【國際案例】麻省合流制溢流整治工程
來源：環(huán)in圈（微信號：WaterDNA）
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摘要
波士頓是美國最老的城市之一，也是美國革命的起源地。波士頓采用的是雨污合流的排水系統(tǒng)，在強降雨的條件下，會產(chǎn)生溢流（CSOs），直接排入水體嚴重威脅了公共安全。馬薩諸塞州水資源管理局成立以來，就一直致力于解決CSO問題。其于1994年制定了一項合流制溢流污水控制計劃，通過雨污分流，新建CSO處理設施，改善水動力等工程措施，每年減少超過28億加侖（約106億升）的CSO。近20年來，全部工程已經(jīng)竣工，93％的CSO經(jīng)污水處理廠處理后才排放至自然水體，極大改善了水環(huán)境。
項目背景
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合流制溢流污水概述
[1]:合流制排水系統(tǒng)結構 vs 分流制排水系統(tǒng)結構
不同的排水系統(tǒng)（雨污）系統(tǒng)具有不同的結構，雖然現(xiàn)代排水系統(tǒng)已經(jīng)在一些地方用獨立的管道分離了雨水、生活污水和工業(yè)廢水，但像美國波士頓的一些舊排水系統(tǒng)仍然是合流制，排水管同時收集雨水及污水。在晴天的條件下，排水管里的污水全部被輸送至污水處理廠；在強降雨的條件下，污水與雨水在排水管里混合，流量有時會翻倍甚至三倍，此時舊的合流制排水系統(tǒng)就會過載，管內的溢流污水（稱為合流制溢流污水或“CSOs”）需通過溢流口（檢查井）排放到就近水體中。這雖然有效地阻止了污水倒流至房屋和街道上，但是排放到水體中的污水嚴重地影響了河流水質。
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合流制溢流污水整治項目的必要性
馬薩諸塞州是新英格蘭地區(qū)人口最多的州。馬塞諸塞州的波士頓是新英格蘭地區(qū)的中心。新英格蘭地區(qū)位于美國東北部，包括緬因州，佛蒙特州，新罕布什爾州，馬薩諸塞州，康涅狄格州和羅德島州。它以殖民地的歷史、大西洋的海岸線、秋天的落葉以及森林茂密的山脈而聞名。這里也是美國革命的起源地。波士頓有一條“自由之路”，串聯(lián)起了很多在美國成立時起到關鍵作用的地方。
[2]:美國新英格蘭地區(qū)各州分布圖
盡管波士頓和其他城市已花費數(shù)十年的時間、投入大量的資金建設排水系統(tǒng)，但馬薩諸塞州產(chǎn)生的“合流制溢流污水”仍然是新英格蘭地區(qū)最多的。2011年，全州大約有28億加侖（約10.6億升）的污水通過181個管道溢出。NECIR開展了首次合流制溢流污水調查工作，統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，新英格蘭地區(qū)全年有超過70億加侖（約26.5億升）的污水被直接排入水體。這樣的水體包括波士頓港、查爾斯河，Mystic河道以及Alewife 溪。1995年，美國環(huán)保署發(fā)起了一項轟轟烈烈的工作，致力于凈化查爾斯河，使之成為適合釣魚和游泳的水體。
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合流制溢流污水對公共衛(wèi)生和環(huán)境的影響
合流制溢流污水的排放對新英格蘭地區(qū)產(chǎn)生了廣泛影響，例如導致海灘關閉，限制貝類捕撈，限制捕魚和其他娛樂活動。在某些情況下，合流制溢流污水會將未經(jīng)處理的混合污水直接排入飲用水水源地，污水中的病毒、細菌、病原體和其他相關污染物或有毒物質嚴重威脅了公共安全。經(jīng)常暴露于合流制溢流污水污染物的人員，例如游泳和皮劃艇運動員，會更容易得胃腸炎、呼吸道感染、眼睛或耳朵感染、皮疹、肝炎或受到其他疾病的侵害。此外，兒童、老年人和免疫系統(tǒng)脆弱的人們更容易受到傷害。野生生物和水生生物棲息地也會受到合流制溢流污水污染物的不利影響，導致水溫升高、濁度增加、毒素增加、水體溶解氧含量降低等。
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合流制溢流污水分布區(qū)域
[3]:合流制溢流污水排水區(qū)域圖
波士頓，劍橋，切爾西和薩默維爾已經(jīng)將合流制排水系統(tǒng)聯(lián)入馬薩諸塞州水資源管理局系統(tǒng)。1987年，合流制溢流污水直接排放到波士頓港、查爾斯河及Mystic Neponset河道的排放口共有84個。截至2015年12月，有34個排污口被徹底關閉，有5個被很大程度上消減了。
項目概況及現(xiàn)狀
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項目簡介
自1985年馬薩諸塞州水資源管理局成立以來，解決合流制溢流污水相關問題一直是當務之急。馬薩諸塞州水資源管理局于1994年制定了一項合流制溢流污水控制計劃。該計劃已經(jīng)通過環(huán)境審查，并獲得了聯(lián)邦和州政府的批準，作為波士頓港建設項目的重要部分，該項目按照聯(lián)邦法院規(guī)定的設計和施工計劃不斷推進。期間為降低成本并充分利用改良技術，合流制溢流污水控制計劃經(jīng)歷了多次修訂。
總費用：
- 規(guī)劃，設計和建設：7.84億美元
- 每年運營和維護：130 萬美元
效益：
- 84個合流制溢流污水排水口中，34個排水口已關閉，46個排放口的年均排水量降到歷史最低水平；
- 消除或減少合流制溢流污水排放總量，達到符合水質標準的控制水平；
- 能夠處理更頻繁的排水；
- 所有排水口的漂浮物都得到有效控制。
[4]合流制溢流污水控制計劃效益圖
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項目現(xiàn)狀
從1987年到2015年，所有合流制溢流污水整治工程的建設項目都已完成。合流制溢流污水每年減少量超過28億加侖（約106億升）。原有的84個溢流直排口中有34個已經(jīng)被關閉，5個直排口的設計標準提高至防范25年一遇的暴雨。93％的合流制溢流污水經(jīng)污水處理廠處理后才排放至自然水體。
馬薩諸塞州水資源管理局還對進一步的系統(tǒng)改進工程開展了規(guī)劃評估，內容包括：
- 在眾多溢流調節(jié)器上使用實時控制器；
- 改善現(xiàn)有的管道連接系統(tǒng)，以更好地平衡主要污水管的流量；
- 評估在查爾斯河附近的兩個主要排水管截流設施之間新的連接工程；
- 能夠避免設計方和建筑方之間的責任缺口。
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合流制溢流污水整治設施運作模式
馬薩諸塞州水資源管理局通過新建設備對廢水（污水和雨水）進行過濾和氯化處理，然后再排放或進一步處理。位于波士頓聯(lián)邦公園、Cottage Farm和劍橋Prison Point的設施可以存儲和抽取合流制溢流污水。經(jīng)過過濾和氯化處理后的廢水可以儲存并泵送回系統(tǒng)，以便在鹿島污水處理廠進一步處理。當處理后的廢水超過設施儲存容量時，通過合流制溢流口排放至收納水體。在薩默維爾邊緣設施中，合流制溢流污水利用重力流入和流出設施，無需泵抽。廢水在設備中進行過濾，氯化和脫氯處理。消毒后的廢水一旦達到儲存容量就會迅速溢出到受納水體中。
竣工項目工程
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雨污分流
[5]:Constitution 海灘雨污分流系統(tǒng)
該項目新建了長約14,000英尺（約4.3km）的雨水管道以便實現(xiàn)雨污分流。雨水從污水管道中分離出來，不僅消除了污水溢流現(xiàn)象，而且無需建設污水處理設施。該項目由馬薩諸塞州水資源管理局財政撥款，由波士頓供水和排水委員會進行設計和施工。
□ 費用： 3,768,888 美元
□ 水質效益：消除污水溢流現(xiàn)象，達到B類水質標準
□ 合流制溢流污水減少量體積分數(shù)：
100％
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已有的合流制溢流污水處理設施升級改造
升級氯消毒系統(tǒng)，增加了脫氯系統(tǒng)，過程控制和安全改進。
□ 費用： 22,261,200美元
□ 水質效益：升級處理設施以滿足B類水質標準
□ 合流制溢流污水減少量體積分數(shù)：本項目改善了治理效果，但不改變排水頻率或排水量
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合流制溢流污水合并/存儲管道
[6]合流制溢流污水存儲管道
在Chelsea St.和Charlestown的Mystic Tobin橋之間新建了兩座10'×17'儲水池，可臨時容納670,000加侖的離線污水。新建一座地上排水泵站。
□ 費用： 14,287,800 美元
□水質效益：最大限度地減少在BOS019的合流污水排放，以滿足B（CSO）類水質標準（B類標準達標率大于95%）
□合流制溢流污水減少量體積分數(shù)：100％
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新建合流制溢流污水處理設施
[7]:增建合流制溢流污水處理設施
在原有的波士頓給排水委員會（BWSC）聯(lián)邦公園泵站基礎上增加了合流制溢流污水處理設施，包括精細過濾裝置，氯消毒裝置，脫氯裝置，容量達200萬加侖（約757萬升）的蓄水池。
□費用：49,583,406美元
□水質效益：對聯(lián)邦公園泵站排放至FortPoint通道BOS 070的污水進行處理，以滿足B類水質標準，包括殘余氯標準，使用原位滯留池降低排水頻率和排水量。
□合流制溢流污水減少量體積分數(shù)：46％
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改造排水管道
用30英寸（76.2公分）直徑管道替換18英寸（45.72公分）直徑的城市干線排水管道，擴建48英寸（121.92公分）到66英寸（167.64公分）直徑的管道，減輕馬薩諸塞州水資源管理局的切爾西分支和里維爾擴展區(qū)的排水管道負荷，修復了排水口CHE008，并在所有排水口安裝了用于控制漂浮物的下溢擋板。
□ 費用：29,779,319 美元
□ 水質效益：最大限度地減少合流制溢流污水排放，達到B級水質標準（達標率大于95%）
□ 合流制溢流污水減少量體積分數(shù)：93％
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局部改造水動力
CAM005位置：在劍橋CAM005調蓄池和MWRA北查爾斯大都會污水管之間長40英尺（約12.2米）、直徑24英寸（約61公分）的露天管道，擴建一根54英寸（約137.2公分）直徑的連接管。
BOS017：在查爾斯城沙利文廣場新建了長190英尺（約58米）直徑36英寸（約91公分）的管道，將當?shù)貎筛狭鞴艿赖奈鬯至髦羷蚍种Ч艿�。此外，在比鄰沙利文廣場的位置，拆除了查爾斯城和劍橋分支之間的長約10英尺的阻水裝置。
□費用：2,294,549 美元
□水質效益：最大限度地減少合流制溢流污水排放量， CAM005，BOS017排水口位置達到B類水質標準（達標率大于95%）
□合流制溢流污水減少量體積分數(shù)：
CAM005（78%）, BOS017（99%）
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排水口修復
擴建直徑為48英寸（123公分）至66英寸（167.6公分）的排水管道，修復排水口CHE008，并在所有排水口安裝了下溢擋板，以控制漂浮物。
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區(qū)域范圍的漂浮物控制
馬薩諸塞州水資源管理局用自動控制堰替換了原來的靜態(tài)溢流堰；用直徑為48英寸（121.9公分）的虹吸管替換了Rindge 街直徑為30英寸（76.2公分）的溢流虹吸管；安裝了一個用于漂浮物控制的下溢擋板。
項目成效及展望
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查爾斯河
1988年以來，這些項目已使查爾斯河流域的年均合流制溢流污水排放量減少了98％。查爾斯河已經(jīng)變得更加清潔，可以表現(xiàn)在以下方面：
- 現(xiàn)在查爾斯河可以安全地進行劃船游玩。
- 查爾斯河的河鯡魚種群數(shù)量健康，為海洋漁業(yè)部門提供了魚類資源，也為馬薩諸塞州其他河流提供了充足的儲備。
改造后的其他污水處理系統(tǒng)能有效地向鹿島處理廠輸送更多的污水，大大減少了合流制溢流污水排放進入查爾斯河。
此外，馬薩諸塞州水資源管理局也對位于查爾斯河大橋的溢流口設施進行了升級改造，以優(yōu)化處理系統(tǒng)性能，并將排水對水生生物的潛在危害降至最低。
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合流制溢流污水長期控制和績效評估
截至2015年12月，馬薩諸塞州水資源管理局批準的35個長期控制項目已全部完工并投入運營。四個合流制的區(qū)域（BWSC、劍橋、切爾西和薩默維爾）繼續(xù)推進雨污分流工作和雨水源控制工作（例如綠色基礎設施），從而減少雨水流入下水道系統(tǒng)。
[8]:查爾斯河流域合流制溢流污水控制效益圖
在波士頓港案例中，馬薩諸塞州水資源管理局完全遵照了聯(lián)邦法院制定的合流制溢流污水控制工程進度表的兩個時間截點，于2017年11月發(fā)出公告，提案簽訂為期3年的建設后監(jiān)測項目和性能評估項目的專業(yè)服務合同，以確�，F(xiàn)狀排水符合批準的LTVP和法院命令中的控制水平。工作范圍包括合流制溢流污水巡查，溢流計量，水力建模，系統(tǒng)性能評估和水質達標評估。
研究員：馬琦
環(huán)境工程碩士，現(xiàn)于邁阿密從事水資源設計相關工作
研究員：陳詩藝
芝加哥某咨詢公司從事場地以及其雨水系統(tǒng)設計
翻譯員：王思瑩
畢業(yè)于新澤西理工學院
Junior Water Engineer
就職于Jacobs Engineering 紐約和新澤西辦公室
翻譯員：鮑子薇
現(xiàn)于南京工作，團隊致力于流域水環(huán)境綜合治理項目的咨詢服務工作
審核員：楊少杰
武漢大學環(huán)境科學碩士畢業(yè)，現(xiàn)居深圳，從事水環(huán)境治理工作
圖片來源
[1]:https://www.researchgate.net/figure/Combined-sewer-overflow-source-EPA_fig1_303665373
[2]:https://www.williams-syndrome.org/sites/williams-syndrome.org/files/NewEnglandFINAL.jpg
[3]:http://www.mwra.com/cso/mainimages/2014csomap.jpg
[4]http://www.mwra.com/cso/csoplan2005.pdf
[5]:http://www.mwra.com/03sewer/html/sewcso.htm
[6]:http://www.mwra.com/03sewer/html/sewcso.htm
[7]:http://www.mwra.com/03sewer/html/sewcso.htm
[8]:http://www.mwra.com/03sewer/html/sewcso.htm
參考文獻
·http://www.mwra.com/03sewer/html/sewcso.htm
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