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乐鱼,原创论文|城市河湖水体综合整治与品质提升技术研究及示范应用 --郑兴灿 工学博士,教授级高级工程师,主要从事城市污水处理与资源化利用、城市水环境治理与海绵城市建设、绿色市政基础设施设计研究。
2023-12-03

焦点提醒:原创论文|城市河湖水体分析整治与质量晋升手艺研究和示范利用 --郑兴灿 工学博士,传授级高级项目师,首要处置城市污水处置与资本化操纵、城市水情况管理与海绵城市扶植、绿色市政根本举措措施设想研究。中国给水排水2023年中国污水中国给水排水2023年城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十四届)邀请函处理厂提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会(第七届)邀请函暨征稿启事中国给水排水2023年中国污水处理厂中国给水排水2023年城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会(第十四届)邀请函提标改造(污水处理提质增效)高级研讨会(第七届)邀请函暨征稿启事

原创论文|城市河湖水体分析整治与质量晋升手艺研究和示范利用

摘要:城市河湖水体水质的降落、水体景不雅与生态功能的缺掉,对城市水体生态功能和人居情况质量的晋升形成了严峻影响。在周全推动生态文明扶植和漂亮中国实现的新时期布景下,若何建立合适在我国城市河湖水体分析整治和功能质量晋升的系统性处理方案燃眉之急。跟着国度水体污染节制与管理科技严重专项的实行,颠末一系列城市河湖水体监测、评估、管理与修复手艺的研发与示范利用,总结凝炼出“城市水体监测评估—污染负荷节制—水体水质晋升—生态功能恢复”的全链条手艺系统,有用处理了我国城市河湖水情况监测评价、水污染节制、水情况整治、水生态恢复的手艺问题。在天津、重庆、安徽等重点流域、区域的示范利用验证了水专项手艺功效的系统性和适用性,增进了城市河湖水体整治手艺的成长与范围化利用,为我国城市水情况项目相干科研、设想、扶植、运维和监管人员供给了可参考鉴戒的手艺方案和项目经验。

郑兴灿

工学博士,传授级高级项目师,首要处置城市污水处置与资本化操纵、城市水情况管理与海绵城市扶植、绿色市政根本举措措施设想研究。

01

研究布景

跟着我国生态文明扶植、漂亮中国扶植、《水污染防治步履打算》等严重计谋摆设的提出与周全奉行,对城村夫居生态情况质量晋升,特别是消弭扶植和成长进程给天然情况带来的晦气影响方面,提出了愈来愈高的能力与质量要求。在城镇化成长历程中,起首要做到公道计划、科学实行、绿色低碳,同时统筹天然水生态情况健康和知足城市功能需求;其次,要对点源、面源、内源等各类污染源实施全进程、全时空、系统性的动态科学管控,对受污染和功能受损的水体进行分析整治、生境修复与生态恢复。

“十一五”时代,经由过程国度水体污染节制与管理科技严重专项相干项目标实行,在城市水污染节制、水体管理和水生态情况修复等方面冲破了一系列要害手艺并进行了示范验证。“十二五”“十三五”时代,重点霸占了针对城市水污染、城市黑臭水体、富养分化湖库的分析管理手艺,颠末要害手艺落地示范,挑选出切实有用的手艺方式并进行集成示范,连系区域水情况和城市化效应、天然水轮回与社会轮回良性耦合、水污染节制与景不雅生态建立等方面研究,凝炼总结出城市河湖水情况系统性管理的集成手艺系统、成套手艺方式和焦点设备产物,为我国城市河湖周全管理供给了切实可行的系列处理方案。

02

城市河湖水情况问题阐发

城市河湖水体是流域水系的主要构成部门,是水污染节制的要害节点和景不雅生态修复恢复的难点地点。因为较粗放的快速城镇化成长,城市河湖遭到的报酬扰动和污染物影响更加强烈,更具时空动态不肯定性,����APP其天然景不雅与水生态系统遭到的粉碎更加严峻,缺水、水质污染和富养分化问题遍及具有。从组成要素上,城市河湖水情况首要触及城市天然生物赖以保存的水体情况、抵抗洪涝灾难的韧机能力、水源的供授与来历、水体动态水质水量、渡水项目和从属举措措施、水陆全体人文景不雅、与四周情况协调水平等诸多方面。

2.1城市河湖水情况质量状态

图1为2006年以来我国城市水体的国控断面水质演化环境。

图12006年—2020年我国城市水情况(国控断面)水质演化

由图1可知,2006年—2008年地表水Ⅳ~劣Ⅴ类水的占比偏年夜,首要污染目标为COD、氨氮、总氮和总磷。2008年以后,国度水体污染节制与管理科技严重专项最先实行,与此同时,各地落地扶植了一多量水污染管理和水情况整治项目项目。能够看出,城市水体国控断面的Ⅰ~Ⅲ类水占比逐年增添,由“十一五”早期的53%晋升至“十三五”末期的80%,断面Ⅳ类水占比由9%晋升至18%,Ⅴ类、劣Ⅴ类水占比年夜幅度下降到2%。注解我国城市水情况质量已显现整体向好的趋向,城市水生态系统也最先获得改良。但需要特殊说起的是,我国城市水体非国控断面的水情况质量远低在国控断面,城市建成区水生态情况质量较着低在流域水系的干流和首要主流。

2.2首要问题阐发

形成我国城市水情况问题的成因无疑长短常复杂的,但最首要的缘由是城市道积和栖身生齿的快速膨胀,加上轻忽城市水情况容量的无限性和生态承载的懦弱性,激发城市水污染负荷的严峻超载、水生态情况的严峻透支。归纳起来,组成我国城市河湖水体问题的要害缘由首要包罗以下几个方面:

①城市污染负荷远超水情况承载力

我国城市建成区范围快速扩大,城市生齿密度年夜,年夜量糊口污水、工业废水、地表径流没有获得充实的污染物削减,不但形成城市水体严峻水情况问题,也对流域水情况组成要挟。其一,糊口污水量逐年增添,排水举措措施扶植老旧,混错接和不配套现象遍及具有,污水直排问题依然分歧水平具有;管网破损导致外水入流入渗,处置举措措施进水流量增添、污染物浓度偏低;部门举措措施运转保护不到位;部门处置出水难以知足水体补水水质要求,影响城市河湖水体水质,乃至致使城市水体黑臭。其二,城市快速扩大致使洪涝频发和汛期流量和峰值增高,带来较着的面源污染和洪涝灾难;污水管网和处置厂的能力无限,降雨期具有污水漫溢现象;最近几年极端天气带来叠加效应,旱季污染加重、洪涝加重。其三,我国城市工业成长敏捷,同时排放出年夜量工业废水,是城市水情况的首要污染源之一,高度工业化的城市区域,污染负荷跨越糊口源。

②城市水生态情况系统毁伤严峻

近20多年来,城市扶植范围的快速扩大,还带来必然水平的地盘不公道开辟操纵,城市水系统被报酬粉碎和不公道改变,河湖水域岸线、生态缓冲带、水源修养区、天然庇护区等常常被侵犯,围垦湖泊、填湖造地、河湖湿地退化萎缩等问题凸起,丛林、草原和湿地等天然生态用地面积不竭削减,生态空间遭到挤占,部门河流被水库、涵闸、泵站、漫水坝占有,水生态流量保障不足。加上水资本过度开辟,年夜量工业废水和糊口污水排放,致使城市水生态系统遭到分歧水平的粉碎,有的城市水生态系统乃至难以恢复。

③城市水质型和资本型缺水凸起

我国绝年夜部门城市具有水质型缺水或资本型缺水问题,此中,点源和面源污染物排放量年夜年夜超越城市水情况容量。因为遍及缺少优良的补水水源,城市水源遭到分歧水平的污染,这是致使城市水质型缺水的首要缘由。对水资本不公道的开辟操纵,再加上城市自己水资本的匮乏,是城市资本型缺水的主要缘由。

④城市具有多品种型的水平安隐患

一方面,部门城市的饮用水平安具有隐患,饮用水水源结构和布局具有严重风险。城市取水口和企业排污口在空间结构上交叉散布,部门饮用水源地庇护区规模和庇护区四周邻近区域具有工业企业和排污口。城市水源布局具有风险,贫乏备用水源,城市饮用水水源地水质风险较高。另外一方面,因为城市稠密的工业出产勾当和较高的生齿密度,年夜量新污染物在城市水体中被检出,组成潜伏的生态平安与健康风险。

⑤周全管理亟需律例与尺度引领

城市污染源排查息争析不敷周全,污染源节制与水质响应机理不敷清楚,手艺选择的持续性和延续性和适配度不敷。城市河湖水体水质与功能的评价尺度不健全,功能定位和水质水量要求不敷正确,难以客不雅表现城市河湖水体的特点和方针要求,障碍公道手艺的选择与实行。城市河湖水体生态修复手艺仍具有水质改良结果欠安、监管系统不完美、系统性不敷强等问题,没法对城市水体修复供给科学、精准、系统的政策引领和手艺指点,在手艺方案制订、项目实行和运维管控进程中具有较多的熟悉误区与不准确行动。

03

城市河湖水体分析整治手艺系统建立

城市河湖水体分析整治与质量晋升手艺系统框架布局如图2所示。建立的手艺系统侧重强调从“水体监测评估—污染负荷节制—水体水质晋升—生态功能恢复”的全链条进程,为我国城市河湖水体的分析整治和质量晋升供给较系统的完全的手艺处理方案。

图2城市河湖水体分析整治与质量晋升手艺系统框架

①城市水体监测评估

对水体监测,先前首要基在保守水质监测方式进行水质阐发。跟着消息手艺的成长,遥感和无线传感器手艺已利用在城市水体监测,可以或许快速取得河道、湖泊等水体的宏不雅水文水质数据。我国针对城市水体监测需求研发了污染溯源预警仪、特点污染物监测仪等装备,晋升了国产溯源预警装备的精度、正确度和市场据有率。对城市水体评估,先前首要沿用基在年夜标准水情况的水质单因子评价法和分析污染指数法,跟着水质评价模子的成长,水质模子逐步利用在分歧城市水体的评估。此中,基在城市内湖景不雅功能分析评价的目标系统(WQI),和基在接收光谱扫描(SPI)与水体表不雅质量指数(SQI)的河流水质感不雅质量评价系统等,填补了以《地表水情况质量尺度》(GB 3838—2002)进行城市水体质量评价所具有的不足。

②城市污染负荷节制

对水污染负荷节制,起初首要经由过程截污体例对入河入湖污染物进行节制,跟着排水管网的慢慢完美,糊口点源污染慢慢获得节制,从而加倍重视面源污染削减和内源污染管理。跟着水污染负荷节制手艺的成长,水专项开辟了“水生+湿生”动物不变群落建立和优化设置装备摆设、河湖底质生物活性多层笼盖等外源阻断与内源管理要害手艺、生态护岸和近岸带革新等10余项手艺。手艺功效的项目实行有用消弭了内源污染,鞭策由项目清淤为主到生态阻断为先的手艺进级。采取生态类手艺节制水体污染负荷,并开辟了无污染的新型环保材料,情况机能提高,但因为底泥疏通等装备能耗依然较高,成套手艺研究和整体经济机能还待晋升。

③城市水体水质晋升

针对城市水体黑臭和富养分化的管理手艺包罗生态浮床、曝气复氧、人工湿地、生物接触氧化和混凝沉淀等。初期以生态浮床和曝气复氧为主,保守生态浮床首要采取有浮力的竹质、木质或塑料材料搭建,并经由过程较易节制的水面浮叶动物来实现对水下藻类的间接节制。今朝已最先智能生态浮床等相干手艺的研发,并开辟了复合型生态浮岛。曝气复氧由保守机器曝气改变为多种曝气手艺结合,同时与土木匠程连系进行曝气复氧。人工湿地、生物接触氧化等手艺已经常使用在水体整治项目,今朝已呈现了多级复合型人工湿地、高负荷人工湿地等类型,基质填料也接踵采取矿石、生物炭和复合轻质填料等新材料,动物设置装备摆设变得加倍多元化,水力前提多流态,处置功能复合化。生物接触氧化工艺改良较多,如分段进水、间歇曝气等。水专项产出的多项水体水质晋升手艺,年夜部门为集成手艺,具有显著的水体水质改良结果。

④城市水体生态功能恢复

针对城市水体遍及滞流缓流、景不雅缺掉、生态功能不足的问题,首要采取水力调控和水生态恢复手艺。水力调控手艺首要经由过程加强水体活动性,增添消融氧含量来连结水质,初期首要经由过程机器复氧,此刻凡是采取(太阳能)喷泉复氧、多级溢流坝复氧,晋升水体流速的同时协同景不雅功能。水生态恢复手艺之前首要为生物节制方式,操纵浮游动物与年夜型动物的合作态势来改变水体生态状态,还制备情况友爱型光敏材料投加到水体中按捺藻类。今朝最先采取生物把持手艺,包罗非典范和典范生物把持,和与其他手艺组合,例如水生动物-非典范生物把持和微生物-水生动物强化等手艺,有用恢复水体生态与景不雅功能。

04

项目示范利用案例总结

针对分歧地区特点和类型的城市水体问题,采纳随机应变的水污染节制、水体水质改良和生态功能晋升手艺。因为面对的不是单一的问题,而是多种身分的分析叠加影响,是以,连系水专项示范项目和推行利用中具有代表性的集成手艺功效,选择山地城市河湖水情况管理实践、缺水城市新型水情况系统建立、水乡城镇水体管理与景不雅晋升、北方沿海地区年夜型景不雅湿地公园管理等方面的案例,进行总结阐发。

4.1重庆园博园龙景湖水质保障手艺分析示范

重庆园博园龙景湖水质保障手艺分析示范项目(见图3、4),首要针对山地湖泊换水周期长、流速迟缓、湖湾易发富养分化等问题,从水质监测、污染源节制、水质晋升和生态功能恢复四个方面实行管理项目,在必然水平上节制了污染源流入,强化了水体的自净能力,无力包管了园博园龙景湖水体的水质,项目完成后龙景湖首要水质目标到达地表Ⅳ类水体水质要求。

分析示范利用项目研究冲破了年夜坡度径流污染物节制、微型水景滞存净化、溢流雨污水坑塘-湿地梯级净化等污染物输入节制要害手艺,在园博园龙景湖全体示范利用中处理了山地径流水力负荷年夜、污染负荷削减难的问题。建立了扭转式纳水-复氧-净化系统,在强化水体轮回的根本上实现原位水质晋升,冲破了湖库水体低能耗轮回和净化手艺,节流能耗 15%~25%;经由过程回水区人工强化复氧手艺示范项目,库湾的消融氧浓度平均提高44.8%,有用下降了水体COD和氨氮浓度,晋升了水域自净能力,显著按捺了该区域藻类堆积发展。经由过程湖库健康水生态系统建立手艺示范项目,秋亭桥湖湾水体中氨氮和TP浓度较着降落,藻类堆积发展显著削减。水体由本来的中度富养分状况转为轻度富养分状况,水情况质量显著改良,节流了水污染节制或引清水补水的费用,还带动了处所财产和经济成长。

图3重庆园博园龙景湖水系俯瞰图

图4重庆园博园龙景湖水系景不雅生态质量晋升实景

4.2中新天津生态城新型水系统建立与实行示范

中新天津生态城水系统扶植与水专项实行相伴相随,从2008年新型水系统计划到当前全域推行,从最后8km2起步区水情况扶植到今朝120km2地区集成利用,涵盖了计划设想、扶植实行、举措措施融会、运维晋升、聪明管控的各个阶段,从污水再生处置高效操纵、雨水资本梯级操纵、水体治污溯源、湿地水面连结、水体情况质量晋升到水系统联动防涝,经由过程顶层计划设想,建立了系统性手艺处理方案,连系项目难点展开研发与集成利用,为生态城水情况扶植和运维供给了全进程的手艺支持。

经由过程建立中新天津生态城新型水情况系统,冲破保守模式,兼顾所有渡水举措措施,融入很是规水多源协同操纵和海绵城市扶植办法,系统处理了水资本匮乏、情况本底差、扶植尺度高叠加影响下的计划扶植复杂困难。实现常规与很是规水资本高效操纵,知足多维时空水质水量动态平衡要求,创建渡水举措措施全笼盖、运转状况全监控、监测预警应急联动的水质水量时空保障和效能评估智能化管控方案与平台,构成新型水情况系统计划扶植和运转治理模式,成立水量可调、水质可控、参数可视、消息化治理的新型水情况系统,扶植了系列示范利用项目(见图5、6),水体情况质量提早到达设定的高尺度方针要求。

图5中新天津生态城很是规水多源多功能净化处置项目

图6中新天津生态城水情况分析管理与景不雅生态质量晋升项目

初创了所有渡水举措措施兼顾、很是规水多源多品级净化操纵、水质水量保障和动态联动联控的生态城市新型水系统建立与实行保障成套手艺,在天津生态城全体示范利用中,雨水资本操纵量到达569×104m3/a,中低质量再生水出产能力(处置二级出水和过境水)为10×104m3/d,高质量再生水(脱盐水)能力为2.1×104m3/d,知足景不雅水体的多品级生态补水需求,实现雨水全操纵、很是规水操纵率超50%;清净湖和蓟运河故道等总水面面积3.57km2,采取多源协同补水(雨水、再生水、过境水净化水、脱盐水)、水力轮回、旁路透析、生态功能恢复等手艺,水体水质到达地表水Ⅳ类尺度,旧日盐碱荒滩成为繁华宜居的绿色生态新城(见图7)。

图7中新天津生态城——繁华宜居的绿色生态新城

4.3安徽枞阳县城区水情况分析管理项目

枞阳县城区水情况分析管理项目项目规模(见图8)为中间城区连城湖、羮脍赛湖、望龙湖、月儿湖、莲花湖和小桥圩、连羹河等片区,管理面积合计20km2。

图8枞阳县城区水情况分析管理项目实行规模

以控源截污和内源管理为根本,生态修复为保障,经由过程全食品链生态系统建立、水动力轮回、控藻等项目手艺利用,削减外源、内源污染。实行复合型生态护岸、旁路湿地、库湾生态湿地、生态驳岸、海绵梯田、谷坊塘坝等项目扶植。以水系连通项目为框架,增添连通举措措施,景不雅生态协同、晋升全体水情况容量,处理连城湖、羹脍赛湖、望龙湖、月儿湖的换水周期长、水质连结坚苦、生态廊道不完全等问题,晋升了水体自净能力,丰硕了生物多样性,加强了水生态布局不变性。构成了以望龙北路、连羹河、羹脍路为骨架串连连城湖、羹脍赛湖的北部水体生态廊道,实现“城水相依·共境以融”的管理方针。

项目实行落成后,各湖泊首要目标COD、NH3-N由地表水Ⅳ类晋升至Ⅲ类,TP目标由地表水劣Ⅴ类晋升至Ⅲ类(湖库),湖泊水体通明度>1.5m,岸边区域清亮见底,根基实现“有鱼有草,水清岸绿”的方针(见图9)。

图9枞阳县城区首要湖泊水体管理结果实景

4.4西咸新区沣西新城新渭沙生态湿地公园

该项目位在沣西新城新河、渭河、沙河三河交汇处(见图10 ),以新河入渭河口的分析管理为项目焦点扶植内容,湿地公园面积110hm2,由新河、沙河、中间湖岛、人工湿地、不雅鸟区、防洪堤等构成。针对渭河雨水倒灌、沙河干涸、新河传输水质差、全年水资本不平衡、景不雅可操纵空间无限等问题,以多专业协同分析水生态情况管理为焦点,海绵城市扶植为方针,营建地区特点湿地景不雅风采为手法,在无限场地空间内,提诞生态景不雅协同、控源截污和内源管理为主,随机应变、生态修复优先的立异集成手艺方案,扶植集防洪排涝、净化水质、修养水源、恢复活境、景不雅友爱在一体的新型韧性空间,带动周边成长和价值晋升。

经由过程增添水净化处置空间、防洪和休闲文娱等多重功能,优化地盘操纵,增添人与天然互动,将新河防洪功能天然化,包管湿地公园行洪平安,最年夜水平地阐扬湿地景不雅价值。经由过程再生水、雨水和低污染水协同净化,充实操纵外源补水、雨水、渭河污水处置厂再生水等多种很是规水源进行水体补水。连系系统革新、拦污截污和人工湿地,利用多源协同补水、水力轮回、旁路透析、生态功能恢复等水质连结手艺,将水质由劣Ⅴ类晋升至Ⅳ类,增进防洪系统完美、滨水空间美丽、全平易近介入的水友爱之城扶植(见图11)。

图10沣西新城新渭沙生态湿地公园项目规模

图11沣西新城新渭沙生态湿地公园扶植实景(局部)

4.5北戴河丛林湿地水系分析管理项目

该项目包罗生态不雅光休闲区、丛林氧吧和湿地鸟类庇护区,占地465hm2。管理之前,湿地公园内水体黑臭、富养分化严峻。经由过程污染源查询拜访与检测、底泥泥质特点和释放潜力阐发、化学强化处置耦合生态修复净化结果研究,制订了涵盖外源污染处置、底泥清淤、水系连通、原位生态修复、生态补水等在一体的系统性污染管理和水质保持手艺方案。肯定“节制外源、断根内源、改良补水、强化连通、加强自净”的项目方案,经由过程公园周边污染源系统辨认,肯定外源和内源污染权重和管理策略;扶植两座集中式污水再生处置站,有用节制外源,出水作为公园水系补水;连系底泥检测和释放实验成果,明白分歧区位的清淤深度和淤泥处置方式;经由过程增设闸门、管道、晋升泵站等举措措施,实现20多个水塘连通与轮回;选择具有水质改良和景不雅晋升功能的沉水动物,对多个水塘原位修复;强化水系景不雅设想,构成亲水恼人的天然生态景不雅。项目实行前、后局部景不雅结果见图12。

图12北戴河丛林湿地水系管理前、后景不雅对照(局部)

05

结语

经由过程水专项相干项目(课题)的实行,建立了以城市水体监测评估、水污染负荷节制、水体水质晋升、生态功能恢复为焦点的城市河湖水体分析整治与质量晋升的手艺系统。在重点流域、区域展开了范围化、规范化的分析示范与推行利用,完美了管理手艺和治理手艺系统,将理论研究、手艺开辟有用融入项目扶植实行全进程,切实晋升了城市河湖水情况管理的整体成效,培育了多量具有项目经验的专业人材。

当前,我国已进入补齐生态情况短板、实现水情况质量整体改良的攻坚期,还需要针对分歧类型城市河湖水体,进一步展开城市水情况改良与生态情况修复手艺的研究与集成利用,侧重研究开辟排水防涝与景不雅生态融会的城市水系重构、溢流污染节制、再生水河湖补水、底泥生态清淤、水生态重构和生物多样性恢复等方面的成套手艺和设备,鞭策城市河湖整治与质量晋升的规范化、智能化、低碳化绿色高质量成长。

本文的完全版登载在《中国给水排水》2022年第10期,作者和单元以下:

城市河湖水体分析整治与质量晋升手艺研究和示范利用

郑兴灿1,何强2,陈一2,张秀华1,周健2,尚巍1

(1.中国市政项目华北设想研究总院无限公司,天津 300381;2.重庆年夜学 三峡库区生态情况教育部重点尝试室,重庆 400045)

尺度著录格局:

郑兴灿,何强,陈一,等.城市河湖水体分析整治与质量晋升手艺研究和示范利用[J].中国给水排水,2022,38(10):1-9.

ZHENGXingcan,HEQiang,CHENYi,et al.Technicalresearch anddemonstration oncomprehensiverehabilitation andperformanceimprovement ofurbanriver andlakewaters[J].China Water & Wastewater,2022,38(10):1-9(in Chinese).

编纂:丁彩娟

建造:文 凯

审核:李德强

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