五大創(chuàng)新還“母親河”一河清水
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白塔堡塘濕地處理工程
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蒲河流域水生態(tài)新貌
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西部污水處理廠擴(kuò)建示范工程
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HVC生物強(qiáng)化人工濕地工程
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沈陽市污泥干化示范工程
項目背景
“渾河作為遼寧省重要河流之一，其水質(zhì)直接影響沿岸城市居民生活，必須嚴(yán)格監(jiān)管、切實整治。”在不久前召開的國家地表水自動站建設(shè)工作推進(jìn)會上，環(huán)境保護(hù)部有關(guān)負(fù)責(zé)人這樣說道。作為遼沈地區(qū)重要的生產(chǎn)、生活用水主要來源，也是遼寧省流經(jīng)面域最廣、水資源最豐富的內(nèi)河，渾河被譽為沈撫人民的“母親河”。近年來，雖經(jīng)不懈努力，渾河水質(zhì)得以改善，但在渾河中游，遼河流域工業(yè)企業(yè)及城市群聚集于此，流域人口密度大、污染排放強(qiáng)度大、污染分布集中，渾河水環(huán)境安全仍然存在問題。
為解決渾河污染問題，國家水專項“遼河流域水污染綜合治理技術(shù)集成與工程示范項目”（以下簡稱“遼河項目”）提出：“以遼河流域水環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善為核心，通過技術(shù)研發(fā)、綜合集成和全流域的技術(shù)應(yīng)用和工程示范，全面支撐遼河流域控源減排和水生態(tài)修復(fù)。”項目著力突破流域重點行業(yè)清潔生產(chǎn)及循環(huán)經(jīng)濟(jì)、常規(guī)污染負(fù)荷持續(xù)削減、營養(yǎng)物大幅度削減、特征污染物有效削減等關(guān)鍵技術(shù)，研發(fā)流域非點源污染控制技術(shù)、濕地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)重建與河流生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵技術(shù)，按照污染控制單元進(jìn)行技術(shù)集成和應(yīng)用示范，形成遼河流域五大典型重污染行業(yè)整裝成套治理技術(shù)，技術(shù)支撐遼河流域干流豐水期、平水期全面達(dá)到Ⅴ類，枯水期80%斷面達(dá)到水功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
針對渾河中游污染來源及變化特征，“十二五”“渾河中游水污染控制與水環(huán)境綜合整治技術(shù)集成與示范”課題（簡稱“渾河中游課題”）著重開展：重污染行業(yè)控源減排-工業(yè)園區(qū)污染持續(xù)削減-污水處理廠提標(biāo)改造-河流水環(huán)境整治等內(nèi)容研究。其中針對渾河中游制藥園區(qū)廢水，研發(fā)難降解污染物與生活污水的共代謝技術(shù)；針對蒲河小流域農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水，研發(fā)廢水深度處理及資源化回用技術(shù)；針對渾河中游水質(zhì)改善目標(biāo)對生活污水處理的新要求，以及污泥處理處置的難題，研發(fā)污水處理廠提標(biāo)改造及污泥資源化利用技術(shù)；針對渾河中游水環(huán)境污染和水生態(tài)系統(tǒng)脆弱的問題，選取蒲河和渾南水系開展水質(zhì)改善、水生態(tài)修復(fù)技術(shù)研究。課題共研發(fā)污染控制關(guān)鍵技術(shù)14項；提出治理工程建議兩項，形成區(qū)域水環(huán)境管理與水污染治理技術(shù)方案3套，實現(xiàn)了污染物在“源-流-匯”代謝過程中的連續(xù)削減。通過技術(shù)研發(fā)、集成與工程示范，大幅降低渾河中游段COD、氨氮污染負(fù)荷，為區(qū)域水質(zhì)持續(xù)改善和水生態(tài)修復(fù)提供有力技術(shù)支撐。
渾河中游課題選定的示范區(qū)集中在渾河中游沈陽段，也是遼河項目重點示范區(qū)，通過課題的實施，能夠技術(shù)支持渾河中游段國控出境斷面（于家房）水質(zhì)滿足Ⅴ類水質(zhì)要求（氨氮達(dá)4.0毫克/升）。課題重點突破成套的制藥園區(qū)尾水與生活污水綜合處理技術(shù)、農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水再生資源化回用技術(shù)、污水處理廠脫氮提標(biāo)改造技術(shù)、污泥干化減量與資源化利用技術(shù)、河濱濕地污染凈化與生境改善等五大創(chuàng)新技術(shù)，開展技術(shù)應(yīng)用工程示范，支持區(qū)域COD負(fù)荷持續(xù)削減、氨氮大幅度削減和水質(zhì)改善目標(biāo)。創(chuàng)新支撐水污染治理和水環(huán)境整治工程建設(shè)，還渾河“母親河”一河清水，水專項發(fā)揮了重要作用。
創(chuàng)新1
解決制藥園區(qū)廢水處理難題
課題創(chuàng)新污染物“源-流-匯”全過程連續(xù)削減技術(shù)，解決了難降解制藥園區(qū)尾水的低成本穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放問題。技術(shù)主要包括園區(qū)尾水的臭氧氧化、水解酸化強(qiáng)化預(yù)處理技術(shù)、預(yù)處理后的尾水與生活污水的共處理技術(shù)。
制藥園區(qū)尾水之所以難處理，是由于含有難生物降解的有毒有害物質(zhì)。同時，未經(jīng)處理的制藥園區(qū)尾水易穿透生化處理而直接進(jìn)入外部水環(huán)境，進(jìn)而危害人體健康。制藥園區(qū)內(nèi)經(jīng)過生物法處理的廢水中COD仍高達(dá)300毫克/升，其中含有大量如對甲基苯酚、苯乙酮等難降解有機(jī)物，B/C比小于0.1，可生化性差。
課題組在沈陽市建設(shè)了占地200平方米的現(xiàn)場試驗基地，利用混凝沉淀、污泥吸附、水解酸化、高級氧化等多種物化、生化單項技術(shù)及其組合工藝對制藥園區(qū)尾水進(jìn)行預(yù)處理，并開展預(yù)處理后尾水與生活污水的共處理實驗。
在此基礎(chǔ)上，研發(fā)了處理規(guī)模為10噸/日的中試處理裝置，根據(jù)試驗結(jié)果進(jìn)行了技術(shù)篩選和參數(shù)優(yōu)化，形成了完整的制藥園區(qū)尾水與生活污水綜合處理全流程工藝。臭氧氧化和水解酸化組合工藝強(qiáng)化制藥廢水預(yù)處理研究表明：臭氧投加20~30毫克/升、水解酸化時間6小時~9小時，B/C比可提升到0.3以上；經(jīng)過預(yù)處理的制藥廢水與COD為500毫克/升的生活污水經(jīng)過改良A2/O工藝共處理，利用生物共代謝原理，在實現(xiàn)出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放的同時，廢水毒性降低50%左右，減少對生態(tài)環(huán)境的威脅。
在“十二五”沈陽7萬噸/日制藥園區(qū)尾水與18萬噸/日城市污水共處理重點工程建設(shè)中，B/C比由不足0.1提高到0.3左右，實現(xiàn)年削減COD3萬余噸、氨氮2000余噸、總磷300余噸，噸水處理成本1.15元左右，將極大改善受納水體細(xì)河的水質(zhì)。以上技術(shù)申請國家發(fā)明專利3項，其中1項已獲授權(quán)，并在渾河中游沈陽西部污水處理廠建設(shè)工程中應(yīng)用，為工業(yè)園區(qū)尾水的處理提供了可推廣的技術(shù)和模式，環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會效益顯著。
創(chuàng)新2
農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水能回用
農(nóng)副產(chǎn)品加工是沈陽市支柱產(chǎn)業(yè)之一。然而，農(nóng)副產(chǎn)品加工產(chǎn)生大量廢水，使當(dāng)?shù)氐墓I(yè)廢水結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化，形成了沈陽市北部地區(qū)新的污染源。而且，農(nóng)副產(chǎn)品加工業(yè)的需水量大且再生利用水平較低，給區(qū)域水資源開發(fā)利用帶來較大壓力。
為了解決以上問題，課題組提出將農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水深度處理，在控制污染的同時實現(xiàn)污水再生資源化利用的策略。他們創(chuàng)新技術(shù)，研發(fā)了HVC生物強(qiáng)化人工濕地。污水在濕地床內(nèi)流動，利用特性基質(zhì)-微生物-植物的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、共沉、離子交換、植物吸收和微生物降解等實現(xiàn)對廢水的凈化，從而達(dá)到回用要求。這種做法一方面可充分利用微生物固定化填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層土和填料的攔截作用，提高處理效果和處理能力；另一方面，水流在地表下流動，具有保溫性好、處理效果受氣候影響小等優(yōu)點。HVC生物強(qiáng)化人工濕地的建設(shè)不僅提高了廢水的處理效果，也改善了園區(qū)的景觀環(huán)境，形成“生物+生態(tài)”、“污染控制+污水再生利用”的農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水處理新模式。
本技術(shù)為滿足農(nóng)副產(chǎn)品加工廢水再生利用的水質(zhì)要求，針對肉類加工行業(yè)SBR生化處理后出水進(jìn)一步深度凈化處理，為企業(yè)提供可靠穩(wěn)定的回用水源，實現(xiàn)減排和綜合利用等目標(biāo)。研發(fā)HVC生物強(qiáng)化人工濕地深度處理技術(shù)，通過改進(jìn)濕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)，布設(shè)多級微生物固定化填料，提高污染物尤其是對氮、磷污染物的去除。HVC生物強(qiáng)化人工濕地在進(jìn)水水力負(fù)荷達(dá)到0.3立方米/平方米·日時系統(tǒng)運行較穩(wěn)定，COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別為47%、58%、56%和55%。廢水處理后達(dá)到景觀回用、待宰圈沖洗、洗車、綠化等用水水質(zhì)要求。技術(shù)應(yīng)用于1000噸/日肉類加工廢水處理工程，節(jié)約新鮮水約408噸/日。
目前，核心技術(shù)HVC生物強(qiáng)化人工濕地深度處理技術(shù)已應(yīng)用到遼河流域及其他地區(qū)，如青海省西寧市寧湖城鎮(zhèn)污水處理人工濕地深度處理工程（2萬噸/日）、遼寧省阜新市細(xì)河伊嗎圖三號濕地工程（1萬噸/日）等，為改善當(dāng)?shù)厮h(huán)境質(zhì)量做出了重要貢獻(xiàn)。
創(chuàng)新3
污泥處置再添新招
從“十一五”開始，沈陽市污水處理能力快速提升，到“十一五”末，污水處理能力達(dá)到200萬噸/日。與此同時，污水處理廠污泥產(chǎn)生量也迅速增加至1000余噸/日。沈陽市決定建設(shè)東北地區(qū)第一家污泥處理處置廠，負(fù)責(zé)全市建成區(qū)污水處理廠剩余污泥的安全處理處置，為保證這一工程的成功，將工程的技術(shù)需求納入水專項研究。
課題結(jié)合沈陽市污泥特點和農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)生現(xiàn)狀，進(jìn)行污泥生物干化技術(shù)研發(fā)。針對污泥處理量大、脫水難的問題，研發(fā)了基于分散抗粘共基質(zhì)發(fā)酵物的污泥生物干化技術(shù)，利用分散性好、價廉易得、便于儲運的農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼作為共基質(zhì)實現(xiàn)生物發(fā)酵。還研發(fā)了溫?zé)峋赫{(diào)控的強(qiáng)化污泥生物干化技術(shù)，通過混料配比的優(yōu)化及曝氣參數(shù)的控制等措施，精簡了污泥生物發(fā)酵干化工藝流程，提高了工藝效率，使污泥含水率由80%降至35%，形成1000噸/日的污泥生物干化處理能力，沈陽市80%的污泥得到處理處置，實現(xiàn)了沈陽市建成區(qū)污泥安全處理全覆蓋。
溫?zé)峋赫{(diào)控強(qiáng)化污泥生物干化的新技術(shù)與現(xiàn)行技術(shù)有什么不同？一方面是通風(fēng)策略的優(yōu)化：經(jīng)過現(xiàn)場測定溫度場，結(jié)合CFD模擬技術(shù)，明確通風(fēng)過程中堆體溫度變化過程，實現(xiàn)通風(fēng)策略的優(yōu)化。另一方面是溫?zé)峋旱恼{(diào)控技術(shù)：在通風(fēng)策略優(yōu)化的基礎(chǔ)上，研究優(yōu)化菌群結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)提前兩天進(jìn)入菌群群落結(jié)構(gòu)的演變期，從而提升了了生物干化效率，縮短了發(fā)酵周期。
課題組在沈陽振興污泥處置有限公司進(jìn)行了現(xiàn)場的技術(shù)應(yīng)用及效益評估。現(xiàn)場試驗平行選取兩條堆體，試驗組按照優(yōu)化通風(fēng)策略進(jìn)行，對照組為污泥干化廠現(xiàn)行通風(fēng)策略。課題組對兩條堆體從污泥開始進(jìn)干化槽到最終結(jié)束發(fā)酵進(jìn)行全過程采樣，試驗組比對照組提前3天達(dá)到污泥干化的工藝設(shè)計目標(biāo)，且最終的干化效果分別為33%和38%，試驗組明顯好于對照組。微生物群落結(jié)構(gòu)分析也表明，污泥生物干化過程中，溫?zé)峋涸趦?yōu)化的通風(fēng)策略控制下實現(xiàn)了良好的交替。
以上污泥生物干化技術(shù)的應(yīng)用，不僅解決了污水處理廠污泥的安全處理處置難題，還產(chǎn)生了可以資源化的干化污泥產(chǎn)品，應(yīng)用推廣前景可期。
創(chuàng)新4
提升冬季濕地凈水效率
濕地及植物塘等生態(tài)處理技術(shù)是受污染河流水質(zhì)凈化的首選，具有成本低、景觀效果好等優(yōu)點。然而，傳統(tǒng)的濕地技術(shù)低溫期運行效率低，在北方寒冷地區(qū)冬季難以運行。針對傳統(tǒng)濕地冬季運行效率低的問題，課題組研發(fā)出新的復(fù)合潛流濕地，并通過強(qiáng)化濕地內(nèi)植物根系的根區(qū)效應(yīng)，提高植物的物化吸附、生物攝取、氧化分解及礦化等作用，實現(xiàn)了濕地低溫期穩(wěn)定運行，明顯改善對受污染河水的凈化效果。
課題研究設(shè)計的工藝技術(shù)在工程中進(jìn)行示范應(yīng)用，受污染河水先在前置閘壩滯水塘停留，去除懸浮物，降低雨水沖刷影響；經(jīng)提升泵進(jìn)入抗低溫潛流濕地，實現(xiàn)COD和氨氮的全年有效去除；然后進(jìn)入后置梯度植物塘深度脫氮除磷；處理后水體進(jìn)入景觀水體實現(xiàn)景觀回用。以沈陽市白塔堡河河口塘-濕地系統(tǒng)為例，處理規(guī)模達(dá)到3.0萬噸/日，可實現(xiàn)全年穩(wěn)定運行，處理出水氨氮和總磷去除率超30%，出水水質(zhì)滿足控制目標(biāo)。經(jīng)組合濕地及植物塘處理后的河水水質(zhì)穩(wěn)定，滿足渾河河流功能要求。
除了以濕地-塘系統(tǒng)為核心的河流水質(zhì)改善技術(shù)，課題還針對渾南白塔堡河的水環(huán)境、水生態(tài)、水安全等問題，基于河流健康水循環(huán)理念，進(jìn)行了污染河流整治技術(shù)的集成，構(gòu)建了污染河流水質(zhì)改善-水量調(diào)控-水安全風(fēng)險防控-水生態(tài)恢復(fù)四步走的綜合調(diào)控技術(shù)模式。研發(fā)出城市閘壩分割河流水動力恢復(fù)及水量調(diào)度技術(shù)，以沈撫灌渠目標(biāo)水質(zhì)Ⅳ類水為調(diào)水來源，按照計算優(yōu)化的水量調(diào)水，能夠提高水質(zhì)，使白塔堡河出水水質(zhì)達(dá)到Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)；研發(fā)出城市閘壩分割緩流水體水質(zhì)安全保障技術(shù)，可處理突發(fā)藻類水華污染事故；研發(fā)出抗低溫的潛流濕地技術(shù)，可以全年保障在削減河流中氮磷營養(yǎng)物的同時，去除水體中的有機(jī)污染物；研發(fā)出后置梯度植物塘技術(shù)，可充分利用光照以及不同類型植物特點，實現(xiàn)高效植物群落構(gòu)建，進(jìn)而提升植物對污染物的凈化效果。以上技術(shù)集成系統(tǒng)，在沈陽市白塔堡河的整治中發(fā)揮了重要作用，為2013年沈陽市舉辦第十二屆全運會水環(huán)境安全提供了保障，也為類似河流的整治提供了技術(shù)模式借鑒。
創(chuàng)新5
構(gòu)建河流立體凈化系統(tǒng)
針對受污染城市河流水質(zhì)提升與保障需求，課題研發(fā)了受污染城市河流立體凈化系統(tǒng)，技術(shù)策略是：研究水體對流復(fù)氧改善水體溶解氧和改善底質(zhì)的條件，促進(jìn)形成好氧性生物凈化河床；研發(fā)大型植物浮島，建立表流水體凈化床；研發(fā)適用性生物漂帶，形成水體空間凈化床。立體型凈化系統(tǒng)的多重功效，可以實現(xiàn)污染支流河口和河流水質(zhì)改善的目的。
在技術(shù)研發(fā)過程，根據(jù)工程實際需求，研制了一系列適用于河道水質(zhì)改善的設(shè)備和設(shè)施，包括：適用于水體對流復(fù)氧的太陽能復(fù)氧機(jī)和蓄供電系統(tǒng)、改進(jìn)型推流式復(fù)氧機(jī)和水下射流復(fù)氧機(jī)、適用于水體表面凈水的組合式植物浮島和水下組合式生物飄帶凈水設(shè)施等。這些設(shè)備和設(shè)施大部分已獲取國家實用新型專利，彌補(bǔ)了國內(nèi)產(chǎn)品的不足，為技術(shù)的工程應(yīng)用和成果推廣奠定了基礎(chǔ)。
在蒲河污染支流河口立體凈化技術(shù)示范中，采用對流復(fù)氧技術(shù)在河口1萬平方米水面安裝8臺改進(jìn)型復(fù)氧設(shè)備，通過太陽能發(fā)電蓄電，設(shè)備每日工作時間可達(dá)15小時；優(yōu)選出適合蒲河水質(zhì)凈化的植物鳳眼蓮和美人蕉，利用其強(qiáng)大的吸污能力實現(xiàn)水質(zhì)凈化；設(shè)計了組合可調(diào)的生物浮島和鳳眼蓮圍欄，實現(xiàn)了靈活布設(shè)和應(yīng)用；研發(fā)了布設(shè)于水下的下沉式片狀生物漂帶，克服了水體中雜物影響和漂帶清理難題。以上技術(shù)組合形成河流在線集成凈化系統(tǒng)，在污染支流河口水質(zhì)凈化中發(fā)揮了重要作用，F(xiàn)場試驗和技術(shù)示范表明，河流立體凈化系統(tǒng)在技術(shù)上實現(xiàn)了物理法、生物法和物理化學(xué)法有機(jī)結(jié)合，在設(shè)備上實現(xiàn)了水體復(fù)氧、植物凈化和漂帶生物凈化設(shè)備的組合應(yīng)用，形成了適用性的城市河流水體凈化技術(shù)系統(tǒng)和裝備。
立體凈化系統(tǒng)在渾河中游典型城市河流蒲河的水質(zhì)提升和保障中發(fā)揮了重要作用，污水處理廠尾水的濕地持續(xù)凈化技術(shù)、污染支流河口立體水質(zhì)凈化等技術(shù)在蒲河重點河段水質(zhì)維護(hù)方案制定和實施中得到應(yīng)用，促進(jìn)了沈陽城市生態(tài)水網(wǎng)的建設(shè)。隨著“水十條”的深入實施，城市水環(huán)境的提升成為越來越急迫的任務(wù)，立體凈化系統(tǒng)等技術(shù)有望得到更多的應(yīng)用與推廣。邢飛龍課題組
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