天津濱海工業(yè)帶如何從水少質差生態(tài)脆弱中突圍？
“九河下梢”的天津，在京津冀水生態(tài)環(huán)境治理建設中占據特殊位置，是渤海綜合治理攻堅戰(zhàn)的主陣地。從近年來出入境水質來看，天津在入境水質差、自身環(huán)境容量幾乎為零的情況下，努力削減自身污染，同時承擔了京津冀區(qū)域入海河流最后屏障的功能。
圍繞天津“水少、質差、生態(tài)脆弱和風險源密集”難題，“十三五”期間，針對天津水生態(tài)環(huán)境保護現(xiàn)實需求和面向“十四五”未來發(fā)展要求，水專項設置了“天津濱海工業(yè)帶廢水污染控制與生態(tài)修復綜合示范項目”，項目由天津市生態(tài)環(huán)境科學研究院（原天津市環(huán)境保護技術開發(fā)中心）承擔，南開大學、中國市政工程華北設計研究總院有限公司、天津臨港建設開發(fā)有限公司、中國環(huán)境科學研究院、中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心等國內17家單位參與了研究工作。歷時三年，項目從減污與增容兩條主線，集成構建基于“生態(tài)功能評價—水質目標管理—污染控制與生態(tài)修復—水環(huán)境風險防控”的天津濱海工業(yè)帶綠色發(fā)展和污染零增長技術體系，實現(xiàn)廢水趨零排放、氮磷負荷削減、入海水質保障、風險防范及管理體制機制創(chuàng)新，保障京津冀東部濱海發(fā)展區(qū)環(huán)境質量持續(xù)改善。
水環(huán)境管理體系精細化：構建形成基于水生態(tài)安全的天津濱海工業(yè)帶“負荷零增長”水環(huán)境管理技術體系，實現(xiàn)多種管理手段銜接、三水統(tǒng)籌系統(tǒng)管控目標
在此前水專項研究基礎上，項目通過研究天津濱海工業(yè)帶水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)精細劃分技術、水質目標全過程精細化管理技術、基于區(qū)域總量和水質達標的排污許可限值確定及長效監(jiān)管技術，構建形成了天津濱海工業(yè)帶“負荷零增長”水環(huán)境管理技術體系，全面支撐天津市水環(huán)境與水生態(tài)頂層設計方案和路線圖的研究制定，服務“十四五”天津水生態(tài)環(huán)境管理工作。
一、繼承“十一五”以來水專項水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)研究成果，實現(xiàn)天津濱海工業(yè)帶水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)精細劃分和“水資源、水環(huán)境、水生態(tài)”三水統(tǒng)籌系統(tǒng)管控目標
為解決水生態(tài)功能分區(qū)在具體管理上的“落地難”問題，構建基于水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的管理制度體系，在天津市水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)過程中，項目在宏觀流域管控層面，采用海河流域水生態(tài)功能分區(qū)，自上而下地明確流域水系空間管控目標；在微觀區(qū)域管理方面，以水功能區(qū)、匯水區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū)為核心，明確水體水質目標、總量目標和管理目標，將流域要求區(qū)域化。
項目研究識別水環(huán)境及水生態(tài)重點管控區(qū)域，研究確定水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)水質管控目標，提出區(qū)域生態(tài)流量、水質及生物多樣性等管控指標。通過在天津濱海工業(yè)帶全域應用這項技術，項目在天津市主要河流匯水范圍劃分基礎上，整合海河流域各級水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)成果，形成體現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境要素完整性、兼顧行政管轄主體的261個水生態(tài)環(huán)境管控單元，并明確各單元的水環(huán)境質量改善目標、水生態(tài)保護修復目標、水生態(tài)功能恢復目標，為實現(xiàn)水生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)化精細化管理提供目標指引。
二、依托天津濱海工業(yè)帶水質目標全過程精細化管理技術和基于區(qū)域總量的產業(yè)復合區(qū)排污許可管理技術創(chuàng)新，實現(xiàn)區(qū)域污染物總量管理、水環(huán)境質量目標管理、區(qū)域排污許可限值管理相互銜接
“十三五”以來，天津水生態(tài)環(huán)境管理重點從容量總量控制逐步過渡到水質目標管理，迫切需要將區(qū)域污染物總量管理、水環(huán)境質量目標管理、區(qū)域排污許可限值管理相互銜接，實現(xiàn)多種重要管理手段相配合，打出水生態(tài)環(huán)境管理“組合拳”。
為此，項目在開展天津濱海工業(yè)帶水質目標全過程精細化管理技術研究的基礎上，制定合理可行的區(qū)域總量分配方案，為基于水質達標的排污許可限值確定及分配提供流域總量約束，將流域水質目標管理轉化為區(qū)域總量管理。項目構建了基于水質達標的固定源排污許可限值確定技術方法、差異化排污許可證監(jiān)管技術，為天津濱海工業(yè)帶實現(xiàn)以水質改善為基礎的排污許可限制確定、分配管理提供技術方法和管理方案。應用這項技術，項目面向濱海工業(yè)帶提出區(qū)域內248個街道鄉(xiāng)鎮(zhèn)基于水質達標的排污許可限值，并以污水處理廠作為杠桿，確定各鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道固定源、非固定源管控要求。
三、研究成果全面支撐天津碧水保衛(wèi)戰(zhàn)、渤海綜合治理攻堅戰(zhàn)和天津“十四五”重點流域水生態(tài)環(huán)境保護水環(huán)境戰(zhàn)略規(guī)劃編制
針對天津市“十四五”階段“陸海統(tǒng)籌、一河一策”的水生態(tài)環(huán)境管理需求，在市域范圍開展水陸全覆蓋、指標全覆蓋的水生生物多樣性調查，提出分級分類分區(qū)的水生態(tài)管控目標，為土著魚類、水生生物多樣性等新增指標的設定提供基礎數據，為天津市“十四五”階段水資源、水生態(tài)親民指標的制定提供數據和技術支持。
相關研究成果支撐形成了《天津市打好碧水保衛(wèi)戰(zhàn)三年作戰(zhàn)計劃（2018～2020）》《天津市打好渤海綜合治理攻堅戰(zhàn)強化作戰(zhàn)計劃》《天津市入海河流污染治理“一河一策”工作方案》及天津市12條入海河流水污染防治攻堅行動方案。上述方案實施以來，天津市水環(huán)境質量取得歷史性好轉，國控斷面優(yōu)良水質比例首次達到55%,較“十二五”末提高30個百分點；劣Ⅴ類水質首次“清零”，較“十二五”末下降65個百分點；12條入海河流從“全部為劣”到“全部消劣”；近岸海域水質取得突破性改善，優(yōu)良水質面積比例達到70.4%，較“十二五”末提高62.6個百分點。
水污染治理體系精準化：構建形成“源頭高風險廢水趨零排放、集中污水高標準處理達標排放、末端尾水水質提升處理”的濱海工業(yè)帶水污染治理體系，保障入海水質
天津濱海工業(yè)帶是海河流域水生態(tài)最為敏感脆弱的地區(qū)，也是入海排放管控的前沿關口，在水質管理目標上，要做到取水和還水的統(tǒng)一，污染治理與生境修復統(tǒng)一，實現(xiàn)環(huán)境壓力趨零。為此，項目針對濱海工業(yè)帶廢水“高鹽、成分復雜”的特質，按照分類管控的原則，對生態(tài)風險高、難以生化處理的高鹽難降解廢水，研發(fā)集成趨零排放技術；對生態(tài)風險適中的廢水，研發(fā)集成污水處理廠高標準超凈排放技術及尾水和初期雨水人工濕地協(xié)同處理技術。通過技術的示范應用，最終實現(xiàn)示范區(qū)水污染排放“負荷零增長”，為天津濱海工業(yè)帶乃至京津冀地區(qū)水污染防治提供有力支撐。
一、高鹽難降解廢水趨零排放技術與裝備集成及工藝優(yōu)化，保障處理設備長效經濟運行，實現(xiàn)鹽類高品質回收
針對高鹽難降解廢水處理此前長期存在的技術瓶頸，項目取得多項重大技術突破，在示范區(qū)內實現(xiàn)真正意義上的高鹽廢水趨零排放。
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高鹽廢水趨零排放及分質結晶系統(tǒng)
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鹽硝分離技術回收的無機鹽
（一）在預處理環(huán)節(jié)，開發(fā)有機物和重金屬預氧化及分離技術、有機物與重金屬同步去除技術，實現(xiàn)高鹽難降解廢水有機物的有效分離控制和分解，為大型MVR設備長效運行提供前提保證。
（二）圍繞現(xiàn)有MVR關鍵設備防腐耐垢需求，實現(xiàn)大型MVR結晶器等關鍵設備的長效低成本運行，提高MVR濃縮與結晶工藝效率、降低能耗、實現(xiàn)硫酸鈉難降解廢水較大規(guī)模較高標準的處理，同時也實現(xiàn)了大型MVR全套裝備的國產化。
（三）通過分鹽精制資源化回收技術和設備研發(fā)，實現(xiàn)無機鹽分質結晶和低成本運行。開發(fā)的雜鹽廢水MVR一體濃縮、循環(huán)套用、分別結晶回收技術，降低MVR濃縮能耗，提高雜鹽分離效果，實現(xiàn)雜鹽廢水較大規(guī)模處理，實現(xiàn)99%以上無機雜鹽資源回收和冷凝水的全部回收利用。
研究成果在濱海工業(yè)帶高鹽難降解廢水趨零排放示范工程中得到示范應用。目前，示范工程處理高鹽廢水2000m3/d以上，每月回收廢水中無機鹽超4000噸，分離出的硫酸鈉達到國家二級標準，并在國內外作為工業(yè)鹽實現(xiàn)產品銷售，減少對天津南港工業(yè)園區(qū)污水集中處理的沖擊，大幅降低處理成本。相關技術設備已在國內多個項目中應用，并推廣至國外。
二、工業(yè)帶污水處理廠高標準超凈處理成套技術集成示范，支撐天津新地標落地
排放標準嚴格和進水復雜水質是濱海工業(yè)帶污水處理廠穩(wěn)定運行面臨的兩大核心挑戰(zhàn)，而此類復合污染、復雜水質污水的高標準穩(wěn)定達標在國內外均屬首次，缺乏經濟技術可行的成熟方案。針對天津新地標（DB 12/599-2015）下濱海工業(yè)帶污水處理設施提標改造的實際工程需求，項目開展了包括單元技術設備、工藝技術路線、工程實施方案、全過程控制達標在內的系統(tǒng)集成研究，提出工業(yè)帶污水處理廠高標準超凈處理成套技術。
（一）提出以臭氧、芬頓為核心的低濃度難降解有機物高級氧化去除技術的適用性及技術要點，突破復合污染下殘余低濃度難降解有機物去除難度大、缺少系統(tǒng)技術方案的瓶頸問題，實現(xiàn)臭氧氧化技術和芬頓氧化技術高標準深度去除低濃度有機物的大規(guī)模應用，實現(xiàn)技術的應用提升和技術的參數化、標準化。
（二）為突破工業(yè)帶低碳氮比復雜水質條件下總氮高標準穩(wěn)定達標外加碳源成本高的瓶頸問題，構建基于“源頭碳源籌措補碳—內碳源挖掘與品質提升—商品碳源優(yōu)選配置—精細化設計運行”的全過程全流程碳源高效利用技術策略，實現(xiàn)碳源利用效率提升15%～25%，外加碳源投加量降低20%～30%左右。
（三）針對現(xiàn)有除磷技術工程應用中藥耗高、高標準排放穩(wěn)定達標難度大等問題，系統(tǒng)探明“介質—生物絮體—化學絮體”的耦合機理，通過介質、藥劑優(yōu)選與復配及功能區(qū)布局模式、反應時間和水力條件等優(yōu)化，強化介質凝核效果，建立基于水質和不同條件的動態(tài)調控策略，降低藥耗，形成工業(yè)帶污水多介質耦合高標準深度除磷技術，從工程應用角度，實現(xiàn)以磁混凝為核心的高標準深度除磷技術的參數化和標準化。
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天津經濟技術開發(fā)區(qū)西區(qū)污水處理廠提標改造工程
研究成果在天津經濟開發(fā)區(qū)西區(qū)和北塘污水處理廠提標改造示范工程進行示范，并推廣應用到港東新城及營城污水處理廠等工業(yè)帶典型污水處理廠提標改造工程。其中，西區(qū)污水處理廠工業(yè)廢水比例80%以上，是典型的綜合型工業(yè)園區(qū)污水處理廠。針對有機物組分復雜、水質波動大等問題，提標改造工程采用“HYBAS工藝+二沉池+反硝化深床濾池+芬頓高級氧化+炭吸附脈沖澄清+氣浮池”技術路線，實際運行中根據污水處理廠進水中難降解有機物和氮情況以及環(huán)境條件等，靈活采用基于復雜水質和強波動下COD、氮、磷多級深度處理的多模式運行。目前工程月平均出水COD穩(wěn)定控制在25.0mg/L以下，出水穩(wěn)定達到天津新地標DB12/599-2015A標準，主要污染物削減80%以上，并實現(xiàn)成本和能耗的可控和優(yōu)化。
三、集污水深度處理、初期雨水凈化、生態(tài)功能提升等用途多樣化的近自然人工濕地構建，實現(xiàn)濱海工業(yè)園區(qū)尾水及初期雨水污染物全過程控制和濕地品質整體提升
結合天津濱海帶濕地生態(tài)恢復相關工作，項目開發(fā)了人工濕地污染物協(xié)同去除與控制成套技術，并在天津臨港工業(yè)園區(qū)人工濕地（以下簡稱臨港濕地）進行示范應用，實現(xiàn)濱海工業(yè)園區(qū)污水處理廠尾水及初期雨水污染物全過程控制，綜合提升濱海水環(huán)境治理效果。
（一）建立“收集—調蓄—預處理”技術體系，創(chuàng)新集成強化旋流沉砂、鐵硅復合磁絮凝輔助高效沉淀、MBBR高效預處理等工藝單元，構建雨水干管主節(jié)點分散式處理和濕地前端集中式處理的高效預處理模式。技術在臨港濕地二期開展示范應用，實現(xiàn)初期雨水主要污染物去除率：CODcr55%~75%，SS65%~90%；特征污染物去除率：總鉻20%～40%、總鋅50%~80%、總砷35%~60%。
（二）研制生物促進劑耦合土著氮磷高效降解菌劑，強化濱海人工濕地植物—微生物耦合系統(tǒng)，提高人工濕地對氮磷污染物的去除效率。技術在臨港濕地一期與二期均開展了示范應用，構建的植物—微生物耦合系統(tǒng)對氮磷去除率可提升20%。
（三）針對濱海工業(yè)帶污水處理廠尾水中殘存全氟化合物、多環(huán)芳烴等污染物的問題，利用工農業(yè)固體廢棄物，開發(fā)低成本高效吸附基質濾料，在臨港濕地二期河道（近出水口處）開展示范，構建500m3河道過濾系統(tǒng)，削減殘存污染物，降低濕地出水生態(tài)風險。
（四）針對傳統(tǒng)濱海人工濕地生境單一、生態(tài)服務功能不高的問題，從鸻鷸類水鳥棲息、覓食等需求出發(fā)，提出北方濱海人工濕地物理生境營造及生物群落快速重建模式，設計“淺灘—島嶼—深水區(qū)—環(huán)流渠—緩沖林”網狀濕地系統(tǒng)，恢復植被、底棲和魚類群落，營造鸻鷸類適宜棲息環(huán)境。通過技術示范應用，在臨港濕地二期南部構建40公頃濕地鳥類生境恢復區(qū)，實現(xiàn)對遷徙水鳥的保護。
水環(huán)境風險防控智能化：“查—控—處”一體化水環(huán)境風險管控體系構建，實現(xiàn)區(qū)域“預警—應急—處置”聯(lián)動響應業(yè)務化運行，提升科學應對突發(fā)水環(huán)境污染事件能力
為解決天津濱海工業(yè)帶產業(yè)發(fā)展?jié)撛陲L險高，水環(huán)境突發(fā)事故應急監(jiān)管處置能力不足與生態(tài)環(huán)境保護之間的矛盾，針對應急事故現(xiàn)場調查與監(jiān)測、智能決策與指揮及應急處置技術與裝備等方面的薄弱環(huán)節(jié)和瓶頸，項目研發(fā)集成一批水環(huán)境風險應急關鍵技術，開發(fā)環(huán)境應急裝備與材料20余項；探索建立了區(qū)域環(huán)境應急物資保障體系，在天津濱海新區(qū)建成國內首個大型環(huán)境應急物資庫及水環(huán)境風險應急監(jiān)管平臺，形成“查—控—處”一體化水環(huán)境風險管控體系。
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天津濱海新區(qū)環(huán)境應急裝備與物資庫
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“天地水”一體化應急偵測系統(tǒng)
一、“查”——“天—地—水”一體化環(huán)境風險應急偵測體系
項目將無人化應急監(jiān)測設備、事故現(xiàn)場移動水質實驗室和信息化平臺應用于突發(fā)環(huán)境應急監(jiān)測體系中，有效提升水污染事故應急響應能力和科學決策水平。
其中，多功能現(xiàn)場兩棲無人偵測船具有水陸兩棲、自動避障、極端環(huán)境高通過性、污染底泥采樣等功能，能夠在陸地及灘涂泥濘環(huán)境下正常行駛，實現(xiàn)危險事故水域自動采樣和偵測；事故現(xiàn)場移動水質實驗室集成了車載實驗平臺、數據采集及傳輸系統(tǒng)、便攜應急監(jiān)測儀器、車載大型儀器等功能模塊，能夠為現(xiàn)場應急檢測與指揮提供野外實驗及指揮場所；信息化平臺基于項目搭建的區(qū)域應急數據庫，將無人化應急監(jiān)測設備與事故現(xiàn)場移動水質實驗室數字化集成，能夠實現(xiàn)現(xiàn)場人員、監(jiān)測設備、實驗室、遠端指揮中心的及時溝通與聯(lián)系，形成 “天—地—水”一體化環(huán)境風險應急偵測系統(tǒng)，提升應急響應能力。
二、“控”——水環(huán)境風險實時監(jiān)控與智能決策指揮系統(tǒng)
基于環(huán)境風險源基礎信息庫及監(jiān)控預警體系研究，項目完善了應急預案和應急管控流程，以區(qū)域水環(huán)境風險應急監(jiān)管平臺為載體，實現(xiàn)水污染應急事故平臺化管控，形成突發(fā)性水環(huán)境污染事故應急管控體系。
區(qū)域水環(huán)境風險應急監(jiān)管平臺包含突發(fā)水污染事故預警方法體系，涵蓋風險源基礎信息數據庫、應急裝備庫、專家?guī)、應急預案、處置方法和案例庫的數據庫管理系統(tǒng)；集成區(qū)域地表水自動監(jiān)測系統(tǒng)、重點排污單位自動監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境綜合應用支撐平臺、環(huán)境監(jiān)測預警數據中心、監(jiān)測環(huán)境生態(tài)指數評價、環(huán)境監(jiān)測預警GIS信息系統(tǒng)、監(jiān)測預警應急管理系統(tǒng)、水污染應急處置系統(tǒng)等模塊，形成“區(qū)域預警—應急—處置”聯(lián)動響應長效機制。
三、“處”——典型事故廢水應急處置技術與裝備快速組合集成系統(tǒng)
項目研發(fā)了濱海工業(yè)帶典型事故廢水應急處置關鍵技術和設備，構建環(huán)境應急設備物資庫并開發(fā)相關信息化管理平臺，形成區(qū)域應急物資保障和應急處置系統(tǒng)。以環(huán)境應急設備物資庫為載體，實現(xiàn)體系化、模塊化應急處置， 為環(huán)境應急事故快速響應、應急物資庫緊急調用、快速提出決策方案等工作提供技術支撐。
項目在國內首次將標準化、模塊化理念融入水處理設備領域，自主研發(fā)設計組合式、模塊化、撬裝式水處理設備，各模塊經不同組合可高效應對污染物復雜多變的治理工程，尤其適用于突發(fā)事件造成的水污染應急處理。
項目在天津濱海新區(qū)建成全國第一個大型環(huán)境應急裝備與物資庫，其中各類應急裝備可通過多種形式組合，形成重金屬廢水大于2000m3/d、難降解有機物廢水大于2000m3/d、含油廢水大于10000m3/d的處理能力。目前，已推廣建成常州沿江廢水應急處置中心，服務長江經濟帶生態(tài)環(huán)境保護工作；盤錦遼東灣、安徽淮北等應急物資庫也在籌備中。相關研究成果已在華北滲坑污染應急處置、白洋淀上游污染坑塘應急治理工作中發(fā)揮重要作用。
同時為做好新冠肺炎疫情防控，項目團隊開發(fā)了應用于醫(yī)療廢水廢物處理、方艙醫(yī)院應急消毒等應急裝備20余套，應用于孝感、三亞等地，成效明顯，為疫情防控期間環(huán)境應急工作提供技術和裝備保障，受到了有關部門的好評。
天津濱海工業(yè)帶廢水污染控制與生態(tài)修復綜合示范項目組
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