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【科技日报】源头减排 梯级治污 变废为宝 全程管控
2018-10-15

—水专项“淮河下游重污染河流水质改善技术集成与综合示范”课题创新纪实

                  

 

■聚 焦

    王 林

    淮河下游河网水体以淮河入海水道为主干,西起洪泽湖,东至黄海,北临废黄河南岸,南至苏北灌溉总渠北岸,全长约160公里的区域,流域面积64600平方千米,地跨江苏省淮安和盐城两市。2010年以来,随着苏南地区的产业结构调整和治污力度的不断加强,大量排污企业向苏北转移,造成该区域内水环境污染日益严重,水生态功能退化问题突出,严重影响了流域范围及近岸海域的水生态安全。为此,2013年国家水体污染控制与治理科技重大专项就“淮河下游重污染河流水质改善技术集成与综合示范”课题进行了立项,旨在为解决该区域内的水环境污染问题提供科技支撑。

    在江苏省环境保护厅水专项管理办公室的大力支持下,中国科学院生态环境研究中心王爱杰研究员带领的课题团队,联合南京大学、南京大学盐城环保技术与工程研究院、哈尔滨工业大学及江苏省水文与水资源勘测局,针对淮河下游区域污染物负荷主要来源于重污染支流汇入、面源污染物输入以及分散污染源直排的现状,提出了“强化控源、梯级控污、多目标管理”的核心定位,制定了行之有效的污染负荷削减与河流水质改善整体技术路线。

    据了解,课题团队经过5年的科研攻关,自主研发出5项关键技术(产业源-生活源混合型污水深度控氮减碳集成技术、入河分散工业集聚区污水提标增效强化处理集成技术、重污染河道水质改善生态净化与生态修复技术、农业废弃物资源化防控面源污染集成技术、淮河下游重污染河流水质改善多目标管理综合技术),形成了针对源头控污、梯级修复及水质综合管理的核心技术群及技术集成体系,并在淮河流域治污工程项目中得到大规模应用,达到了预期的技术效果。同时,部分技术在海河流域、太湖流域进行推广应用,起到了以点带面的良好示范作用,为地方政府和企业解决水环境污染问题,提供了有力的科技支撑。

    源头减排、深度控污,实现产业源—生活源污染协同治理

    淮河下游以清安河为代表的重污染支流流域内经济发达,人口稠密,汇水范围内工业源、生活源污染负荷大,支流自身基流匮乏,水体自净能力差。仅清安河的污染贡献值就占区域的50%以上。

    课题负责人王爱杰介绍,针对清安河流域内污染源和污染物种类繁多、污染负荷大,缺乏行之有效的管理、处理和控制技术的问题,团队在集成国内外先进成熟技术的基础上,重点突破了工业园区混合型污水碳、氮污染物稳定达标的问题。

    课题组针对淮安某污水处理厂现有混合型低碳氮比污水,开发出高速厌氧-生物电解技术及低碳氮比污水强化脱氮新型工艺技术,并建成了日处理规模4万吨的示范工程。该技术可以利用既有工艺进行原位改造,能够有效加速生物难利用大分子有机物及毒害性有机物的降解转化,从而显著提升污水的可生化性和出水中易降解有机物的赋存浓度,为后续二级生化处理脱氮工艺提供有力条件,起到良好的水质调理作用。目前,示范工程稳定运行,出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。年削减COD144吨、氨氮43.2吨、总氮72吨的环境效益。

    针对阜宁澳洋产业园等大型工业园区污水可生化性差、污染物种类繁多、水量不稳定等问题,通过前置物化处理系统去除难降解毒害污染物并提高可生化性,通过组合生化处理系统强化生物脱氮能力,并通过后置物化处理系统实现生化尾水深度净化,从而形成“物化+生化+物化”三级集成处理工艺,并成功地在工业园区污水厂进行了工程示范,出水中COD、氨氮满足一级A的出水标准,实现了主控指标COD每年削减排放量1620吨、氨氮每年削减排放量162吨,并降低运行药剂成本30%的显著效益。

    上述两项源头控污技术示范工程,为纳管区域42.7平方千米内工业源—生活源混合型污水处理厂和不具备纳管条件的工业集中区工业源污水处理设施的规范化运行作出了良好的示范作用。通过淮河下游流域尾水深度处理及回用关键技术研究和应用,可以保证出水优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准,可以回用到市政用水、生活杂用水、工业冷却水等。通过工业尾水深度处理及回用关键技术研究和应用,可以提高工业废水回用率,减少污染排放,提高水资源的利用率。

    基于上述技术,项目团队与南京大学合作,提出了淮河下游重污染支流清安河治理点、线、管、面技术体系重污染河流“三三三”治理模式(三级控制、三级循环、三级标准),作为技术支撑方,向淮安市政府提供了《清安河水环境综合整治初步技术方案》,产生了显著的社会效益。

    生态廊道与人工湿地交替互补,实现原位控氮减碳与梯级截污

    淮河下游重污染支流生态退化严重,河道自净能力差,难以高效净化污水厂尾水。针对重点示范河道修复区域,课题团队提出了原位修复、输移净化的技术策略。通过开发高盐水体适用的污染河流水质原位生态净化技术、河道原位水质净化微生物生态调控技术和支流污水排入端湿地处理场集中净化达标技术,来实现对重污染河流的生态修复,共建成长度5千米的淮河下游重污染河道水生态净化与水生态修复示范工程,处理规模达到4万吨/天。

    在该示范工程中,生态修复优先选择具有高效净化能力的土著物种,并充分考虑季节更替,春夏植物选择苦草、狐尾藻、金鱼藻等,冬季植物选择菹草和伊乐藻。在整体上,研究人员以生态廊道和人工湿地处理场作为基本的系统功能单元,二者交替串联,通过合理配置物候期交替互补的水生植物群落,实现不同季节下两类系统单元生态功能的交替互补。

    根据实际运行过程中的水质分析结果可知,当河水经过生态修复区域处理后,COD 可达到40毫克/升以下,氨氮在2毫克/升以下,溶解氧含量在5毫克/升以上,且经测算,该段示范工程实现了削减总氮排放的20%,削减了总磷排放的10%,成功实现了对重点示范河道的生态修复,可为其他重污染河道的生态恢复和生态廊道建设提供很好的示范。

    变废为宝、面源管控,农业面源污染物资源化助力面源污染控制

    淮河下游入海河道和苏北灌溉总渠周边农业发达,秸秆、农产品加工废弃物和畜禽粪便量大且分散,处理不当容易造成严重的环境污染。

    课题团队全面调查了该区域内畜禽养殖、农产品加工、水产养殖、村庄的生活垃圾和生活污水、地膜废弃物等污染源的特征,建立了分散污染源数据库,分析污染物的组成和产生量的动态,评价分散点源污染物的生态与环境风险,分析不同资源化利用方式所需的成本和可能带来的经济效益和环境风险。基于此,将农业废物进行高效收集,就地制作成可直接归田的生物有机肥。

    据了解,有机肥料示范工程在淮安某牛奶公司有机肥厂展开,在该厂建立的生物有机肥生产线以畜禽粪便为主要原料,接种高效植物促生菌,经过18天的高温好氧发酵制备成生物有机肥,将发酵周期缩短了1/3,具有每年消纳畜禽粪便1万吨的能力。生产的生物有机肥质量达到农业行业标准《生物有机肥》(NY884-2012)的要求,有效活菌数可达2亿/克,且可以在水产养殖中应用并完全替代饵料,也可以在饲料玉米种植中应用,增产效果明显,并减少化肥用量30%以上,减少农田氮素流失20%以上。

    科学调度、全程管控,形成尾水资源化利用及水质改善长效调控机制

    要实现淮河流域水环境质量改善的总体目标,必须强化面源污染控制及其生态系统的良性循环。

    研究团队针对淮河下游重污染河道氮、磷排放总量超出河流自净能力的现状,系统分析重点支流点、面污染源输移规律,运用3S技术,构建淮河下游水文特征分区的水量—水质—水生态协同控制多目标计算模型系统,制定区域最大日负荷(TMDL)计划,研究并提出淮河下游重点支流尾水水质水量限值标准建议。

    同时,该团队根据尾水排放水质水量限值标准,有效集成并构建淮河下游尾水污染负荷削减技术体系,优化区域尾水污染负荷削减技术方案;根据区域尾水毒害性及资源化利用可行性,进行尾水资源定位,构建集尾水资源化利用、生态需水和行洪安全保障为一体的入海河流水质改善综合调度技术方案。

    综合以上两套体系方案,该团队有机整合进现有水资源监控网络,建立淮河下游重要入海河流主要控制断面在线监控系统,有效集成淮河下游水量—水质协同控制多目标计算模型,构建具有数据诊断、综合分析和系统评估功能的专家信息监管平台,为淮河下游尾水资源化调度及水质改善多目标管理提供决策支持平台。

    根据构建出的水质改善多目标管理信息平台的测算,该团队对淮河入海水道进行了调水实验,并对主要考核断面——苏嘴南泓断面和漫水桥断面水质进行分析。调度前苏嘴断面处COD24.5毫克/升,氨氮3.77毫克/升,DO5.1毫克/升;漫水桥南泓COD66.5毫克/升,氨氮4.09毫克/升,DO2.3毫克/升。调度后:苏嘴南泓COD12.2毫克/升,氨氮0.63毫克/升,DO7.3毫克/升;漫水桥南泓COD3.6毫克/升,氨氮0.80毫克/升,DO6.5毫克/升,第二次调水实验苏嘴及漫水桥断面均达到Ⅲ类水质标准,与调度方案预计效果一致,这说明调度对沿线水质改善明显。

    总体上,课题团队通过技术自主创新、技术推广应用、技术服务地方等途径,为淮河下游污染减负修复和流域水质改善作出了积极贡献。而且,结合淮河入海水道二期工程建设,向淮河流域管理委员会提交了《入海水道二期工程对地表水水质影响及应对技术措施》报告,并通过模型推演,评价和预测了流域水质改善的作用效果,为国家和地方管理部门提供了决策依据。

 

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