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创新流域治理模式 提升治污能力水平——清潩河课题成果介绍

2017-11-15

针对清河流域水环境质量整体提升和功能恢复所面临的入河污染负荷高、治理难度大、环境流量匮乏、河道自净能力差、农业面源氮污染控制难、流域综合管理能力弱等问题,郑州大学牵头的科研团队在国家水体污染控制与治理重大科技专项课题“清河流域水环境质量整体提升与功能恢复关键技术集成研究与综合示范课题”(课题编号:2015ZX07204-002,以下简称“清河课题”)的支持下,从水质、水量、水生态、水管理四大方面,提出了“点线管”流域综合治理创新模式,通过治理技术创新和管理技术创新两轮驱动带动提升了流域整体污染治理水平。

一、发制品产业集聚区节水减排与污染控制关键技术

发制品产业集聚区节水减排与污染控制技术体系以“少输入多回用少排放”为目标,开发了发制品行业新型连续逆流冲洗技术、工序内废水原位提升与回用技术、工序间废水梯次回用技术等节水关键技术,同时研发了超声辅助发制品酸洗、漂洗、染色污染减排技术,通过筛选出一种可替代氨水的无机碱B创新了发制品行业新型中和技术;通过合成淀粉改性絮凝剂改良混凝技术大大降低了絮凝剂的投加量,通过研发铁铜双金属预处理高级氧化技术改进了难降解有机物预处理技术,优化了发制品行业废水的稳定达标处理工艺;研发了发制品产业集聚区内综合污水多段A/O强化硝化技术,该技术成本低于1.2元/吨;通过外排尾水人工湿地生态深度净化技术研发,使产业集聚区外排尾水满足地表水Ⅴ类水标准,最终形成发制品行业“工艺节水减排企业内污染物削减集聚区污水深度净化”全过程污染控制技术体系。在此基础上,通过示范该技术体系,形成了发制品产业集聚区的生态构建与产业发展模式。

二、综合类产业集聚区高氨氮混合废水污染物深度削减关键技术

为使清河综合类工业集聚区高氨氮混合废水排放满足入河水质标准,通过开展清河典型工业行业氨氮的来源解析及排放特征研究,提出并优化了基于氨氮吹脱、吸附、化学转化、生物转化等的组合技术,形成高氨氮污水源头削减与控制技术。研发了基于强制增氧硝化菌高生物量维持新型氨氮吸附材料的高氨氮混合废水稳定达标强化技术,并以人工湿地塘系统组合工艺作为尾水生态深度净化主体设施,研发与集成尾水生态深度净化技术。通过将源头控制、强化硝化、生态净化技术进行系统集成,形成了“物化生物生态”相结合的高氨氮混合废水深度处理技术。通过外排尾水人工湿地生态深度净化技术研发,使人工湿地出水水质稳定达到COD≤30毫克/升、氨氮≤1.5毫克/升、总磷≤0.3毫克/升。

三、高度集约化农田氮污染控制适用集成技术

通过小流域尺度氮素收支模型的建立与农田氮素迁移转化过程研究,研发了农田保产减量施肥、测土配方施肥、有机肥配比施用等单项技术,突破了农田减氮增效及氮流失田间控制技术、土壤氮素容留固持技术、秸秆快腐还田技术、生态沟渠多阶湿地农田径流氮磷拦截技术等重点技术,全面贯彻“源头减负过程生态拦截末端消纳净化”的全过程控制技术思路,构建了高度集约化农田(面源)氮污染从源头到过程的系统控制技术体系和农田清洁种植管理规范,为实现流域入河面源污染物负荷的有效削减提供了技术支撑。

技术示范和推广应用表明,土壤氮素容留固持技术利用生物质炭改良土壤,以碳促氮,可增加土壤全氮含量8.18%,增加土壤有机质含量13.1%;筛选得到的农田秸秆快腐真菌对秸秆降解率可达到25%以上;在示范区冬小麦种植肥料施用量减少三分之一、玉米种植肥料施用量减少将近40%的条件下,示范区土壤中氮磷含量高于周边土壤,且种植的冬小麦和玉米长势更好,抗倒伏能力强,产量有一定增加。

四、环境流量调控与生态水系构建关键技术

针对流域天然降雨径流不足、严重依赖外部调水、人工干扰强度大等问题,通过界定环境流量组成,依据景观需求及分质供水的原则,以河道关键节点环境流量需求为调配目标,实现“水源河段节点”的配置,并提出了一系列水资源优化调配方案集,解决了“长江水、黄河水、淮河水”齐聚许昌后新的水源配置格局下的优化调配。建立流域分布式水文模型,突破了基于“水文水动力水质”模拟的环境流量调控关键技术,以满足环境流量为目标,优先利用流域内水源进行河湖水系动态循环,提出了定期换水与常年循环模式相结合的强人工干扰流域环境流量调控方案,实现了以流量为主的水量水质统筹调配。研发了近自然河岸缓冲带构建、复合悬浮生态岛、生态滤坝、生物膜强化净化、微生物植物协同净化、微生境构建、水生生物多样性恢复等单项技术,形成分段多层次河道水体原位生态强化净化集成技术体系,能够削减水体污染物COD 20%30%、氨氮30%40%、总磷20%30%。开展了丁坝群、深槽浅滩、堰/砾石群构建等水生生物微生境改善适用技术研究,研发了不同模式的水生生物功能群(水生植物底栖动物)的生物配置与组合技术,形成了河道微生境改善和水生生物多样性恢复集成技术,改善后河道可使用栖息地面积为原河道的40倍,提高生物多样性高达40%以上,进一步实现水生态系统结构完整性,增强水体自净能力。

五、水质目标管理和多目标多部门综合管理技术

针对流域水环境管理需求,运用协同学的基本概念和研究范式开展水环境多部门协同管理研究,建立了能够为水环境多部门协同管理提供决策支撑和依据的水环境多目标多部门协同管理模型。开展了基于水质目标管理的流域水质改善支撑技术研究,根据流域水质目标管理的内涵,结合清河流域特点,形成以小流域水生态环境功能区划分技术、流域污染源解析技术、北方小流域缺资料地区动态环境容量核定技术为核心的水质目标管理体系。构建了基于BDS(北斗定位监控系统)、RS和GIS的流域多目标多部门综合管理决策平台,实现了流域水环境质量评估、服务与决策的智能化和科学化。

河课题为破解北方地区天然径流匮乏,人工干扰重,工业化、城镇化带来的污染排放和集约化农业面源污染叠加的混合型污染河流的水污染问题提供了系列成套技术。课题提出的“点线管”流域综合治理创新模式、环境流量调控技术、河道水体原位生态强化净化技术、河道微生境改善技术和生物多样性恢复技术、水质目标管理和多目标多部门协同管理技术等成果已成功应用于河南省水污染防治攻坚战“1+2+9”方案中的水污染防治联防联控制度、四大流域水污染攻坚方案中,同时对建立豫冀鲁晋陕皖污染联防联控机制提供了重要技术支撑,在河南省淮河流域双洎河、惠济河、河和海河流域的汤河、卫河等河流水体达标方案的编制及水环境污染的治理中也都提供了重要技术支撑。