集成流域水環(huán)境管控技術(shù) 筑牢供水安全屏障
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低碳尾水生態(tài)礫間濕地脫氮除磷集成技術(shù)
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生態(tài)塘初雨凈化技術(shù)
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受污染河道前置滯留塘渠及旁路河道水質(zhì)修復(fù)技術(shù)
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深圳市環(huán)境科學(xué)院牽頭開展了“十二五”水專項東江項目第4課題，參與單位有中國環(huán)境科學(xué)研究院、生態(tài)環(huán)境部華南環(huán)境研究所、暨南大學(xué)和東莞理工學(xué)院。這個課題在“十一五”水專項優(yōu)質(zhì)水源水質(zhì)風(fēng)險預(yù)報與控制、排水生物毒性監(jiān)測、痕量毒害污染物篩選及水生態(tài)系統(tǒng)健康監(jiān)測與評估、典型行業(yè)排水持續(xù)凈化與廢水脫毒減害等研究成果的基礎(chǔ)上，針對飲用水水源存在的高營養(yǎng)鹽及特征毒害污染物等風(fēng)險管控問題，以高品質(zhì)飲用水水源安全保障為目標，通過開展供水水質(zhì)風(fēng)險控制與管理體系、優(yōu)先控制污染物治理、受污染支流污染綜合防治的研究與示范，構(gòu)建了“風(fēng)險管理——風(fēng)險控制——水質(zhì)改善”的供水工程水環(huán)境保護及管控技術(shù)體系，形成“源頭——支系——水庫”一體化多級水質(zhì)安全保障模式，為供水水質(zhì)安全保障提供可行的技術(shù)方案。
研究成果
課題針對飲用水水源供水的高營養(yǎng)鹽及特征毒害污染物等風(fēng)險管控問題，構(gòu)建了流域風(fēng)險源識別、水污染應(yīng)急決策、水質(zhì)安全保障管理等風(fēng)險管理體系，集成了調(diào)水工程的水質(zhì)風(fēng)險與生態(tài)保障防控技術(shù)，研發(fā)了污水處理廠點源、鄉(xiāng)村面源、工業(yè)園區(qū)及河道水系等污染控制技術(shù)，突破了南方地區(qū)高速發(fā)展城市人工濕地群水質(zhì)改善關(guān)鍵技術(shù)，進行10項工程示范，為實現(xiàn)供水水質(zhì)穩(wěn)定達到地表水Ⅱ類目標提供了技術(shù)支持和效果示范。
水質(zhì)安全保障管理體系
在全面調(diào)查分析供水工程流域內(nèi)污染源、道路交通、工程布局、水文特征等方面基礎(chǔ)上，通過風(fēng)險源診斷與系統(tǒng)評估，確定了流域污染源風(fēng)險由大至小依次為污水溢流、垃圾填埋場、污水處理廠和工業(yè)企業(yè)，水庫流域污染源風(fēng)險由大至小依次為交通事故、截污工程溢流和工業(yè)企業(yè)，形成了流域風(fēng)險源動態(tài)數(shù)據(jù)庫。優(yōu)化了供水工程水質(zhì)監(jiān)測斷面，調(diào)整水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)，建立供水工程水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)水質(zhì)實時監(jiān)控，并編寫了供水水質(zhì)管理實施方案、供水水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)運行管理方案等。
針對流域水質(zhì)風(fēng)險和藻華風(fēng)險，在GIS的空間數(shù)據(jù)管理和模型分析功能的基礎(chǔ)上，研發(fā)了供水工程水質(zhì)風(fēng)險預(yù)測預(yù)警模型、水庫藻華時空分布的短期和長期預(yù)測模型，開發(fā)出了供水工程水質(zhì)管理信息與風(fēng)險控制輔助決策系統(tǒng)。制定了供水工程水質(zhì)風(fēng)險控制等管理策略，實現(xiàn)供水工程水質(zhì)風(fēng)險的有效管控，減輕水質(zhì)風(fēng)險發(fā)生的機率。
水質(zhì)風(fēng)險控制技術(shù)集成
針對供水工程來水有機物和氮磷營養(yǎng)鹽偏高、水庫存在發(fā)生藻華的風(fēng)險問題，研發(fā)了調(diào)水工程多級快濾吸附氧化水質(zhì)風(fēng)險應(yīng)急技術(shù)、水庫富藻區(qū)營養(yǎng)鹽攫取與生態(tài)系統(tǒng)原位修復(fù)技術(shù)等兩項水質(zhì)風(fēng)險控制技術(shù)，有效削除供水工程水庫水質(zhì)存在的水質(zhì)安全風(fēng)險。
1.調(diào)水工程多級快濾吸附氧化水質(zhì)風(fēng)險應(yīng)急技術(shù)
針對供水工程來水有機物、氮磷營養(yǎng)鹽及藻類密度偏高引起的潛在突發(fā)性水華風(fēng)險問題，開發(fā)了快濾、吸附和氧化的三級去藻組合工藝方案。研制出精度范圍為0.5~20μm的多級袋式過濾系統(tǒng)，高效、快速、持久地對來水中不同粒徑范圍的懸浮顆粒物、膠體和藻細胞分級去除；研發(fā)了具有高效脫氮除磷去藻效果的自然曝氣內(nèi)循環(huán)濾式生物模塊反應(yīng)器，進一步削減水體氮磷營養(yǎng)鹽含量；優(yōu)化了臭氧工藝反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，提高了水氣接觸面積和臭氧反應(yīng)效率，強化了臭氧對有機污染物、氨氮的降解能力；形成了“多級快濾+強化氧化+深度吸附”水質(zhì)風(fēng)險應(yīng)急處理集成技術(shù)，出水水質(zhì)CODMn≤4mg/L、BOD5≤3mg/L、NH3-N≤0.5mg/L、葉綠素≤10μg/L，主要指標穩(wěn)定達到地表水Ⅱ類標準，綜合富營養(yǎng)指數(shù)控制在Ⅱ類中營養(yǎng)水平，實現(xiàn)了調(diào)水工程水華風(fēng)險高效、快速控制及水質(zhì)達到地表水Ⅱ類的目標。
這項技術(shù)應(yīng)用于水庫來水風(fēng)險應(yīng)急處理示范工程，處理規(guī)模2000m3/d，出水CODMn、BOD5、NH3-N、DO、pH等指標達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）》Ⅱ類標準，較傳統(tǒng)技術(shù)占地面積減少30%~40%、建設(shè)成本降低15%~20%。
2.水庫富藻區(qū)營養(yǎng)鹽攫取與生態(tài)系統(tǒng)原位修復(fù)技術(shù)
針對水庫營養(yǎng)鹽偏高、藻華易發(fā)的風(fēng)險問題，研發(fā)了活性覆蓋材料、水生植物修復(fù)專利技術(shù)，結(jié)合生態(tài)軟隔離帶專利技術(shù)，集成“邊坡營養(yǎng)鹽攔截——底質(zhì)內(nèi)源覆蓋——水生植物攫取——食物網(wǎng)調(diào)控”的水質(zhì)改善與生態(tài)原位修復(fù)技術(shù)。通過在庫岸區(qū)構(gòu)建有隔離槽和植物帶的生態(tài)軟隔離坡面，利用軟性骨料和植物根系固土護坡，實現(xiàn)對邊坡面源污染的攔截；設(shè)計“多介質(zhì)立體化”原位處理工藝，研究不同覆蓋材料對底質(zhì)氮磷釋放及重金屬吸收的影響，篩選出危害小、再生率高的環(huán)境協(xié)調(diào)型覆蓋材料（沸石、椰殼活性炭、沙礫）；挑選具有強效吸收能力的水生植物物種，重建以沉水、挺水、浮葉植物及復(fù)合生態(tài)浮床為核心的植物群落，削減水體氮磷營養(yǎng)鹽含量，抑制藻類光合作用，降低藻華暴發(fā)風(fēng)險；利用食物網(wǎng)生態(tài)調(diào)控技術(shù)，構(gòu)建以浮游動物、大型底棲動物、肉食性魚類為核心的動物群落，對富藻區(qū)水生食物網(wǎng)進行生物操縱，達到改善水質(zhì)、維持生態(tài)穩(wěn)定、增加生物多樣性的效果。
這項技術(shù)應(yīng)用于水庫富藻區(qū)氮磷營養(yǎng)鹽攫取與水質(zhì)改善技術(shù)示范工程，建設(shè)面積1萬平方米。經(jīng)過生態(tài)修復(fù)的水體CODMn、BOD5、NH3-N、TN、TP等主要指標達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）》Ⅱ類標準，沉水植物覆蓋率達90%，有效地降低了水體中藻類（尤其是藍藻）和藻毒素含量，魚類和大型底棲動物的多樣性增加，修復(fù)后的生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)和能量流動模式（ECOPATH軟件模擬）向成熟方向發(fā)展，食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)趨于完善，原位生態(tài)修復(fù)效果顯著。這項技術(shù)解決了水庫藻華易發(fā)、內(nèi)源釋放難控、水質(zhì)多變等問題。
水質(zhì)改善技術(shù)集成
供水工程流域徑污比小，即使污水處理廠尾水全部達標處理后排入水體，河流水體中氮磷濃度仍然超標，尾水必須深度處理，而且工業(yè)園區(qū)排水導(dǎo)致尾水中特征污染物濃度升高，不能滿足高品質(zhì)飲用水水質(zhì)要求；流域降水集中，初雨污染負荷高，是雨季污染負荷的重要來源；鄉(xiāng)村面源污染空間上較為分散，給污染控制帶來了困難；流域還分布有較多的垃圾填埋場，垃圾滲濾液對河流水質(zhì)造成威脅。針對上述問題，研發(fā)了低碳尾水生態(tài)礫間濕地脫氮除磷集成技術(shù)、受污染河道生態(tài)塘渠旁路水質(zhì)修復(fù)技術(shù)、鄉(xiāng)村面源污染控制與庫塘修復(fù)技術(shù)、氣膜吸收介孔炭吸附垃圾滲濾液處理技術(shù)、工業(yè)園區(qū)尾水優(yōu)先控制污染物高級氧化控制技術(shù)等5項水質(zhì)改善技術(shù)。
1.低碳尾水生態(tài)礫間濕地脫氮除磷集成技術(shù)
針對目前流域污水處理廠尾水氮磷濃度過高影響其生態(tài)回用的問題，研發(fā)了以牡蠣殼、水廠污泥和粉煤灰等廢物為原料的Ca-Al-Fe活性組分的高效除磷功能填料（磷吸附容量＞3.0mg/g），這種填料能顯著地提高尾水中磷的去除效果；構(gòu)建以親水性能好、吸附能力強的內(nèi)置式陶粒填料為骨架的生態(tài)強化礫間床，發(fā)揮“多孔填料——微生物”協(xié)同攔截、降解、吸收污染物的作用，解決了低碳源條件下微生物成膜難、掛膜量低、運行效果不穩(wěn)定等問題；通過優(yōu)化流程和濕地池填料布局，形成了低碳尾水生態(tài)礫間濕地脫氮除磷集成技術(shù)。這項技術(shù)較傳統(tǒng)人工濕地水力負荷提高兩倍，建設(shè)成本降低約20%~25%，對尾水中CODCr、BOD5、NH3-N、TP的平均去除率分別達到65%、68%、65%、62%，滿足了生態(tài)回用水對污水處理廠出水水質(zhì)的要求。
這個技術(shù)應(yīng)用于兩項示范工程：（1）污水處理廠低碳尾水強化脫氮除磷示范工程，處理規(guī)模為2.5萬m3/d，出水水質(zhì)CODCr、BOD5、NH3-N、DO、TP等指標達到地表水Ⅲ類標準，作為河道水質(zhì)改善的生態(tài)補水。
（2）受污染河水深度處理集成技術(shù)示范工程，處理規(guī)模8000m3/d，出水CODCr、BOD5、NH3-N、TP等指標穩(wěn)定達到地表水Ⅳ類標準。
2.受污染河道生態(tài)塘渠旁路水質(zhì)修復(fù)技術(shù)
針對受污染河道初雨污染負荷高、河道環(huán)境容量小等問題，提出了分散控制與就地處理相結(jié)合的河流初雨“集”、“蓄”、“滯”、“凈”的源頭控制污染模式。首先建立符合流域?qū)嶋H情況的河流初雨收集計算模型，確定初期降雨收集量；然后根據(jù)河流流向和沿岸地形構(gòu)建初雨沉淀塘和折流式旁路河道，實現(xiàn)塘“蓄”和河“滯”，并在塘河中和周邊空間分別種植多層級水生植物群落和陸生植物群落，對收集來的初期雨水進行原位高效持續(xù)生態(tài)凈化。這樣，就形成了受污染河道前置滯留塘渠及旁路河道水質(zhì)修復(fù)技術(shù)，較之傳統(tǒng)治理技術(shù)建設(shè)成本降低約30%~40%，對初雨中CODCr、BOD5、NH3-N、TP的平均去除率分別達到52%、51%、85%、65%。
這項技術(shù)應(yīng)用于支流初雨收集、處置及河道原位修復(fù)綜合示范工程，處理入庫初期雨水，最大處理規(guī)模1.6萬m3/d，并建成1.66公里的河道原位生態(tài)凈化系統(tǒng)，出水CODCr、BOD5、NH3-N、TP等指標穩(wěn)定達到地表水Ⅳ類標準。
3.鄉(xiāng)村面源污染控制與庫塘修復(fù)技術(shù)
針對鄉(xiāng)村面源污染物不同來源，研發(fā)了不同的處理工藝。對于鄉(xiāng)村家庭散排污水，采用強化化糞池——固定化微生物處理工藝，重點是突破了水廠污泥新型基質(zhì)填料的制備，這種填料能使污水中SS、CODCr、TN、TP去除率達80%以上，并且實現(xiàn)了水廠污泥的資源化；針對鄉(xiāng)村農(nóng)田、養(yǎng)殖等各類面源污染，采用立體化、多層次復(fù)合凈化生態(tài)浮床和庫塘水質(zhì)修復(fù)綜合處理工藝，最大程度發(fā)揮各要素之間的協(xié)同作用，形成“懸掛填料+水生植物+水生動物”復(fù)合微型污染凈化處理單元，構(gòu)建了“生境再造——生態(tài)育養(yǎng)”的河湖生態(tài)恢復(fù)技術(shù)體系，實現(xiàn)區(qū)內(nèi)水系CODCr、BOD5、NH3-N等的污染負荷降低50％，庫塘物種數(shù)量、植被覆蓋情況均有較大幅度提高，提升了水體自凈能力，實現(xiàn)庫塘截污變清流的過程控制，使其逐步由納污湖轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂猩鷳B(tài)修復(fù)和調(diào)節(jié)功能的景觀湖，實現(xiàn)了水質(zhì)可利用，流域面源“戶分散——村集中——塘停留——河湖凈化”的多尺度防控模式成效初顯。
這個技術(shù)應(yīng)用于兩項示范工程：（1）農(nóng)村污水深度處理示范工程，處理規(guī)模100m3/d，SS、CODCr、TN、TP去除率80%以上。
（2）多功能生態(tài)塘河湖生態(tài)恢復(fù)工程示范區(qū)，建成的示范區(qū)面積5萬m2，示范區(qū)內(nèi)水質(zhì)CODCr、BOD5、NH3-N等濃度降低50％，逐漸由納污湖轉(zhuǎn)變成為生態(tài)修復(fù)和調(diào)節(jié)功能的景觀湖。
4.氣膜吸收介孔炭吸附垃圾滲濾液處理技術(shù)
在“十一五”水專項垃圾滲濾液脫氮和提高可生化性研究的基礎(chǔ)上，采用基于疏水性聚四氟乙烯中空纖維膜的氣膜吸收技術(shù)，突破了垃圾滲濾液中高濃度氨氮的分離工藝，實現(xiàn)氨氮的資源化；采用介孔活性焦吸附方式，解決了有機物的深度去除的難題，避免了“雙膜法”處理垃圾滲濾液所帶來的濃水回灌問題；進一步優(yōu)化工藝流程，形成了基于膜吸收、多級A/O生化處理、介孔活性焦吸附的垃圾滲濾液處理集成技術(shù)。
這項技術(shù)應(yīng)用于垃圾滲濾液處理示范工程，處理規(guī)模50m3/d，已穩(wěn)定運行兩年，出水水質(zhì)CODCr去除率高于95%，NH3-N去除率高于98%，TP去除率高于95%，達到了《生活垃圾填埋場污染物控制標準（GB16889-2008）》表2標準，其工程投資約為6萬~7萬元/t，運行成本為40~50元/t。
5.工業(yè)園區(qū)尾水優(yōu)先控制污染物高級氧化控制技術(shù)
針對流域內(nèi)規(guī)；墓I(yè)園區(qū)排水導(dǎo)致尾水中環(huán)境雌激素、多溴聯(lián)苯醚、壬基酚、雙酚A等特征污染物超標問題，開發(fā)出了工業(yè)園區(qū)尾水優(yōu)先控制污染物高級氧化控制技術(shù)。利用活性焦發(fā)達的中孔孔隙結(jié)構(gòu)及良好的吸附性能，并結(jié)合O3的強氧化性對尾水鄰苯二甲酸酯類環(huán)境雌激素進行深度處理，實現(xiàn)鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸二乙酯、鄰苯二甲酸二甲酯等去除率達到90%以上。組合并優(yōu)化H2O2/UV+H2O2/O3兩級高級氧化工藝，對尾水中四溴雙酚A、雙酚A、十溴聯(lián)苯醚等持久性污染物的去除率均達到80%以上；在園區(qū)尾水中持久性污染物水平突然升至很高的惡劣條件下，提出了用納米零價鐵復(fù)合材料（M）與H2O2/UV+H2O2/O3兩級高級氧化聯(lián)合應(yīng)急處理方案，更有效去除尾水中持久性污染物，降低其對生態(tài)環(huán)境的風(fēng)險。
這項技術(shù)應(yīng)用于兩項工程示范：（1）污水處理廠尾水內(nèi)分泌干擾物控制示范工程：處理規(guī)模為2000m3/d，出水水質(zhì)鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸（2-乙基己基）酯等指標達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）》的集中式生活飲用水地表水源地特定項目標準限值。
（2）工業(yè)園區(qū)污水處理廠尾水深度處理示范工程：工程規(guī)模500m3/d，出水水質(zhì)四溴雙酚A、雙酚A、十溴聯(lián)苯醚等特征污染物的去除率均達到80%以上。
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