《水环境治理中增氧曝气技术对比分析》

  • 来源专题:水体污染治理
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2017-08-03
  • 近年来,我国污水治理技术不断攻坚克难,使水环境治理技术日益成熟。现下水环境治理技术不仅完成了多种曝气技术的进一步革新,而且使曝气技术在地表水环境治理中得到了更广泛的应用。而多种曝气增氧技术登上市场舞台,哪一种对水环境的治理作用更为显著?且看文中的对比分析。

    目前,我国的水环境治理技术主要包物理技术、化学技术、生物技术以及综合技术的应用等。其中,曝气增氧技术是物理技术中最核心的技术。虽然曝气在污水治理中是非常成熟的技术与产品,但河道、景观水体、水库等城市地表水体具有面积大、形状各异、通电困难等问题,造成污水处理中常规的曝气技术与产品很难应用到地表水环境治理中。据调查,我国的水环境治理公司通过技术引进、研发等开发了多种适用于地表水环境的曝气增氧产品,并已成功地运用到多个项目中去。

      随着城市发展速度的加快,城市水体污染成为我国一个突出的问题和治理难题。城市河流、景观水体多为静止或流动性差的封闭水体,具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力差等特点,加上外源污染,极易造成水体的富营养化以及黑臭现象。通过曝气增氧技术提高水体溶解氧来恢复水体环境并处理水中污染物是水环境治理中常见的手段。

      增氧曝气技术的类别

      根据气泡大小、作用原理及能源的不同,目前应用到工程中的曝气技术及产品主要有以下三种。一种是微纳米曝气机,其通过气相和液相的高度分散,产生直径小于3μm的微米级气泡和纳米级气泡。微纳气泡具有存活时间长、比表面积大、高界面活性、带能带电等特殊的理化特性。一种是清洁能源曝气机,如太阳能曝气机、风能曝气机,及风光两用曝气机。这种曝气机一般采用清洁能源带动电机,以机械部件实现大气富氧或者鼓风、氧的传送等。一种是推流曝气机,可根据需要在一定区域内形成造流作用,增强水循环,同时兼具曝气功能。从富氧效果来看,微纳米气泡曝气机效果最好,但受制于作用面积小、耗电量大等问题。

      增氧曝气技术的两种理论及产品

      目前在学术界,对水环境中富氧、曝气主要有两种理论。一种是“活水”理论,即活水不死,只要水是流动的,水体通过自净能力就能保持相对好的水质。这种理论在美国的曝气技术产品中得到了好的应用。如美国的曝气机solarbee,在河流、水库及污水厂的曝气池、自来水的大型储蓄罐中均得到了广泛应用。目前,该产品已被南京领先环保引进并消化吸收,研发出系列的艾溥IPOCH太阳能曝气机。

      另一种是尊重自然,不改变水体的生态环境理论。这种理论认为自然水体每层都有不同的生态环境,如根据氧的不同,在水体中有不同的藻类、微生物、鱼类等,不能因为治理水环境而破坏自然环境。这种理论在日本的曝气技术产品中得到了应用。如日本NANOMAIZU超微气泡技术,松江土建株式会社及日本土木研究所的深层曝气技术等,仅是通过物理技术对底层富氧,而不改变水体中层及上层的状态。

      日本的这两种产品,目前也已经被国内的公司引进吸收。如南京金禾水环境股份有限公司的微纳米气泡发生器,以及江苏中宜水体修复公司的WEP曝气机。国内也研发了一些曝气技术,这两种理论都有应用。比较典型的是由于水环境治理中用电的不便,一些科研院所、水环境治理公司等研发了以清洁能源为主的曝气机,部分产品在国家的科技计划,如水专项中得到了应用,但尚未产业化。

     

     增氧曝气技术在我国的应用

      无论是微纳米曝气技术、还是太阳能、风能曝气技术以及常规的推流曝气技术,在我国的水环境治理中都得到了广泛应用。

      在大型的水库及饮用水源地,如南京溧水方便水库,东莞松木山水库、北京官厅水库、宜兴龙珠水库等,采用了太阳能曝气机、WEP生态水环境修复系统以防止水体的富营养化并改善水质。在一些富营养化的湖泊中,如太湖、云南滇池、无锡五里湖等,温州蒲州横河、南京里圩河等黑臭水体,以及上海豫园、北京北海公园等城市景观水体均采用了增氧曝气技术。

     

    增氧曝气技术产品的参数对比

      在水环境治理中,笔者认为衡量增氧曝气技术产品性能的参数主要为:氧气输送量、耗电量及扩散范围。据笔者所知我们不妨以均具有专利技术并已得到应用的MBO微纳气泡发生器、IPOCH太阳能曝气机、OBAO扬水式太阳能曝气机、WEP生态水环境修复系统、风光互补曝气系统来进行对比。

      MBO微纳气泡发生器:日本NANOMAIZU技术,在中国授权生产(南京金禾),核心部件从日本进口,在国内按照日方的技术标准进行组装生产。

      IPOCH太阳能曝气机:美国SOLARBEE技术产品在中国的消化吸收,南京领先环保已申请中国专利并生产。

      OBAO扬水式太阳能曝气机:技术原理依然为美国SOLARBEE技术,上海欧保环境生产。

      WEP生态水环境修复系统:日本松江土建株式会社及土木研究所开发的深层曝气技术,授权江苏中宜水体修复在中国生产,核心部件从日本进口,目前在国内已经获得专利。

      风光互补曝气系统:国家水专项课题成果,环境保护部南京环境保护研究所开发,技术原理为传统的鼓风曝气设备,但用清洁能源代替电能。

      从氧气输送量来看,MBO微纳气泡发生器最高,WEP生态水环境修复系统及风光互补曝气系统次之,而通过大气复氧增氧的IPOCH太阳能曝气机及OBAO扬水式太阳能曝气机较低。严格意义上来说,MBO微纳气泡发生器并不是一种曝气机,而是一种超微气泡高级氧化技术,其通过超微气泡带能带电高表面能的特性,对水中污染物进行开环降解、氧化降解和高温热解,彻底消除黑臭,活化水体,促使底泥表层矿化,改善水质,提高透明度。

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    • 目前,我国水资源污染严重,单纯的“污水处理”已经不能满足水生态修复的需求。因此,水环境综合治理从控源和生态修复的核心出发,成为了目前治水的主题。而在政策驱动和需求升级的双重加持下,整个水环境综合治理的空间将逾千亿。   水环境综合治理的必要性。中国水资源面临两大困境:困境一,水资源短缺且分布不均,中国人均水资源约为2000立方米,仅为全世界人均水资源平均水平的1/4,属于轻度缺水国家。并且中国的水资源分布非常不均匀,长江流域及其以南地区占了全国81%的水资源,但是土地面积却只占全国不到40%;困境二,水资源污染严重,随着我国工业化和城市化的不断开展,全社会用水量不断上升。但是由于污水处理设施建设的滞后性,大量未经处理的污水直接排入水体,造成大量的湖泊和河流的水质低于生活饮用水标准,近一步加剧了水资源的短缺性。   水环境综合治理≠污水处理。污水处理是指将污水处理后达到市政污水排放标准,但是现行市政污水排放标准与地表水标准差距较大,致使处理后排出水质无法达到功能区域的水质要求。所以从污水处理升级到生态修复是必要选择。生态修复的重点是将受损水体通过外源污染控制、内源污染处理和生态系统修复三个过程,从而恢复成健康水体。   水环境综合治理的核心是控源+生态修复。根据国内外的治理经验,我们总结治理的核心是控源和生态修复,控源主要包括建立污水处理机制、减少排放、技术革新实现生态农业等。而生态修复则主要在于生态系统的重建,目前行业内比较成熟的方式是基于稳态转换理论的清水型生态系统重构法。   政策驱动+需求升级,市场空间将逾千亿。从政策层面上,“水十条”发布为十三五期间的水治理工作制定明确的完成目标和实施手段。在黑臭水体的治理上,住建部专门制定了计划安排,要求到2020年地级以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内,到2030年要基本消除黑臭水体。从资金来源上来看,PPP模式的兴起则唤起了水环境综合治理新一波投资热潮。水环境综合整治的投入原来主要依赖政府的财政收入,项目主要以EPC/BT/BOT的模式进行。引入PPP模式可以把政府从资金链中摘出来,变成项目提供方和监督方。在财政部已经公布的3批示范项目中,涉及水环境治理的项目占比达到8.7%,项目总投资额超过1000亿。根据政策的指导,我们测算了水环境综合治理中最重要的两块水源地修复和黑臭水体治理两块的市场空间,到2020年这两块的总投资将超过1500亿,项目重点都将落在生态修复这块上。 正文   水是人类生产生活不可或缺的资源。   1、为什么要关注水环境综合治理市场   1.1困境一:中国水资源短缺且分布不均   中国水资源短缺。我国目前水资源总量为27962.6亿立方米,为全球水资源的6%,但是除以我国庞大的人口基数,人均水资源只有约2000立方米/人,仅为全世界人均水资源平均水平的1/4,在世界范围内排在105位。虽达到人均最低需求量1000立方米,但对比一些发达国家如美国人均8800立方米,瑞典人均17000立方米,差距十分明显。   我国水资源分布非常不均匀。长江流域及其以南地区占了全国81%的水资源,但是土地面积却只占全国不到40%,长江流域以北地区63.5%的土地却只有不到20%的水资源。各省份面临的稀缺程度也因人口数而异。根据不同地区供用水量,北京,河北,河南,辽宁,宁夏,山东,山西,上海,天津属于极度缺水,而福建,广西,贵州,青海,西藏,云南水资源丰富,人均量为前者的6倍以上。同时还需要扣除难以利用的洪水径流和散布在西部等地球的地下水,我国可实现利用的淡水资源仅剩11000亿立方米。若按照可利用的淡水资源人均水平,中国属于严重缺水状态。   根据水利部统计,全国669座城市中,有400座常年供水不足,110座严重缺水;在32个百万级人口以上的特大城市中,95%的城市长期受缺水困扰,不仅是干净的可饮用水,还包括灌溉、景观、消防等各类水源。   从水的需求端来说,主要有两大方面的短缺。一方面是符合标准的水来满足城市的四项基本用水需求,包括生产和生活等各个方面,特别是城市水源地以及主要水资源流域。另一方面是保证城市良好水环境的景观类生态水,不仅需要对城市整体水环境进行自净调节,更对地下水和外来水等有很好的平衡作用。 1.2困境二:水资源污染严重亟待治理   随着我国经济的高速发展,全社会用水量也在不断上升,农业用水比重较大但基本平稳,生活生态用水量及生产用水量在逐渐增加。分析GDP的不同产业来源,第三产业增长迅速,一二产业平稳增长。总体来看,随着GDP的增加,用水总量也呈波浪型增加。   工业加工产生的废水以及人们生活产生的污水排放量已不容小视,其中生活污水排放一直以较高速增长,工业废水近年略有下降但仍处于较高水平。根据国家统计局到2015年的数据,2015年排放的废水污水加起来达到715亿吨,比黄河一年总流量还多。未经处理的污水对江河湖海会造成巨大的污染,不仅携带着有毒化学物质,还会破坏水生态系统,甚至成为“臭黑水”。污水废水排放增多,对环保的要求也越来越高。尽管城镇污水处理率在缓慢上升,但仍有大量未处理污水直接排入自然界。虽然污水处理率已经逐步提高到70%以上,每年没有经过处理的污废水仍超过200亿吨。   我国的地表水执行的是《地表水环境质量标准》(GB3838-83),根据环境功能和保护目标分为5类。根据国家水利部公布的《2014年中国水资源公报》披露的数据,2014年对全国21.6万km的河流水质状况进行了评价。全年Ⅰ类水河长占评价河长的5.9%,Ⅱ类水河长占43.5%,Ⅲ类水河长占23.4%,Ⅳ类水河长占10.8%,Ⅴ类水河长占4.7%,劣Ⅴ类水河长占11.7%,其中东部地区的水质相对较差。而湖泊的测评结果也不乐观,全国开发利用程度较高和面积较大的121个主要湖泊共2.9万km2水面中,全年总体水质为Ⅰ——Ⅲ类的湖泊有39个,Ⅳ——Ⅴ类湖泊57个,劣Ⅴ类湖泊25个,分别占评价湖泊总数的32.2%、47.1%和20.7%。对上述湖泊进行营养状态评价,大部分湖泊处于富营养状态。处于中营养状态的湖泊有28个,占评价湖泊总数的23.1%;处于富营养状态的湖泊有93个,占评价湖泊总数的76.9%。   除生活污水,工业废水排放以外,我国本就稀缺的水资源还存在农业污染,水土流失等问题,且包含了难以利用的洪水径流和分散在土壤深层的地下水。水资源短缺和污染不可忽视,水环境治理迫在眉睫。 1.3水环境综合治理≠污水处理   过去的水环境治理的概念多局限于污水处理。污水处理是指将污水通过物理、化学或者生物的方法处理后以达到市政污水排放的标准,污水处理率的提升成为各地政府的考核标准,也催生了大量的污水处理公司。但是需要注意的是现行市政污水排放标准与地表水标准差距较大,致使处理后排出的水质无法达到功能区域的水质要求,也就是说污水处理率上升只会减缓环境恶化,但并不能改善。   从污水处理到水生态修复的升级是必要的。水体不同于水,水体是个复杂的、相互作用的系统。过去单纯的污水处理可以在短期达到污染物清理达标、水质标准上升等目的,但因为水体的生态系统没有发生根本改变。在封闭环境内,一段时间后水体还会回到治理前的状态。而过去的水体恢复处理工程的一些方案,如利用水葫芦吸收水中污染物,表面上解决了污染问题,其实是有害于水生态系统的,因为引进新的物种是比污染更加严重的状况。只有在多层的生态修复技术的调控下,才能重新建立起健康的水生态系统。以污水处理作为第一步,水生态修复的完整过程能起到“治标更治本”的作用。   2、政策驱动+需求升级,市场空间将逾千亿   2.1“水十条”吹起治理号角,各省市积极落实治理细则   水环境综合治理行业的最大助力来自国家及地方政府的重视,这也反映在近几年密集出台的法规政策中。从2015年二季度的《水污染防治行动计划》,到十三五规划,再到2017年政府工作报告,水环境是最关心的话题之一。   2015年4月,国务院出台了《水污染防治行动计划》(水十条),提出了以改善水环境质量为核心,按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”原则,系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理。对十三五期间水治理的工作制定了要求:定调了要推进生态文明建设,以改善水环境质量为核心。并提出了明确的工作目标,到2020年,全国水环境质量得到阶段性改善,污染严重水体较大幅度减少,饮用水安全保障水平持续提升,地下水超采得到严格控制,地下水污染加剧趋势得到初步遏制,近岸海域环境质量稳中趋好,京津冀、长三角、珠三角等区域水生态环境状况有所好转。   在城市水体和相关流域水治理方面的要求有:   (1)到2020年,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大重点流域水质优良(达到或优于Ⅲ类)比例总体达到70%以上,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内,地级及以上城市集中式饮用水水源水质达到或优于Ⅲ类比例总体高于93%,全国地下水质量极差的比例控制在15%左右,近岸海域水质优良(一、二类)比例达到70%左右。京津冀区域丧失使用功能(劣于V类)的水体断面比例下降15个百分点左右,长三角、珠三角区域力争消除丧失使用功能的水体。   (2)到2030年,全国七大重点流域水质优良比例总体达到75%以上,城市建成区黑臭水体总体得到消除,城市集中式饮用水水源水质达到或优于Ⅲ类比例总体为95%左右。   (3)到2020年,组织完成市、县域水资源、水环境承载能力现状评价。(环境保护部牵头,住房城乡建设部、水利部、海洋局等参与)   (4)开展饮用水水源规范化建设,依法清理饮用水水源保护区内违法建筑和排污口。单一水源供水的地级及以上城市应于2020年底前基本完成备用水源或应急水源建设,有条件的地方可以适当提前。   (5)地级及以上城市建成区应于2015年底前完成水体排查,公布黑臭水体名称、责任人及达标期限;于2017年底前实现河面无大面积漂浮物,河岸无垃圾,无违法排污口;于2020年底前完成黑臭水体治理目标。直辖市、省会城市、计划单列市建成区要于2017年底前基本消除黑臭水体。   《水污染防治行动计划》政策指导下,中央财政还专门安排设立了用于支持水污染防治和水生态环境保护方面的资金,并于2015年7月公布了《水污染防治专项资金管理办法》。专项资金重点支持范围包括:(一)重点流域水污染防治;(二)水质较好江河湖泊生态环境保护;(三)饮用水水源地环境保护;(四)地下水环境保护及污染修复;(五)城市黑臭水体整治;(六)跨界、跨省河流水环境保护和治理;(七)国土江河综合整治试点;(八)其他需要支持的有关事项。其中,办法中说明地方财政对采用政府和社会资本合作(PPP)模式的项目予以倾斜支持,并主要采取因素法、竞争性等方式分配,采用奖励等方式予以支持。   随着“水十条”的出台,各省市地方政府也相继推出地方水污染防治工作方案,积极响应国务院号召并提出地方具体的目标和治理要求。其中,消除黑臭水及提升饮用水安全水平,恢复水生态系统被绝大多数地区列为防治目标,并且设立了分年度及分流域的指标,明确了牵头单位与责任单位,细化了水环境治理的具体措施和目标清单。此外,一些省市如湖南,江苏,山西,上海等提出的主要指标甚至超过国家指标要求或规划提前完成阶段目标。还有地区设立专项工程,如河南省“碧水工程”并设立了9个实施方案,可见地方政府坚决治理水环境的决心。   密集的政策带动资本积极投向相关领域。而传统的EPC/BT/BOT模式也迎来升级。   2.2新商态:PPP模式带起社会投资热潮   从2014年开始,中国PPP模式的制度化建设正式提上日程,顶层设计从法律法规、管理机构、操作指引、标准化工具和专业培新等方面构成了完整的PPP框架。根据使用者是否付费以及付费是否可以覆盖投资,PPP主要可以分为三种模式,适用于不同的行业。水环境综合治理大部分属于政府付费模式。   水环境综合整治的投入原来主要依赖政府的财政收入,项目主要以EPC/BT/BOT的模式进行。而引入PPP模式可以把政府从资金链中摘出来,变成项目提供方和监督方;引入社会资金实现利益共享、风险共担以及长期合作。   从2014年12月开始,财政部陆续公布了三批PPP示范项目,总项目数达到715个,其中涉及水环境治理项目一共有62个,项目数量占比达到8.7%,总项目投资额达到1111.8亿。具体的项目包括通州区北运河流域水环境治理(总投资64.3亿)、荆门市竹皮河流域水环境综合治理(总投资34.1亿)、大理州洱海流域生态修复和综合整治(总投资77.9亿)等全国重大水环境治理项目。68%的项目属于政府付费模式,并且合作年限以11-20年区间为主。 从2015年开始,发改委在国家部委层面上的PPP项目库里,目前已经发布了超过5000个项目,其中约7%的项目涉及水环境治理,预计总投资额超过1200亿。随着这些项目的逐步审核实施,将带动大批社会资金投入到水环境治理行业中。   2.3水源地修复+黑臭水体治理市场空间将逾1200亿   我们对于实施“水十条”将带动的水生态修复的市场空间进行测算。有别于现在环保市场主要关注的污水处理市场,水生态修复市场主要面对的是已经被污染的水体环境,是整个环境的生态平衡再建。   首先在饮用水水源地的治理方面,根据环保部正式推出的三批全国重要饮用水水源地名录,175个水源地(有些大的城市不止有一个水源地),其中水库水源地66个,地下水水源地32个,河道水源地77个。在“水十条”中明确规定到2020年底单一水源地供水的地级及以上城市需要完成备用水源或应急水源地的建设,所以预计这个名单将会扩展50%左右。以水库水源地的治理为例,如果一个中等大小的水库水源地的水质由于受污染等原因低于Ⅲ类,但是高于等于Ⅴ类。那么根据现有的市场物价和手段,综合投资大约在30亿,其中约9%专门用于水生态恢复。假设全国20%的水源地有治理需求,那么整个水源地生态恢复投资的市场空间将达到356亿。   而另一个治理重点是黑臭水的治理。根据“水十条”要求到2020年中国地级市及以上城市的城市建成区黑臭水体均控制在10%以内的要求。目前登记的黑臭水体数量在2082个,其中已经完成整治的比例在34.9%、正在整治的比例为28.4%。我们假设平均单条黑臭河治理长度为3km,每千米的投资成本约为3500万。我们测算到2020年,整个城市建成区的黑臭水体的投资总额将达到1205亿。   3、借鉴+总结,水生态修复树立行业标准   3.1他山之石:借鉴国外成熟的治理经验   国外对水污染治理的重视较早,因此也累积部分先进的治理方法和措施,也有很多经典的案例,比如英国对泰晤士河、瑞士对日内瓦河、日本对琵琶湖、德国、法国、荷兰等九个欧洲国家对莱茵河的成功治理,主要措施包括:政策强制征收污染税、跨区域合作、普及污水处理厂和土地处理系统。这些积极经验和主要措施能够为我国在治理水污染方面提供借鉴作用。   点面结合,日本琵琶湖的三十年蜕变分析:点源污染控制(超高净度污水处理系统)和面源污染控制(下水道普及与生态修复)   流域点源污染控制:琵琶湖流域水污染控制的核心是大型集中式污水处理净化中心,从1970年开始,政府将湖区分为四个处理区,并建立了4个大型集中式污水处理净化中心,并在较远区域建立了5个较小的污水处理厂。所有的污水处理厂均采用超高度处理技术,TP及CODmn的去除率高达99.4%及97.1%以上,最大限度地使排放水接近自然湖体的水质。同时对产生的污泥也进行最大限度的回收和资源利用,避免二次污染。   流域面源污染控制:主要包括四种处理方式(1)净化槽和下水道,净化槽用于处理一家一户或楼房排放的生活污水,而下水道则实现了全面的管网收集;(2)农业集落排水处理设施,即农村下水道,能有效地防止农业用水水质污染,与公共下水道一样,在二级水处理的基础上增加了脱氮除磷的高度处理;(3)环境生态修复,在琵琶湖的周边以及湖区进行生态修复,包括水生植物和周边植被的种植,恢复湖区作为生态系统的自我净化能力。   3.2水环境综合治理的核心:控源+生态修复   “三河三湖”是指流经我国人口稠密聚集地的淮河、海河、辽河和太湖、巢湖、滇池,这些重点流域的水污染治理事关我国接近半数的省市社会经济发展,以及人民群众的生活质量,是我国水污染防治工作的重中之重。根据几十年“三河三湖”的治理经验,治理的核心是控源和生态修复,控源主要包括建立污水处理机制、减少排放、技术革新实现生态农业等,而更重要的措施落在综合治理修复水质上面。包括采取清淤、坡岸治理、生态植物群落重构等各种措施来实现湖水体的综合整治。   所以我们认为在目前这个阶段,中国的污水处理率已经接近80%,综合整治的核心应该落在生态修复上。国际上已在使用的或已进入中试阶段的污染水域治理与生态修复技术可分为物理法、化学法和生物/生态法三大类。但是每种单列的方法只能解决水体部分的问题。   水生态修复是以恢复或重建受损生态系统结构为目的的技术,依靠修复水体原有结构从而恢复原有的主要生态功能。与利用某些生物的特性解决水体中某一特定问题的技术不同,水生态修复是一个系统的规划。只有从诊断污染受损水体生态系统出发,制定外源污染控制、内源污染治理和生态修复工程,才能达到治理目标。   生态恢复的重点就是对生态系统施加多种手段以实现浊水稳态向清水稳态的转换。主要的驱动力包括:   (1)降低水中营养盐浓度,控源截污是前提。   (2)提高水体透明度,透明度是浮游植物量与无极悬浮物量的综合反映。   (3)清楚杂食性与草食性鱼类,主要是保证沉水植物在恢复初期不被牧食。   (4)重污染底泥疏浚与基底恢复,底泥疏浚是保证内源磷释放的有效措施,基底修复有利于不同水生植物类型的构建。   (5)采用软围隔营造静水环境,可以有效地防止因风浪的影响而引起的底质再悬浮等。
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    • 来源专题:水体污染治理
    • 编译者:王阳
    • 发布时间:2018-11-09
    • 摘要:随着我国城市经济的不断发展,城市河道水体污染状况讶益恶化。近几年,黑臭水体的治理已成为广大环保专家积极关注和研究的重点领域。黑臭水体不仅在色味上给人们带来的不愉悦感尤其是其污染最终通过食物链循环进而影响到人们的生活健康。主要是由于前几年我国工业企业的大量有机污水无管理无处置的直接排放,导致其对水体造成了不可自我修复的刳伤。本文就针对黑臭水体污染形成的原因,以及目前常规的治理修复技术做简要概括分析,以期为我国接下来的黑臭水体治理重大环保工程提供理论参考。 关键词:黑臭水体;形成;治理技术;展望 引言:城市水体是城市生态系统的重要组成部分,具有水体循环、水土保持、水质涵养、调节温湿度、改善城市气候等多种功能。但是由于目前我国“新型城镇化建设”的快速发展,城市的水环境质量受到严重威胁。据权威部门统计,截至2016年,全国295个地级以上城市黑臭水体总认定数为2014个,城市水体普遍受到污染,黑臭水体逐渐增多,已严重影响了居民的生活质量。 我国城市黑臭水体的综合治理已经刻不容缓。国务院于2015年4月正式发布的《水污染防治行动计划》明确提出:到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;到2030年,全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。由此可见城市黑臭水体治理的紧迫性和艰巨性。 目前全国兴起了黑臭水体治理的热潮,但是有些缺乏科学、系统的治理路线,陷入“头痛医头,脚痛医脚”的误区;有些注重单一技术,忽视采用集成技术进行综合治理;有些污染源治理与生态治理不同步,事倍功半;有些过度强调生态与景观,忽视自然生境的构建。本文对黑臭水体治理技术及发展趋势加以分析,期望为我国黑臭水体的治理提供借鉴。 1、河流黑臭产生的原因及危害 1.1 河流黑臭产生的原因 城市河道黑臭主要是过量纳污导致水体供氧和耗氧失衡的结果,水体缺氧乃至厌氧条件下污染物转化并产生氨氮、硫化氢、挥发性有机酸等臭恶臭物质以及铁、锰硫化物等黑色物质。生活污水是导致城市河道黑臭的最普遍和最主要的污染源。其他污染源还有:生活垃圾、有机工业废水、合流制管网溢流污水、污水厂尾水、畜禽养殖场粪便污水等。消除城市河道黑臭、改善城市水环境质量,对保障城市人居健康、促进社会和谐与经济持续发展具有极其重要的现实意义。 1.2 河流黑臭的危害 黑臭河道的危害很多,如影响居民生活,危害人体健康;破坏河流生态系统;损害城市景观。因此消除黑臭、改善感观,美化城市,已是城市河流治理中首要解决的问题。 2、黑臭水体治理原则 依据国务院发布的《水污染防治行动计划》,科学系统地综合治理城市黑臭水体,必须以全面改善水环境质量为核心,坚持分区管理,近中远期分期实施,“一河一策”分类治理的原则。其综合治理的技术体系应按照“控源截污—水质净化—生态修复”的理念和模式,坚持“水陆统筹,截污与改善水动力条件相结合,污染源治理和生态修复相结合,同时坚持工程建设与长效管理两手抓的策略。 从根本上治理黑臭水体,杜绝水体返黑、水质反复恶化,必须具有科学系统的治理技术路线,包括:开展黑臭水体环境问题诊断,分析黑臭成因,核定污染物负荷,确定控制目标,制定黑臭水体治理实施方案;实施污染源控制及治理,水动力改善及水力调控,水质净化与生态修复,加强综合管理及工程运行与维护。 因而,针对适合城市黑臭水体治理的技术与模式,以下列举了当前效果稳定可靠、运行经济合理的黑臭水体治理常规技术,主要涉及源污染控制和治理关键技术、水动力改善及水力调控技术、水质净化与生态修复技术三方面。 3、黑臭水体常规治理技术 目前,国内外对针对城市河道的黑臭治理均遵循“控源-净化-修复”的思路。下面将着重介绍常用几种治理技术。 3.1 清游疏浚技术 清游疏浚是清除内源、控制水体污染的有效措施之一。其方法主要有两种,一种是抽干湖河水后清法(干法),如上海市丽娃河就用的干床冲挖清游疏浚工艺,另一种是用机械食接从水中清除游泥,常用的工具是挖泥船。 干式清淤是指抽干城市黑臭水,使水体底泥裸露出来,使用水力冲挖的方式对淤泥进行清理。干式清淤具有清淤浓度高、清淤速度快、清淤较为彻底的优点,但也存在破坏水体原有生态,产生二次污染的不足。在实际施工中,干式清淤一般使用在城市箱涵清淤、明渠清淤、小型湖泊清淤,设备操作简单,转运方便快捷,黑臭水体治理效果明显。 湿法清淤主要是通过水力清淤设备进行治理黑臭水体的。 水力清淤设备通过利用高压水枪冲刷河床中的淤泥,形成一定浓度的淤泥,然后通过泥浆泵的绞吸、抽吸等作用将悬浮起来的淤泥吸人并通过管道排出。水力式挖泥船主要有绞吸式、耙吸式、斗轮式、吸扬式等。湿法作业的应用范围较广,江河湖库都可用之。清流疏浚能相对快速地改善水质,但因具有一定的生态风险性,国内外对此多持慎重态度故在底泥疏浚前应开展环境影响评价,对可能造成的环境影响提出相 应对策。 3.2 截污纳管技术 截污纳管是从源头上消减污染物的排放量。通过建设和改造位于河道两侧污水产生单位内部的污水管道,并将其就近接入敷设在城镇道路下的污水管道系统中,并转输至城镇污水处理厂进行集中处理,阻止污水进入河流。 3.3 曝气增氧技术 缺氧是黑臭水体普遍特征。恢复水体耗氧复氧平衡、提高水体溶解氧浓度是水环境治理和水生态恢复的首要前提。曝气增氧是水体增氧的主要方法,能快速提高水体溶解氧,并兼有造流、净化抑藻和底泥修复作用。德国萨尔河、英国泰晤士河、中国的苏州河及温瑞塘河的许多河段等治理中都使用了曝气增氧的方法。 3.4 清水补水技术 环境调水其目的在宁改善水体水质,提髙水资源的利用价值和水环境的承载力,主要应用宁纳污负荷高、水动力不足、环境容量低的城市河湖和水网。上海市开展苏州河环境调水研究和试验己有20余年历史,取得了良好的效果;2005年7月22日,南京市秦淮河管理处启动了秦淮河环境调水工程。 4、黑臭水体监督管理 在黑臭水体的治理过程中不但要注重治理技术和治理指施,更要注重对黑臭水体治理的维护与管理,从而确保整个治理工程有序、高效进行;同时,也使已治理好的水体不至于再受污染,巩固已有的治理成果,保障治理水体的长治久清。 主要的监督管理措施包括:一是建立综合协调机制,加强政府各部门之间的联系、协调与合作,齐抓共管,形成黑臭水体治理合力。二是完善监管机制,落实责任到人,公布黑臭水体名称、责任人、达标期限及治理效果;建立黑臭水体信息共享平台和信息公开制度,每半年向社会公布治理情况,接受社会监督,鼓励公众参与。三是科学监测监控,建立健全环境物联网系统,鼓励综合利用卫星遥感监测、自动在线监测、自动视频监测、人工巡视监控、网络信息传媒等手段,构建水体监控预警系统。四是建立黑臭水体治理工程运行维护长效机制,实行水体环境的常态化养护,制定黑臭水体治理考核及评估办法,确保工程长效运行和水质改善效果。 5、治理技术发展趋势 解决黑臭水体问题涉及自然科学、工程技术、社会科学、经济学和管理科学,需要针对黑臭水体进行跨学科的、涉及生态、社会、经济等各方面的全面研究。根据国内外最新研究进展以及热点趋势,未来黑臭水体治理技术的发展趋势需满足治理效果稳定可靠、运行经济合理、已有应用实例等要求,涉及到的污染源控制、生态修复与监管新技术主要包括。 在点源治理方面,以应用高效脱氮、脱碳、除磷及资源、能源化先导技术为主,如真空收集截污技术、氮磷及有价物质回收利用技术、难降解工业废水高级氧化技术等。 在面源治理方面,需集成应用城市面源综合协同控制技术,初期雨水、地表漫流截流与污染控制技术等。 在内源治理方面,以研发应用新材料与制剂为主,如氧化剂、覆盖剂、生物抑制剂、环境友好生态覆盖剂等。 在生态修复方面,应以应用原位水质改善及生物生态恢复技术为主,如复合酶原位生态净化、高效复合微生物菌剂、土著微生物扩增及生物促生、生物操纵等技术。 6、结论 目前我国大部分城市地表水由于污染日趋严重已经演变成黑臭水体。 主要治理河流黑臭的技术和方法包括物理法、化学法和生物法,其中由于生物修复具有环境友好、生态节能等优点,在黑臭河流的治理中得到了广泛的应用。另外,在原有物理、化学和生物技术的基础发展、组合和延伸一系列新技术也有着广阔的发展前景。国内外对黑臭河流的治理研究已有了一定的成效,并且建立了相关的水质指数关系式以及预测模型。今后,黑臭河流的治理以及组合技术的推广将拥有更加广阔的前景。