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面源污染型河流污染特征与生态修复技术解析

发布时间: 2017-07-11 01:21     来源: 中宜环科环保产业研究

面源污染型河流的治理是水环境综合治理领域的聚焦热点之一。北控水务集团南京市政设计院副院长、水环境设计院院长王阿华先生围绕“面源污染型河流综合控制与生态修复”主题,向与会者介绍了面源污染型河流的定义及污染特征、生态治理策略、面源污染物综合控制和河流适用生态修复技术,并对未来的河流整治工作要点进行了思考和总结,以期为水环境治理工作提供参考借鉴。

面源污染型河流的定义及污染特征

在我国的部分流域和河流中,其点源、内源等污染程度往往较轻或已得到较好控制,河流黑臭化现象不存在或已明显改观,水生态系统得到了一定恢复,但水体有黑臭化的潜在风险或仍难消除阶段性黑臭现象,水体富营养化和健康水生态系统缺失等问题仍旧突出。事实上,对于上述类型的水体,面源污染物在总入河污染物中的比重逐步提高,已成为主要污染源,上述类型的河流(流域)被定义为面源污染型河流(流域)。长远来看,面源污染型河流的综合治理与生态修复工作应引起大家的重视,其重要性将逐步凸显。

面源污染物主要来源包括农业农村面源污染、雨水径流及干湿沉降三大部分。其中,农业农村面源污染物主要源自养殖业、种植业和农村生活污水。雨水径流污染物按照有无雨水管网分为雨水管网初期雨水和无雨水管网地区的初雨径流。此外还包括直接进入河流水体的干湿沉降污染物。

面源污染物的流失往往随着降雨而发生,其污染特征为量大面广、冲击性强、来源复杂。通常,农村与城镇面源污染特征存在显著差异,如城镇面源污染物流失的峰值浓度高于农村,且峰值的出现时间更早,这与城市的地表滞留作用更弱有关。面源污染物入河后,极易导致水体氮磷超标而呈现富营养化,增加水华爆发风险,并诱导产生一系列的负面生态效应。

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两类面源污染产污差异

面源污染型河流生态治理策略

谈及面源污染型河流的生态治理策略,王阿华院长指出,面源污染型河流的治理需针对区域特点的不同进行全流域通盘考虑,同时根据农业面源污染物的来源差异,对不同类型的面源污染物质进行分类、分区的综合整治,这一治理策略已成为水环境治理领域的行业共识。

从流域的角度来看,河流通常依次经过清水产流区、污控净化区和出流缓冲区,而后汇入到受纳水体江河湖库中。其中,清水产流区位于流域的上游,污染程度往往较轻,自净能力强,生态系统完整健康。污控净化区内人类活动频繁,受农村生活污水、养殖业、种植业和初期雨水等面源污染严重,其污染负荷在严重时将远远超出河流的自身净化能力,因此该区域应该视为面源污染型河流的污染控制和治理重点区域。据最新科研成果显示,污控区内充当“毛细血管”的低级别支流往往会遭受到更加严重的有机物污染,是农业面源污染物流失入河的直接受纳水体,因此建议优先治理。此外,出流缓冲区位于流域下游,是流域治理的最后屏障,因此仍需要加强沿河两岸面源污染物质的流失控制,以及利用生态工程等多种措施对上游来水携带的面源污染物进行消纳阻截。

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面源污染型河流生态治理策略

基于上述生态治理策略,王阿华院长提出,面源污染型河流的综合治理工作应遵循“源头控制-过程拦截-末端处理”+“水体生态修复”的理念,重点从农业面源污染控制、雨水径流面源污染控制、河道水质提升和河道生态系统构建方面开展工作。

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面源污染型河流综合治理与生态修复技术路线图

河流面源污染物综合控制技术

针对养殖业、种植业、农村生活污水和雨水径流等,王阿华院长向与会者介绍了上述面源污染物的治理技术体系及相应的工程实践案例。具体包括:

养殖业

养殖废弃物的最终目标在于实现养殖废弃物的资源高效循环利用和废弃物的区域排放最小化。通常可将养殖场的废弃物进行固液分离,分离到的废水一部分通过高效厌氧产沼技术生产沼气用于发电和供暖,另一部分废水则通过养殖废水高效净化工艺进行处理。对于固态养殖废弃物,可在区域范围内实现生态化利用,如水稻有机肥施用和多功能生物有机肥的生产等。通过上述综合治理措施从源头上严控养殖业面源污染物的排放。

种植业

针对目前种植业生产过程中存在的化肥施用过量、水肥管理水平低、氮磷径流流失负荷高等问题,可利用环保型肥料、节水灌溉、适度施肥和氮磷生态拦截等措施和技术,从源头、流失过程及末端环节全方位控制面源污染物的无序排放。以水稻生产为例,施用水稻缓释肥可有效控制养分的释放速率,延长肥效,既充分满足水稻全生育期的养分需要,又切实吻合水稻生长需求线,避免肥料的过量施用,提高肥料利用率。此外,可利用水稻叶片比色卡及田面水灌溉水位监测筒等简易工具,实现精准施肥及适度灌溉的效果,从而大幅降低氮磷养分的流失风险。最后,可在农田退水区域视水量大小建设生态沟渠或生态滞留塘进行氮磷的末端截留。

农村生活污水

农村生活污水具有分散性强,集中收集处理难等特点,已成为影响河流水体环境质量的重要污染源。目前常见的处理方式包括集中式污水处理和分散式污水处理,常见的处理技术则包括日本的净化槽等,以“厌氧+多介质土壤层”耦合处理技术为例,该技术将污水通过化粪池和厌氧池的处理后,再导入由多介质土壤混合层和透水层组成的人工强化多介质土壤层系统进行净化,该技术水力负荷高,脱氮除磷效果好,成本低、无能耗,适应性强,已得到成功应用。

雨水径流

雨水尤其是初期雨水的污染物浓度高、负荷大,其导致的径流污染对受纳水体的水质具有极其重要的影响。针对雨水径流的面源污染控制,主要措施包括雨水调蓄池、高效水力旋流分离装置、低影响开发设计(LID)和生态缓冲带等。例如,雨水调蓄池可拦截初期雨水,后期雨水则通过弃流井直接排放到自然水体,待晴天时污水处理厂处理量富余时,再利用潜污泵将调蓄池中暂存的初期雨水输送至污水厂进行处理,通过上述措施可极大削减初期雨水入河量。高效水力旋流分离技术基于物理分离原理,可将雨水径流中的颗粒物、浮渣和油脂等污染物进行有效的分离。低影响开发(LID)和生态缓冲带技术,则是利用生态拦截的原理,极大增强了对面源污染物质的拦截效应,从而降低流失量并改善受纳水体水质。

面源污染型河流生态修复技术

在面源污染物的排放得到有效控制的同时,开展污染水体的生态修复与生物多样性恢复工作,是面源污染型河流治理的主要研究方向和重要的工程措施。面源污染型河流的水质提升和生态修复是保证水域生态系统能否长期维持健康发展的重要举措。

按照工程措施的实施位置差异,水质提升技术可分为原位修复、半原位修复、异位修复三类。原位修复是在天然水体中设置一些人工增氧措施、人工水草和生态砾石床等,以增加水体氧含量,为水体生物提供充足的栖息场所,从而起到增强水体水质净化的作用。半原位修复技术是针对“两面光”和“三面光”的河道,将受污染的河道水体提升到驳岸顶端,再流经铺设在岸坡上的高效净化介质,利用介质上生长的微生物和附着藻类群落净化水质。异位修复技术则是将河道水体转移至岸上的其他位置进行处理后,再排放至河流中的过程。常见的异位处理技术有气浮除污、磁分离除污和旁路强化湿地技术等。

王阿华院长强调,河道健康水生态系统的构建是维持整个系统健康稳定发展的前提,水生态系统的构建离不开生物群落,完整的生物群落包含挺水植物、沉水植物、浮水植物、漂浮植物、底栖动物和鱼类等。其中,挺水植物可拦截面源污染,削减入河污染物,沉水植物可促进氮、磷和重金属的吸收,有机物的降解和吸收,抑制蓝藻暴发,完善食物链结构等。投放特定的浮游动物和底栖动物则可有效提高水体的透明度,为沉水植物的恢复提供适宜的光照条件,从而诱导构建出清水草型水域生态系统。

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健康水生态系统构成元素、作用及生态关系

思考与展望

最后,王阿华院长指出,随着国家对水体污染治理与生态修复工作的不断推进,面源污染型河道的治理需求和重要性将逐步显现。全国河流治理市场必然从“全面消除黑臭阶段”向“水质全面达标,健康水生态系统营造阶段”升级过渡,因此需要各级政府部门、科研机构及环保企业引起足够的重视,并及早开展相应的各项工作。

此外,面源污染型河道的治理工作应该围绕“源头控制-过程拦截-末端处理”+“水体生态修复”的技术路线开展。纵观国内外的治水情况,面源污染物治理与河流生态修复技术呈现出多元化、集成化和系统化的发展趋势,但仍处于不断实践、验证与创新的阶段,故亟需同行们不懈的努力。

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