集成流域水環境管控技術 筑牢供水安全屏障
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低碳尾水生態礫間濕地脫氮除磷集成技術
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生態塘初雨凈化技術
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受污染河道前置滯留塘渠及旁路河道水質修復技術
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深圳市環境科學院牽頭開展了“十二五”水專項東江項目第4課題，參與單位有中國環境科學研究院、生態環境部華南環境研究所、暨南大學和東莞理工學院。這個課題在“十一五”水專項優質水源水質風險預報與控制、排水生物毒性監測、痕量毒害污染物篩選及水生態系統健康監測與評估、典型行業排水持續凈化與廢水脫毒減害等研究成果的基礎上，針對飲用水水源存在的高營養鹽及特征毒害污染物等風險管控問題，以高品質飲用水水源安全保障為目標，通過開展供水水質風險控制與管理體系、優先控制污染物治理、受污染支流污染綜合防治的研究與示范，構建了“風險管理——風險控制——水質改善”的供水工程水環境保護及管控技術體系，形成“源頭——支系——水庫”一體化多級水質安全保障模式，為供水水質安全保障提供可行的技術方案。
研究成果
課題針對飲用水水源供水的高營養鹽及特征毒害污染物等風險管控問題，構建了流域風險源識別、水污染應急決策、水質安全保障管理等風險管理體系，集成了調水工程的水質風險與生態保障防控技術，研發了污水處理廠點源、鄉村面源、工業園區及河道水系等污染控制技術，突破了南方地區高速發展城市人工濕地群水質改善關鍵技術，進行10項工程示范，為實現供水水質穩定達到地表水Ⅱ類目標提供了技術支持和效果示范。
水質安全保障管理體系
在全面調查分析供水工程流域內污染源、道路交通、工程布局、水文特征等方面基礎上，通過風險源診斷與系統評估，確定了流域污染源風險由大至小依次為污水溢流、垃圾填埋場、污水處理廠和工業企業，水庫流域污染源風險由大至小依次為交通事故、截污工程溢流和工業企業，形成了流域風險源動態數據庫。優化了供水工程水質監測斷面，調整水質監測參數，建立供水工程水質監測系統，實現水質實時監控，并編寫了供水水質管理實施方案、供水水質監控系統運行管理方案等。
針對流域水質風險和藻華風險，在GIS的空間數據管理和模型分析功能的基礎上，研發了供水工程水質風險預測預警模型、水庫藻華時空分布的短期和長期預測模型，開發出了供水工程水質管理信息與風險控制輔助決策系統。制定了供水工程水質風險控制等管理策略，實現供水工程水質風險的有效管控，減輕水質風險發生的機率。
水質風險控制技術集成
針對供水工程來水有機物和氮磷營養鹽偏高、水庫存在發生藻華的風險問題，研發了調水工程多級快濾吸附氧化水質風險應急技術、水庫富藻區營養鹽攫取與生態系統原位修復技術等兩項水質風險控制技術，有效削除供水工程水庫水質存在的水質安全風險。
1.調水工程多級快濾吸附氧化水質風險應急技術
針對供水工程來水有機物、氮磷營養鹽及藻類密度偏高引起的潛在突發性水華風險問題，開發了快濾、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，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；研發了具有高效脫氮除磷去藻效果的自然曝氣內循環濾式生物模塊反應器，進一步削減水體氮磷營養鹽含量；優化了臭氧工藝反應器結構設計參數，提高了水氣接觸面積和臭氧反應效率，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”水質風險應急處理集成技術，出水水質CODMn≤4mg/L、BOD5≤3mg/L、NH3-N≤0.5mg/L、葉綠素≤10μg/L，主要指標穩定達到地表水Ⅱ類標準，綜合富營養指數控制在Ⅱ類中營養水平，實現了調水工程水華風險高效、快速控制及水質達到地表水Ⅱ類的目標。
這項技術應用于水庫來水風險應急處理示范工程，處理規模2000m3/d，出水CODMn、BOD5、NH3-N、DO、pH等指標達到《地表水環境質量標準（GB3838-2002）》Ⅱ類標準，較傳統技術占地面積減少30%~40%、建設成本降低15%~20%。
2.水庫富藻區營養鹽攫取與生態系統原位修復技術
針對水庫營養鹽偏高、藻華易發的風險問題，研發了活性覆蓋材料、水生植物修復專利技術，結合生態軟隔離帶專利技術，集成“邊坡營養鹽攔截——底質內源覆蓋——水生植物攫取——食物網調控”的水質改善與生態原位修復技術。通過在庫岸區構建有隔離槽和植物帶的生態軟隔離坡面，利用軟性骨料和植物根系固土護坡，實現對邊坡面源污染的攔截；設計“多介質立體化”原位處理工藝，研究不同覆蓋材料對底質氮磷釋放及重金屬吸收的影響，篩選出危害小、再生率高的環境協調型覆蓋材料（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、浮葉植物及復合生態浮床為核心的植物群落，削減水體氮磷營養鹽含量，抑制藻類光合作用，降低藻華暴發風險；利用食物網生態調控技術，構建以浮游動物、大型底棲動物、肉食性魚類為核心的動物群落，對富藻區水生食物網進行生物操縱，達到改善水質、維持生態穩定、增加生物多樣性的效果。
這項技術應用于水庫富藻區氮磷營養鹽攫取與水質改善技術示范工程，建設面積1萬平方米。經過生態修復的水體CODMn、BOD5、NH3-N、TN、TP等主要指標達到《地表水環境質量標準（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，修復后的生態系統物質循環和能量流動模式（ECOPATH軟件模擬）向成熟方向發展，食物網結構趨于完善，原位生態修復效果顯著。這項技術解決了水庫藻華易發、內源釋放難控、水質多變等問題。
水質改善技術集成
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，而且工業園區排水導致尾水中特征污染物濃度升高，不能滿足高品質飲用水水質要求；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造成威脅。針對上述問題，研發了低碳尾水生態礫間濕地脫氮除磷集成技術、受污染河道生態塘渠旁路水質修復技術、鄉村面源污染控制與庫塘修復技術、氣膜吸收介孔炭吸附垃圾滲濾液處理技術、工業園區尾水優先控制污染物高級氧化控制技術等5項水質改善技術。
1.低碳尾水生態礫間濕地脫氮除磷集成技術
針對目前流域污水處理廠尾水氮磷濃度過高影響其生態回用的問題，研發了以牡蠣殼、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；構建以親水性能好、吸附能力強的內置式陶粒填料為骨架的生態強化礫間床，發揮“多孔填料——微生物”協同攔截、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、運行效果不穩定等問題；通過優化流程和濕地池填料布局，形成了低碳尾水生態礫間濕地脫氮除磷集成技術。這項技術較傳統人工濕地水力負荷提高兩倍，建設成本降低約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%，滿足了生態回用水對污水處理廠出水水質的要求。
這個技術應用于兩項示范工程：（1）污水處理廠低碳尾水強化脫氮除磷示范工程，處理規模為2.5萬m3/d，出水水質CODCr、BOD5、NH3-N、DO、TP等指標達到地表水Ⅲ類標準，作為河道水質改善的生態補水。
（2）受污染河水深度處理集成技術示范工程，處理規模8000m3/d，出水CODCr、BOD5、NH3-N、TP等指標穩定達到地表水Ⅳ類標準。
2.受污染河道生態塘渠旁路水質修復技術
針對受污染河道初雨污染負荷高、河道環境容量小等問題，提出了分散控制與就地處理相結合的河流初雨“集”、“蓄”、“滯”、“凈”的源頭控制污染模式。首先建立符合流域實際情況的河流初雨收集計算模型，確定初期降雨收集量；然后根據河流流向和沿岸地形構建初雨沉淀塘和折流式旁路河道，實現塘“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生態凈化。這樣，就形成了受污染河道前置滯留塘渠及旁路河道水質修復技術，較之傳統治理技術建設成本降低約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%。
這項技術應用于支流初雨收集、處置及河道原位修復綜合示范工程，處理入庫初期雨水，最大處理規模1.6萬m3/d，并建成1.66公里的河道原位生態凈化系統，出水CODCr、BOD5、NH3-N、TP等指標穩定達到地表水Ⅳ類標準。
3.鄉村面源污染控制與庫塘修復技術
針對鄉村面源污染物不同來源，研發了不同的處理工藝。對于鄉村家庭散排污水，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，并且實現了水廠污泥的資源化；針對鄉村農田、養殖等各類面源污染，采用立體化、多層次復合凈化生態浮床和庫塘水質修復綜合處理工藝，最大程度發揮各要素之間的協同作用，形成“懸掛填料+水生植物+水生動物”復合微型污染凈化處理單元，構建了“生境再造——生態育養”的河湖生態恢復技術體系，實現區內水系CODCr、BOD5、NH3-N等的污染負荷降低50％，庫塘物種數量、植被覆蓋情況均有較大幅度提高，提升了水體自凈能力，實現庫塘截污變清流的過程控制，使其逐步由納污湖轉變為具有生態修復和調節功能的景觀湖，實現了水質可利用，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。
這個技術應用于兩項示范工程：（1）農村污水深度處理示范工程，處理規模100m3/d，SS、CODCr、TN、TP去除率80%以上。
（2）多功能生態塘河湖生態恢復工程示范區，建成的示范區面積5萬m2，示范區內水質CODCr、BOD5、NH3-N等濃度降低50％，逐漸由納污湖轉變成為生態修復和調節功能的景觀湖。
4.氣膜吸收介孔炭吸附垃圾滲濾液處理技術
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，突破了垃圾滲濾液中高濃度氨氮的分離工藝，實現氨氮的資源化；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。
這項技術應用于垃圾滲濾液處理示范工程，處理規模50m3/d，已穩定運行兩年，出水水質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.工業園區尾水優先控制污染物高級氧化控制技術
針對流域內規；墓I園區排水導致尾水中環境雌激素、多溴聯苯醚、壬基酚、雙酚A等特征污染物超標問題，開發出了工業園區尾水優先控制污染物高級氧化控制技術。利用活性焦發達的中孔孔隙結構及良好的吸附性能，并結合O3的強氧化性對尾水鄰苯二甲酸酯類環境雌激素進行深度處理，實現鄰苯二甲酸二丁酯、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、十溴聯苯醚等持久性污染物的去除率均達到80%以上；在園區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合材料（M）與H2O2/UV+H2O2/O3兩級高級氧化聯合應急處理方案，更有效去除尾水中持久性污染物，降低其對生態環境的風險。
這項技術應用于兩項工程示范：（1）污水處理廠尾水內分泌干擾物控制示范工程：處理規模為2000m3/d，出水水質鄰苯二甲酸二丁酯、鄰苯二甲酸（2-乙基己基）酯等指標達到《地表水環境質量標準（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）工業園區污水處理廠尾水深度處理示范工程：工程規模500m3/d，出水水質四溴雙酚A、雙酚A、十溴聯苯醚等特征污染物的去除率均達到80%以上。
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