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为建成“首善之区”该如何管理与治理广州城市水环境
中山大学《科技创新与生态城市建设》课题组 / 时间:2013-08-29 09:12:05
据大洋网2013年8月27日讯 广州是人口超千万的特大城市,其生态环境承受着越来越大的压力,国家在将广州的发展提升到国家战略层面的同时,要求广州建成全省宜居城乡的“首善之区”。为此,广州应走新型的城市化发展道路,将生态安全、生态健康、生态文明的理念渗透到其建设规划之中,而科技创新是城市生态建设的主要推动力。
广州城市水环境治理成效与面临问题
近年来,广州在水环境治理工作上加大了力度,取得了良好成效,生活污水集中处理率已达到90.88%,点源污染基本得到有效控制,河涌整治的实施改善了部分河涌的水质,地表水水质逐年好转,集中式饮用水源水质保持100%达标。但是广州的水环境治理仍面临一些难题:①农业面源与城市地表径流造成的面源污染日益显著,已成为广州城市水体的主要污染源;②河涌截污工程的全面实施困难重重,中心城区、旧城区现状排水系统为合流制,雨污分流改造工程量较大,河涌整治目前未能达到预期效果;③广州目前利用的水资源大多属于过境水,而饮用水源中除了流溪河是完全位于境内的水源之外,其他饮用水源的上游均位于周边其他城市,污染防控难度大,存在安全隐患;④广州处于珠江三角洲河口区,水环境受潮汐影响,一旦产生污染则难以自净甚至可能累积。
广州城市水环境管理与治理创新技术与对策推荐
(1)城市污水处理创新理念与技术
一些创新的城市污水处理技术的应用,有利于提高污水处理效率和废水回用率,减少污泥产量。
在绿色楼宇的厕所中,采用尿液分离技术,将原尿液和灰水与其他生活污水进行分离,对尿液和灰水进行单独传送、处理;在高压条件下实现对分离出的尿液和灰水的深井预处理;往预处理后的尿液注入海水形成鸟粪石,可作为农业肥料使用,从而实现尿液中磷元素的资源回收及再利用;分离了尿液的生活污水处理效率将会得到显著提高。
沿海城市可考虑采用海水冲厕,以节约淡水资源。运用含盐生活污水处理工艺(SANI工艺),对海水冲厕产生的污水进行处理,相比较传统的处理工艺,可使生化污泥产量减少90%,且处理过程无臭气产生。
污水处理膜技术具有系统稳定、占地小、化学品用量少、流程简单、节能、低耗、高效等优点。新型的膜处理技术包括有半死端超滤、双膜法、膜生物反应器(MBR)等。广州市京溪污水厂作为广州市亚运会配套项目,采用的便是当前世界最为先进的“膜生物反应器(MBR)处理工艺”,且整厂处理工艺设备采用“地下全埋式”,可节省宝贵的城市空间。
如果燃煤电厂、工业锅炉与污水处理厂距离较近,则可单独引一条管道,将高浓度亚硫酸盐溶液输送至污水处理厂,并按照一定的比例与生活污水混合后,通过SANI工艺加以处理。两项工艺联合使用后,可降低烟气脱硫过程中产生的有毒有害污水、废气的排放,同时极大降低剩余污泥产量。
新OSA工艺通过采用独特的浓缩池构造及ORP控制手段来实现30%以上的污泥减量效果,该工艺可由广州现有常用污水处理工艺经简单改造实现,无需新增氮气调控设备及氮气消耗,其新增厌氧饥饿池占地少,工艺出泥可直接脱水,改造投资低、减量效益高。
对于广州南沙等正在开发建设的城区或规划新建城区,可考虑采用上述创新的污水处理技术;在广州现有的污水处理厂推行新OSA等污泥减量化技术,可减少全市的污泥产量。
(2)饮用水处理技术探讨
饮用水常规处理工艺包括混凝、沉淀、砂滤和氯消毒等,但随着原水中有机物含量和微量污染物种类的增加,常规处理工艺己显得力不从心。通过采用强化混凝处理技术、生物预处理技术、氧化处理技术、吸附处理技术等进行处理,可提高饮用水中有机物或微量污染物的去除率。活性炭吸附技术、臭氧-生物活性炭技术(O3-BAC)、膜处理技术、高级氧化技术(AOP)等深度处理技术对进一步提高饮用水水质发挥了较好的作用,在国内外都有一定的应用。面对复杂多样的饮用水源微量有机污染和越来越高的饮用水质要求,广州市应该根据各个水源地实际,采用先进处理技术,确保饮用水安全。
(3)面源污染管控创新技术与对策建议
相对于采用水质监测来评估面源污染控制措施,通过数学模型模拟分析面源污染管控措施所产生的污染削减效果,既经济实用,又便于在措施制定前期提供数据支持。通过建立流溪河SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型进行模拟分析,发现流溪河流域面源氮磷占流域氮磷污染物总量的三分之二;模型模拟保护性耕作和优化施肥措施对流域面源污染的削减效果的结果显示,在仅占流溪河流域面积9%的稻田上应用“水稻免耕抛秧和稻草覆盖还田”技术,能减少流域总氮负荷的5%和总磷负荷的12%,而采用优化施肥方法则能在几乎不影响农作物产量的前提下减少流域13%的总氮负荷和25%的总磷负荷。
为有效控制农业面源污染,建议广州在农业发展规划和农村环境整治规划中,引入最佳管理措施(Best management practices, BMPs)的理念,基于农业发展的现状,合理设计工程措施、耕种措施和管理措施,并将这三种措施进行有机结合。
为有效控制城市地表径流,应推行低影响开发(Low impact development,LID)模式,推进分流制排水系统、截污工程的建设,在排水系统中设计调蓄设施,开展雨洪利用。
(4)城市饮用水源安全监控技术研究
饮用水源污染事故预警系统的构建应涵盖事故前期、事故爆发期、应急处置期、事故影响消限期四个阶段,并集成环境监测技术、数据库、系统集成、水环境数学模型等众多技术。
通过构建珠江三角洲感潮河网一维数学模型,可以在发生污染事故时预测污染物在系统范围内河流中的输送路径与浓度变化情况,并根据需求提供到达污染物到达敏感点的时间和经过时间,为污染事故的应急决策提供数据支持。2005年的北江镉污染事件采用了该模型进行预警预测,为佛山和广州的饮用水源受影响程度及过程提供了准确预测,为应急救援决策的制定提供了科学依据。
企业偷排、航运事故等突发性水污染事件往往难以确定肇事者且无法获取污染源信息,不利于应急工作的实施,近20多年来不少研究者开展了有关突发性水污染事件污染源追溯方面的研究。在众多方法中,后向概率模型能准确的同时追溯污染源的位置、污染释放时间及污染物释放量,该模型仅需根据监测点位的数量驱动相应次数的模型,从而在响应过程中极大的缩短了响应时间。可用于最复杂的珠三角水系感潮河网和珠江口的基于后向概率模型的水污染源追踪模型已得以建立,可用于追溯珠三角水系和珠江口水域突发性污染事故的污染源。
另外,将水环境数学模型和可视化技术进行结合,可为进一步决策开展提供有力支持。
广州城市水环境治理成效与面临问题
近年来,广州在水环境治理工作上加大了力度,取得了良好成效,生活污水集中处理率已达到90.88%,点源污染基本得到有效控制,河涌整治的实施改善了部分河涌的水质,地表水水质逐年好转,集中式饮用水源水质保持100%达标。但是广州的水环境治理仍面临一些难题:①农业面源与城市地表径流造成的面源污染日益显著,已成为广州城市水体的主要污染源;②河涌截污工程的全面实施困难重重,中心城区、旧城区现状排水系统为合流制,雨污分流改造工程量较大,河涌整治目前未能达到预期效果;③广州目前利用的水资源大多属于过境水,而饮用水源中除了流溪河是完全位于境内的水源之外,其他饮用水源的上游均位于周边其他城市,污染防控难度大,存在安全隐患;④广州处于珠江三角洲河口区,水环境受潮汐影响,一旦产生污染则难以自净甚至可能累积。
广州城市水环境管理与治理创新技术与对策推荐
(1)城市污水处理创新理念与技术
一些创新的城市污水处理技术的应用,有利于提高污水处理效率和废水回用率,减少污泥产量。
在绿色楼宇的厕所中,采用尿液分离技术,将原尿液和灰水与其他生活污水进行分离,对尿液和灰水进行单独传送、处理;在高压条件下实现对分离出的尿液和灰水的深井预处理;往预处理后的尿液注入海水形成鸟粪石,可作为农业肥料使用,从而实现尿液中磷元素的资源回收及再利用;分离了尿液的生活污水处理效率将会得到显著提高。
沿海城市可考虑采用海水冲厕,以节约淡水资源。运用含盐生活污水处理工艺(SANI工艺),对海水冲厕产生的污水进行处理,相比较传统的处理工艺,可使生化污泥产量减少90%,且处理过程无臭气产生。
污水处理膜技术具有系统稳定、占地小、化学品用量少、流程简单、节能、低耗、高效等优点。新型的膜处理技术包括有半死端超滤、双膜法、膜生物反应器(MBR)等。广州市京溪污水厂作为广州市亚运会配套项目,采用的便是当前世界最为先进的“膜生物反应器(MBR)处理工艺”,且整厂处理工艺设备采用“地下全埋式”,可节省宝贵的城市空间。
如果燃煤电厂、工业锅炉与污水处理厂距离较近,则可单独引一条管道,将高浓度亚硫酸盐溶液输送至污水处理厂,并按照一定的比例与生活污水混合后,通过SANI工艺加以处理。两项工艺联合使用后,可降低烟气脱硫过程中产生的有毒有害污水、废气的排放,同时极大降低剩余污泥产量。
新OSA工艺通过采用独特的浓缩池构造及ORP控制手段来实现30%以上的污泥减量效果,该工艺可由广州现有常用污水处理工艺经简单改造实现,无需新增氮气调控设备及氮气消耗,其新增厌氧饥饿池占地少,工艺出泥可直接脱水,改造投资低、减量效益高。
对于广州南沙等正在开发建设的城区或规划新建城区,可考虑采用上述创新的污水处理技术;在广州现有的污水处理厂推行新OSA等污泥减量化技术,可减少全市的污泥产量。
(2)饮用水处理技术探讨
饮用水常规处理工艺包括混凝、沉淀、砂滤和氯消毒等,但随着原水中有机物含量和微量污染物种类的增加,常规处理工艺己显得力不从心。通过采用强化混凝处理技术、生物预处理技术、氧化处理技术、吸附处理技术等进行处理,可提高饮用水中有机物或微量污染物的去除率。活性炭吸附技术、臭氧-生物活性炭技术(O3-BAC)、膜处理技术、高级氧化技术(AOP)等深度处理技术对进一步提高饮用水水质发挥了较好的作用,在国内外都有一定的应用。面对复杂多样的饮用水源微量有机污染和越来越高的饮用水质要求,广州市应该根据各个水源地实际,采用先进处理技术,确保饮用水安全。
(3)面源污染管控创新技术与对策建议
相对于采用水质监测来评估面源污染控制措施,通过数学模型模拟分析面源污染管控措施所产生的污染削减效果,既经济实用,又便于在措施制定前期提供数据支持。通过建立流溪河SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型进行模拟分析,发现流溪河流域面源氮磷占流域氮磷污染物总量的三分之二;模型模拟保护性耕作和优化施肥措施对流域面源污染的削减效果的结果显示,在仅占流溪河流域面积9%的稻田上应用“水稻免耕抛秧和稻草覆盖还田”技术,能减少流域总氮负荷的5%和总磷负荷的12%,而采用优化施肥方法则能在几乎不影响农作物产量的前提下减少流域13%的总氮负荷和25%的总磷负荷。
为有效控制农业面源污染,建议广州在农业发展规划和农村环境整治规划中,引入最佳管理措施(Best management practices, BMPs)的理念,基于农业发展的现状,合理设计工程措施、耕种措施和管理措施,并将这三种措施进行有机结合。
为有效控制城市地表径流,应推行低影响开发(Low impact development,LID)模式,推进分流制排水系统、截污工程的建设,在排水系统中设计调蓄设施,开展雨洪利用。
(4)城市饮用水源安全监控技术研究
饮用水源污染事故预警系统的构建应涵盖事故前期、事故爆发期、应急处置期、事故影响消限期四个阶段,并集成环境监测技术、数据库、系统集成、水环境数学模型等众多技术。
通过构建珠江三角洲感潮河网一维数学模型,可以在发生污染事故时预测污染物在系统范围内河流中的输送路径与浓度变化情况,并根据需求提供到达污染物到达敏感点的时间和经过时间,为污染事故的应急决策提供数据支持。2005年的北江镉污染事件采用了该模型进行预警预测,为佛山和广州的饮用水源受影响程度及过程提供了准确预测,为应急救援决策的制定提供了科学依据。
企业偷排、航运事故等突发性水污染事件往往难以确定肇事者且无法获取污染源信息,不利于应急工作的实施,近20多年来不少研究者开展了有关突发性水污染事件污染源追溯方面的研究。在众多方法中,后向概率模型能准确的同时追溯污染源的位置、污染释放时间及污染物释放量,该模型仅需根据监测点位的数量驱动相应次数的模型,从而在响应过程中极大的缩短了响应时间。可用于最复杂的珠三角水系感潮河网和珠江口的基于后向概率模型的水污染源追踪模型已得以建立,可用于追溯珠三角水系和珠江口水域突发性污染事故的污染源。
另外,将水环境数学模型和可视化技术进行结合,可为进一步决策开展提供有力支持。