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    城市黑臭水體成因與防治技術政策分析

    2020-06-01  來自: 衡美水處理公眾平臺 瀏覽次數:133


    如何進行水處理?

    衡美水處理為您介紹一項環境保護專業知識——城市黑臭水體成因與防治技術政策。

    城市黑臭水體

    一章 城市黑臭水體分析

    一、黑臭水體是感官性污染常見現象

    20世紀中期,英國的泰晤士河是世界上發生黑臭問題的河流之一。上世紀70年代,德國的萊茵河由于流經重工業區,工業污水排入萊茵河,其污染也達到了頂峰。同時期美國的芝加哥河、特拉華河等,也因為遭到嚴重污染導致水體常年黑臭。在我國城市化和工業化進程加快的過程中,由于水污染控制治理措施滯后,或者能力有限與水平低下,一些城市水體尤其是中小城市水體,直接成為工業、農業及生活廢水的主要排放通道和場所,導致城市水體大面積受污染,引起水體富營養化,形成黑臭水體。

    所謂“黑臭”,主要屬于環境景觀、物理指標范疇。是指在視覺上河流水體呈現因污染而產生的明顯異常顏色(通常是黑色或泛黑色),同時產生在嗅覺上引起人們感覺不適甚至厭惡的氣味,是水體感官性污染常見的一種現象。

    我國河流黑臭現象開始出現在上海蘇州河,隨后南京的秦淮河、蘇州的外城河、武漢的黃孝河和寧波的內河等,均出現不同程度的黑臭現象。近幾十年來,黑臭水體的范圍和程度不斷加劇,在全國大部分城市河段中,流經繁華區域的水體絕大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二級與三級支流的黑臭問題更加突出,且劣化程度逐年提高。如淮河,2014年國家環境質量狀況公報數據表明,干流水質全年都在Ⅳ類水以上,但主要支流的劣Ⅴ類水體超過23%;在各大水系中海河的劣Ⅴ類水質程度高,國控斷面監測數據表明,干流劣Ⅴ類達37%、支流劣Ⅴ類達44%。缺氧與富營養為水體黑臭主因水體黑臭主要是水體缺氧造成的,同時也與水體富營養化和底泥沉積有關。國家重大水專項相關研究結果表明,當溶解氧降低到2.0 mg/L時,水體將處于缺氧狀態。當溶解氧為3mg/L~5mg/L時,水體中有機污染物和氨氮含量一般也會超過地表水Ⅴ類標準,呈現有色有味狀態,但有水生生物存在;當溶解氧大于6 mg/L 時,水體處于有氧狀態,有機物降解和氨氧化速率顯著增加,水體開始具有自凈能力。在以污水處理廠為主要水源的地區,比如海河流域,來水中部分生物為難以降解的有機物,BOD接近零,COD和氨氮即使通過自凈,也難以達到地表水Ⅴ類標準的要求。

    具體來說,水體發生黑臭的主因有如下幾方面:

    一是外源有機物和氨氮消耗水中氧氣。城市水體一旦超量受納外源性有機物以及一些動植物的腐殖質,如居民生活污水、畜禽糞便、農產品加工污染物等,水中的溶解氧就會被快速消耗。當溶解氧下降到一個過低水平時,大量有機物在菌的作用下進一步分解,產生硫化氫、胺、氨和其他帶異味易揮發的小分子化合物,從而散發出臭味。同時,沉積物中產生的甲烷、氮氣、硫化氫等難溶于水的氣體,在上升過程中攜帶污泥進入水相,使水體發黑。

    二是內源底泥中釋放污染。當水體被污染后,部分污染物日積月累,通過沉降作用或隨顆粒物吸附作用進入到水體底泥中。在酸性、還原條件下,污染物和氨氮從底泥中釋放,發酵產生的甲烷及氮氣導致底泥上浮也是水體黑臭的重要原因之一。有研究指出,在一些污染水體中,底泥中污染物的釋放量與外源污染的總量相當。此外,由于城市河道中有大量營養物質,導致河道中藻類過量繁殖。這些藻類在生長初期給水體補充氧氣,在死亡后分解礦化形成耗氧有機物和氨氮,導致季節性水體黑臭現象并產生極其強烈的腥臭味道。

    三是不流動和水溫升高的影響。喪失生態功能的水體,往往流動性降低或完全消失,直接導致水體復氧能力衰退,局部水域或水層虧氧問題嚴重,形成適宜藍綠藻快速繁殖的水動力條件,增加水華暴發風險,引發水體水質惡化。此外,水溫的升高將加快水體中的微生物和藻類殘體分解有機物及氨氮速度,加速溶解氧消耗,加劇水體黑臭。

    二、黑臭水體治理的技術路線

    城市河道的黑臭治理遵循“外源減排、內源清淤、水質凈化、清水補給、生態恢復”的技術路線。其中外源減排和內源清淤是基礎與前提,水質凈化是階段性手段,水動力改善技術和生態恢復是長效保障措施。

    一是外源阻斷技術。外源阻斷包括城市截污納管和面源控制兩種情況。針對缺乏完善污水收集系統的水體,通過建設和改造水體沿岸的污水管道,將污水截流納入污水收集和處理系統,從源頭上削減污染物的直接排放。針對目前尚無條件進行截污納管的污水,可在原位采用高效一級強化污水處理技術或工藝,快速高效去除水中的污染物,避免污水直排對水體的污染。

    城市面源污染主要來源于雨水徑流中含有的污染物,其控制技術主要包括各種城市低影響開發(如海綿城市)技術、初期雨水控制技術和生態護岸技術等。城市水體周邊的垃圾等是面源污染物的重要來源,因此水體周邊垃圾的清理是面源污染控制的重要措施。

    二是內源控制技術。清淤疏浚技術通常有兩種:一種是抽干湖/河水后清淤;另一種是用挖泥船直接從水中清除淤泥。后者的應用范圍較廣,江河湖庫都可用之。清淤疏浚能相對快速地改善水質,但清淤過程因擾動易導致污染物大量進入水體,影響到水體生態系統的穩定,因而具有生態風險性,不能作為一種污染水體的長效治理措施。

    三是水質凈化技術。城市黑臭水體的水質凈化技術主要包括:人工曝氣充氧(通入空氣、純氧或臭氧等),可以提高水體溶解氧濃度和氧化還原電位,緩解水體黑臭狀況。德國薩爾河、英國泰晤士河、澳大利亞天鵝河、中國的蘇州河等治理中都采用了曝氣增氧的方法。絮凝沉淀技術是指向城市污染河流的水體中投加鐵鹽、鈣鹽、鋁鹽等藥劑,使之與水體中溶解態磷酸鹽形成不溶性固體沉淀至河床底泥中。但需要注意的是,化學絮凝法的費用較高,并且產生較多沉積物,某些化學藥劑具有毒性,在環境條件改變時會形成二次污染。人工濕地技術是利用土壤—微生物—植物生態系統對營養鹽進行去除的技術,多采用表面流濕地或潛流濕地,濕地植物可選擇沉水植物或挺水植物。生態浮島是一種經過人工設計建造、漂浮于水面上供動植物和微生物生長、繁衍、棲息的生物生態設施,通過構建水域生態系統對水體中的污染物攝食、消化、降解等,實現水質凈化。穩定塘是一種人工強化措施與自然凈化功能相結合的水質凈化技術,如多水塘技術和水生植物塘技術等??衫盟w沿岸多個水塘對污染水體進行凈化。

    四是水動力改善技術。調水不僅可借助大量清潔水源稀釋中污染物的濃度,而且可加強污染物的擴散、凈化和輸出,對于納污負荷高、水動力不足、

    環境容量低的城市效果明顯。但調用清潔水來改善河水水質是對水資源的浪費,應盡量采用非常規水源,如再生水和雨洪利用。同時在調水的過程中要防止引入新的污染源。

    五是生態恢復技術。水體黑臭現象往往是由于水中氮磷濃度較高引起藻類暴發等次生問題,造成水質惡化、藻毒素問題和其他水生生物的大量死亡,繼而導致黑臭復發。城市河道富營養化控制的關鍵是磷的控制,目前污水處理廠出水標準中磷的指標限值遠高于地表水標準限值。因此,在有條件的地方實行區域限磷或提高污水總磷排放標準是十分有效的措施。進入水體的磷大多以磷酸鹽形式沉淀在底泥中,因此保持水—泥界面弱堿性、有氧狀態是河道富營養化控制的主要舉措。藻類生長人工控制技術包括各種物理、化學和生物技術。物理控制技術包括藻類直接收集和紫外線殺藻等,化學控制技術包括投加無機或有機抑()藻劑,生物控制技術包括種植抑藻水生植物或投放食藻魚類等。這些措施一般在應急時采用。水生態修復包括水生植物和水生動物(如魚類、底棲動物等)食物鏈的修復與水文生態系統構建。利用生態學原理構建的食物鏈,可以持續去除城市水體中污染物和營養物,改善水體生境。

    三、治理黑臭水體的管理對策

    一是建立以溶解氧為核心指標的評價體系。黑臭水體治理的關鍵是改善水體的溶解氧狀態,使水體由低氧恢復到正常的好氧狀態。國家重大水專項相關研究成果,建議以溶解氧為核心,建立包括臭閾值、透明度、色度等4項指標黑臭水體評價體系。其閾值為:溶解氧1mg/L、臭閾值100、透明度25cm、色度20,當其中任意一個指標值超過閾值時,則可判定其為黑臭水體。按照《水污染防治行動計劃》任務分解,評價體系將由住房城鄉建設部門負責編制。

    二是先截污后修復,綜合手段治理黑臭水體。河流黑臭問題的本質是污染物輸入超過河流水環境容量。在流域尺度上采取污染源工程治理等截污措施,能夠大幅度削減入河污染負荷,是消除黑臭問題的首要舉措。同時將河岸帶修復、人工充氧等河道內工程措施作為污染負荷削減的重要補充手段,進一步降低污染水平。在河流水質得到有效改善的基礎上,通過水生生物(如水生植物、魚類、鳥類)等的恢復,逐步實現河流生態修復,達到消除黑臭的目的。

    三是改善生態條件,讓水流動起來。我國大多數城鎮河流水深為1m~3m,在一般條件下,大氣氧可以穿透上覆水體到達河流沉積物表層。然而,由于排污加劇,大量COD和氨氮等耗氧污染物在水—沉積物界面累積,導致溶氧大量消耗而形成缺氧躍變層。增加河流水生態條件,可以改變城市水體水土界面虧氧狀況。一般情況下,維持河流水體流速0.4m3/s~1.0m3/s,就可以打破溶氧躍變層形成的理化條件,使得水土界面層的溶氧維持在3mg/L以上,可以有效控制水體底質污染。流水不腐,是緩減甚至基本消除河流黑臭的關鍵因素。

    四是構建岸邊綠化帶,增強水體自凈能力。治理黑臭水體的首要目的是為人民群眾提供一個休閑娛樂的場所,因此必須徹底清除沿河垃圾,嚴格控制有色有味污染源直排,對岸邊帶進行綠化改造,恢復其自然狀態,建立河道保潔的長效運行管理機制。同時,采用岸邊植物、挺水植物和沉水植物搭配構筑的景觀修復途徑,有效改變水生態系統的能量和物質流動方式,形成具有自凈功能的水體。

    消除黑臭水體只是建設娛樂水體的開始。娛樂水體水質要適合游泳、賽船、垂釣等水上運動,其評價指標包括病原微生物、水下植物種群結構、葉綠素含量、水流速度、岸邊植被覆蓋度、有毒有害物質和人文文化等,尚需要持久的努力。

     

    第二章 典型黑臭水體治理案例介紹

    一、南明河處理案例

    在落實“水十條”解決黑臭水體及水環境綜合利用的道路上,有很多困難等待政企雙方共謀解決之道。為此,E20環境平臺于730日,舉辦了第57期環境戰略沙龍,邀請業內專家、企業家就“水十條之黑臭水體治理如何落地”進行思想碰撞。沙龍中,業內人士就黑臭水體治理提出了多點問題與困惑,同時,多家企業代表表示,自身對流域治理也做了一些模式、技術等方面的探索,北控、阿凡柯達、中國水環境集團、環能科技等企業對自己參與的河道治理項目進行了分享與解析。本文選取中國水環境集團的貴陽市南明河水環境綜合整治項目作簡要介紹。

    1、項目背景

    南明河發源于貴州省安順市平壩縣林卡鄉白泥田,全長118 km,流域面積6600 km2,自西向東貫穿貴陽市區,是貴陽市人民的母親河。由于貴陽的經濟快速發展,南明河流域人口大幅增加,南明河不堪重負,污染狀況觸目驚心:沿河兩岸近百個生活污水和工業企業排污口,每天向河中傾瀉大量生活污水和工業廢水;沿岸到處是生活垃圾,破舊的棚戶區遍布河道兩岸;河水水質嚴重惡化,進入市區的河段已下降為劣V類水體。

    2、項目概況

    本著政府主導、全民參與、機制創新、科技支撐、依法治理、長治久清的治理宗旨,中國水環境集團分析現有問題,擬采取截污、清污、治污、補水等手段,結合城市經濟、生態、景觀、文化,開展治理。南明河水環境綜合整治項目分二期進行。一期項目從2012年開始,總投資約11.67億元,從外源控制、內源控制、生態恢復、臭氣治理四個方面出發,通過截污完善、清淤疏浚等救急措施,基本消除了南明河干流的黑臭問題。

    二期項目又分為兩個階段,一階段建設時間為20147~20156月,投資金額21.52億,其治理方案經市政府、省環保廳、省住建廳、省科技廳組織的國家三部委水環境治理專家論證;二階段建設時間為2015.7~2016.6,投資金額為16.27億。二期項目的部分內容是一期的延續,包括河道清淤、支流的水環境治理、污泥和生態治理等。截污系統完善方面包括干流截污溝改造,干流截污管改造,新莊二期污水廠配套截污溝建設,小黃河、麻堤河、市西河、貫城河支流截污系統完善;清淤工作包括干流清淤、小黃河清淤、麻堤河清淤、貫城河清淤、市西河清淤。另有部分內容則是積極爭取的創新之舉:在二期污水廠建設方面,按照當時貴陽市規劃的要求,是在南明河下游規劃建設集中式大型的污水處理廠(規模40萬噸左右),然而,經過充分的調研分析,中國水環境集團建議在沿河修建十來個5萬噸規模的污水廠,統一規劃、就地處理、就地排放。結合沿河污水收集系統、建廠費用及中水回用投資進行成本計算,可為市政府節約了十幾億的投資成本。

    3、治理效果

    二期一階段項目內容實施后,南明河干流水質較一期竣工時有大幅提升,藻類和水生植物都得到一些恢復,各斷面COD濃度基本達到地表水III類標準;大部分斷面氨氮指標達到IV類標準;總磷指標基本接近IV類標準。目前,劣V類水體進一步下降到7.0%,V類水體繼續提高至26.8%,IV類水體繼續提高至31.6%。此外,在二期項目實施過程當中,工程項目的質量還經受了暴雨的考驗,為貴陽市防洪抗災發揮了重要作用。目前,南明河項目已列入財政部推行的首批PPP的示范目錄,曾在住建部舉辦的經驗交流會上作為典型案例進行介紹,業內專家和政府部門經過考察以后,也給予了高度的評價。

    4、經驗總結

    中國水環境集團總經理李濤總結,南明河之所以能成為流域治理領域的PPP示范案例,要歸功于兩個重要原因:一是和政府達成了責權分明的職責劃分,政府做好裁判員,企業盡職做好運動員,為推動項目進行提供了便利。二是在交易結構上有所創新,我們與政府共同設計了交易模式,即在BT模式中加入BOTTOT模式,形成了全新的交易結構,為保障項目進行效率奠定了基礎。

     

    二、典型黑臭水體治理案例:北控洛河水環境治理項目

    項目基本情況:20148月,洛陽市政府確定啟動新一輪洛河市區段32公里水系綜合治理和改造提升工程,旨在提升洛河兩岸的景觀環境,打造“華夏文明河”的全新理念。前期啟動的示范區包括洛陽橋至李樓橋洛河5.5公里段,瀍河至上游5.2公里段,內容涉及多個節點及景觀核心區域。

    治理模式:洛河水環境治理項目采用PPP模式,洛陽市政府將存量污水處理資產(55萬噸/)與北控水務成立合資公司,北控水務以現金形式出資,占合資公司70%股份。合資公司得到市政府授予的特許經營權,并將負責投資新建污水處理設施(35萬噸/)。同時,北控水務還負責洛河水系綜合治理工程投資(一期10億元)和故縣引水工程投資(17.5億元),政府采用投資補助、政府回購的方式與北控水務在增量項目上進行合作。這種PPP模式的交易結構,把河道治理、污水處理、飲水工程打包在一起,可總結為“盤活存量、帶動增量”,值得進一步探索。

    流域治理需要站在城市尺度上去考慮,不能作為末端治理項目對待。在具體治理中,不能只盯下游治理,要控制上游水質,這一點僅靠截污效果還不夠,需在上游推行清潔生產思路。建議建立一個流域生態的模型,倒推環境容量,再來考慮應該采取什么措施。 “在治理過程中,我們對洛河特質及周邊產業現狀進行分析,再制定方案。將洛河需要治理的32公里分為郊外生態段、創意產業段、城市活力段、歷史文化段四段進行,目前正在實施歷史文化段?!?/span>

    流域治理是一項復合性業務,涉及環保、市政、水利、生態、建筑等多方面問題。如何將企業、技術進行合理集成,將是工程進行中一個重要問題。北控在流域治理中的三個關鍵支撐便是投融資體系、技術體系及企業生態群。其中,有些拉動政府,有些負責招商,有些專注流域治理。

    在項目洽談階段,有經驗的政府會著重看合作方是什么陣容的方陣,可以整合多少資源來投入治理,企業生態群的建立不僅利于具體治理,也方便與政府協商。此外,在技術體系也有功能劃分,如黑臭水體可分為流動水體和封閉水體兩類,這兩類水體所需要的治理技術完全不同;即使針對某一種水體,也需要多種技術的配合協作,一種技術很難包打天下。但同時水環境綜合整治項目也具有重要的實踐意義,它打破了原有地區水務業務單一條線,將排水設施的規劃設計與城市的水生態設計理念實現真正的基層結合,打破水務自然壟斷特征所帶來的壁壘鎖定,提升了環境行業的整體投資與技術效率,能夠有效推動環境保護治理體系的深層次改革取得較好效果。

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