陳勇
（廣州市城市規劃編制研究中心，廣州，510030 ）

　　摘 要：日本是島國，淡水資源尤顯珍貴。為有效利用水資源，東京都政府在日本第一個提出“水資源保護政策”，多渠道加強水的循環利用，特別將污水處理水作為城市重要的再生資源。本文在介紹東京水資源保護政策及其下水道系統構成、發展的基礎上，總結了東京下水道系統可持續利用的主要技術策略。
　　關鍵詞：東京都 下水道 循環利用

Sustainable Sewage Drainage System in Tokyo Metropolis

Chen Yong
(Guangzhou Urban P1anning and Research Center ,Guan Zhou,510030)

ABSTRACT：As an island country, freshwater is precious for Japan. It is therefore, imperative to make effective use of water resources in Japan. The Tokyo Metropolitan Government was the first in Japan to announce a “Water Conservation Policy”, and stressed the importance of making the structural transformation into a Water Conservation Conscious City through the circular utilization of water, especially the recycling of treated sewage water. The paper introduces the Water Conservation Policy of Tokyo in 21st century and outline of Tokyo sewerage facilities. The strategies of diverse use of sewerage system is also analyzed.

KEY WORDS：Tokyo Metropolis Sewerage System Recycle and reuse

　　東京都位于日本列島的中部、關東平原（Kanto Plain）的南端。東京都總面積約2186km²（包括島嶼），占日本國土總面積的0.6%。東京都城市規劃區面積為1740km²，城市化促進區面積為1080 km²，城市化控制區面積為370 km²。東京都在行政區劃上分成區部（Ward Area）、多摩部（Tama Area）和島部（Island Area）三大區域。區部由23個區構成，位于東京都東部，是高密度的城市化地區；多摩部由27個市（City）、3個町（Town）和1個村（Village）構成，位于東京都西部；島部由2個町及7個村構成，位于東京灣南太平洋上的伊豆諸島（Izu Islands）和小笠原諸島（Ogasawara Islands）上。

1東京都的水資源保護政策

　　日本是島國，四面環海，淡水資源尤顯珍貴。東京都的飲用水源主要來自水庫及河流。為蓄留河水并防止海水上溯，為東京供水的河流都分級建設大壩。但建設過多水壩會降低水流速度、影響水質，同時開發新水源也是有限的，而且越來越困難。為有效利用水資源，1973年東京都政府就提出“水資源保護政策”，使東京成為日本第一個倡導“水資源保護政策”的城市。1984年東京都政府制定了“水的混合利用指南”來促進水的循環利用。在1987年夏季水危機發生后，東京都政府明確提出了建設節水型城市（Water Conservation Conscious City/span>的目標。“水資源保護政策”中最重要的是通過水的循環利用來促進東京向節水型城市轉變。
　　1999年4月東京都政府制定了水循環總體規劃，它是促進水循環利用的基本計劃。“東京都水循環總體規劃”提出四個基本理念：
　　· 最小環境影響的水循環；
　　· 環促進、培育人與自然的共生；
　　· 高效的城市水循環；
　　· 環實現平常時充足，滿足異常、災害時安全。
　　根據水循環總體規劃，東京都政府從水循環利用的角度重新審定與水相關的政策，多渠道地推進該計劃的實施。基于上述四個基本理念，為實現到2015年形成舒適的水環境，東京都政府還提出了七個方面需要解決的問題，制定了七個未來基本目標。

表1 “東京都水循環總體規劃”的任務與基本目標

　　為實現上述七個基本目標，本計劃制定的17個優先重點措施和7個與下水道相關措施將被優先考慮。

表2 “東京都水循環總體規劃”中與下水道系統相關的對策

2 東京下水道系統概覽

　　在日本，總的原則，下水道工程由市、町和村級政府[3]規劃并實施（縣府道主管污水處理場和收集、處理兩個或以上城市的區域污水管系統干管的建設與管理）。不同于其它政府，東京都政府直接負責區部內23個區的下水道、污水處理場和多摩地區市、町、村污水干管的建設與管理，而市、町、村級政府負責與干管相連的支管的維護。
　　東京近代下水道建設源于明治初期為抵抗霍亂的蔓延及東京市民越來越高的衛生意識。東京第一條下水道建于1884年（明治17年），稱為“神田下水”（Kanda Sewer）。為保護公共場所下水道系統的功能及構造、確保公共水域的水質，不允許工廠及其它企業單位將含有害物質的下水排入公共下水道系統，而要求其對污水進行預處理后并符合規定的水質標準后，方可排入下水道系統。
　　東京都道系統包括管渠、抽水泵站和污水處理場。經過110多年的建設，到1995年3月市區下水道的普及率達到100%，多摩地區自1968年建設區域下水道以來，到1999年末其普及率達91%。到2000年3月，東京都已建有12個污水處理場，5個污泥處理場，86個抽水泵站，這些設施日處理污水能力約829萬噸。
2.1 管渠
　　東京區部地區大部分采用合流制下水道系統，中川（Nakagawa）處理區及芝蒲（Shibaura）、砂町（Sunamachi）、森崎（Morigasaki）三個處理區的部分地區則采用分流制下水道系統。
　　多摩地區大部分下水道采用分流制，而野川（Nogawa）、北多摩一號（Kitatama Ichigo No.1）和北多摩二號（Kitatama Ichigo No.2）處理區則采用合流制。
　　在分流制下水道系統中雨水與污水不會混合，而直接排入河流或海洋。由于東京市區人口、建筑密集，加之土地私有，很難滿足、協調分流制下水道系統所需的管渠空間，而且也存在著雨水將路面的污染物帶入河川和海洋的問題，同時敷設兩種管渠建設費用高、技術更加復雜。盡管合流制會增加污水的處理量，在雨天時也有雨水和污水混合溢流入河川的缺點，但合流制下水道系統可充分利用原下水道系統進行改造、重建和完善，而且建設費用、技術要求低于分流制，所以被廣泛使用。
2.2泵站
　　下水道收集的污水通過重力在管內流至抽水泵站，再由此泵送污水處理場。為保證下水能自然流動，在平坦地區下水道會敷設的相當深，抽水泵站可能要分幾級才能將深處的污水泵送至地表附近。
　　大部分泵站有污水和雨水兩種抽水設施。雨水抽水設施在降雨異常時可快速將低于海平面的地面雨水直接排入河流或大海，避免洪水的泛濫。
2.3處理場
　　污水處理場的主要作用是除去污水中的污染物，使排放至河流或大海的水的水質符合環境標準。東京都污水處理場全部采用活性污泥法[4]進行高級處理。污水處理場有污水和污泥兩種處理設施。

圖2 污泥處理流程圖

　　· 池（grit chamber）
　　首先進入沉沙池，當污水緩慢流過沉沙池時，諸如沙、砂礫、硬渣等固體沉入池底部，通過泵的活塞排出，大的懸浮物則通過濾網去除。污水通過抽水設施泵送至初級沉沙池。
　　· 沉淀池
　　當污水在初級沉淀池緩流2-3小時，有機固物逐漸沉入底部，這些沉淀物質叫原生污泥，被送至污泥處理設施作進一步處理。
　　· 槽
　　曝氣槽主要作用是去除在初級沉沙池中未被處理的溶解性BOD和進一步去除懸浮物。曝氣槽采用活性污泥法，即將污水和污泥混合攪拌、曝氣，在6-8小時的曝氣過程中，微生物與作為養分的有機物充分混合并繁殖，有機物因此被分解成無機物如水、碳酸氣體；另一方面，附著微生物的懸浮物形成絮凝塊，極易沉淀。
　　· 沉淀池
　　來自曝氣槽的混合物在中級沉淀池緩慢流動中，逐步分離為固物（活性污泥）和漂浮物。部分活性污泥返送曝氣槽，剩余部分通過污泥處理設施進行處理。中級處理后，處理水經過氯化消毒后排入河川、大海，或經過高級處理后作為再生水循環利用。
　　· 處理設施
　　初級沉淀池的原生污泥和其余活性污泥被泵送至污泥處理設施中的濃縮槽。經濃縮后，污泥的體積減至原生污泥的1/4，濃縮污泥再通過脫水機脫水（濃縮后的污泥有時送至消化槽，目的使污泥安定化、減量化）。脫水污泥又被焚燒成灰，焚化成灰的體積只有原生污泥的1%。過去脫水污泥通過混合水泥而固化，填埋在東京灣。為了延長這些填埋地的生命周期，泥灰已開始用作制造磚、混凝土的原材料。

3東京下水道系統的可持續利用

　　當前社會經濟形勢動態變化，市民對公共服務需求日趨多樣化，為滿足這些需求，保護、支持和豐富市民生活，形成與環境協調的循環型社會，建立一個動態型城市，東京都下水道系統需要適時地檢討并出臺新的標準。1992年7月東京都頒布了 “第二代下水道總體規劃”，在21世紀形成可持續的下水道系統，同時制定了規劃實施的政策。該規劃表明東京都下水道系統除發揮著排除、處理污水，排放雨水，保護公共水域水質的基本作用外，將向多樣化方向發展，如通過再生水的循環利用、污水多級處理，以創造豐富、舒適的水環境；通過污水資源化、下水的熱利用等使下水道資源與能量循環；在下水道敷設光纖電纜，污水處理場上部空間的利用以實現下水設施的多目的利用等。“第二代下水道”的開發將有利于提高水環境和全球環境，也利于東京的可持續發展。

圖3 東京都第二代下水道規劃目標與對策

3.1 水的循環利用
　　為創造節水型城市，東京都政府積極推進的一個重要政策是最大限度利用來自污水處理場的大量的水質安定的下水處理水。在東京下水處理水作為一個重要的可獲得的資源已形成共識。

　　來自建筑物的污水、雨水、工業污水、處理過的下水等可看作是水資源。下水處理水的再利用始于1955年，當時河島（Mikawashima）污水處理場將處理水供給造紙廠而實現污水再利用。目前，再生水已廣泛用于清洗火車、清掃工廠、沖廁及復活水道等方面，再生水還可用于森林的防災及城市消防用水，干旱時用作灌溉綠化等。

圖5 新宿副中心廣域水循環利用圖示

圖6 落合污水處理場再生水供給區	圖7 落合污水處理場處理水復活的三條水道

　　水的循環利用可分為三種方法：建筑循環、地區循環和廣域循環。在新宿副中心東京都政府所在地，實現了廣域的水循環利用。1984年建在新宿副中心的“水循環利用中心”廣泛提供水循環利用服務。落合（Ochiai）污水處理場的處理水通過管道輸送至水循環中心，并經氯化消毒后，供給西新宿（Nishi-shinjnku）和中野坂上（Nakanosakane）地區約80公頃范圍內的26棟高層建筑的沖廁用水，規劃日供水8000立方米。
　　1996臨海副中心（有明污水處理場供給），1997年在品川（Shinagana）站東口、1998年在大埼（Osaki）地區都已開始利用再生水，計劃在汐留地區、八潮·東品川地區（品川站東口、大埼 、汐留、八潮·東品川四個地區均由芝浦污水處理場供給處理水）建設了廣域再生水循環利用系統。今后在規劃的大規模再開發地區，將考慮采用廣域循環方式利用污水處理場的高級處理水，再生水利用的范圍將隨之不斷擴大。

圖8復活后的目黑川

　　東京都政府積極復活干涸或水流極少的水道，以改善濱水環境，創造網絡型濱水區和綠地系統。從1995年3月開始，來自落合污水處理場的高級處理水（中級處理后的處理水通過微過濾，反滲透膜處理法再處理）作為源水供給16公里以外的東京南部中心區的三條平時水流極少的河流：涉谷川·古川、吞川和目黑川，1994年底，這些河流能保持正常的水流，目前溪流水清澈、無色透明（圖8），政府也計劃復活其它小河與水道。
3.2 下水的熱利用
　　與大氣溫度相比，污水具有夏季溫度低、冬季高的特性。如果利用這一特性，污水可用來制冷、制熱，有利于節約能源，防止大氣污染，污水制冷不需要建設冷卻塔，因此對周邊環境也不會產生噪音。1987年落合污水處理場就利用自身的處理水作為該場辦公樓的空調用水。

圖9后樂一丁目地區利用下水的廣域空調系統總體概念圖

　　下水道局研究開發了能防止不被污水分解物與懸浮物腐蝕、阻塞的熱泵熱交換器，這一熱利用系統稱作“城市熱能”。目前在9個污水處理場（包括落合處理場）、2個抽水泵站都安裝了這一系統。日本第一個廣域空調系統使用未處理污水作為熱源是在文京區后樂一丁目地區（Koraku 1-chome），已于1994年7月開始投入使用。計劃在江東區（Koto Ward）新砂三丁目（Shinsuna 3-chome）地區建設區域空調工程，目的作為空調用水、給住房供給熱水，同時利用污水和污泥（來自砂町處理中心）焚燒的余熱送至老年人福利、醫療機構。這些設施均建設在東京都政府擁有的土地上。
　　污泥在污泥處理設施中的消化槽加溫處理過程中會產生沼氣（甲烷），小臺污水處理場就利用其作為燃料來發電，從而減少運行成本；另外污泥焚燒時會產生大量余熱，東部污泥處理場則回收利用這些余熱來發電，產生的電力可滿足焚燒爐動力系統的80—95%的電力，基本保證自給，也減少了二氧化碳的排放，而且通過回收焚燒產生的余熱，又可作為供應污水處理場熱水系統的熱源。
3.3污泥、殘土的再利用
　　到1999年，市區所有污水（污泥）處理場處理污水量達到日平均475萬立方米，污泥處理量為154330立方米。隨著下水道的普及、城市生活的提高、高級處理的引入，污泥量也將隨之增加。為應對這一發展趨勢，集中污泥處理場正在東京灣填埋地上建設，污泥通過壓力管收集輸送到處理場。這些處理場中的南部污泥處理場（Nanbu Sludge Plant）在1983年已部分開始運行。1991年東部（Tobu）污泥處理場的建設全面動工，并于1997年開始運行。
　　現在，污泥塊采用填埋方式處置，但可供填埋的土地是有限的，因此，約81%的污泥通過焚燒來降低容積（1999年日產污泥2997噸中的2721噸被焚燒）。除填埋處置方式外，污泥資源化再利用計劃也在推進。

圖10 利用污泥灰制成的透水性步道磚

　　多摩地區區域下水道系統有7個污水處理場，污泥也在這些污水處理場里處理，自1997年起，污泥全部資源化。1999年污泥產生量、脫水污泥量日平均為607噸。除一部分轉化為堆肥，其余全部焚燒，焚燒后的污泥可用作壓縮燒制磚及輕質骨料的原料。
　　從2000年起，東京都政府決定使用鋼筋混凝土管等來裝污泥灰，這在日本還是第一次。這是劃時代的循環利用方法，因為它是一種自我完結型再利用方法：使用的混凝土制品就是用處理場產生的污泥灰生產的。
　　污泥資源化的另一種方向是用污泥焚燒成的灰（無機物質）作輕質骨料，這一產品已成功開發。污泥灰制成的輕質骨料具有代替自然骨料的品質，還可用作花瓶、透水磚、建筑材料等用途。1983年在小臺（Odai）處理場生產設施開始投產，之后這些設施移至南部污泥處理場，1996年重新開始運行。
　　基于壓縮燒制技術，壓模的下水污泥灰大約在1050℃左右可燒制成聯鎖磚，聯鎖磚非常耐用，可制成各種形狀，可用作道路鋪裝、公園造園材料。壓縮燒制磚的生產設施1991年在南部污泥場、1993年在北多摩一號處理場（Kitatama Ichigo）分別投入使用。
　　當污泥加熱至1400—1500℃時，有機物被分解和燃燒，剩下的無機物熔成流體。這些熔化的無機物質冷卻固化成污泥熔渣，污泥熔渣只有污泥灰體積的一半，其中的重金屬不會分解，具有高穩定性，可用作路基或建設材料等。1991年在南部處理場其生產設備投入使用。
　　下水道施工建設時，會挖掘產生大量的泥土，下水道局對這些“殘土”進行處理改良后，可作為填埋的原料再利用。
3.4下水道設施內外部空間利用
　　在市區，東京都下水道局有12個處理場和80個抽水泵站，污水處理場占地面積約310萬平方米的巨大面積，多摩地區的區域下水道系統也有7個處理場（運營中的處理場占地約87萬平方米）。這些污水設施及場地正被當地居民多種利用，如在污水處理場、污水處理設施上部建設公園、體育場、游戲場、游泳池等開放空間（圖11）。如落合處理場位于新宿副中心區附近，也鄰近人口稠密的居住區，其污水處理設施采用地下式，上面建有向地方居民開放的“流水人家公園”和落合中央公園（圖12），而且“流水人家公園”的小溪的水來自落合污水處理場經高級處理的處理水，每天供給50噸左右，水不僅清澈、無色、透明而且兒童可安全地洗澡。

圖11 污水處理場上部空間的利用

　　同時為高效利用土地、節約用地，一些污水處理場使用雙層式的沉淀池，埋地的深層曝氣槽目前也被廣泛運用，既有效利用了地下空間，又可使其上部空間作為公共活動場地。
　　為應對社會的高度信息化，信息基礎設施建設是至關重要的。1996年6月《下水道法》的修訂，使國家、地方政府、通信公司、有線電視臺（經下水道管理者的許可）可利用現有的下水道敷設信息通信網，以擴大與提高服務范圍與能力，這使下水道不僅是污水、雨水的排放管渠，也成為信息通信網的走廊，有效利用下水道內部空間。

圖12 落合污水處理場及其上部中央公園

　　隨著下水道的普及，下水道設施（管渠、泵站、污水處理場）監控與管理的工作越來越多，也越來越難。為保證下水道系統運行的可靠性和高效性，計算機自動監控系統正被積極地引入到下水道設施中。為高效推進這一政策，下水道光纖通信網（Sewer Optical Fiber Teleway Network，簡稱SOFT）計劃也正在推進。通過在下水道系統建設光纖通信網，以快速、準確地傳送信息、獲取信息，保證下水道系統正常運行。1986年在梅田泵站污水管的入口處敷設了光纖，通過它監測水位和流速；1989年在后樂泵站與湯島泵站間、浜町泵站與箱崎泵站間通過安裝光纖通信網建立了遠程監控系統，到2000年3月有50個泵站與污水處理場安裝了這一系統。落合污水處理場通過在下水道安置光纖，遙控運行距落合處理場3公里之外的中野（Nakano）污水處理場。

參考文獻

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[2]Bureau of Sewerage Tokyo Metropolitan Government. Ochiai Wastewater Treatment Plant, 2001
[3]Bureau of Environment Tokyo Metropolitan Government. Environment Protection in Tokyo，2000
[4]Bureau of Waterworks Tokyo Metropolitan Government. Water Supply in Tokyo, 2000
[5]東京都下水道局，下水から生まれた都市資源―リサイクルガイドー，2001
[6]東京都下水道局，新宿副都心水リサイクルセンター，2001