160座, 总规模14万m³/d, 平均单位投资指标约7 000元/m³, 则污水处理站总投资为11.2亿元, 污水收集管网480km, 管径d300~500, 污水管网投资约3.8亿元, 再生水管网总长约600km, 管径dn200的PE给水管, 再生水管网投资约4.8亿元。分散系统总投资19.8亿元, 仅为传统模式的41%。

　　 可见分散处理系统虽然在污水处理厂方面高于传统污水系统, 但这个投资远低于节省的污水管道和再生水管道的建设费用, 如果计入拆迁及加压泵站费用投资相差更加悬殊。同时也可以看出, 城市规模越大, 节省资金越多。

　　 动力。工艺相同的情况下, 分散式污水处理比集中式污水处理多消耗不超过5%动力费用, 这部分费用远低于污水中途提升及中水加压输送的动力消耗。

　　 人员费用。分散式小型污水处理厂 (站) 多采用一体式组合, 平时不用过多的值守人员, 可采用专业公司统一管理模式。所以人员增加并不多, 总规模2万m³/d的分散处理系统预计增加年工资费用约100万元。

　　 总的运行费用分散处理与集中处理差不多。

　　 分散处理污水处理站平均每座用地面积约3 000m², 若采用集成式设备, 每座占地面积可降至2 500m²以下。

　　 集中式污水处理厂一般建在城外, 避免不了涉及征用农田等问题。2万m³/d污水处理厂占地面积约2.7万m², 污水管道和再生水管道市政干线总长约140km, 平均占地按3m²/m计算, 则占用市政用地约42万m²。14万m³/d集中式污水处理厂占地面积约13万m², 污水管道和再生水管道市政干线总长约1 760km, 平均占地按3.2m²/m计算, 则占用市政用地约536.2万m², 若考虑污水提升泵站及再生水加压泵站则面积更大。

　　 可见, 单一雨水排水系统在节约用地方面具有绝对的优势。

　　 水质安全主要包括污水处理站停运和污水收集率两个问题。首先, 污水处理站停运多为突发停电事故, 分散式污水处理站规模较小, 配电功率一般十几到几十千瓦, 通过备用发电机可以解决, 同时可加大前部调节池, 短时间停电通过调节池缓冲;第二, 小单元污水系统管径小、距离短, 污水管网建设较容易, 利于污水收集率的提高。即使有少量污水排入单一雨水系统, 也会被生态景观河道所净化。

　　 污水处理站可结合广场、绿地及公共建筑设置, 可融入开发的小区用地内, 这也是一些小型污水处理站通用的做法, 对城市用地不会造成压力。

　　 选择剩余污泥产率低的带有厌氧的污水处理工艺, 浓缩后的污泥每天在10m³以下, 通过罐车送往集中的污泥处置地;臭气污染可通过工艺配套的除臭系统处理后高空排放;为防止噪声污染, 小区内的污水处理站一般建在地下, 并做好风机的隔音降噪。

　　 新建小区可通过行政手段要求将污水处理列入建设内容, 费用摊入造价, 政府可给予一定补助;城市公共用地内污水处理站及污水收集管网的建设费用, 可利用分流制管网改造资金, 也可通过PPP模式引进社会资本。

　　 在原有排水系统进行单一雨水改造初期, 原有污水处理厂继续工作, 只是随着改造的进行, 进水规模逐渐减小、污染负荷逐渐降低, 如果彻底改造完成, 原有污水处理厂可改造为附近工业园区废水处理厂。

　　 (1) 用于新城区建设。城镇新建的居住区、工业区、大型公用设施 (有住宿的学校、商业中心、交通枢纽等) 可按污水分散处理及单一雨水系统规划建设, 不但节省投资和用地, 而且解决了新区建设期长, 初期污水量小而影响污水处理厂正常运行的难题。

　　 (2) 用于分流制改造及降低污水处理厂进水负荷。目前国内提倡对合流制管道进行分流制改造, 一般情况是将原合流制管道改作雨水管道, 新建污水管网系统, 改造投资规模巨大, 财政难以承受, 而且管位很难规划, 致使计划难以实施。如果采用单一雨水系统方案进行改造, 将原合流制管道作为雨水管道, 实施污水分散处理, 原有污水处理厂逐步变为处理初降雨水, 就解决了新建污水管道的问题。即使局部单一雨水改造, 也会使系统末端污染负荷降低。

　　 (3) 配合综合管廊建设。在综合管廊建设中, 污水管道入廊因坡度、污染等技术问题而成为最大的难点。如果在综合管廊服务区域采用单一雨水系统方案, 将避开和解决了污水管道入廊的难题。

　　 (4) 用于城市生态修复。城市生态修复需要大面积水资源补充, 分散的污水处理可多点提供生态建设所需水源。

　　 通过前面对分散式污水处理及单一雨水排水系统的论证分析, 证明了该系统的合理性和可行性, 但技术的推广和应用还需要法律的支持和政策的引导, 同时还要对建设和管理程序进行规范。

　　 单一雨水排水系统的成功与否关键在于再生水回用, 城镇再生水回用的最大且稳定的目标就是生活冲厕用水, 政府部门需加强政策引导, 并对城市再生水利用进行立法: (1) 新建民用建筑必须建设再生水系统, 原有民用建筑进行再生水系统分期改造, 同时建立水价调节机制, 鼓励使用再生水; (2) 在城市规划中配置污水处理用地; (3) 严格限制浇洒道路和绿地、景观补水、洗车、建筑施工使用自来水; (4) 严格控制城区内工业生产废水排入雨水管网的水质 (一般小型生产废水视污染物情况可以并入生活污水处理站) 。

　　 依据城市总体规划及政府所制定的法律法规, 编制全规划区或独立汇水区的单一雨水系统建设专项规划, 确定系统布局、建设标准、再生水利用和排放水质、工程分期及必要的技术措施, 对今后的工程建设进行指导和控制。

　　 根据分散式污水处理用水目的的不同, 确定处理后水质及排入雨水管道水质标准。为了方便监督、运行管理及维护, 需针对要求的出水水质确定不超过2~3种成熟可靠的处理工艺。

　　 为保证污水处理站及单一雨水系统可持续运转, 防止出现过多的污水处理运营主体而造成运营不规范、水质不稳定及不利于执法监管的现象, 政府部门应招标采购几家技术力量强、有实际管理经验、信誉好的专业运营公司, 对污水处理站 (包括宾馆、饭店、学校自建的) 进行专业化运营。

　　 (1) 单一雨水排水系统是解决现状排水系统与城市发展矛盾的一种构想, 是符合节约型城镇建设要求的一种新型城镇排水理念。

　　 (2) 单一雨水排水系统属于接纳洁净污水的合流制排水体制, 是对传统排水体制的补充, 也是城镇排水系统建设形式的补充。

　　 (3) 污水分散处理依托于污水小型化深度处理技术, 这种技术常见于城镇小区污水再生利用和排放要求严格的污水处理站, 国内外的技术和设备非常成熟。因此说该技术对单一雨水排水系统能够起到保障作用。

　　 (4) 本文提出的单一雨水排水系统是基于较高的再生水利用率和实施无障碍条件下的一种理念, 进一步落实还需要经过后续的技术研究及行政措施落实, 并结合项目进行论证。