課題組工作人員在現(xiàn)場提取水樣。  

濕地推流曝氣裝置。  

編者按  

入湖河流治理是滇池治理的重點和難點。“十一五”期間，滇池流域開展了涵蓋不同類型的34條河流的環(huán)境綜合整治工程，取得了階段性效果，但部分河流治理仍存在不足，截至課題啟動前，除7條河流達(dá)標(biāo)外，其他河流仍為劣Ⅴ類。這個課題在回顧總結(jié)和評估河流綜合治理效果后，針對滇池河流治理存在的雨污溢流污染、城郊城區(qū)面源污染、回補水低污染等問題，研發(fā)形成了穩(wěn)定固相反硝化脫氮技術(shù)、城郊沖擊性負(fù)荷雨季聯(lián)動調(diào)蓄和旱季旁路凈化技術(shù)、城區(qū)河道沿程沿岸攔截減污技術(shù)、河口旁路溝—塘—表濕地凈化技術(shù)等，構(gòu)建了城郊城區(qū)及河口全過程減污及清水修復(fù)治理技術(shù)體系，并在類型多樣的新寶象河流域開展了綜合示范，建設(shè)示范工程4項，水處理規(guī)模旱季達(dá)2.7萬m3/d，雨季調(diào)蓄凈化規(guī)模達(dá)5.15萬m3/d，有效削減COD、TN、NH3-N和TP分別為354.47t/a、61.29t/a、25.70t/a和3.62t/a，與依托工程和配套工程的聯(lián)合作用，實現(xiàn)了新寶象河2017年入湖斷面（無回水影響）達(dá)到河流Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。同時，以這個課題研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)為核心，結(jié)合近10年河流治理及水專項成果，開發(fā)形成了集治理技術(shù)規(guī)范、技術(shù)導(dǎo)則及流域經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策于一體的高原湖泊入湖河流技術(shù)管理體系，在云南省高原湖庫河流治理中得到了推廣應(yīng)用。  

研究背景  

滇池流域河溝眾多，常年匯入滇池的河流有34條，流域面積2906km2，年均水量近9億m3，流域70%以上的污染負(fù)荷主要通過河流進(jìn)入滇池，河流治理歷來是滇池治理的重點及難點。“十一五”期間，昆明市全面開展了滇池主要河流的綜合整治工作，主要河流基本消除黑臭，取得了階段性效果。但仍存在諸多問題，如支流和片區(qū)截污不徹底，上游達(dá)標(biāo)，下游不達(dá)標(biāo)；入河面源、溢流混合污水未得到控制，旱季達(dá)標(biāo)，雨季不達(dá)標(biāo)；生態(tài)用水匱乏，補水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，缺乏清水入河等。課題啟動前，納入評價的34條河中僅7條入滇河流入湖斷面水質(zhì)達(dá)到了階段保護(hù)目標(biāo)要求，其中入湖水量較大的新寶象河2010年入湖斷面仍為劣Ⅴ類。這個課題回顧總結(jié)和評估主要河流綜合治理效果，針對“十一五”滇池入湖河流治理存在的技術(shù)問題、工程實施規(guī)范問題，進(jìn)一步開展不同類型、不同區(qū)段入湖河流綜合整治關(guān)鍵技術(shù)研究，保障河流自上游至入湖河口的水環(huán)境質(zhì)量，并開發(fā)形成高原湖泊不同類型入湖河流治理技術(shù)管理體系和工程規(guī)范，為云南省九大高原湖泊入湖河流治理及全國類似河流治理提供技術(shù)支持及實踐指導(dǎo)。  

主要成果  

課題以削減入河污染負(fù)荷及全程改善河流水質(zhì)為目標(biāo)，在對河流全面污染源解析及水質(zhì)響應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，針對河流城區(qū)、城郊及河口不同區(qū)段存在的雨污溢流污染、沖擊性面源污染、回補水低污染等問題，在“十一五”研究基礎(chǔ)上，完善性研發(fā)穩(wěn)定固相反硝化脫氮技術(shù)、城郊沖擊性負(fù)荷雨季聯(lián)動調(diào)蓄和旱季旁路凈化技術(shù)、城區(qū)“三面光”河道沿程沿岸攔截減污技術(shù)、河口旁路溝—塘—表濕地凈化技術(shù)等，構(gòu)建城郊城區(qū)及河口全過程減污及清水修復(fù)治理技術(shù)體系，在新寶象河中下段長約16km河段建立4項示范工程，水處理規(guī)模旱季達(dá)2.7萬m3/d，雨季調(diào)蓄凈化規(guī)模達(dá)5.15萬m3/d，有效削減COD、TN、NH3-N和TP分別為354.47t/a、61.29t/a、25.70t/a和3.62t/a，配合依托工程和配套工程的作用，實現(xiàn)了新寶象河入湖斷面達(dá)到河流Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。同時，以課題研發(fā)關(guān)鍵技術(shù)為主體，總結(jié)近10年河流治理及水專項成果，開發(fā)形成了集治理技術(shù)規(guī)范、技術(shù)導(dǎo)則及流域經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策于一體的高原湖泊入湖河流技術(shù)管理體系，在云南省高原湖庫河流治理中得到了推廣應(yīng)用。在課題研究期間，課題組共申請專利技術(shù)8項，發(fā)表論文49篇，專著3本，研發(fā)成套設(shè)備4套，形成技術(shù)導(dǎo)則和技術(shù)管理政策各1項，形成技術(shù)規(guī)范3項，提出流域環(huán)境經(jīng)濟(jì)管理政策5項。  

成果一  

針對“十一五”固相反硝化脫氮存在的釋放速率不穩(wěn)定、成本高等問題，通過“十二五”持續(xù)研究，開發(fā)形成了穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的固相反硝化脫氮材料及成套關(guān)鍵技術(shù)，并在入河農(nóng)村、農(nóng)田面源治理示范工程中得到應(yīng)用，脫氮效果良好。  

固相反硝化技術(shù)是近10年來這個課題持續(xù)研究的重要內(nèi)容，“十二五”期間，重點針對“十一五”固相反硝化脫氮存在的釋放速率過快且不穩(wěn)定、成本高、材料形式單一等問題，開發(fā)形成了穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)的顆粒狀、桿狀、柱狀、球狀等新型固相反硝化脫氮材料10余種。生物質(zhì)凈水材料的研發(fā)與應(yīng)用有了新的突破（形成專利），反硝化速率穩(wěn)定達(dá)到0.10mgN/(L.h.g碳源)以上，具有良好的控釋碳源的能力，釋放速率趨于穩(wěn)定。同時，去除相同氮的情況下，碳源材料價格降低30%~80%。開發(fā)形成了多級土壤滲濾系統(tǒng)、廊道式生物濾床、人工濕地系統(tǒng)等成套技術(shù)，并采用了柱狀添加炭源方式（形成專利），確保固相炭源持續(xù)利用。其中（1）BAF+MSL系統(tǒng)組合工藝由(曝氣)惰性載體BAF+多級土壤滲濾系統(tǒng)組成。微曝氣BAF單元氣水比為2~3∶1，HRT0.5~1h，多級土壤滲濾系統(tǒng)，表面水力負(fù)荷0.5~1m3/m2.d；（2）構(gòu)建“微曝氣—缺氧”O／A兩段式人工濕地系統(tǒng)，在缺氧段人工濕地系統(tǒng)添加生物質(zhì)固體碳源。微曝氣段氣水比為2~3∶1，人工濕地系統(tǒng)表面水力負(fù)荷為0.5~1m3/m2.d；與傳統(tǒng)土壤處理系統(tǒng)、人工濕地系統(tǒng)反硝化脫氮效率20%~40%相比，脫氮效率取得了明顯突破，能達(dá)到70%以上。這項脫氮技術(shù)成功應(yīng)用于入河農(nóng)田、農(nóng)村面源調(diào)蓄凈化示范工程，對TN、TP和COD的平均去除率達(dá)70%、50%、45%以上。這項技術(shù)單位投資400元~800元/m3，運行費<0.20元/m3。固相炭源強化脫氮反硝化系列技術(shù)從的TRL3提升至TRL7，TN去除率大幅提高，單位投資及運行成本明顯下降。  

成果二  

針對城郊入河（湖）沖擊負(fù)荷污染問題，首次以濕地—調(diào)蓄池—管網(wǎng)—污水處理廠為聯(lián)動處理單元，開發(fā)形成了旱季旁路凈化和雨季調(diào)蓄治理集成關(guān)鍵技術(shù)，通過工程示范大幅削減入河（湖）污染負(fù)荷。  

雨季沖擊性負(fù)荷是滇池入湖河流污染的重要因素，也是長期以來滇池污染難以解決的難題。這個課題針對新寶象河最大的城郊入河溢流口，以初期雨水、雨污混流為處理對象，以岸帶綠地為處理空間，集成旱季濕地凈化和雨季調(diào)蓄處理技術(shù)，聯(lián)動截污干管及下游第十二污水處理廠，首次系統(tǒng)開發(fā)形成了濕地—調(diào)蓄池—管網(wǎng)—污水處理廠聯(lián)動綜合治理技術(shù)，實現(xiàn)新寶象河雨季入河沖擊負(fù)荷的調(diào)蓄治理及旱季旁路河水深度凈化，達(dá)到全年全天候治理河流的效果。  

分析溢流口匯水面積約為4.5km2，原有的排污干管按照3倍的截污倍率（3×3500m3/d）計算，取綜合徑流系數(shù)為0.45，則能攔截約13mm降雨。分析昆明市雨型特征，大于1mm的降雨年平均為119次，大于等于13mm的降雨年平均為22次，示范工程能攔截的雨次為90次，攔截率約75%，按每天一次調(diào)蓄計，調(diào)蓄容積為7500m3，根據(jù)調(diào)蓄池分層水質(zhì)差異，上清液（約1/4）濃度COD、TN、TP分別小于80mg/l、10mg/l、0.5mg/l進(jìn)入濕地系統(tǒng)，高于以上濃度的上清液及中下部較高濃度污水通過干管進(jìn)入下游第十二污水處理廠，實現(xiàn)混流污水的分質(zhì)分量處理。同時，為避免處理設(shè)施閑置，旱季引河水進(jìn)入系統(tǒng)，處理規(guī)模為0.10萬~0.25萬m3/d，水力負(fù)荷達(dá)0.28~0.70m3/m2.d。  

示范工程總占地1萬m2，其中構(gòu)建添加自主研發(fā)的新型生物質(zhì)固相碳源凈水材料的人工濕地500m2，單位投資600元~800元/m3，單位運行費用0.08元/m3，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)土地處理系統(tǒng)，脫氮效率提升40%以上。根據(jù)運行監(jiān)測，雨季COD、TN、NH3-N、TP平均削減率為83.9%、71.2%、61.3%、73.2%，旱季平均為43.0%、44.2%、38.6%、41.1%，全年累計削減COD46.2t、TN2.05t、NH3-N0.88t、TP0.45t。  

成果三  

集成植被淺溝、壁掛攔截、植生混凝土、原位PCA、原位激活微生物等多種技術(shù)，開發(fā)形成了城市河流沿岸攔截及沿程減污關(guān)鍵技術(shù)。  

針對城市散排地表徑流污染直接入河及城市河段“三面光”原位自凈能力散失等問題，在“十一五”水專項植被帶、滲濾溝、河道曝氣、填料、菌劑等原位旁路治理技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，提出適合新寶象河降雨特征以及河岸兩側(cè)現(xiàn)狀特征的沿岸攔截和沿程減污關(guān)鍵技術(shù)。包括集成岸帶植被淺溝、壁掛式雨水?dāng)r截（形成專利）的城市河道岸帶散排地表徑流沿岸控制技術(shù)，集成河床BSC—生物基質(zhì)生態(tài)混凝土、PCA土壤植被互助技術(shù)、原位激活微生物凈化技術(shù)及自動跟蹤光伏供能曝氣技術(shù)（形成專利）等形成硬質(zhì)河床生境改造原位沿程減污技術(shù)。其中針對無植被攔截的陡岸河堤，開發(fā)了壁掛式雨水凈化技術(shù)，形成一體化設(shè)備并進(jìn)行工程示范，對COD、TN、NH3-N、TP、SS的去除率分別為45%、22%、44%、38%、71%；利用沿岸綠化帶，形成了植被淺溝岸帶攔截技術(shù)，并建設(shè)了示范工程，對COD、TN、NH3-N、TP、SS的去除率分別為44%、25%、45%、38%、89%；針對硬化河底，采用植生生態(tài)混凝土和PCA土壤植被互助技術(shù)，恢復(fù)了河道沉水植物生長，工程區(qū)沉水植物生物量1330.0~3445.0g/m2.FW；開發(fā)了自動跟蹤光伏供能曝氣技術(shù)，太陽能利用效率提升35%。城市河流沿岸沿程減污關(guān)鍵技術(shù)在新寶象河中下游近2km河段開展工程示范，示范區(qū)水生態(tài)得到恢復(fù)，城區(qū)段河道自凈能力有效提升，對TN、TP、NH3-N、COD和SS沿程削減率分別達(dá)到14%、14%、25%、17%和31%。  

成果四  

集成水動力改善、植物優(yōu)化配置、C/N比調(diào)整、菌劑強化等技術(shù)，開發(fā)形成了集凈化、生態(tài)及適度景觀功能于一體的河—溝—塘—表河口濕地構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)，通過大規(guī)模工程示范，有效削減入湖負(fù)荷。  

針對新寶象河低C/N比水質(zhì)特征，基于中試規(guī)模，開展了以表流為主人工濕地對低污染河水的凈化研究，確定適宜水力負(fù)荷為0.3~0.5m3/m2.d，植物優(yōu)選香蒲、菖蒲；開展了以多塘為主的人工濕地對低污染河水的凈化研究，確定適宜水力負(fù)荷為0.2m3/m2.d，植物優(yōu)選鳶尾、黑藻、睡蓮等。  

基于中試成果，構(gòu)建集凈化、生態(tài)及適度景觀功能于一體的河—溝—塘—表河口濕地示范工程460多畝，處理規(guī)模為2萬~4萬m3/d。具體按照多塘系統(tǒng)（沉淀塘、氧化塘和穩(wěn)定塘）、溝—塘—表系統(tǒng)、生態(tài)溝三條工藝路線設(shè)計，總體水力負(fù)荷為0.2m3/m2.d，示范工程去除率為COD22%~31%，TN11%~47%，NH3-N48%~68%，TP27%~54%，SS51%~63%。同時針對濕地水動力不足，在濕地內(nèi)布設(shè)自主研發(fā)太陽能推流曝氣裝置（APP控制，形成專利），提高濕地水體流速3~6cm/s，有效改善濕地水動力；針對濕地末端C/N失調(diào)情況，在濕地內(nèi)設(shè)置固相碳源緩釋區(qū)，有效調(diào)整水體C/N比，提高反硝化脫氮效果約10%。  

標(biāo)志性成果  

以關(guān)鍵技術(shù)為支撐，構(gòu)建了城郊、城區(qū)及河口全過程減污及清水修復(fù)治理技術(shù)體系，通過工程示范，確保了示范區(qū)入湖河流達(dá)到Ⅳ類水質(zhì)目標(biāo)，實現(xiàn)了河流水環(huán)境的全程持續(xù)改善。  

課題以削減入河污染負(fù)荷及全程改善河流水質(zhì)為目標(biāo)，在對河流全面污染源解析及水質(zhì)響應(yīng)分析的基礎(chǔ)上，針對河流城區(qū)、城郊及河口不同區(qū)段存在的雨污溢流污染、沖擊性面源污染、回補水低污染等問題，集成穩(wěn)定固相反硝化脫氮技術(shù)、城郊沖擊性負(fù)荷雨季聯(lián)動調(diào)蓄和旱季旁路凈化技術(shù)、城區(qū)“三面光”河道沿程沿岸攔截減污技術(shù)、河口旁路溝—塘—表濕地凈化技術(shù)等，構(gòu)建了城郊城區(qū)及河口全過程減污及清水修復(fù)治理技術(shù)體系，在其支撐下于新寶象河中下段長約16km河段建立4項示范工程，水處理規(guī)模旱季達(dá)2.7萬m3/d，雨季調(diào)蓄凈化規(guī)模達(dá)5.15萬m3/d，有效削減COD、TN、NH3-N和TP分別為354.47t/a、61.29t/a、25.70t/a和3.62t/a，配合兩岸截污管網(wǎng)及第十二污水處理廠等依托工程的共同作用，根據(jù)云南省環(huán)境監(jiān)測中心站數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了2017年新寶象河入湖斷面（寶豐村，無回水影響）水質(zhì)主要指標(biāo)COD、NH3-N和TP達(dá)到了河流Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。  

管理體系  

形成了集治理技術(shù)規(guī)范、技術(shù)導(dǎo)則及流域經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策于一體的高原湖泊入湖河流技術(shù)管理體系，為云南高原湖庫河流治理提供了技術(shù)支撐和管理保障。  

優(yōu)化集成高原湖泊城區(qū)河道沿程減污技術(shù)，統(tǒng)籌了初期雨水源頭控制、途徑削減及末端處理等研究成果，形成了《高原湖泊城市河道初期雨水?dāng)r截技術(shù)規(guī)范》；集成固相反硝化脫氮技術(shù)、旁路凈化技術(shù)、河口濕地凈化技術(shù)等，形成了《高原湖泊入湖河流旁路治理技術(shù)規(guī)范》，兩個規(guī)范將由云南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局以云南省地方標(biāo)準(zhǔn)的形式發(fā)布。綜合高原湖泊不同類型入湖河流緩沖帶構(gòu)建、河濱及河口濕地恢復(fù)、河內(nèi)清淤、河流原位旁路治理技術(shù)的研究成果，提出不同類型入湖河流全過程控制污染的技術(shù)原則、適用范圍、技術(shù)路線、推廣機(jī)制及管理措施等，編制了《高原湖泊入湖河流污染防治技術(shù)政策》《高原湖泊入湖河流污染防治最佳可行技術(shù)導(dǎo)則》，將由云南省環(huán)境保護(hù)廳推廣應(yīng)用；同時，課題研究提出了5項流域環(huán)境經(jīng)濟(jì)政策，包括城市污水處理廠季節(jié)性分類考核與初期雨水處理補償政策、總量控制與污染減排的清潔發(fā)展機(jī)制、基于生態(tài)環(huán)境事權(quán)的滇池流域生態(tài)補償政策、滇池流域產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整建議、重污染企業(yè)退出政策等。  

技術(shù)規(guī)范、技術(shù)導(dǎo)則及流域經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策的形成與實施，有效提升河流治理和管理水平，為云南省高原湖庫河流治理提供了技術(shù)支撐和管理保障。  

成果推廣應(yīng)用  

新寶象河治理成果得到了昆明市政府的認(rèn)可，有效提升了滇池入湖河流治理效果，納入了滇池“十三五”規(guī)劃河流治理的相關(guān)項目中。城區(qū)、城郊及河口全過程減污及清水修復(fù)技術(shù)，入河沖擊負(fù)荷旁路調(diào)蓄凈化技術(shù)等得到了昆明市滇管局、環(huán)保局、水利局，九湖地區(qū)環(huán)保局、相關(guān)設(shè)計院及環(huán)保公司的認(rèn)可，有效指導(dǎo)了九湖流域河流的綜合治理，并在異龍湖城河環(huán)境綜合整治工程、通海杞麓湖國家濕地公園生態(tài)建設(shè)項目者灣河與大新河前置濕地以及異龍湖多個湖濱濕地項目中得到推廣應(yīng)用。  

供稿：云南省環(huán)境科學(xué)研究院、北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、北京師范大學(xué)、中國市政工程西南設(shè)計研究總院

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