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黑水变清流,复合植物生态修复水情状

发布时间:2019-07-08 14:56编辑:生命科学浏览(121)

    黑水变清流:水专项破解沿河大截排后遗症

    专家名片:杨肖娥 浙大环资学院教授,省“五水共治”技术专家团保供水技术专家技术特长:富营养化水体生态修复、饮用水源地生态净化、生活污水生态工程等近些年来,杨肖娥带领的研究团队,研发了一系列水环境生态修复与水资源保护创新技术模式,不仅完成了大量的饮用水库植物生态修复工程和景观水体植物生态修复工程,还完成了尾水高效深度处理生态工程关键技术研究与集成示范。这些工程和技术,使得饮用水库生态保护与生物能源开发一体化,河网水体污染生态修复与底泥资源化,也为我国污水处理厂尾水深度除磷脱氮和脱毒提供高效低廉成套生态工程技术体系,为污水厂“提级提标”提供新途径。“水体污染与富营养化是当今世界面临的最主要环境问题之一,主要污染物包括氮、磷、重金属、有机物等。我国江、河、湖、库及池塘等地表水系氮磷污染和和富营养化日趋严重,经济发达地区水体污染面积达70%左右。”杨肖娥介绍,饮用水库水体的富营养化导致藻类爆发,藻类死亡释放藻毒素,当前的自来水制备工艺去除藻毒素困难,作为饮用水源,有致病、致突变、致癌等危害,影响人体健康。目前,对水体污染的治理通常采用外源污染控制的方法,如建造常规污水处理厂,它不仅费用高,且达标排放的尾水中氮磷浓度比富营养化标准高几十倍,仍不足以解决地表水体富营养化问题;疏浚底泥、引水冲水等方法,不仅耗资大,而且实践证明其不能控制水体富营养化;化学絮凝、杀藻和除臭等方法会引起二次污染;建造人工湿地在国外污水处理中成功运用,但需要占用大面积土地,对我国人多地少的国情仍有局限性。污水生物治理与富营养化生态修复工程运用营养生态学和循环经济理论,充分利用太阳能和淹没区水面及非农地,以植物和微生物为主、动物和物理措施为辅,建立具有高度净化能力的复合植物生态系统,将水中污染物质资源化,同步实现污水治理与经济可持续协调发展。“我们的项目把污染物资源化作为主要原则,充分利用生物多样性,探明了净化生态系统合理配置原理;把生物膜净化技术、物理-生物脱毒技术、陆生植物浮岛技术、表面流生态湿地技术和潜流湿地技术,以及农业生物轮套作技术等进行高度集成并加以创新。在水体氮磷等的污染高效净化特异生物材料创新方面研究取得突破,筛选到了一批高效净化水质能力并且能适应于淹没区生长的的工程植物种质材料。”杨肖娥介绍说。针对饮用水库生态修复与生物能源开发,团队建立了“5 1”模式,即农业面源污染物能源植物截除工程、入库口前置高效复合湿地生态工程、健康生态林工程、库体内源污染修复立体生态浮岛工程、溪流强化脱氮除磷生态工程 能源化利用,达到工程的一体化;对尾水生态净化与污泥生物资源化一体工程,建立了“2 1”模式,即尾水高效净化复合生态湿地工程、污泥与修复植物一并动物反应器转化工程与 资源化利用,达到污水深度处理与污泥资源利用一体化;目前团队正在承担国家十二五支撑项目,创立河网(河、湖、池)生态修复与底泥生物资源化一体技术(“4 1”模式),包括陆源污染控制与截除工程、水动力与生态清瘀工程、水面立体生态系统净化工程、河网生态管理 底泥与水修复植物资源化利用;此外,为了减少农业与生活等对水体氮磷等的面源污染,团队建立了畜禽养殖废物多级利用一体化技术模式。杨肖娥团队研发的饮用水库富营养化生态修复工程、尾水深度处理生态工程以及河湖地表水生态修复工程技术模式,建成了不同富营养化程度水体修复技术集成示范工程6个。工程技术体系在浙江、江苏、广西、福建等省50多家单位应用。至2013年12月底,已在浙江12个主要中大型饮用水库,8个污水处理厂应用。(陆兴华)

    ■本报记者 陆琦

    从深圳龙岗河龙园溯流而上,可见水流潺潺,清澈见底,河边行人或徜徉或骑行,怡然自得于美丽如画的龙岗河畔。

    可就在几年前,发黑的河水、刺鼻的臭味,龙岗河还是让当地居民不愿意亲近的“黑水河”。

    如何通过科学治理与系统设计还河水以清澈?中科院生态环境研究中心研究员庄绪亮团队经过多年攻关,开展尾水生态治理与水生态系统修复技术研发,实现水质改善与景观服务功能的协同提升,为南方高度集约开发区域尾水深度净化与生态治理提供了可行的工程样本。

    力不从心的传统治污策略

    龙岗河位于深圳市龙岗区,是东江二级支流淡水河的干流,主要流经高度集约化开发的城市区域。

    “龙岗河水流惠州,淘米洗衣泛鱼舟。十年一朝繁华梦,哪日河清水不臭。”上世纪80年代工业化兴起,由于城市点源、面源污染严重,大部分污染通过沿河雨水排放口进入河道,使龙岗河成了臭水沟。

    龙岗河流域传统的治污策略是“以空间换时间”的沿河大截排策略,即用巨大的排水箱涵将两岸的雨水和污水收集后,送到污水处理厂进行集中处理。

    这种策略短期内实现了流域水体重度污染的快速扭转,但深圳市龙岗区环境保护和水务局副局长王治仁告诉《中国科学报》,这也导致龙岗河全流域水量失衡,上游径流量匮乏,枯水期断流;下游因污水厂尾水排放水量集中,且尾水中氨氮、总磷等主要污染物浓度依然较高,污染负荷总量大,导致流域水生态功能破坏严重。

    因此,实现污水厂尾水深度脱氮除磷及恢复受损河流的水生态功能,成为龙岗河流域亟待解决的难题。

    2015年,国家水专项就“东江高度集约开发区域水质风险控制与水生态功能恢复技术集成及综合示范”课题进行立项。庄绪亮带领团队,依托于龙岗河流域的典型支流丁山河综合治理工程,开始了尾水生态治理与水生态系统修复的技术研发工作。

    多管齐下实现一举两得

    立项之初,研究团队就把目标锁定在了解决瓶颈性问题——核心是尾水深度脱氮,同时恢复河流的生态流量。

    为破解尾水进一步深度脱氮的技术难题,解决深圳“以空间换时间”的污水收集和处理模式带来的新问题,团队采取“一举两得”的策略。他们把污水处理厂的尾水从下游回调到上游,既利用当地已有的塘、潭、湿地深度消减尾水氮、磷,又解决旱季生态流量匮乏的问题,为流域景观生态功能的提升创造了条件。

    研究团队经4年科研攻关,研发出游离亚硝酸盐建立短程硝化调控技术、脱氮副球菌微生物膜技术、狐尾藻天然根孔湿地净化复合技术、强化型坡地生物滤床尾水净化技术等4项关键单项技术以及水生植物—微生物膜集成技术。

    更重要的是,在项目进行过程中,研究团队形成了高度集约开发区域内尾水生态深度处理与水生态功能重建的技术体系。

    他们因地制宜,在丁山河流域的污水处理厂、塘、潭、河道内进行技术示范,处理尾水规模达5万吨/天,景观改造面积超过10平方公里,取得良好效果。

    “通过建立起‘污水厂—塘—潭—湿地—河道’多级集成技术体系,实现灰色设施向绿色设施的转化,为消除深圳实施的‘以空间换时间’的沿河截污后遗症提供了可行的工程样本;提出了基于地表IV类水标准的尾水净化与水生态构建技术模式,可推广应用于南方高度集约开发区域尾水生态治理。”中科院生态环境研究中心副研究员徐圣君说。

    可复制的成功模式待推广

    经过3年的工程建设,丁山河沿河水质监测结果显示,当塘—潭—湿地—河道水体经过生态修复区域处理后,化学需氧量、氨氮、总磷的削减率分别超过50%、80%、90%,成功实现丁山河流域的水质改善与生态重建,为龙岗区其他重污染河道的生态恢复与重建提供很好的示范。

    昔日的“黑水河”今日变清流,当地居民无不赞叹。研究团队通过技术自主创新、技术推广应用、技术服务地方等途径,为龙岗河流域水量调度以及污染减负修复、水质改善作出了积极贡献。

    尾水是我国进一步深度脱氮除磷处理的重点和难点,几乎所有污水处理厂都面临这个问题。研究团队希望,能让这一技术模式在其他区域流域得到应用。

    “我们的技术适应性还是比较强的,技术体系也比较全面。针对其他区域,可以把集成技术中的部分技术拿来用。把最难的解决了,其他就好办了。”不过,庄绪亮坦言,技术照搬肯定是不行的,要针对不同污染排放类型、不同生境条件特点作技术调整。

    下一步,他将带领团队选择不同经济发展水平、不同城市区域深入开展工作,把研发的技术模式跟具体的地方工程结合起来。

    《中国科学报》 (2019-04-02 第1版 要闻)

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