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國家林業局/聯合國開發計劃署/全球環境基金 國家濕地水環境污染控制指南項目

媒體:原創  作者:SUE 2019/4/2 16:20:01

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國家林業局/聯合國開發計劃署/全球環境基金

國家濕地水環境污染控制指南項目

項目名稱和編號:增強濕地?;さ刈猶逑倒芾磧行?,?;ぞ哂腥蛞庖宓納鋃嘌?UNDP PIMS #: 4391)

分包合同名稱和編號:制定中國湖泊、河流、庫塘及濱海濕地水環境污染控制指南(NP–2016-003)

濕地水環境污染控制

資料匯編

中國環境科學研究院

二〇一七年十月

目 錄

前 言 1

一、湖泊濕地水環境污染控制資料匯編 4

1.1 湖泊濕地污染源控制 5

1.1.1 湖泊濕地點源污染控制技術 6

1.1.2 湖泊濕地面源污染控制技術 24

1.1.3 湖泊濕地內源污染控制技術 47

1.2 湖泊濕地生態恢復 59

1.2.1 湖內生態修復技術 60

1.2.2 湖濱帶修復技術 63

1.3 湖泊濕地環境管理 68

1.3.1 流域環境管理 68

1.3.2 管理問題分析 69

1.3.3 環境管理策略 72

1.3.4 環境管理技術 77

1.4 實踐案例分析 78

1.4.1 國內案例分析 78

1.4.2 國外案例分析 102

1.4.3 經驗與啟示 109

二、庫塘濕地水環境污染控制資料匯編 113

2.1 庫塘濕地污染源控制 113

2.1.1 庫塘濕地點源污染控制技術 114

2.1.2 庫塘濕地面源污染控制技術 116

2.1.3 庫塘濕地內源污染控制技術 118

2.2 庫塘濕地生態恢復 120

2.3 庫塘濕地環境管理 122

2.3.1 管理問題分析 122

2.3.2 環境管理策略 124

2.4 實踐案例分析 128

2.4.1 國內案例分析 129

2.4.2 國外案例分析 135

2.4.3 經驗與啟示 137

三、河流濕地水環境污染控制資料匯編 140

3.1 河流濕地污染源控制 140

3.1.1 河流濕地化學處理技術 141

3.1.2 河流濕地物理處理技術 143

3.1.3 河流濕地生物處理技術 145

3.2 河流濕地生態恢復 147

3.2.1 微生物修復技術 148

3.2.2 藻類及微型動物修復技術 150

3.2.3 植物修復技術 150

3.3 河流濕地環境管理 153

3.3.1 管理問題分析 154

3.3.2 管理目標理念 156

3.3.3 管理對策建議 159

3.4 實踐案例分析 164

3.4.1 國內案例分析 164

3.4.2 國外案例分析 182

3.4.3 經驗與啟示 194

四、濱海濕地水環境污染控制資料匯編 197

4.1 濱海濕地污染源控制 198

4.1.1 濱海濕地化學處理技術 199

4.1.2 濱海濕地物理處理技術 200

4.1.3 濱海濕地生物處理技術 201

4.2 濱海濕地生態恢復 201

4.2.1 濱海濕地微生物修復技術 202

4.2.2 濱海濕地植物修復技術 208

4.2.3 植物-微生物聯合修復技術 212

4.3 濱海濕地環境管理 215

4.3.1 管理問題分析 216

4.3.2 管理對策建議 218

4.4 實踐案例分析 220

4.4.1 國內案例分析 220

4.4.2 國外案例分析 223

4.4.3 經驗與啟示 230

主要參考文獻 232

前 言

濕地被譽為“地球之腎”,是水陸相互作用形成的獨特的生態系統,具有不可替代的社會經濟和生態價值。其在調蓄洪水、凈化水質、調節氣候、維持生物多樣性和區域生態安全等方面發揮著巨大作用,對地區、區域乃至全球氣候變化、經濟發展和人類生存環境有著重要的影響。

作為世界上濕地類型齊全、數量較多的國家之一,中國擁有《濕地公約》所認定的全部42種濕地類型,濕地總面積位居亞洲第一,世界第四。然而,隨著社會經濟的快速發展,環境污染、過度捕撈和采集、圍墾、外來物種入侵和工程建設占用構成了當前威脅中國濕地生態健康的五個主要因素,其中濕地水環境污染問題首當其沖。人類不合理的生產和生活方式對濕地水環境造成了嚴重的污染,世界水資源委員會指出,全世界有50%以上的水域已被污染。我國湖泊、河流、庫塘和濱海等濕地水環境受污染較為嚴重,濕地水生態系統結構與功能遭到不同程度的破壞。

1995~2003年,國家林業局組織開展了第一次全國濕地資源調查,重點針對濕地類型、面積與分布及存在趨勢進行調查分析。調查結果顯示,我國濕地總面積近3850萬公頃(不包括水稻田濕地),有湖泊、河流、庫塘和濱海等五大類28型,僅占國土面積的3.77%,遠低于全球6%的水平。其中,濕地水環境污染是我國天然濕地面積削減、生物多樣性減少、生態功能下降的重要原因,在沿海地區、長江中下游湖區以及東部人口密集區的污染威脅較嚴重。

2009~2013年,國家林業局組織開展了第二次全國濕地資源調查,調查結果顯示全國濕地總面積為5360.26萬公頃,與第一次調查同口徑比較,濕地面積減少了339.63萬公頃,其中自然濕地面積減少了337.62萬公頃。我國濕地受到的環境壓力持續增大,面臨著由于濕地水環境污染所導致的生物多樣性減退、生態功能下降等問題。管理方面,環境管理的長效機制尚未建立,濕地?;さ目萍賈С攀直∪?。

2015年中國環境狀況公報統計結果表明,湖泊、河流、庫塘和濱海等類型的濕地水環境污染問題日趨嚴重,已經成為我國與全球普遍面臨的重要問題。全國62個重點湖泊中,19個為Ⅳ~Ⅴ類和劣Ⅴ類,主要污染指標為總磷、化學需氧量和高錳酸鹽指數;全國423條河流的700個國控監測斷面中,Ⅳ~Ⅴ類和劣Ⅴ類水質的斷面比例為35.5%,主要污染指標為化學需氧量、五日生化需氧量和總磷;全國557個地表飲用水水源地中不達標庫塘達41個,主要超標指標為總磷、溶解氧和五日生化需氧量;全國近岸海域國控監測點中,濱海水體三類、四類和劣四類比例為29.6%,主要污染指標為無機氮和活性磷酸鹽。

目前,我國已初步形成了以自然?;で魈?、濕地公園和?;ば∏⒋嫻氖乇;ぬ逑?。但濕地?;ぬ逑得媼僮潘肪澄廴竟鉤篩叢?、生物多樣性下降等問題。我國濕地水環境的污染源主要包括點源(工業污染源、城鎮生活污染源和第三產業污染等形式)、面源和內源等三大類。距離城市較近的湖泊、河流濕地主要受城鎮污水、城市面源和農業面源污染影響,濱海濕地主要受面源和旅游污染的影響,庫塘則主要受農業面源影響,但各濕地類型個體差異顯著,尚需進一步深入梳理。由于濕地污染日趨嚴重,濕地生物多樣性下降趨勢明顯,耐污種群落大量繁殖,土著種消失速度加快,引發了濕地生物群落結構和多樣性急速下降。針對上述問題,濕地系統亟需開展水環境污染控制的系統梳理與診斷,逐步建立和完善各類型濕地水環境污染控制指南,是我國與全球濕地?;さ鬧匾俅?。

因此,本研究針對湖泊、河流、庫塘及濱海濕地的水環境特點,對國內外濕地水環境污染控制工具進行分析研究,分別從污染源控制、生態修復和環境管理等角度出發,收集整理濕地水環境污染控制技術和相關最佳實踐經驗,分析國內外成功湖泊、河流、庫塘和濱海等濕地水環境?;ず橢衛淼木橛肫羰?,最終形成本資料匯編。

一、湖泊濕地水環境污染控制資料匯編

湖泊濕地是地球重要的淡水資源和獨特的生態系統,具有供給水量、滿足水質、開發水能、承載生物、觀賞水景等多種功能。為保障經濟社會可持續發展發揮著極其重要的作用。然而,隨著工業化和城鎮化進程的不斷發展,人類活動對湖泊濕地的影響日益加劇,水環境污染和富營養化嚴重,生態功能退化萎縮,已經引起世界各國普遍關注。

我國是一個多湖泊的國家,約有大小湖泊24880個,總面積83400平方公里,總貯水量為7088多億立方米。20世紀70年代之前,我國湖泊基本處于水質與水生態較好的狀況。過去30年,我國被污染的湖泊面積已從最初的135平方公里激增至1.4萬平方公里,湖泊濕地水污染正成為我國面臨的重大環境問題之一。20世紀90年代初,太湖北部梅梁灣因水華大暴發,造成116家工廠停產。2007年5月,太湖藍藻暴發導致了多處飲用水源水質發黑、散發惡臭,直接影響當地廣大人民群眾飲水安全。2009年4月以來,太湖藍藻持續暴發,嚴重影響了無錫上百萬群眾的正常生活。隨后,巢湖、滇池等湖泊濕地也不同程度地出現水華,進一步大規模暴發的隱患仍然存在,反映出我國湖泊濕地水環境治理工作正面臨嚴峻的挑戰。

我國從20世紀70年代末開始湖泊濕地水污染治理與富營養化的防治工作。20世紀80年代,在借鑒國外湖泊富營養化治理思路的基礎上,提出了湖泊富營養化治理的“污染源控制+流域管理”理念。隨著認識和研究的深入,結合滇池、太湖、巢湖、洱海等湖泊水污染防治的實踐經驗,于20世紀90年代提出了“污染源控制+生態修復+流域管理”的理念,該理念和治理思路在云南滇池洱海、江蘇太湖、安徽巢湖等湖泊的富營養化治理中得到驗證。隨著不同類型湖泊濕地治理工作的開展、治理理論研究與實踐工作經驗的積累,本研究分別從湖泊濕地污染源控制、湖泊濕地生態恢復和湖泊濕地環境管理等三個方面開展湖泊濕地水環境污染控制資料匯編。

1.1 湖泊濕地污染源控制

湖泊濕地水環境的污染源主要來自于人類大規模的生產生活和對湖區資源的不合理開發利用,以及人類活動產生的工業污染、農業污染、生活污染等。湖泊濕地污染源主要包括陸域點源、陸域面源、和湖泊內源負荷等三大類。其中,陸域點源主要包括工業污染源、城鎮生活污染源和第三產業污染源;陸域面源主要包括農業農村面源、城市面源和水土流失污染源,其中農業農村面源包括農業農村污染(農村生活污水、生活垃圾、農村居民糞便)、農業種植業污染(農田化肥流失、農田固廢)、畜禽養殖污染三種;湖泊內源污染負荷主要來自沉積物釋放氮磷等泥源內負荷和藻類大量生長繁殖而產生的藻源性內負荷兩個方面,此外,湖泊濕地船泊污染相對較小,相關內容在庫塘濕地水環境污染控制技術中描述。

湖泊濕地污染源的系統控制主要包括產業結構調整減排和污染控制處理技術兩方面內容。湖泊污染的直接原因是流域內不合理的人類活動,產業結構調整減排指的是通過優化流域社會經濟發展模式,調整流域產業結構(包括流域人口與產業的總體布局,工業、農業、旅游業及配套服務業結構調整與布局),從源頭上控制整個流域的污染物排放量。在此基礎上,通過多技術手段對流域工業點源、城鎮污染、村落污水、畜禽糞便、農田徑流、城市面源、污染底泥等進行治理。通過上述“源頭控制+過程末端處理”系統的控源措施,使污染物排放量與入湖量逐步得到削減,最終保持在湖泊水環境承載力的范圍之內。本資料匯編重點對污染控制處理技術進行分析梳理。

1.1.1 湖泊濕地點源污染控制技術

對湖泊濕地水環境造成影響的點源污染主要為工業廢水、生活污水和第三產業污水三大類。工業廢水是主要的污染源,它的特點是水量大、含污染物質多、成分復雜,有些廢水中含有毒有害物質。生活污水的數量、成分、污染物濃度與居民的生活習慣、生活水平和用水量直接相關,其特征是有機物和氮磷等營養物含量較高,一般不含有毒物質,含有大量的合成洗滌劑以及細菌、病毒、寄生蟲卵等。第三產業污水具有明顯的區域分布特點,與地理位置、經濟發展水平、飲食文化特色等密切相關,區域特色不同,污染物的排放亦區別較大。針對不同污廢水特征,點源污染控制技術可分為預處理技術、常規處理技術、深度處理技術和其他處理技術。

1.1.1.1 預處理技術

當湖泊水中的藻類、藻代謝產物、腐殖酸、生物臭、氨氮等含量過高,而導致常規處理工藝不能正常運行,常規工藝出廠水水質不能滿足飲用要求時,可采用預處理去除部分污染物,以提高原水在常規處理工藝中的可處理性。

(1)生物預處理

指在好氧條件下利用填料上附著的生物膜對水中污染物進行生物降解。此法不需要投加任何藥劑,不產生有害副產物,且可去除多種污染物。生物預處理主要有生物接觸氧化池、生物陶粒濾池和塔式生物濾池3類。生物接觸氧化池一般采用懸掛絲條式填料,對于藻類、氨氮、TON、亞硝酸鹽的去除率都較高。生物陶粒濾池的處理效果與其大致相當,塔式生物濾池則略差些,一般在重力流條件可以利用時,才考慮采用。其前2種工藝的主要設計參數如下:

1)生物接觸氧化池

一般由幾個方池串聯,或為一個大方形池,填料高度3~4m,填料水力負荷0.5~1.0m3/(m2·h)。生物接觸氧化池池底應設置曝氣系統,一般采用鼓風曝氣方式,氣水比為0.5∶1~2∶1,曝氣強度按漸減曝氣設計,填料下方還應設空氣沖洗管。其處理效果為:藻去除率 50%~90%,氨氮去除率80%~90%,CODMn去除率10%~30%,TON去除率40%~60%,并可除鐵去錳和降低后續常規處理工藝的礬耗、氯耗以及排泥量。根據進水水質和處理效果,接觸氧化法的處理工藝選用一級接觸氧化池或多級接觸氧化池。

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一級接觸氧化工藝流程

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二級接觸氧化工藝流程

圖1.1-1 生物氧化接觸池工藝流程示意圖

生物接觸氧化法最早出現于19世紀末的德國,限于當時的工業水平,沒有適當的填料,未能廣泛應用。到20世紀70年代合成塑料工業迅速發展,輕質蜂窩狀填料問世,日本、美國等開始研究和應用生物接觸氧化法。中國在70年代中期開始研究用此法處理城市污水和工業廢水,并已在生產中應用。

2)生物陶粒濾池

濾池總深度4.5m。陶粒濾料粒徑2~5mm,厚2m,一般采用鼓風曝氣,氣水比為1∶1~2∶1,濾層下方為承托層,并設有穿孔曝氣管和氣水反沖洗濾頭。一般適用于低濁含藻水的處理,濾速4~6m/h,過濾周期5~7d,反沖洗強度:水12~15L/(m2·s),氣12~15L/(m2·s)。注意反沖洗水應為該池濾后水或濾前水,而不可用含有余氯的自來水。其處理效果為:藻去除率70%~90%,TON去除率50%~60%,氨氮去除率80%~90%,CODMn去除率15%~30%,并可降低后續常規凈水工藝的礬耗。不同的富營養化湖泊水,其生物可處理性也不同,且藻類種屬也有差異,故富營養化湖泊水廠在生物預處理工程設計前應先對水源水進行系統的處理試驗,以得到可靠的設計參數。

其優點為占地面積小,基建投資??;工藝流程短,無需設二沉池;容積利用率高,出水水質好;氧的傳輸效率高,需氧量低;動力消耗小,運轉費用低,運行可靠,管理簡便。目前已在北京市住宅小區的污水處理站中得到應用。

(2)化學預氧化

化學預氧化包括臭氧預氧化和高錳酸鉀預氧化。臭氧預氧化能全面改善原水水質,處理效率高,國外已有多個成功案例,但由于此工藝設備費和電費都較高,國內少有水廠長期使用。高錳酸鉀預氧化有除臭、除味、除鐵、除錳、助凝等效果,但不易控制投加量,從而影響出水色度。

兩種工藝的主要設計參數如下:

1)臭氧預氧化。投量一般為2~3mg/L,接觸時間5~15min,耗電量20~30kWh/kgO3。臭氧預氧化效果包括除臭、去色、除藻、除腐殖酸、富里酸等有機物、助凝、助濾,且可明顯降低三鹵甲烷和致突變物的生成量,并可消毒、除鐵、除錳。

2)高錳酸鉀預氧化。投量一般為0.5~2.5mg/L,一般在加氯前投加,可防止氯臭的產生,并可降低有機氯化物和致突變物的生成量。

1.1.1.2 常規處理技術

湖泊濕地水污染程度較低時,可選擇常規處理技術。常規工藝的技術最為成熟,處理成本低,出水水質較好。用常規工藝處理湖泊污染水時,處理構筑物主要工藝設計參數和凈水劑品種及其投量的確定,應以滿足出廠水水質為主要前提。當常規處理工藝的常規設計參數不能滿足水處理要求時,可以通過技術經濟論證適當提高常規水處理工藝的設計標準從而提高出廠水水質,如優化快速混合,改善絮凝和沉淀條件,提高濾池濾料厚度與濾料有效粒徑比值和降低濾速,合理加氯等。當出廠水嗅和味短時間達不到生活飲用水標準時,應投加粉末活性炭等吸附劑。

(1)生物塘

生物塘是一種利用天然凈化能力對污水進行處理的構筑物的總稱。其凈化過程與自然水體的自凈過程相似。通常是將土地進行適當的人工修整,建成池塘,并設置圍堤和防滲層,依靠塘內生長的微生物來處理污水。主要利用菌藻的共同作用處理廢水中的有機污染物。生物塘污水處理系統具有基建投資和運轉費用低、維護和維修簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體、無需污泥處理等優點。其缺點是是占地面積大,可能產生臭氣,處理效果受氣候條件影響等。

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圖1.1-2 生物塘工藝原理示意圖

第一個有記錄的生物塘系統出現于1901年的美國德克薩斯州。目前,全世界已經有50多個國家使用該系統,其中法國有生物塘1500余座,西德2000余座,美國已有生物塘20000余座。在發展中國家,生物塘的應用也比較廣泛。例如,馬來西亞工業廢水總量的40%都是利用生物塘進行處理的。由于生物塘具有經濟節能并能實現污水資源化等特點,所以受到我國政府的高度重視。我國利用生物塘處理污水的研究始于50年代,目前已得到廣泛的應用。

(2)生活污水凈化槽

該工藝將幾個水處理單元集中在一臺設備當中,是一種小型生活污水處理裝置,主要用于分散型生活污水或者類似生活污水的處理。污水進入凈化槽后,沉淀分離槽進行預處理,去除比重較大的顆粒及懸浮物,提高污水的可生化性;預過濾槽內裝有填料,在填料上的厭氧生物膜的作用下,去除可溶性有機物;曝氣槽集曝氣、高濾速、截留懸浮物和定期反沖洗為一體。沉淀槽溢水堰設置了消毒裝置,對出水進行消毒處理。

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圖1.1-3 凈化槽工藝流程示意圖

凈化槽的特點是占地少(可埋于地下)、安裝簡易、管理方便,出水效果好等。它可用于無下水道地區的生活污水處理,也可作為賓館、飯店、住宅小區、旅游別墅等的污水處理設備。

凈化槽起源于日本。1960年日本制定了第一部有關凈化槽的工業標準(JISA3302)《凈化槽人使用人員計算方法》。70年代初期,日本研究開發了小型合并式凈化槽。至80年代初期為止,凈化槽一直作為普及沖水廁所和處理糞便污水的有效設備而得到廣泛地普及。隨著我國經濟和城市化的快速發展,工業污染源達標排放后,生活污水處理系統的建設已為各級政府所重視。集中式污水處理場具有建設和運營成本低、自動控制和管理簡便等特點,國家提供了大量低息或無息國債資金予以支持。目前國內已有一些生產廠家與日本公司合作生產凈化槽。

(3)生物處理工藝

1)A2/O處理系統。該系統是厭氧/好氧除磷系統和缺氧/好氧脫氮系統的組合。具有同步脫氮除磷的作用,可用于二級污水處理或三級污水處理;后續增加深度處理后,可作為中水回用,具有良好的脫氮除磷效果。

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圖1.1-4 A2/O處理工藝流程示意圖

其優點是能同時具有去除有機物、脫氮除磷的功能,工藝流程簡單,水力停留時間較短,不會發生污泥膨脹且污泥沉降性較好。缺點是除氮磷效果難以進一步提高,對進入沉淀池的處理水的溶解氧要求不宜過高或過低。最早的A2/O工藝出現于1980年,目前已在全球得到廣泛應用。

(4)氧化溝

氧化溝是一種活性污泥處理系統,其曝氣池呈封閉的溝渠型,所以它在水力流態上不同于傳統的活性污泥法,它是一種首尾相連的循環流曝氣溝渠,又稱循環曝氣池。一般采用多級氧化溝(三級、四級)可以達到脫氮磷及污水深度處理的目的。該方法具有構造簡單、管理方便、基建費低、出水水質優良、污泥量少質優等優點。存在污泥膨脹、泡沫問題、污泥上浮和對于BOD較小的水質完全沒有處理能力等問題。

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圖1.1-5 氧化溝工藝結構示意圖

1954年荷蘭建成了世界上第一座氧化溝污水處理廠,其原型為一個環狀跑道式的斜坡池壁的間歇運行反應池,其生化需氧量(BOD)去除率可達97%,由于其結構簡單,處理效果好,從而引起了世界各國廣泛的興趣和關注。目前,在美國已建成的污水處理廠有幾百座,歐洲已有上千座。在我國,氧化溝技術的研究和工程實踐始于上世紀70年代,氧化溝工藝以其經濟簡便的突出優勢已成為中小型城市污水廠的首選工藝。

(5)含氮工業廢水處理工藝

一些化工企業、化肥廠、食品加工廠等所排放的廢水中含有較高濃度的氮。對于這些污染源的治理,應根據廢水的水質情況選用適宜的處理工藝。針對湖泊污染控制的特點,可供選擇的污水脫氮方法有以下幾種。

1)氨吹脫法

該法是將污水pH提高到10.8~11.5,使NH4+成為NH3釋放出來。吹脫法用于處理高濃度氨氮廢水具有流程簡單、處理效果穩定、基建費和運行費較低等優點,實用性較強。采用與生物法、氯化法等方法相結合的工藝能很好解決吹脫處理后廢水中氨氮的含量仍然無法滿足排放要求這一問題。然而,吹脫出來的氨氣隨空氣進入大氣,仍然容易引起二次污染。國外已有關于用鎳、鎘等金屬作催化劑,在高溫下將氨氣轉化為氮氣的研究。國內采用復合金屬氧化物為催化劑氧化吹脫處理出來的氨氣,在500℃左右氨氣轉化率在90%以上。

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圖1.1-6 氨吹脫工藝示意圖

2)電滲析法

利用施加在陰陽膜之間的電壓去除水溶液中溶解的固體。電滲析室的陰陽滲透膜之間施加支流電壓后,多對陰陽離子通過滲透膜時,含氨離子及其他離子在電壓的影響下,透過膜進入另一側的濃水中去并在濃水中集聚,從而達到分離的目的。氨氮的去除率可達到85%以上。主要弊端是膜的污染問題和穩定性問題,且投資成本與運行費用都較高。

3)折點加氯法

廢水中的NH3-N可在適當pH值,利用氯系的氧化劑(如Cl2、NaOCl)使之氧化成氯胺(NH2Cl、NHCl2、NCl3)之后,再氧化分解成N2氣體而達脫除之目的。此處理方法一般通稱為折點加氯法。氨氮去除率可達90%~100%。該法具有基建費用低,穩定性好,且不受水溫的影響的優點。缺點是處理規模大時,運行費用很高,殘余氯必須進行處理,有可能產生有害的氯胺。

4)離子交換法

此法氨氮去除率可達90%~97%,具有去除率高,不受水溫影響等優點。缺點是再生時排出的高濃度含氨液必須進行處理,水中鈣離子時有干擾,運行成本高等。

(6)含磷工業廢水處理工藝

含磷工業主要是指磷化工行業,排放污水中含有磷酸鹽、氟化物、二氧化硅等物質。目前含磷廢水的處理工藝主要有以下幾種。

1)混凝沉淀或混凝氣浮+過濾

用混凝沉淀作過濾的前處理對原水水質、規模等適應范圍較寬。但應注意下列問題:

①富營養化湖泊水的濁度中有機物含量高,可濾性很差,因此要求混凝沉淀(澄清)工藝提供處理效果較好的低濁少藻的濾前水。

②混合時間一般為1~3min,攪拌條件良好時,可取下限值。

③絮凝時間應達20~30min。絮凝時間過短,即使施加足夠紊動能量,絮凝體形成效果也不佳。絮凝流速梯度G值一般為10~75S-1,絮凝池流速應逐漸遞減。絮凝池每次排泥應排除徹底,避免污泥上浮發臭,并應有排除浮渣設施。

④一般宜采用平流沉淀池,停留時間宜為2~3h,水平流速宜為6~10mm/s,表面負荷宜為1~2m3/(m2·h);低濁多藻或水溫較低或者規模較小的沉淀池應采用表面負荷低值。一般在0.25~0.5m3/(m2·h)的范圍內,設置出水集水槽(指形槽),堰溢流率應小于300m3/(m2·h),槽下的上升流速宜小于2.5~3.5m3/(m2·h)。

⑤如采用異向流斜管沉淀池,其蜂窩斜管一般d=25~40mm,水平傾角60°,斜管長度1000mm。相應的表面負荷不應大于5.4m3/(m2·h)。

⑥處理富營養化湖泊水的沉淀池的污泥中含有較高濃度的有機物,容易發酵變黑,浮至水面。因此,池中的泥應在新鮮狀態下及時排除干凈,不應殘留積泥。

⑦用混凝氣浮工藝作過濾的前處理水源水最大濁度不大于100TNU,尤其適用于低溫含藻水的處理。

此類常規工藝的優點為工藝成熟,基建投資省,運行費用低;缺點為預加氯和中加氯都會產生較高質量濃度的三鹵甲烷和致突變物,沉淀池排泥和濾池反沖洗水中含有高質量濃度的有機物或含有粉末活性炭,直接排放時會污染環境。

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圖1.1-7 混凝沉淀工藝流程圖

2)晶析除磷法

該法的原理是鈣離子與磷酸鹽結合生產磷灰石,利用溶解度隨pH值升高而降低的特性除磷。優點是不產生污泥、與混凝沉淀法相比運行成本低、除磷效果穩定。缺點是需增加新的處理設施、必須有脫碳酸池和過濾等前處理工藝等。

3)生物與化學并用法

在曝氣池中投加混凝劑,有機物與磷同時被去除,該法除磷效果穩定,且可以利用已有的處理設施。缺點是產生的污泥量大,當原水中含磷濃度高、投加的混凝劑濃度高時對生物相有影響。

4)厭氧-好氧法

該法利用厭氧狀態釋放磷、好氧狀態攝取磷的特性除磷。優點是能夠利用已建成的處理設施,不必投加藥劑。缺點是比物理化學法的除磷效率低,必須控制排泥量。

5)Phostrip系統

該系統采用厭氧-好氧和化學法組合流程除磷。優點是除磷效果穩定,經濟性較高。缺點是必須增加除磷設施等。

1.1.1.3 深度處理技術

常規處理工藝的濾后水CODMn、TON等較高,水質不符合飲用要求時,可進行深度處理。

(1)粒狀活性炭(GAC)過濾

GAC過濾深度處理,一般在常規處理工藝(或預處理常規處理工藝)的濾池之后,加氯消毒之前,以普通快濾池形式布置。工程設計前先應做中試,主要確定GAC規格、炭層厚度、濾速、沖洗方式和GAC壽命等設計參數。一般技術要求為:GAC(包括再生炭)無毒無害;GAC粒徑0.5~2mm,厚度1.5~2.5m;濾速10~20m/h;氣水反沖洗,沖洗水為無氯的GAC濾后水或濾前水等。GAC濾池的濾前水濁度應小于0.5~1NTU。另外,設計時應詳細考慮GAC的運輸、計量、更換和再生。GAC在國外水處理中應用較多,處理效果也較穩定,美國環保署(USEPA)飲用水標準的64項有機物指標中,有51項將GAC列為最有效技術。GAC處理工藝的缺點是基建和運行費用較高,且容易產生亞硝酸鹽等致癌物,突發性污染適應性差。

(2)臭氧氧化生物活性炭(BAC)處理

BAC深度處理,一般也位于常規處理工藝的濾池之后,加氯消毒之前。一般技術要求為:臭氧投加量1~3mg/L,臭氧氧化接觸時間5~15min;炭層厚度1~2m,濾速8~12m/h,再生周期0.3~2年;宜用氣水反沖洗。工程設計前應做常規工藝濾后水的O3-BAC中試,確定具體設計數據。

BAC可以發揮生化和物化處理的協同作用,從而延長活性炭的工作周期,大大提高處理效率,改善出水水質。不足之處在于活性炭微孔極易被阻塞、進水水質的pH適用范圍窄、抗沖擊負荷差等。目前,歐洲應用BAC技術的水廠已發展到70個以上,應用最廣泛的是對水進行深度處理。撫順石化分公司石油三廠采用BAC技術,既節省了新鮮水的補充量,減少污水排放量,減輕水體污染,降低生產成本,還體現了經濟效益和社會效益的統一。

(3)膜分離技術

膜分離技術是以高分子分離膜為代表的一種新型的流體分離單元操作技術。它的最大特點是分離過程中不伴隨有相的變化,僅靠一定的壓力作為驅動力就能獲得很高的分離效果,是一種非常節省能源的分離技術。微濾可以除去細菌、病毒和寄生生物等,還可以降低水中的磷酸鹽含量。天津開發區污水處理廠采用微濾膜對SBR二級出水進行深度處理,滿足了景觀、沖洗路面和沖廁等市政雜用和生活雜用的需求。超濾用于去除大分子,對二級出水的COD和BOD去除率大于50%。北京市高碑店污水處理廠采用超濾法對二級出水進行深度處理,產水水質達到生活雜用水標準,回用污水用于洗車,每年可節約用水4700m3。反滲透用于降低礦化度和去除總溶解固體,對二級出水的脫鹽率達到90%以上,COD和BOD的去除率在85%左右,細菌去除率90%以上。緬甸某電廠采用反滲透膜和電除鹽聯用技術,用于鍋爐補給水。經反滲透處理的水,能去除絕大部分的無機鹽、有機物和微生物。納濾介于反滲透和超濾之間,其操作壓力通常為0.5~1.0MPa,納濾膜的一個顯著特點是具有離子選擇性,它對二價離子的去除率高達95%以上,一價離子的去除率較低,為40%~80%。采用膜生物反應器-納濾膜集成技術處理糖蜜制酒精廢水取得了較好結果,出水COD小于100mg/L,廢水回用率大于80%。

(4)濕式氧化法(WAO)

是在高溫(150~350℃)、高壓(0.5~20MPa)下利用O2或空氣作為氧化劑,氧化水中的有機物或無機物,達到去除污染物的目的,其最終產物是CO2和H2O。對高化學含氧量或含生化法不能降解的化合物的各種工業有機廢水,COD及NH3-N去除率達到99%以上,不再需要進行后處理,只經一次處理即可達排放標準。催化濕式氧化法凈化效率高、流程簡單、占地面積少,但要求設備耐高溫、耐腐蝕,投資較大。福建煉油化工有限公司于2002年引進了WAO工藝,徹底解決了堿渣的后續治理和惡臭污染問題,而且運行成本低,氧化效率高。

(5)濕式催化氧化法(CWAO)

該工藝在傳統的濕式氧化處理工藝中加入適宜的催化劑使氧化反應能在更溫和的條件下和更短的時間內完成,也因此可減輕設備腐蝕、降低運行費用。目前,建于昆明市的一套連續流動型CWAO工業實驗裝置,已經體現出了較好的經濟性。濕式催化氧化法的催化劑一般分為金屬鹽、氧化物和復合氧化物3類??悸薔瞇?,應用最多的催化劑是過渡金屬氧化物如Cu、Fe、Ni、Co、Mn等及其鹽類。采用固體催化劑還可避免催化劑的流失、二次污染的產生及資金的浪費。

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1-貯存罐;2-分離器;3-健化反應器;4-再沸器;5-分離器;6-循環泵;7-透平機;8-空壓機;9-熱交換器;1O-高壓泵

圖1.1-7 濕式催化氧化法工藝流程圖

(6)光化學催化氧化法

目前研究較多的光化學催化氧化法主要分為Fenton試劑法、類Fenton試劑法和以TiO2為主體的氧化法。

Fenton試劑法由Fenton在20世紀發現,如今作為廢水處理領域中有意義的研究方法重新被重視起來。Fenton試劑依靠H2O2和Fe2+鹽生成•OH,無二次污染,且易于操作。Fenton試劑能夠破壞廢水中諸如苯酚和除草劑等有毒化合物。目前國內的研究結果證明Fenton試劑對于印染廢水的脫色效果非常好。另外,國內外的研究還證明,用Fenton試劑可有效地處理含油、醇、苯系物、硝基苯及酚等物質的廢水。

類Fenton試劑法具有設備簡單、反應條件溫和、操作方便等優點,在處理有毒有害難生物降解有機廢水中極具應用潛力。該法實際應用的主要問題是處理費用高,只適用于低濃度、少量廢水的處理。將其作為難降解有機廢水的預處理或深度處理方法,再與其他處理方法(如生物法、混凝法等)聯用,則可以更好地降低廢水處理成本、提高處理效率,并拓寬該技術的應用范圍。

光催化法是利用光照某些具有能帶結構的半導體光催化劑如TiO2、ZnO、CdS、WO3等誘發強氧化自由基•OH,使許多難以實現的化學反應能在常規條件下進行。銳鈦礦中形成的TiO2具有穩定性高、性能優良和成本低等特征。在全世界范圍內開展的最新研究是獲得改良的(摻入其他成分)TiO2,改良后的TiO2具有更寬的吸收譜線和更高的量子產生率。

(7)臭氧法

臭氧具有極強的氧化性,對許多有機物或官能團發生反應,有效地改善水質。臭氧能氧化分解水中各種雜質所造成的色、嗅,其脫色效果比活性炭好;還能降低出水濁度,起到良好的絮凝作用,提高過濾濾速或者延長過濾周期。目前,由于國內的臭氧發生技術和工藝比較落后,所以運行費用過高,推廣有難度。

1.1.1.4 其他處理技術

(1)慢濾池

該工藝利用砂層表面繁殖的生物濾膜以及表層以下濾料濾去雜質、去除細菌和氧化分解有機物。慢濾池的濾后水濁度很低,對于氨氮、生物臭、鐵、錳、酚、合成洗滌劑等的去除效果都很好。慢濾池過濾一段時間后,過濾水頭損失增加,需要停止過濾,刮洗表層約10mm厚的濾料,用洗砂機洗凈后再用。慢濾池的缺點是:濾速很低,池面積大,刮砂、洗砂都比較麻煩。慢濾池一般為鋼筋混凝土池。池底為收集濾后水的集水系統,該系統由穿孔管或由帶孔的混凝土板組成,集水渠流速按0.15~0.2m/s設計。集水系統上為礫石承托層,粒徑(自上至下)為:2~4mm、4~8mm、8~16mm、16~32mm、32~64mm,厚度為0.4~0.6m。承托層以上為石英砂濾料,有效粒徑0.2~0.4mm,最大粒徑2mm,均勻系數小于2,厚度0.7~0.9m。濾層以上水深0.9~1.2m,超高0.3m。慢濾池總高度為2.5~3.5m。慢濾池濾速為0.1~0.2m/h,濾前水濁度不應大于10NTU。刮砂、補砂結束后,注意需用濾后水由集水渠反向向上過濾,以排除承托層和濾料層中的空氣,然后進水過濾。

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圖1.1-8 慢濾池結構示意圖

(2)空氣揚水技術

平均水深不小于10m的富營養化湖泊水庫,可用空氣揚水筒置于湖水最深處強制水體循環混合,改善水廠原水水質。水廠原水水質改善后,可采用常規工藝處理,出廠水不致有臭味。

空氣揚水筒為圓筒狀裝置,上部設浮室,下端系以重錘,中部或下部設空氣室,垂直立于水中??掌矣傻剮蜺字水封裝置組成。岸上空壓機連續向空氣室壓入壓縮空氣,當空氣積蓄到水封室下口并破壞水封后,空氣即瞬時向筒內噴出,形成大型氣彈在圓筒內上升,將氣彈以上的水柱整個向上推動并射出圓筒。氣彈在膨脹過程中與筒內的水以及上升過程周圍的水混合在一起噴至水面。被提升的底層水,與表層水混合后,水溫升高,密度減小,不直接下沉,而向水平方向向四周擴散。圓筒周圍的底層水則從水平方向向筒底補充。遠至周圍 1~2km的水也能被吸入筒底而提升至水面。大型氣彈每隔5~10s噴出一次。這樣造成全湖上層水與下層水的完全混合,底層缺氧水依靠與上層富氧水混合充氧。

可用玻璃鋼制作,筒徑一般為0.3~0.5m,大型湖泊筒徑可大至1~2m。筒長根據湖水深度確定,一般為湖水深度的70%~80%。筒下端吸水口離湖底1.5m。筒內大型氣彈上升速度按1.5~2m/s設計。部分實際參考數據:筒徑1.0m,揚水量80000m3/d;筒徑0.5m,長20m,揚水量20000~27000m3/d,空壓機7.5kW,壓力0.95MPa;筒徑0.4m,長7~8m,空壓機5.5kW;筒徑0.3m,長5m,空壓機2.2~3.7kW。

揚水混合后,上層水中的藻進入下層水后,由于接受不到陽光,有的藻死亡,有的藻生長受到抑制,其數量大幅度減少。底層水溶解氧、pH值升高。鐵、錳、氨氮、硫化氫、磷酸鹽含量降至微量,臭閾值顯著下降。日本、美國、歐洲、南美洲所應用的空氣揚水筒,對于富營養化湖泊的水質改善均有明顯效果。

1.1.2 湖泊濕地面源污染控制技術

湖泊濕地流域面源污染量大、面廣、分散、難收集,其污染主要來源于下墊面地表污染物,包括土壤層沖刷物、地表沉積物、農田養分肥料和化學物質以及人類活動產生的廢棄物等。在降雨條件下,下墊面地表的污染物被徑流沖刷、溶出,并通過徑流將其攜帶進入水體環境,形成包括有機物、營養物、顆粒物、農藥類、重金屬、細菌在內的污染負荷。根據面源污染發生區域和過程的特點,一般可分為農業農村面源和城市面源污染兩大類。

農業面源污染的產生與農田利用方式密切相關。因此,對于城市周邊及郊區,因地制宜地建立科學的農業生產結構,合理利用土地資源,是控制與削減農業面源污染的重要措施。中心城區湖泊面源污染主要是城市面源污染。城市面源污染主要源于大氣降塵、垃圾和土地開發等,通過蓄滯徑流、增加植被覆蓋、增加透水地面的滲透性、控制大氣污染源、減少污染物的沉降、經常清掃街道、減少垃圾堆放等措施,可以有效減低城市面源污染。

1.1.2.1 農業農村面源污染控制技術

農業農村面源污染是指農村生活和農業生產活動中,溶解的或固體的污染物,如農田中的土粒、氮素、磷素、農藥重金屬、農村禽畜糞便與生活垃圾等有機或無機物質,從非特定的地域,在降水和徑流沖刷作用下,通過農田地表徑流、農田排水和地下滲漏,使大量污染物進入湖泊濕地所引起的污染。其主要特點如下:①主要污染物為氮磷、泥沙和農藥,有機物污染較輕;②農田區域交叉污染現象普遍存在;③徑流中污染物形態以溶解態和顆粒態為主,磷和農藥通常吸附于泥沙上進行遷移;④徑流是污染物遷移載體,控制徑流的形成和遷移可以有效控制徑流污染。

農業農村面源污染控制的技術主要包括自然生態凈化技術、農田徑流污染控制技術和農村分散性污染治理技術三大類。

(1)自然生態凈化技術

針對湖泊濕地農村面源污染特征,因地制宜采取低能耗、低成本、低運行費用及易管理的“三低一易”的自然生態凈化技術,主要包括農田排水生態溝渠凈化技術、生態草溝處理技術、人工濕地處理技術、高效菌藻塘處理系統等單一技術或多技術的集成組合。

1)農田排水生態溝渠凈化技術

該技術依據生態學原理,采用生態攔截控制方法,通過合理構建排水溝渠,以延長農田排出水進入水體的途徑,在溝渠底部和兩側種植適宜的植物種類及其優化組合搭配,以種植植物吸收和攔截徑流排水中的氮、磷養分,從而實現農田氮磷營養元素最大限度地在農田系統內部循環利用。研究表明添加微生物的生態溝渠氨氮、TN和TP去除率分別為70.3%、66.6%、73.7%,未添加微生物的生態溝渠為48.3%、60.6%和58.0%,而傳統溝渠則為30.1%、23.8%、18.4%。

2)生態草溝技術

該技術是指集收集、凈化及景觀于一體的地表或地下處理技術。通常,草溝上種植灌草、濕生植物或其他大型挺水植物,根據景觀及凈化的需求可采取一種或多種植物的有機組合。草溝下鋪設石灰石、礫石、貝殼、沸石等填料。生態草溝技術在美國、澳大利亞等國應用較為廣泛,我國引入該技術相對較晚。研究表明,TP的平均去除率為41.6%,氨氮的平均去除率為19%。

3)人工濕地處理技術

人工濕地處理技術是人工建造的、可控制的和工程化的多種填料介質濕地系統,是通過對濕地自然生態系統中的物理、化學和生物作用的優化組合來進行廢水處理的生態處理工程。為保證污水在其中有良好的水力流態和較大體積的利用率,其設計應采用適宜的形狀和尺寸,適宜的進出水和布水系統,以及在其中種植抗污染和去污能力強的水生植物。針對濃度低的N、P負荷,人工濕地建議采取水平潛流系統或上升流+水平潛流系統,不適宜于采取下行流系統。填料粒徑建議選取在8~16mm,填料主要選取沸石、石灰石、木炭及高爐渣等復合填料。復合介質以多年生植物為主,包括蘆葦、各類香蒲、千屈菜、水蔥、黃花菖蒲、再力花等。主要設計參數:水力負荷0.67m3/(m2·d),床高1.5m,平均孔隙率40%,平均水力停留時間0.9d。

4)高效菌藻塘處理系統

根據細菌將復雜的有機廢物成分分解成簡單的產物供藻類利用,藻類產生的氧氣為好氧細菌提供好氧環境的原理,美國提出并發展了高效藻類塘,最大限度地利用了藻類產生的氧氣,充分利用藻菌共生關系,對有機污染物進行高效處理。該技術在美國、歐洲、澳大利亞,中東的以色列、約旦,非洲的肯尼亞、南非,東南亞的印度、泰國等的數量和規模越來越大。我國高效菌藻塘的研究與示范地域遍及全國,通過對各種氣候、土地利用方式、生態環境、水污染狀況和經濟發展水平的示范工程研究,提出工藝使用條件和低成本、低能耗的城市污水處理技術方案。

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圖1.1-9 高效菌藻塘系統示意圖

(2)農田徑流污染控制技術

主要包括農田徑流N、P截留技術和農田徑流污染控制技術等。

1)人工水塘技術

水塘對面源污染物的滯留和凈化能力很大,塘中大型植物群落有利于懸浮物和養分的去除。影響水塘對污染物去除效果的主要因素有兩個:水文學因素——入流的空間分布,水力學因素——降雨過程中水流的流動狀態。水塘的種類按是否有水可分為濕塘、干塘,按位置可分為村塘、山塘、田塘等。研究表明,多水塘系統能截留來自村莊、農田氮磷污染負荷的94%以上。

2)植被緩沖帶技術

污染物從農田和村莊向水體轉移的途徑中,以地表徑流、潛層滲流的方式通過緩沖帶進入水體?;撼宕芄揮行Ъ跎儻廴駒春禿詞氐鬧苯恿?。但是緩沖帶的泥沙截留量超出其截留容量后,會出現溝蝕現象,影響其緩沖作用。

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圖1.1-10 植被緩沖帶示意圖

3)坡耕地改造技術

依據水土流失原理,通過減緩地面坡度和縮短坡長,有效地降低土壤流失和控制耕地污染。通常采用截流、導流以及生物防治措施,屬于傳統的水土保持技術,可增加徑流滯留時間,有利于改變耕地結構變化,減少徑流量,控制水土流失。適用于坡耕地、平原農田區??稍黽穎Kб?,減少肥料流失,有效減少氮磷及泥沙污染。

4)水土保持農業生產技術

指的是用增加地面糙率、改變坡面微小地形、增加植物被覆、地面覆蓋或增強土壤抗蝕力等方法,保持水土、改良土壤,以提高農業生產的技術措施。水土保持農業技術措施與水土保持林草措施、水土保持工程措施有機結合,構成完整的綜合治理體系。水土保持農業技術措施的范圍很廣,包括大部分旱地農業栽培技術,其中水土保持效果顯著的部分按作用可分為:以改變小地形增加地面糙率為主的農業技術措施,以增加地面覆蓋為主的農業技術措施和以增加土壤抗蝕性為主的農業技術措施3類。

5)農田田間污染控制工程技術

該技術主要應用于田間,通過坑、塘、池等工程措施,增加徑流滯留時間,減少徑流沖刷和土壤流失。適用于平原旱地區、坡耕區和平原水區??捎行岣咚試囪防寐?,減少氮磷以及泥沙污染。

(3)農村分散性污染治理技術

分散性農村生活污水處理工藝的選擇,應充分考慮社會、自然環境和經濟發展水平等因素,因地制宜,以發揮處理工藝最大的優勢。根據蘇州市不同地區農村的自然條件,分析其適用性農村生活污水處理工藝,將為分散性農村生活污水的高效穩定處理提供技術支撐。

1)人工生態濕地工藝

人工生態濕地技術綜合過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物降解等多種過程的協調作用。包括分散式和潛流式復合人工濕地。

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圖1.1-11 人工生態濕地組成部分

分散式人工濕地多采用潛流運行方式,多以麥冬和美人蕉為濕地植物,日處理水量在1m3/d以下,適合單門獨戶使用。該處理設施占地面積小,建造成本低,無需日常維護,但處理能力有限。潛流式復合人工生態濕地工藝中,生活污水首先經化糞池后由管道收集入初沉池進行沉淀、厭氧消化,出水進入一定數量并聯運行的垂直流人工濕地,最后進入生態塘深度凈化處理。該工藝可充分利用自然復氧,減少堵塞、強化有機物的氧化和硝化作用,運行維護簡便,可穩定運行15年以上,但TN的去除效果不理想,景觀效果差,且需要頻繁更換填料。

2)毛細管土壤滲濾溝工藝

毛細管土壤滲濾工藝是土壤-微生物-植物復合系統,其主要通過植物、土壤、填料及其表面生長的微生物、小型動物等一系列復雜的物理、化學、生物協同作用實現對污染物的去除。該工藝具有與景觀綠地相結合,實現污水處理和美觀環境的雙重效果,且具有較強的抗沖擊負荷能力,易于穩定運行,適用于地處偏僻、幾戶或十幾戶人家的小水量處理,其與人工濕地組合運行時,則可使其處理規模提高至200m3/d。

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圖1.1-12 毛細管土壤滲濾溝工藝示意圖

該工藝對COD、TN、TP均有很好的去除效果,并能有效去除污水中的大腸桿菌。但氨氮的去除穩定性較差。此外,該工藝存在濾料層易板結和下漏、滲濾速度慢以及單位面積日處理量少等問題。

3)塔式蚯蚓生態濾池工藝

塔式蚯蚓生態濾池技術利用蚯蚓、植物、填料、微生物的協同作用,以??榛峁?、梯度塔層、多級單元串聯的形式處理污水。該工藝適宜處理規模為10~150m3/d,可集中處理規模在20~300戶的農村集居點生活污水。TN去除率可達80%以上,TP、COD、NH4+-N去除率均在85%以上。

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圖1.1-13 塔式蚯蚓生態濾池結構示意圖

塔式蚯蚓生態濾池工藝可根據具體地形調節其工藝構造型式,具有占地較小、運行靈活、基建及運行管理費用低,除污能力強,維護簡便等特點。該工藝可有效解決土壤堵塞、板結和環境衛生問題,同時蚯蚓能與微生物形成良好的共生作用,延長了濾池內的微生物代謝鏈,提高了濾池對TN、TP和COD等污染物的去除效率。但蚯蚓對濕度要求高,不能長期存活在滯水環境中,因此對水力負荷控制的要求較高;此外,蚯蚓不耐低溫,冬季可能出現大規模死亡,而影響處理效果。

4)地埋式微動力氧化溝工藝

地埋式微動力氧化溝是一種依靠自然供氧的地埋式污水處理工藝。生活污水經厭氧段水解、消化,降低有機物濃度,有機氮得到充分氨化后,利用射流泵打入好氧濾池并最后進入氧化溝進行深度處理,氧化溝由沿溝道分布的拔風管自然供氧。該工藝主體構筑物全部位于地下,適用于用地緊張的集居點,處理規模一般為50~200m3/d,運行費用較低,主要為泵所需電費。但維護不便,且因僅靠自然供氧而影響反應效率。該工藝運行結果顯示,其對COD和TP的去除率均在70%以上,出水中的COD、SS和TP可達國標一級B標準,但NH4+-N去除率受充氧效果影響較大。

5)一體化生化處理反應器工藝

該工藝主要有A/O、A/O+接觸氧化、A2/O+MBR、BAF、SBR一體機等。其中一體化SBR處理工藝具有集成化、自動化程度高、占地少等優點,適用于用地緊張的居民集居點或零散農戶。但該工藝投資和運行費用高、普適性差等問題。

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圖1.1-14 污水一體化反應器工藝

1.1.2.2 城市面源污染控制技術

城市面源污染的突出特征是:污染源時空分布離散性、污染途徑隨機多樣性、污染成分的復雜多變性、污染源和污染成分監控困難性等。城市面源污染控制與治理在于對城市暴雨徑流污染的產生與輸出進行調控。要針對城市面源污染產生的上述原因,控制進入湖泊濕地的面源污染物總量。

城市面源污染的工程性控制措施可分為3個方面:一是對源的控制,主要指控制對水體有潛在危害的產品的應用,將雨水徑流污染物從源頭上控制在最低限度;其二是對污染物擴散途徑的控制,通過研究雨水徑流污染物輸送和擴散機理,采取適當的措施,減少污染物排入地下或地表水體的數量;其三是終端治理,通過自然生態技術或人工凈化技術來降解帶入水體的徑流污染物。目前運用的主要控制技術如下。

(1)前置庫技術

在污水進入湖泊前通過前置庫,通過延長水力停留時間,促進水中泥沙及營養鹽的沉降,同時利用前置庫中藻類或大型水生植物進一步吸收、吸附、攔截營養鹽,使營養鹽成為有機物或沉降于庫底。該技術的關鍵除了需要足夠的場地外,還要控制80%左右的入流水和可達到一定去除率的水力停留時間。其優點是費用較低,適合多種條件;缺點是在運行期間,前置庫區經常出現水生植物的季節交替問題,因此,前置庫技術的主要困境是植物的選種及如何保證寒冷季節冬季的凈化效率。此外,前置庫的凈化功能與河流的行洪功能往往矛盾,所以還要尋求一種將兩者有效協調的方法。

在面源污染和受納水體之間,在污水進入湖泊前,通過前置庫,通過延長水力停留時間,促進水中泥沙及營養鹽的沉降,同時利用前置庫中藻類或大型水生植物進一步吸收、吸附、攔截營養鹽,使營養鹽成為有機物或沉降于庫底。該技術的關鍵除了需要足夠的場地外,還要控制80%左右的入流水和可達到一定去除率的水力停留時間。其優點是費用較低,適合多種條件;缺點是在運行期間,前置庫區經常出現水生植物的季節交替問題,因此,前置庫技術的主要困境是植物的選種及如何保證寒冷季節冬季的凈化效率。

(2)湖濱帶濕地處理技術

湖濱濕地和入湖河道堤岸濕地是攔截非點源污染的有效措施,也是污染物進入湖泊的最后一道攔截屏障。湖泊沿岸濕地和濱岸高等水生植物的消失,將加重湖泊富營養化。因此,恢復和重建湖泊濱岸帶水生植被,從而改變氮、磷入湖途徑,也是控制營養物入湖的重要措施。

通過截污,湖泊磷的負荷能夠顯著減少,但是湖水富營養化狀態往往難見緩解。如南京玄武湖截污之后,湖區水質改善進程十分緩慢,死魚事故依舊頻頻發生,富營養化藻類生物量和種類組成亦未見明顯變化;尤其是對復雜的湖泊生態系統中的藻類種群而言,僅僅控制個別營養鹽的濃度,往往難以有效控制其種群數量。因此,單純控制營養鹽往往難以見效。目前,大部分湖泊先采取截污手段,然后配合其他方法來綜合治理。

(3)海綿城市

2012年4月,“海綿城市”概念在《2012低碳城市與區域發展科技論壇》中首次提出。海綿城市是指城市能夠像海綿一樣,在適應環境變化和應對自然災害等方面具有良好的“彈性”,下雨時吸水、蓄水、滲水、凈水,需要時將蓄存的水“釋放”并加以利用。海綿城市概念的提出,能有效實現對該標段內各河涌的面源污染的消減,同時實現雨洪調蓄功能。

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圖1.1-15 海綿城市概念

海綿城市推出的低影響開發(Low Impact Development,LID)方式,指在城市開發建設過程中采用源頭削減、中途轉輸、末端調蓄等多種手段,通過滲、滯、蓄、凈、用、排等多種技術,實現城市良性水文循環,提高對徑流雨水的滲透、調蓄、凈化、利用和排放能力,維持或恢復城市的“海綿”功能。按照對城市生態環境影響最低的開發建設理念,合理控制開發強度,在城市中保留足夠的生態用地,控制城市不透水面積比例,最大限度的減少對城市原有水生態環境的破壞,同時,根據需求適當開挖河湖溝渠、增加水域面積,促進雨水的積存、滲透和凈化。

低影響開發技術按主要功能一般可分為滲透、儲存、調節、轉輸、截污凈化等幾類。通過各類技術的組合應用,可實現徑流總量控制、徑流峰值控制、徑流污染控制、雨水資源化利用等目標。應結合不同區域水文地質、水資源等特點及技術經濟分析,按照因地制宜和經濟高效的原則選擇低影響開發技術及其組合系統。

1)透水鋪裝

透水鋪裝按照面層材料不同可分為透水磚鋪裝、透水水泥混凝土鋪裝和透水瀝青混凝土鋪裝,嵌草磚、園林鋪裝中的鵝卵石、碎石鋪裝等也屬于滲透鋪裝。

透水鋪裝結構應符合《透水磚路面技術規程》(CJJ/T188)、《透水瀝青路面技術規程》(CJJ/T190)和《透水水泥混凝土路面技術規程》(CJJ/T135)的規定。

主要適用于廣場、停車場、人行道以及車流量和荷載較小的道路,如建筑與小區道路、市政道路的非機動車道等,透水瀝青混凝土路面還可用于機動車道。

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圖1.1-16 透水鋪裝

2)綠色屋頂

綠色屋頂也稱種植屋面、屋頂綠化等,根據種植基質深度和景觀復雜程度,綠色屋頂又分為簡單式和花園式,基質深度根據植物需求及屋頂荷載確定,簡單式綠色屋頂的基質深度一般不大于150mm。

綠色屋頂的設計可參考《種植屋面工程技術規程》(JGJ155)。

適用于符合屋頂荷載、防水等條件的平屋頂建筑和坡度≤15°的坡屋頂建筑。

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圖1.1-17 綠色屋頂

3)生物滯留帶

生物滯留設施指在地勢較低的區域,通過植物、土壤和微生物系統蓄滲、凈化徑流雨水的設施。生物滯留設施分為簡易型生物滯留設施和復雜型生物滯留設施,按應用位置不同又稱作雨水花園、生物滯留帶、高位花壇、生態樹池等。

主要適用于建筑與小區內建筑、道路及停車場的周邊綠地,以及城市道路綠化帶等城市綠地內。

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圖1.1-18 生物滯留帶

4)雨水花園

雨水花園指在城市地勢較低的地方種植喬木、灌木和花草等植物的一種工程設施,其雨水利用院里是將雨水通過植物的截流與土壤的下滲作用過濾、凈化雨水,以達到消減雨水徑流量的作用。雨水花園的類型雨水花園根據不同的控制目標可以分為以控制徑流污染為目的的雨水花園和以控制徑流量為目的的雨水花園兩種類型。

以控制徑流污染為目,一般適用于徑流污染比較嚴重的城市空間,如:停車場、城市廣場、城市道路;以控制徑流量為目的,一般適用于處理雨水水質相對較 好、匯流面積較小的城市空間,如:屋面雨水、庭院、學校、居住小區。

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圖1.1-19 雨水花園

5)生態樹池

生態樹池作為一種小型生物滯留設施,一般由種植土層、砂濾層、排水系統以及灌喬木組成。

適用于用地較緊張的場地建設,如城市道路分隔帶、人行步道、停車場,以及公園、廣場等。

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圖1.1-20 生態樹池

6)雨水濕地

雨水濕地利用物理、水生植物及微生物等作用凈化雨水,是一種高效的徑流污染控制設施,雨水濕地分為雨水表流濕地和雨水潛流濕地,一般設計成防滲型以便維持雨水濕地植物所需要的水量,雨水濕地常與濕塘合建并設計一定的調蓄容積。

適用于具有一定空間條件的建筑與小區、城市道路、城市綠地、濱水帶等區域。

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圖1.1-21 雨水濕地

(7)調節塘

調節塘也稱干塘,以削減峰值流量功能為主,一般由進水口、調節區、出口設施、護坡及堤岸構成,也可通過合理設計使其具有滲透功能,起到一定的補充地下水和凈化雨水的作用。

適用于建筑與小區、城市綠地等具有一定空間條件的區域。

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圖1.1-22 調節塘

(8)植草溝

植草溝指種有植被的地表溝渠,可收集、輸送和排放徑流雨水,并具有一定的雨水凈化作用,可用于銜接其他各單項設施、城市雨水管渠系統和超標雨水徑流排放系統。除轉輸型植草溝外,還包括滲透型的干式植草溝及常有水的濕式植草溝,可分別提高徑流總量和徑流污染控制效果。

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圖1.1-23 植草溝

(9)植被緩沖帶

植被緩沖帶為坡度較緩的植被區,經植被攔截及土壤下滲作用減緩地表徑流流速,并去除徑流中的部分污染物,植被緩沖帶坡度一般為2%~6%,寬度不宜小于2m。

適用于道路等不透水面周邊,可作為生物滯留設施等低影響開發設施的預處理設施,也可作為城市水系的濱水綠化帶,但坡度較大(大于6%)時其雨水凈化效果較差。

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圖1.1-24 植被緩沖帶

1.1.2.3 清水產流機制及控制技術

清水產流機制是指在外源污染控制的基礎上,通過陸地生態系統恢復→入湖河流污染控制與水質改善→湖濱緩沖帶自然體系構建,實現流域水源涵養和水土流失控制→入湖河流污染控制與修復→湖濱緩沖帶的截留與凈化作用,流域內產生的地表徑流依次經過這3階段的凈化后,實現地表徑流“清水”入湖。

(1)流域清水產流機制及其修復理念

流域內入湖河流是湖泊水體污染物的主要輸入通道。我國的許多湖泊,由于流域內強烈的人為活動造成大量污染物排放,使湖泊入湖河流水質污染嚴重。因此要治理湖泊,需立足于流域層面,通過綜合措施,實現流域的清水產生、輸送與入湖。

1)流域清水產流機制的概念

從湖泊流域徑流的水體運行過程來講,流域的產流、匯流與入湖包括如下幾個過程:降雨產流、流域蓄滲、坡面匯流、河網匯流、匯流入湖。即降雨產生的徑流,部分由土壤蓄滲,部分由坡面匯流形成地表徑流,地表徑流由河網匯流或坡面散流最終經由湖濱區進入湖泊水體。在徑流入湖過程中,污染物也由徑流攜帶入湖。由此,若徑流的整個水體運行過程包括源頭產流、坡面匯流、河流匯流,入湖過程中均污染較小、生態保持良好或凈化效果較好,則徑流最終為“清水”入湖,由徑流攜帶入湖的污染物量會較??;反之,由徑流攜帶入湖的污染量就會較大,若超過湖泊水環境承載力,則加重湖泊水體污染和富營養化。“流域清水產流機制”的概念,即根據不同湖泊流域的自然與社會經濟現狀特點,在調整流域經濟結構、構建綠色流域的基礎上,通過流域水源涵養與水土流失的控制保證源頭清水產流,通過河流小流域的污染控制與生態修復實現河流匯流的清水養護與清水輸送通道,通過湖濱緩沖區構建與湖濱帶生態修復最終使“清水”入湖。山地水源涵養區、入湖河流區、湖濱區分別作為清水產流機制的源頭區、污染物凈化與清水養護區(徑流通道)和湖濱入湖區,是構成清水產流機制的3個關鍵環節。

2)流域清水產流機制破壞原因

水源涵養區遭到破壞:該區域是清水產流區,對調節坡面徑流、地下徑流以及減少徑流泥沙含量、凈化水質等方面具有重要作用。由于墾荒和坡地種植等原因,使山區、涵養林、面山林地等遭受人為破壞,破壞后的生態恢復是一個相對復雜而漫長的過程。該區的破壞使清水產流區的功能日漸脆弱,導致土壤侵蝕與水土流失,不能為下游提供足夠的清水。

污染物凈化與清水養護區遭到嚴重破壞:該部分是清水產流機制中最重要的組成部分,對污染物起到攔截、削減以及凈化作用。但由于人類活動的增加,改變了湖泊流域原有的以自然濕地、池塘、低洼地等為主的土地利用形式,取而代之的是大量農田、村鎮、水庫等,其污染物凈化與清水養護功能遭到破壞。同時由于人口的聚集,城鄉的快速發展,導致大量不透水地面的增加,阻隔了地面徑流與地下徑流的聯系,使地下徑流減少,破壞了地下徑流對河流、湖泊進行清水補給的輸送機制。

湖濱入湖區生態破壞:由于人類活動對湖濱緩沖帶的干擾與破壞,緩沖帶與湖濱帶作為湖泊最后一道屏障的生態?;すδ莧找媧噯?。湖泊流域人口往往濱水而居,使湖濱緩沖帶生態系統基本被破壞,沿湖污染物直接入湖,對湖泊水體造成污染。

3)流域清水產流機制修復的理念

在湖泊水污染防治中,為保證湖泊清水入湖,必須進行流域清水產流機制的修復。從全流域出發,從源頭產流區→污染物凈化與清水養護區→徑流湖濱入湖全程進行綜合分析,采取小流域綜合治理與生態?;は嘟岷洗朧?,由各個小流域清水產流機制的分別修復,最終帶來整個流域修復的目的,保障清水入湖,從而使清水產流機制中清水的輸送通道的水質及生態得以改善。流域清水產流機制修復思路見下圖。

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圖1.1-25 流域清水產流機制修復思路

(2)流域清水產流機制修復技術路線

在進行湖泊清水產流機制修復時,需在調查研究和資料收集的基礎上,對徑流區水量平衡進行估算,計算與分析水土流失、村鎮污染、農田徑流等的污染情況,進行流域污染物產生量和入湖量估算;在此基礎上,對流域清水產流的破壞原因進行診斷與源解析,分析清水量沿途喪失情況;并遵循清水產流機制修復的方法,分別提出清水產流區、污染物凈化與清水養護區和湖濱入湖區這3個分區的修復措施。

流域清水產流機制是湖泊流域清水量平衡和污染物平衡相互作用的復雜體系,維持流域清水量平衡和污染物平衡對保障湖泊良好的生態系統與健康運作至關重要。清水產流區產生的清水經過河流通道和湖濱區,最后進入到湖泊中,維持足夠的清水量入湖是保證湖泊良好健康的重要前提。分析清水產流機制平衡有2方面的意義,一是通過徑流沿程水量與水質的變化分析水量與污染物量平衡;二是通過徑流沿程水質的變化分析清水入湖量,并基于湖泊水環境承載力分析清水產流機制修復后應達到的清水量。

在維持水量平衡的同時,還應做到污染物的平衡,避免過量的污染負荷進入水體,導致水體中營養物質積累流域清水產流機制修復應用根據流域清水產流機制修復理論,流域清水產流機制修復分為3個區域的修復,即清水產流區修復、污染物凈化與清水養護區修復、湖濱入湖區修復。

(3)清水產流區修復策略

清水產流區是清水產生的源頭,對清水水質的產生和維持至關重要,一般來講,清水產流區清水水質目標為地表水II類水質標準。該區通過涵養林、面山林地的保育,為清水產流體系提供充足的清水量,其修復策略為在現場調查研究的基礎上,進行分流域分片區采用產流區涵養林?;?、水土流失防治,農村農田污染控制、自然濕地?;?、河流水質改善與緩沖帶生態建設等技術,系統綜合分析清水產流機制中的問題,提出修復的系統方案,實現源頭區清水產流。

(4)污染物凈化與清水養護區修復策略

本區承擔了流域內大量的污染負荷,該區水質的維持是清水產流機制中最重要的環節,一般該區水質目標為地表水III~IV類水質標準。在清水產流機制修復中,河流是清水產流的主要輸送通道,只有河流輸送的是清水,才能保證清水入湖。因此,進行“污染物凈化與清水養護區”的入湖河流的治理是清水產流機制修復的重點。該區是清水產流機制可能受破壞的區,通過對沿河村落、農田進行系統控源,并通過山前平原庫塘、濕地對控源后低污染水進一步凈化,控制污染物產生量與入河量。該區的修復策略為在對入湖河流、塘、庫等調查的基礎上,進行河流小流域分區,采用工業、村鎮、農田等污染源控制為基礎措施,在此基礎上,通過自然濕地、塘壩修復、河道與河口生態修復等措施構建低污染水凈化通道,使上游來水清水匯流并由入湖河流輸送。

(5)湖濱入湖區修復策略

湖濱入湖區是保障清水入湖的最后一個環節,由于該區承擔的大量污染負荷及清水產流機制最終水質要求,一般該區水質目標為地表水III類水質標準。該區的修復策略為在緩沖帶與湖濱帶現狀調查與分析的基礎上,確定緩沖帶與湖濱帶修復范圍,采用拆遷與退田還湖、生態透水植被帶、綠籬隔離帶與灌草帶建設、湖濱帶生態修復等措施,修復清水的入湖通道,該區的生態修復和?;た梢苑⒒傭緣乇砩⒘韉牧己鎂換饔?,保證清水出流。

1.1.3 湖泊濕地內源污染控制技術

我國的湖泊以淺水湖泊為主,沉積物以及藻類代謝、死亡釋放大量的營養鹽,使得即使控制了所有外源污染,仍然無法在短期內把湖泊營養負荷降下來。所以內源營養鹽負荷控制成為治理淺水富營養化湖泊的關鍵。湖泊內源污染表現為湖泊被污染后,底泥中逐漸累積了大量有機物質、營養物質、重金屬、難降解有機物等污染物。通過對水體自身修復系統的恢復,主要為生態恢復,來讓水體具有一定的自凈能力,恢復湖泊良好生態功能。

湖泊內源污染控制以去除水體氮磷營養鹽及其它污染物質為主要任務,通過種植水生植物、促進水體循環、清除底泥、換水等措施,達到控制內源污染的目的。

1.1.3.1 泥源污染控制技術

湖泊底泥污染底泥控制技術主要有原位處理技術和異地處理技術兩類。原位處理技術是將污染底泥留在原處,采取措施阻止底泥污染物進入水體,即切斷內污染源的污染途徑;異位處理技術是將污染底泥挖掘出來運輸到其他地方后再進行處理,即將水體的內污染源轉移走,以防止污染水體。其中,原位處理技術主要包括原位覆蓋與原位鈍化技術。異地處理技術主要有污染底泥疏浚技術。

(1)物理化學方法

物理化學方法包括沉積物氧化、化學沉淀、底泥覆蓋等,原理都是將磷束縛于底泥之中,從而抑制內源磷的釋放。這種方法主要用于面積較小、風浪攪動較弱、湖底處于厭氧狀態的水域。但是若水體的pH高于9,沉積物氧化和化學沉淀法均不能抑制內源磷的釋放,此時可以考慮投加低磷含量的泥土,使其吸附水中的磷,并形成覆蓋層,達到控制內源磷的目的。與底泥疏浚、引水相比,該方法在不增加水深的條件下,可為水生植被的恢復提供優質的生長環境。底泥覆蓋指采用薄膜或顆粒材料(如粉煤灰、沸石等)覆蓋湖底的淤泥,可以有效控制底泥中氮、磷等營養鹽的釋放,也可控制重金屬及苯酚等持久性有機物的釋放;此法的主要缺點是湖底表層新富營養層釋放源會迅速形成。在我國,覆蓋技術處于試驗與探索階段,大規模湖泊水體中的實踐還較少。國內覆蓋工程的首例是1999年巢湖市環城河河道采用了底泥疏浚后覆蓋0.5米厚清潔細沙的工藝;2005年昆明在大清河整治中也采用了疏浚后覆蓋卵石的工藝進行該河道底泥污染的治理。

(2)環保疏浚技術

環保疏浚技術包括疏挖范圍及規模的確定、疏浚作業區的劃分及工程量計算、污染底泥存放堆場選址、疏挖設備選配、疏挖施工工藝流程確定、堆場圍埝及泄水口設計等。疏浚時一般采用絞吸式挖泥船,該船將挖掘、輸送、排出等疏浚工序一次完成,它通過船上離心式泥泵的作用產生一定真空將挖掘的泥漿經吸泥管吸入、提升、再通過船上輸泥管排到岸邊堆場,是一種效率較高的疏浚工藝。污染底泥從水下疏挖后,輸送到岸上,一般采用管道輸送工藝,管道輸送工作連續、生產效率高的特點,當含泥率低時可長距離輸送,輸泥距離超過挖泥船排距時,還可加設接力泵站。

底泥疏浚是指將含氮、磷濃度高的底泥直接從水體取出,以降低水體營養物質濃度。由于富營養化湖泊底泥中的營養鹽比水體中要豐富的多,所以底泥疏??捎糜謚衛碭揮茨讜錘漢?,適用于動力擾動較弱的較小湖泊,其缺點是會使原水體沉水植物和底棲動物大量毀滅,破壞生態系統和削弱湖泊的自凈功能,且該工程耗資巨大,投入產出不成比例。對于底泥疏浚,應用較為廣泛,如云南滇池、杭州西湖和南京的玄武湖等。其主要不足之處除了以上方面,還在于大量疏浚底泥的堆置不僅占用空間,而且極易產生二次污染。此外,疏??贍艿賈掠錆陀卸居瀉ξ鎦視肫宓男∮朧頭?,破壞生物棲息地等。因此,該技術適用底泥淤積嚴重、營養極度富集且生境要求不甚嚴格的水域。此外,水深過淺的湖泊亦需疏浚,從而防止湖泊的老化。

(3)安全覆蓋和安全固化

安全覆蓋是在污染的底泥上覆蓋一層或多層未污染的底泥、沙、礫石或人造地基材料,隔離污染底泥與水體,防止底泥污染物向水體遷移。安全固化是直接采用石灰等固化劑對底泥進行固化,以消除底泥污染,這一技術成本較高,但對底泥污染較重、湖水較深且缺乏處理疏浚底泥場地的城中湖是較好的辦法。

(4)原位修復技術

原位修復技術主要包括浮島技術、曝氣技術等。國內外復氧工程和人工浮島的運行經驗表明,在重污染水體進行人工充氧能在較短的時間內降低水體中的有機污染物,提高水體溶解氧的濃度,增強水體的自凈作用及改善水和沉積物的性狀;人工浮島則可通過不同類型植物的生長,進一步凈化水質,為魚類及鳥類等提供良好的生態環境,一定程度上恢復水體生態系統的生物多樣性,起到消浪護岸和改善景觀的作用。原位修復技術主要適用于污染嚴重、溶解氧含量低、水位較深、透明度低,底質為硬質或污染嚴重的淤泥,水生植被難以恢復的區域。對透明度較低、污染嚴重的景觀水體應采用人工浮床、人工水草、曝氣等方法實施原位修復工程。

(5)污染底泥堆場建設及底泥資源化方案

目前針對疏浚底泥的資源化利用方法通常是采用傳統的物理處理法和熱處理法,而在疏浚底泥的改良方面最常用的為化學處理法,即通過添加不同的固化材料,改良污染底泥物理力學特性,而制備成為工程用土,最終經過這些方法處理后的疏浚底泥都可以達到資源化再利用的目的。

1)吹填法

吹填法是指通過泥泵的作用,從吸泥管吸取污染底泥和湖水的混合物,經過排泥管輸送至堆場方法,將疏浚底泥作為填土材料使用,在許多沿海國家和地區已經得到了廣泛應用。

2)機械脫水處理法

由于疏浚泥的高含水率,為了使其轉化為良好的工程材料,降低疏浚泥含水率是最為直接的方法。通常情況下,自然晾曬是最簡單、最經濟的方法,國內有許多內陸湖泊的疏浚工程均采用堆泥底場自然干化的方法,如杭州西湖、無錫五里湖的底泥疏浚工程。這種方法一般要設置堆場,占用大量的土地資源。底泥自然干化需要較長的時間,且易受天氣的影響,一般實施較為困難。在國外,最為常見的是機械脫水工廠,就是采用離心脫水機或壓濾機進行脫水的方法,尤其是對高含水率的疏浚底泥較為有效。較早的機械脫水工廠的工作能力一般較小,難以適應大規模、大疏浚工程的需要。近幾年通過技術開發,改進了技術設備,處理能力已有較大提高。但機械脫水具有脫水工廠固定式的缺點、且一次性投資較高,另一方面是經過脫水處理后的疏浚底泥仍需進行二次處理才能滿足資源化再利用的需求。

3)熱處理法

熱處理法是指疏浚污染底泥經過脫水后,通過加熱、燒結等方法將底泥轉化為建筑材料的方法,可以分為燒結法和熔融法兩種形式。燒結是指通過將疏浚底泥加熱至800~1200℃,使污染底泥脫水、有機組分分解、粒子之間粘結的過程。如果底泥具有適宜的含水率,則可以用來制成磚或墻體材料,也可作為水泥制造的原材料使用。熔融則是通過將疏浚底泥加熱至1200~1500℃,使污染底泥脫水、有機組分分解、無機礦物熔化的過程。底泥熔漿結束后,經冷卻處理可以制作成陶粒,可以用來代替砂、礫石或制成輕型陶土磚等建筑材料。主要優點是成品具有較強的附加價值,但其由于其處理能力、對疏浚的要求較高及需相對固定式的處理工廠,導致使用過程中具有一定的局限性。

(6)堆場余水處理方案

底泥疏浚工程通過對污染底泥的疏挖,消減了湖泊泥源負荷,為湖泊生態重建創造條件。堆場余水處理是底泥疏浚工程是否取得預期目標,防止二次污染的重要組成部分?;繁J榪9討?,污染底泥被泥泵葉輪打成泥漿輸送到底泥堆場,經堆場自然沉淀后污泥留存于堆場,多余的水從堆場溢流排放,被稱為余水。由于疏浚中污染底泥被打碎,強化了污染物的釋放,使余水中含有大量的富含于底泥中的有機物、氮、磷、重金屬等污染物,這些污染物大部分附著在細顆粒上,懸浮在余水中,很難沉降。因此,應采取必要措施,加速余水中細顆粒的沉淀,加藥促沉法在國外已被廣泛應用。

堆場余水采用合理吹填、污泥顆粒在堆場和二次沉淀池自然沉淀為主的處理方案,當不能達到排放水質要求時,采用投藥促沉的方式處理。絮凝沉淀法是目前國內外用于去除水中懸浮物最常用的方法之一,絮凝沉淀法因動力消耗較小、操作彈性較大、對水質水量變化的適應性較強、藥劑供應也較為方便、處理設施占地面積相對較小、成本低等優點,因此被廣泛應用于堆場余水處理中。根據一般堆場的條件,絮凝沉淀法可以采用以下兩種方式:①在輸泥管中加入絮凝劑,利用管道泥漿的流速,使絮凝劑和泥漿在輸泥管中快速混合,在堆場中反應沉淀,使細小的懸浮顆粒絮凝成大顆粒,迅速沉淀下來,降低了沉淀時間;②在堆場外設置混合池、反應池、沉淀池,堆場余水進入混合池并投加絮凝劑,在混合池余水內與絮凝劑快速混合,然后進入反應池內反應,再進入沉淀池內沉淀,保證出水的達標排放。

1.1.3.2 藻源污染控制技術

藻類受溫度、光照、水的運動等諸因素的影響,具有不同的生存條件,可以利用不同的方法予以去除。自20世紀60年代以來,人們一直致力于研究控制藍藻水華技術,一般來說,物理法和化學法是除藻技術的直接手段,而生物法是通過生物對藻類的控制來達到控藻目的。

(1)物理法

目前,物理法主要包括機械或人工打撈、黏土絮凝和遮光技術等方法。物理法表現得最為直接,它直接清除水體中的藻類,不會產生二次污染,但是由于需要昂貴的費用,因此該方法只能局限于小水體或大水體的局部水域。

在藍藻的富集區,一般采用機械除藻措施,即采用固定式除藻設施和除藻船對區域內湖水進行循環處理。此法可以在短期內快速有效地去除湖水中的藻類,收獲有商業價值的藻類還能獲得一定的收益,但該法往往需要耗費大量的人力和物力,而且隨著藻類的生長,還需要不斷地進行收獲。對于低濁高藻的湖泊水可用直接過濾除藻、微濾機除藻、膜過濾等,但原水中藻類特征、試驗運行工況條件直接影響對藻類的去除效果?;钚蘊課蕉栽謇?、藻毒素的去除效果很好,但水中的有機物會影響活性炭的吸附,且活性炭再生也較困難,這使處理成本大大提高。此外,湖面遮光、曝氣和超聲抑藻技術等也有所應用,在一定程度上抑制了生物量的增長,但是均不能從根本上解決水體富營養化問題。總的來說,物理除藻雖然效果不錯、無污染、無毒副作用,但工作量較大、一次性投入成本較高、時間周期較長。

遮光技術。主要是通過在湖面覆蓋部分遮光板,控制了全湖藻類增殖。采用塑料制浮板遮光,覆蓋面積為水面的50%~60%。遮光一個月左右微胞藻屬消失,湖水明澈透底。此外,COD下降50%,pH值及溶解氧也顯著減少,保持在4mg/L以上。特別顯著的是水色和藻類的變化。

(2)化學除藻

目前,國內外普遍采用絮凝、抑制和綜合方法進行化學除藻,它是利用化學藥劑對藻類進行殺除?;б┘烈話鬩笪焊咝?、低(無)毒、無污染、無腐蝕;同時具有緩蝕、阻垢作用或能與緩蝕劑、阻垢劑配合使用,成本低,生產及運輸安全,投藥方便。目前,常用的殺藻劑主要有硫酸銅、高錳酸鹽、液氯、二氧化氯、臭氧和過氧化氫等?;Хǖ鬧饕諾閌淺逅俁瓤?、效果明顯、操作簡便及一次性使用成本低。缺點是長期使用一種低濃度的化學藥物會使藻類產生抗藥性;且可能對環境產生污染,死亡藻類所產生的二次污染及化學藥品的生物富集和生物放大對整個生態系統的負面影響較大;可以說這是一種短視行為或是一種權宜之計。因此,除非應急和健康安全許可,化學殺藻目前一般不宜被采用。1999年昆明世博會期間,采用了生化、微生物和化學的“綜合抑藻法”的應急除藻試驗,在滇池草海進行了大面積開放性生產試驗,湖水透明度明顯提高,藻類數量顯著降低,水質感觀和景觀等均好于往年。

(3)生物除藻

生物除藻技術是利用生態平衡等原理對藻類的生長和繁殖進行抑制,從而達到控制藻體數量的目的。其機理是利用藻類的天敵及其產生的生長抑制物質來抑制和殺滅藻類。這類技術主要有以下幾類:以藻制藻;用藻類病原菌抑制藻類生長;利用病毒控制藻類的生長;利用植物間相互抑制物質抑制藻類;發展濾食性魚類;水蚤除藻;大麥稈控制水華藻類;微生物絮凝劑除藻和生物接觸氧化等。對藻類的去除應盡可能采用生物方法,因為富營養化問題是一個典型的生態問題,生態問題只有用生態學的方法解決才最科學。而且,生物除藻不僅可以去除藻類和氮、磷等污染物,發展濾食性魚類和種植高等水生生物還可以產生一定的經濟效益。雖然生物除藻技術還不成熟,對于水體中復雜多樣的藻類難以去除,但成本低,殺藻抑藻效果明顯,效用持久,且無毒副作用,無腐蝕,極具發展前途,無疑將成為除藻技術努力發展的方向。近年來,生物除藻的應用也不斷增多,如引進美國AM公司開發的復合微生物制劑用于云南滇池內湖草海的治理,還有利用EM復合菌液治理廣西南寧南湖等,結果均表明,水體營養鹽去除效果顯著,藻類大量減少,水質得到了改善。

1)以藻制藻

通常選擇水網藻,隸屬綠藻門,體長可達2m,鮮黃綠色,由于其生長繁殖快、吸收肥料能力強等特點而與藻類水華生長競爭水體的營養(氮磷),從而抑制藻類水華的發生。研究表明,水網藻對水體氨氮、總氮和總磷的去除率均在70%以上。

2)微生物絮凝劑除藻

微生物絮凝劑是一種由微生物產生的具有絮凝功能的高分子有機物,主要有利用微生物細胞的絮凝劑、利用微生物細胞壁提取物的絮凝劑和利用微生物細胞代謝產物的絮凝劑三種類型。利用微生物本身或產生的多肽、酯類、糖蛋白、黏多糖、纖維素和核酸等作絮凝劑,可以對包括藻類在內的大多數微生物產生絮凝作用,并且對環境無二次污染。另外水體恢復功能菌(RB)、利水劑、AEM菌、PSB光合菌等,都有較好的除藻作用。在滇池草海約800m圍欄水域的現場實驗中,光合細菌(PSB)凈水劑對葉綠素a去除率在75%以上,藻量去除率在90%以上,平均透明度從0.3m增加到1.06m,具有操作簡便,無二次污染產生等特點。

3)生物控制試劑

潛在的生物控制試劑包括病毒、細菌、真菌、放線菌和原生動物等,主要通過這些生物對藻類的裂解或攝食來達到控制藻類的目的。如寄生在藍藻個體或群體的病毒能夠裂解藍藻,而這一類的病毒主要為肌病毒科(Myoviridae)、Styloviridae和短尾病毒科(Podoviridae),被人們致力于控藻藻類水華。而細菌、真菌和放線菌這類生物控制試劑主要是通過釋放酶或胞外的抗生素作用于藍藻,從而達到裂解藻類的目的。此外,一些原生動物種類(如變形蟲Amoebae、纖毛蟲Ciliates和鞭毛蟲Flagellates等)能夠直接攝食藍藻。

4)水生動植物調控

以浮游動物、魚類控制浮游植物生物調控主要有以下途徑:一是先向水體中投放適當密度的鰱、鳙魚,藻類吸收水體中的氮磷→放養魚類攝食含氮磷的藻類→捕撈成魚帶出氮磷→遏制水華、減輕水體富營養化;二是放養食魚性魚類如鱖魚等→抑制野雜魚(食用浮游動物)→增加浮游動物生物量(食用浮游植物)→減少浮游植物等現存量→提高水體透明度→增加水體自凈能力;三是放養濾食性雙殼類,即蚌類(濾食能力極強)→從而使其食物——浮游植物、細菌、腐屑和小型浮游動物減少→增加水體透明度,提高水體的自凈能力。較典型的生物調控是用于小而淺的、相對封閉的湖泊系統,在營養鹽管理已經失敗的富營養化湖泊中,生物調控已顯示出明顯的治理效果,且費用低。但生物調控的穩定性不夠,往往僅短期有效,因此其有效性仍存在很大的爭議。而且,就技術本身而言也存在一些問題,例如難以保證有足夠數量的食魚性魚類來控制食植物性魚類種群。在富營養化藻型湖泊中,不存在食魚動物產卵及棲息場所,食魚動物、浮游動物種群并不穩定。因此,生物調控技術也有待發展和完善。國內應用較多的是放養鰱、鳙魚,每平方米水體放養鰱、鳙魚40~50克,可以有效控制水華,該方法在東湖、滇池、巢湖的水華治理中得到實際應用。

利用水生高等植物控制水體營養鹽及浮游植物許多國家用大型水生植物污水處理系統凈化富營養化的水體。

大型水生植物有鳳眼蓮、蘆葦、狹葉香蒲等許多種類,可根據不同的氣候條件和污染物的性質進行適宜的選栽。凈化原理是植物和根區微生物共生,產生協同效應,凈化水質。經過植物直接吸收、微生物轉化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒,同時對重金屬分子也有降解效果。水生植物一般生長快,收割后經處理可作為燃料、飼料,或經發酵產生沼氣。但由于富營養化水體透明度低,水下光照不足,水生高等植物尤其是沉水植物無法獲得足夠的光能生長;此外,藻類亦可抑制水生高等植物生長,特別是藍藻水華對水生高等植物往往有致命傷害作用。水生高等植物種群的穩定性也是相對的,如洪澇引起湖泊水位升高,沉水植物往往因得不到充足的光照而大面積爛死在湖底,同時引起與沉水植物共棲的魚蝦蟹類大量死亡,造成大規模的環境災害。因此,需要加強生態系統的防御能力,如何恢復水生高等植物、如何使新建的種群適應環境變化以及環境災變并逐步趨于穩定,這是水生高等植物恢復的關鍵。目前說來,此法是國內外治理湖泊水體富營養化的重要措施。如惠州南湖生態系統的修復與構建工程結果就充分表明,水生高等植物(特別是沉水植物)的恢復與重建是惠州西湖水質改善與穩定的關鍵。沉水植物能通過改善水下的光照和溶解氧條件,緩沖營養循環速度和增加水體穩定性,提高水環境質量。但是,我國的許多湖泊營養鹽及富營養化程度很高,水生植被受到的污染脅迫壓力往往超過了其耐受限度。因此,即使污染等脅迫壓力去除后,水生植被仍難以自行恢復,而且湖泊的營養鹽狀況也難以降到較低水平,此時必須輔以其他措施,才能逐步恢復水生植被,以長期維持湖泊的清水態。

1.1.3.3 其他控制技術

除上述直接針對泥源污染和藻源污染的控制技術外,還有其他技術手段達到削減湖泊內源污染負荷的目的,主要包括引水、調水等生態補水工程。

通過引水、換水來稀釋水中的污染物質可以降低藻類的濃度。蘇州河在治理過程中,就運用調水工程明顯改善了水質;較典型還有杭州西湖1986年開始的引水換水工程,目前引水量已達1.2億立方米,并取得了一定的成效。對于水量小的水體來說,這是一種行之有效的方法,但對于蓄水量較大的水域,補水量太小起不到凈化效果,提高補水量又造成水資源的大量浪費,費用高昂,且引水釋污后往往會呈現藻類生長加劇的趨勢,因此對于富營養化嚴重的湖泊,需謹慎使用。對于有熱分層的富營養型湖泊,深層水中的營養物濃度一般比上層水的大,因此,將深層水導出成為另一條途徑。蘇州河在治理過程中,就運用調水工程明顯改善了水質。對于水量小的水體來說,這是一種行之有效的方法,但對于蓄水量較大的水域,補水量太小起不到凈化效果,提高補水量又造成水資源的大量浪費,費用高昂,且引水釋污后往往會呈現藻類生長加劇的趨勢,因此對于富營養化嚴重的湖泊,需謹慎使用。對于有熱分層的富營養型湖泊,深層水中的營養物濃度一般比上層水的大,因此,將深層水導出成為另一條途徑。

1.2 湖泊濕地生態恢復

湖泊水環境污染與富營養化的治理重點就是構建生態工程,利用生態的方法解決生態問題。生態恢復指恢復湖泊濕地生態系統合理的結構、高效的功能和協調的關系以重建受損生態系統的功能以及相關的物理、化學和生物特性,主要利用相關生物和生態學原理將功能和形態受損的湖泊恢復到未受干擾的狀態。近年來,各國開展了湖泊濕地生態修復的工作,包括對生態修復原理、方法的探究和實際場地生態修復工程的應用。

1.2.1 湖內生態修復技術

湖內生態修復一般采用水生植物修復技術。水生植物按生態類型,可分為沉水植物、飄浮植物、浮葉植物、挺水植物。利用特定技術,還可以將浮游藻類、陸生植物應用于湖泊污染水體修復中。目前國內外學者對植物修復富營養化水體進行了諸多研究,取得了一定的成就,篩選出了一些優勢種。現在國際上公認的淡水水生修復植物有寬葉香蒲、蘆葦、苦草、鳳眼蓮、軟水草和狐尾草等,經驗證它們對水中的營養物質和污染物均具有很好的吸收作用。

與傳統的一些處理方式相比,它的優勢在于:低投資、低能耗、處理過程與自然生態系統有更大的相融性等。植物系統對富營養化水體的凈化作用,主要是通過植物的吸收作用,根區微生物的降解作用,植物的吸附、過濾和沉淀作用,植物抑制藻類生長的作用以及作為生態系統的生產者來調節其他生物種類和數量的作用來完成的。植物為主的富營養化水體修復系統為低能耗處理系統,主要能源為太陽能。在富營養化水體處理的過程中,同時還可回收資源和固定能源。另外,處理過程中基本不使用化學品,沒有有害副產物的產生,是一種非?;繁5拇砑際?,具有以下優勢:①凈化所需的能源由光合作用提供;②許多植物具有美學價值,能改善景觀生態環境;③植物可被收割和利用,創造新的價值;④能固定土壤或底泥中的水分,防止污染源進一步擴散;⑤為降解微生物提供了良好的棲息場所,有利于微生物的生存。水生植物龐大的根系為細菌提供了多樣性的生境,且植物可輸送氧氣至根區,有利于微生物的好氧呼吸。目前,國內外應用較多的水生植物修復技術主要有人工濕地處理技術、生態浮床技術等。

(1)生物膜技術  

生物膜法是指當比表面積較大的載體上富集著大量微生物時,若是這些微生物含有豐富的氮和磷等營養物質,這種載體就能有效地攔截、吸附、降解這些物質,進而對水中的污染物進行分解,轉化出多余的氮、磷等營養物質,從而達到污染水體進行凈化的作用。

(2)人工濕地處理技術。

與農業面源污染控制中的人工濕地處理技術相似,利用基質-微生物-植物這個復合的生態系統,綜合物理、化學和生物的三重協調作用,通過過濾、吸附、共沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實現對廢水中有害物質的去除,同時通過營養物質和水分的循環,實現廢水的資源化和無害化。

人工濕地系統對藻毒素、總氮、總磷有一定的去除作用。但是其凈化效率隨季節的變化非常大,在低溫的冬季,植物大量死亡,其處理效果隨之下降。因此,如何提高人工濕地的凈化效果以及解決植物的越冬問題均是人工濕地研究的重點。

(3)生態浮床技術

生態浮床技術是按照自然規律,運用無土栽培技術,以高分子材料為載體和基質,采用現代農藝和生態工程措施綜合集成的水面無土種植植物技術。該技術利用植物在生長過程中對水體中氮、磷等元素的吸收及植物發達根系和浮床基質對水體中懸浮物的吸附,富集水體中有害物質,利用植物根系釋放出大量能降解有機物的分泌物,加速有機污染物的分解;一些植物還能分泌化學克生物質,抑制浮游植物生長。隨著部分水質指標的改善,尤其是溶解氧大幅增加,為好氧微生物繁殖創造了條件。通過微生物對有機污染物、營養物的進一步分解,使水質得到進一步改善,最終通過收獲植物體的形式,將氮、磷及吸附積累在植物體內和根系表面的污染物完全遷出水體,使水體中的污染物大幅減少,水質改善,為水生生物、特別是沉水植物的生存和繁衍創造了良好的生態環境條件,為最終修復水生態系統提供了可能。

該技術具有如下幾個特點:①可將原來只能在陸地上種植的草本陸生植物種植到自然水域水面,從而擴大了植物可種植范圍。②生態浮床通常采用廢棄塑料泡沫板作為浮體的載體,避免塑料泡沫大量堆放產生的二次污染。③生態浮床不受光照等條件限制,可避免沉水植物人工種植后,由于受光照等生境條件的影響而無法正常生長的現象發生。浮床植物生物量高且容易收割,可實現污水資源化利用。④浮床陸生植物不僅可以凈化水質,還可創造一定的經濟效益并起到美化景觀的作用。

(4)水生動物修復技術

國內外許多學者和研究人員作了大量的研究工作,探討水生動物對水體中有機污染物和無機污染物的吸收和利用。尤其利用湖泊生態系統食物鏈中的蚌螺、草食性浮游動物和魚類,對富營養化水體中的營養鹽類、有機碎屑和浮游植物進行直接吸收,取得了明顯的效果。

研究表明在水體富營養化的防治過程中,除了考慮對藻類等浮游植物進行防治,對浮游動物的防治也不能忽視。防治浮游動物繁盛最有效的方法是放養鳙魚,而鰱魚的放養通常是為了消除浮游植物。鰱鳙的放養量以及如何搭配亦值得研究。鰱鳙混養時,鰱魚大量攝取浮游植物,從而抑制了以浮游植物為食的浮游動物的生長和繁殖;如果鳙魚的數量放養過多,鳙魚就得不到足夠的食物,生物量受到抑制,放養太少,不能充分利用餌料而影響其產量。合理搭配鰱鳙的放養數量,可充分利用天然餌料,從而減少浮游植物和浮游動物的數量,這樣既可治理水體的富營養化,又可提高經濟效益,是一項非常值得研究的生物修復技術。武漢東湖的圍隔試驗證明了鏈魚和鳙魚能有效控制藍藻水華,并指出當放養的鰱魚和鳙魚的有效生物量達到46~50g/m2時,可有效地抑制水華的發生。

1.2.2 湖濱帶修復技術

湖濱帶濕地恢復位于水體和陸地生態系統之間的生態交錯帶具有過濾、緩沖器功能,它不僅可吸附和轉移來自面源的污染物、營養物,改善水質,而且可截留固定顆粒物,減少水體中的顆粒物和沉積物。同時濕地可以提供生物繁育生長的棲息地,對于?;ど鋃嘌?、減少洪水危害、保持水土等具有重要意義??梢鑰隙ǖ氖?,在湖泊周邊建立和修復水陸交錯帶,是整個湖泊生態系統恢復的重要組成部分。湖濱帶是湖泊的重要組成部分和最后的?;て琳?,加強管理和重建湖濱帶工程是湖泊環境?;さ鬧匾ぷ?。湖濱帶濕地恢復應該選取當地生長適宜性強、污染物凈化能力較強、經濟價值較好以及與周圍環境協調性好的植物。湖泊周圍一般有很多坑塘或藕塘等,可改造為濕地凈化系統,增設配水和排水系統。湖濱帶的綜合利用,既可凈化廢水,又可開發利用。

(1)湖濱帶基底修復

基底修復的目的主要包括:①控制沉積和侵蝕,保持湖濱帶物理基底的相對穩定;②解決風浪、水流等不利水文條件對湖濱帶生物的負面影響;③對由于人類活動改變的地形地貌(如魚塘、村落、堤防)進行修復與改造;④對底質的物理化學性質進行適當的調整和改造?;仔薷茨諶葜饕ㄎ錮砘孜榷ㄐ隕杓坪突仔薷從敫腦?。

針對湖濱帶被侵占與破壞的現狀,對湖濱帶地形、地貌、底質進行適當的改造,改善水流和物質循環狀況,調整和改造底質物理化學特性,以恢復湖濱交錯帶復雜的生境,滿足生物要素所要求的基底條件;基底修復與改造以湖濱帶原有狀態及其發育特征為參考,盡量減少工程措施。

1)基底地形地貌的修復

基底地形地貌改造主要包括侵占物拆除、地形平整和重建。侵占物拆除指將侵占湖濱帶的魚塘、房屋等構筑物拆除;基底平整指根據水生生物生存要求因地制宜地對地形進行整理,包括不合理的溝谷、凸脊、坑塘等平整和改造,植被重建區地表植物的清理;基底重建指再塑原有基底,重建湖濱帶生境。

部分湖濱帶應結合動植物生長的需要,適當布置相關的構筑物,如魚礁,底棲動物生長的基質等;部分湖濱帶視其水質凈化需求,可結合湖濱帶地形改造增加布水等設施,布設埂、坑塘、過水通道構筑物,增加湖濱帶水質凈化效果。

2)基底底質的調整

基底的底質物理化學特性調整改造包括淤泥清除、污染底泥覆蓋、部分換土等,以滿足水生生物生長、棲息要求,同時也減緩湖濱污染底泥在風浪作用下再懸浮,防止其影響植被恢復。喬草帶除特殊物種有特殊要求外,一般無需調整底質的物理化學特性;挺水植物恢復區為增強生境多樣性,可適當清理污染底泥及腐殖質堆積區,或采取覆蓋、部分換土的方法進行土質調整;沉水植物恢復區應清除淤泥,加強植物根系固著能力,針對清水型植物恢復區,應清除污染底泥,以維持良好水質和底質。

3)典型基底改造設計

村落、魚塘、農田往往是進行基底改造時的主要土地利用形式,針對這幾種典型基底開展改造設計,以達到不同生態功能需求。

①魚塘基底改造設計

a.全部拆除設計

魚塘塘埂暫時保留,待湖濱帶生態系統恢復到一定規模后再全部拆除,并通過基底改造,恢復至原灘面高程。拆除魚塘的廢棄物運出湖濱區處理。局部風浪作用強烈區段,可用魚塘拆除材料進行人工仿自然方式護坡。

b.部分保留設計

將魚塘塘埂拆除至水面以下而僅留塘基,上部石料與塘埂內的土料混合后,就地拋填在塘埂兩側,形成斜坡;同時間隔將塘基清除,使塘基呈散落狀分布,內外土層溝通,以利于湖濱帶生態系統的演替。

c.不拆設計

若需將魚塘改造成濕地凈化系統,可保留魚塘塘埂現狀,基本不拆除。將不同塘埂之間開挖,使其水流相通。

②村落基底改造設計

清除民房人工填筑的直立砌石基礎,就近拋填在湖濱區,使湖濱帶灘地恢復成原有平緩漸變、高低錯落自然的岸坡;將宅基按自然坡比拆除至水面以下,上部石料與宅基內的土料混合后,就地拋填在宅基外側,形成斜坡。這樣既不影響湖濱帶生態結構的完整恢復,又適當保留了村落下部基礎,發揮其護岸固岸與消浪的作用,為水生植物的生長與恢復創造有利條件。

(2)湖濱帶群落配置設計

恢復初期,首先選擇合適的修復模式,篩選較大的生態耐受范圍及較寬生態位的先鋒植物種類,以適應初期的生境環境,補充缺失植物帶,初步構建水生植物序列;恢復中期,湖濱帶物種多樣性不高,植物配置以填補空白生態位為主,對群落結構進行優化,使原有群落逐漸穩定;恢復后期,應充分考慮湖濱動—植物整體生態系統的健康性、穩定性,全面恢復水鳥、魚類、底棲動物、水生植物等高級生態系統,保育和維護湖濱帶生物多樣性。

植物物種選擇上,以生物多樣性?;の韉男薷辭?,應根據歷史調查數據,確定合理的物種數及種類,在此基礎上,盡量多地選擇物種;以入湖徑流凈化為主的修復區,應選擇耐污且污染物富集能力強的本土物種;以水土保持與護岸為主的修復區,應選擇固土能力強的物種。

1)先鋒種的選擇

篩選先鋒種應考慮水生植物生物學特性、耐污性、對N、P去除能力及生態系統演替規律,并遵循:①滿足功能需求;②本地種優先;③適應當地環境;④最小風險和最大效益原則。

2)植物群落配置

水生植物群落的配置常以植被的歷史演變特征或相近健康湖濱帶的群落結構為參考,配置多種、多層、高效、穩定的植物群落,主要措施包括確定合適的物種數、進行合理的空間配置和季節性演替節律匹配等。

一般情況下,由沿岸向湖心方向依次配置由喬灌草、挺水植物、浮葉植物和沉水植物所組成的植物系列。節律匹配可保證植物群落生態環境功能具有較強的周年連續性。

3)動植物群落優化配置

通過一定的措施或生境干擾,調整各種群組成的比例和數量、種群的平面布局,以優化種群穩定性。主要措施包括生境控制、人工捕撈收割、引入競爭種等,但在引入時要謹慎。

通過棲息地生境營造、食物補充、人工招引和野化放歸等措施,實現湖濱動物群落優化配置。生境營造包括調整水位及水域面積、營造生境阻斷、恢復自然駁岸、營造魚洞和微生境等。

1.3 湖泊濕地環境管理

湖泊濕地流域管理是指通過對湖泊—流域的相關生態學進行系統分析,并在此基礎上制定生態恢復措施和生態系統管理對策的綜合性研究。以湖泊—流域生態系統管理的概念、目標和原則為基礎,通過生態系統綜合評價和管理模型研究,提出適應性的管理對策和管理機制。

1.3.1 流域環境管理

在流域系統控源、清水產流機制修復與水體生境改善的同時,從全流域角度出發,治理和管理相結合,通過全流域環境綜合監管,包括污染源監管與監測、垃圾污染管理、河流監管與監測、水源涵養林及生態管理、水環境監測與管理及平臺建設等,使湖泊水污染防治合理、經濟而有效。

目前,我國對于水環境是按水體所屬行政區進行管理,同一條河流、同一個湖泊或海域可能由幾個地區管轄。各行其事的結果,導致水資源不合理的利用和浪費。無節制地引水、截水,造成水資源過度地開發;不控制甚至不經處理任意排污,造成水體污染呈整體或流域化趨勢;上游森林大量砍伐,盲目地圍墾造田,造成水土流失;這些最終導致生態環境破壞,引發了上中下游或干支流之間發及各部門各地區在水資源和水環境容量利用上的矛盾。

流域是人類活動與自然資源、環境之間相互聯系、相互作用、相互制約的整體。因此,水環境具有整體性、方向性和復雜性的流域特征,是一個自然—社會—經濟的復合生態系統。

流域水文單元的連續性與行政區域的分割性普遍存在,在總量有限的前提下,水資源生態服務功能與經濟利用價值的雙重特性易造成流域整體福利與地方利益的沖突。因此,流域管理與區域管理的矛盾是普遍存在的。由于流域規則和區域規則的不兼容,我國流域管理存在著“碎片化”的內在本質,而涉水機構的內在復雜性以及相互之間的“領域”爭斗,加劇了流域公共治理的碎裂程度。

1.3.2 管理問題分析

目前,我國湖泊管理存在的主要問題如下。

(1)條塊分割、“多龍管湖”的管理體制不利于湖泊的高效管理

我國現行的湖泊管理體制呈現條塊分割、“多龍管湖”的局面。在橫向管理上,湖泊水資源歸屬于交通、水利、漁業、環保、市政和林業等十多個部門分工管理,各部門之間的管理職責有明顯的交叉與重合,部門之間的責、權、利關系不清晰,各自為政,缺乏溝通和協調的問題比較突出,形成“多龍管湖”的局面。在縱向管理上,形成了中央統一管理和地方轄區管理相結合的特征。地方管理機構(如地方環保廳、水利廳等)受中央直屬部委統一管理,而同時又隸屬于地方政府管理,缺乏獨立的管理權限,導致地方管理機構往往難以執行中央管理部門對其的要求,呈現條塊分割管理狀況。此外,我國大部分湖泊并未從流域的角度進行綜合管理,只有部分重點湖泊設有流域管理機構,作為國家有關部委的派出機構,其與地方行政機構之間的協調性較差,對湖泊流域進行綜合管理的作用有限。現行這種條塊分割、“多龍管湖”的湖泊管理體制使得我國湖泊管理職責不清、部門協調困難,導致了我國湖泊管理一些問題長期得不到解決。

(2)湖泊法律法規體系與發達國家存在一定的差距,體系的完整性和系統性有待加強

湖泊管理的法律法規體系是一個體系化的互相聯系的有機整體,應形成由基本法律和與之相配套的一系列法規、實施細則組成的嚴密體系。一些發達國家專門有針對湖泊?;ず凸芾淼幕痙?,如日本早在1984年就在全國頒布實施了《湖泊法》。但迄今為止,我國尚沒有一部專門針對湖泊?;ず凸芾淼墓一痙?,這導致我國湖泊管理內部法律法規之間缺乏協調,各為體系,尚未組成一個有機的體系。國家層面的由各部門制定的如《水污染防治法》、《漁業法》等,以及地方政府各自制定的湖泊?;し煞ü嬤?,皆因缺乏一部具有協調性的基本湖泊法而導致彼此之間缺乏協調銜接,甚至存在相互矛盾和歧義之處。此外,雖然一些地方政府制定了地方性湖泊?;ぬ趵?,但實施力度不夠,且很多地方政府至今尚未出臺相應的湖泊?;さ胤叫苑ü?。由此可見,我國湖泊管理法律法規體系存在結構性缺陷,與發達國家存在一定的差距,體系的完整性和系統性有待加強。

(3)水質管理模式下的標準、監測、評估體系難以實現湖泊的可持續利用與發展

從我國湖泊管理的標準、監測、評估體系現狀情況來看,我國的湖泊管理尚處于一種以水質管理為核心的管理模式。目前我國湖泊管理適用的標準主要為湖泊水質方面的標準,包括水質評價標準、水質采樣標準以及水質?;け曜嫉?。而涉及湖泊生態系統的標準,如湖泊水生生物相關標準、沉積物相關標準、生態健康及安全等相關標準尚屬空白。此外,我國湖泊監測網絡的覆蓋度及管理信息化水平還不能滿足湖泊治理新形勢的要求。

在一些重點湖泊目前已初步建立了信息化管理系統,如太湖建立了全覆蓋的監測監控網絡,在湖內、湖岸、水下、船上均布設了藍藻監視點,還利用環境衛星加強遙感監測,形成了水陸空“三位一體” 監測網,同時加強了藍藻預警。但其他大多數湖泊尚未啟動該項工作。另外,目前的湖泊水質監測網絡、水文監測網絡建設相對較強,水生態監測網絡相對較弱;對湖泊的水質評估比較重視,對湖泊生態系統的健康及安全評估尚處于起步階段。湖泊是一個復雜的生態系統,水質僅僅是生態系統健康狀況的一個表現形式,急需從生態系統角度對湖泊進行綜合管理。

(4)湖泊管理中的公眾參與不足

公眾環境意識及公眾參與是發達國家湖泊管理成功的基礎和寶貴經驗。如日本治理琵琶湖,開展了用肥皂代替合成洗滌劑的全民運動,削減入湖污染負荷。加拿大在圣勞倫斯河的治理過程中,積極鼓勵社區群眾參與治理流域水污染,據統計,平均每年有15200人參加流域治理,義務工作時間達16萬h。瑞典水環境治理的成功動力是公眾對高質量水環境的追求。

由于公眾參與機制缺乏以及公眾環境參與意識薄弱,導致我國公眾環保意識和公眾參與度與發達國家相比存在相當大的差距。存在公眾參與總體水平偏低,參與程度不高,參與效果不理想,參與渠道、途徑不多、不通暢等一系列問題。目前,中國公眾參與湖泊管理的各種形式均存在一定的局限。具體而言,多方參與協商模式面臨的主要問題是由于相關利益方的代言組織還沒有發育完全,很多情況下是由相關政府部門代行,并不能完全代表相關利益;公眾聽證方式的主要問題是參與者選擇易受主持方操控,由于信息不對稱,聽證會代表難以對聽政方案提出實質性的抗辯意見,聽證記錄對政府決策缺乏明確的約束作用;專家論證方式的主要問題是參與者不代表相關利益,存在不負責任的道德風險;征詢意見的方式面臨的主要問題在于公眾意見發散,且易受輿論誤導,這種方式對政府決策發揮的作用有限。

因此,完善我國公眾參與機制,提高湖泊管理中公眾參與的任務仍然相當艱巨。

1.3.3 環境管理策略

從我國湖泊管理的現狀及主要問題來看,目前我國湖泊管理存在的種種問題的根源在于條塊分割、“多龍管湖”的管理體制和傳統落后的管理模式以及管理的科技支撐不夠。因此,探索我國湖泊管理新體系,首先應實現管理思路的兩大轉變:第一,從“多龍管湖”向流域綜合管理轉變;第二,從水質管理向湖泊生態系統管理轉變。在此基礎上,依托科技創新,通過對湖泊管理體制機制、政策法規、規劃標準、監測評估體系等方面進行系統創新,建立我國湖泊流域生態系統綜合管理新體系。

(1)建立“一龍管湖”的湖泊流域綜合管理體制

當前,西方學者對湖泊管理制度所持觀點主要有下述三種:政府集中控制管理;實行私有化;由利益相關方(當地的居民、學術組織、大學、環保組織等)自主管理。后兩種管理方式適合于小型湖泊,而較大面積湖泊基本上都是由政府管理。政府主導的湖泊管理體制主要有:

1)由湖泊管理協調委員會組織協調,政府多部門合作管理并負責具體實施。湖泊管理協調委員會通常由不同的政府部門組成,沒有獨立的財政預算和專門的工作人員,職能相對較弱。

2)由湖泊管理協調機構(coordinating agency)協調各部門或地區(國家)之間的湖泊管理行動,但不具體執行管理任務。湖泊管理協調機構有獨立的財政預算,甚至有立法權,通常為一個常設機構獨立存在,或掛靠在某個部門。如五大湖國際聯合委員會(IJC)是由美國、加拿大各委派3名代表組成,下設水質董事會(WQB)作為主要顧問,30多年來促成了兩國水質協定的簽署和美國清潔水法的有效執行。

3)由綜合湖泊管理機構(integrated management organization)負責并實施,具有協調、開發和管理等管理職能,并有制定管理法規的權利,相當于一級政府的組織機構。如日本琵琶湖管理,通過設立縣市町鎮聯絡會議制度和由中央政府與地方共同組成行政協議會,對水質?;?、水產業、旅游業、土地利用等方面實行以流域為單元、政府主導與全民參與的綜合管理模式。

我國現行的湖泊管理體制涉及到環保、水文、地質、漁業等多個部門,呈現條塊分割、“多龍管湖”的體制頑疾。借鑒國外湖泊管理經驗,結合我國國情,我國湖泊應按照流域為管理單元,建立“一龍管湖”、流域管理的湖泊流域綜合管理體制,實現湖泊統一協調的高效管理。通過建立具有一級地方行政職能的湖泊流域管理機構,專門負責湖泊流域的管理、協調和開發,并應有制定相關管理法規的權利。負責對湖泊流域進行統一規劃,提出相關政策法規標準,組織開展相關技術研發、生態環境監測、信息交流等。對于跨行政區域的湖泊建立上述機構顯得尤其重要,因為只有打破行政分割,實行統一管理,才能真正實現流域系統管理。

(2)湖泊流域生態系統管理的政策法規體系

在湖泊流域生態系統管理理念的指導之下完善我國湖泊管理的法律法規體系。首先,我國急需研究制定一部專門針對湖泊?;ず凸芾淼墓一痙?。對湖泊流域生態系統管理體制、綜合規劃等一系列問題做出強制性的規范。同時,要將湖泊視為生態系統進行?;ず涂⒗?,將湖泊生態承載力等問題納入法規范圍中,實現湖泊的永續開發、利用。

此外,我國湖泊眾多,成因各異,湖泊周邊生態情況各有特點,湖泊與入湖河流的水文關系、流域的經濟發展水平與產業結構以及排入湖泊中的污染物構成與數量各有差別,很難找到條件完全相同的兩個湖泊。因此,湖泊流域生態系統管理法律法規體系的構建中應考慮這個問題,因地制宜,針對特定湖泊制定相應的法規政策,在湖泊基本法的指導之下實現“一湖一法”、“一湖一策”。

(3)基于湖泊流域生態系統管理的規劃體系

湖泊流域生態系統是由湖泊及其流域和其間生存的人所組成的一個兼具自然屬性和社會屬性的復合系統,應在湖泊流域管理及生態系統綜合管理思路的指導下,科學編制湖泊流域生態系統管理規劃。

(4)加強科學研究,健全和發展流域生態系統尺度的監測、標準及評估體系。

1)監測網絡

在健全現有湖泊監測網絡的基礎上,采用傳感器技術、現代無線通訊技術、計算機技術和信息技術,對湖泊流域的水資源、生物資源、水質及其空間分布等進行流域生態系統尺度的實時監測和動態管理??茍?、流域生態系統尺度的湖泊監測,為湖泊資源合理優化配置,開展湖泊水資源和環境污染狀況的調查、評價和管理奠定基礎,實現湖泊管理由粗放式向精細化、信息化轉變。

2)標準體系

開展我國湖泊流域生態系統標準體系的研究與制定,建立湖泊流域生態管理標準體系,在水質標準的基礎上,制定水生生物資源標準、營養物標準、水體沉積物質量標準、富營養化標準、湖泊生態健康及安全標準等。

3)生態評估體系

在健全的監測網絡和標準體系之下,超越傳統的湖泊水質評價范圍,建立我國湖泊生態系統健康安全評估體系。湖泊生態系統健康安全評估體系應包括:湖泊水生態健康評估、流域活動影響評估、湖泊生態服務功能評估以及湖泊生態災變評估四項內容,以及湖泊生態安全綜合評估,形成“4+1”的湖泊生態安全評估體系,并在全國范圍內的湖泊中進行推廣。

(5)加強湖泊流域生態系統管理保障體系建設

1)協調好流域管理與行政管理的關系,重點發揮行政管理的推動作用建立湖泊流域綜合管理體制,并不意味著政府行政管理能力的喪失,行政職能仍需發揮積極的推動作用。如云南省和昆明市對滇池治理實行“河(段)長負責制”,由市級四套班子領導擔任“河長”,河道流經區域的黨政主要領導擔任河“段長”,對轄區水質目標和截污目標負責,實行分段監控、分段管理、分段考核、分段問責,取得了不錯的治理成效。

另外,如無錫太湖的蠡湖,當地政府大力推行鐵腕治污,加大行政執法力度,使得蠡湖成為國內水質最好的城區內湖。上述的一些經驗值得在全國湖泊管理過程中借鑒和推廣。

2)構建公眾參與體系,實質性推動公眾參與湖泊的?;ず凸芾?/p>

公眾參與是推動環境?;た沙中⒄溝鬧匾α恐?。這是一種“自下而上”的力量,也是一種可持續的力量,更是一種遏制環境違法的“大規模建設性武器”。針對我國湖泊管理過程中缺乏公眾參與的現狀,急需構建管理湖泊流域的公眾參與體系。進一步完善公眾參與機制,如相關法規的制定要廣泛聽取公眾的意見,搭建平臺讓公眾充分表達自己的意見和訴求等;進一步加強宣傳和教育,提高公眾的環境?;ひ饈?,積極參與湖泊管理;加強信息化平臺建設,方便公眾及時獲取相關信息。通過建立完善公眾參與機制,形成全社會共同監督、管理湖泊的合力。

3)建立專項資金保障制度,構建新的融資機制建立穩定、可靠的湖泊濕地治理資金保障體系

中央及地方政府應加大對湖泊水資源管理和?;さ牟普度?,同時應探索構建新的投融資機制,鼓勵民間資本進入,以解決湖泊治理資金投入不足的問題。同時,應制定合理的水價與污水處理費,提高水資源再生利用率,降低污水排放量,從源頭解決水資源短缺和水污染問題。

1.3.4 環境管理技術

湖泊流域的生態管理模式包括4個方面的內容:一是土地生產力的管理,應堅持發展生態經濟不超過資源環境承載力;二是資源利用結構的管理,以水土資源為主,進行資源利用功能區劃,確保土地利用變化程度小于生態系統的自我修復能力;三是生態系統健康及生物多樣性?;さ墓芾?,確保生態系統內部物質循環的連續性、結構的復雜性和功能的完整性;四是生態系統退化及污染防治的管理,分析生態系統退化的驅動力和成因,通過多手段調控,減輕系統壓力,增強生態服務功能,提高資源環境承載力。

湖泊流域生態管理的技術包括3S技術、生態監測及預警管理技術、非點源污染控制技術等。3S技術是遙感技術(Remote sensing,RS)、地理信息系統(Geography information systems,GIS)和全球定位系統(Global positioning systems,GPS)的統稱,是空間技術、傳感器技術、衛星定位與導航技術和計算機技術、通訊技術相結合,多學科高度集成的對空間信息進行采集、處理、管理、分析、表達、傳播和應用的現代信息技術?;?ldquo;3S”技術的地表過程動態模擬,以地理空間數據為基礎,具有多分辨率、多維顯示的專業化數字系統,達到對流域管理決策的支持。生態監測和預警主要針對區域資源進行統一配置和管理,對生態系統進行優化調控并形成預警機制,防治災害事件的發生。非點源污染控制技術包括源頭污染控制生態管理技術和過程控制生態管理技術。其中,源頭污染控制的生態管理技術包括生態農業技術、土地利用技術和農業廢棄物循環利用技術。過程控制的生態管理技術包括前文提及的濕地技術、水塘、緩沖帶構建技術等。

1.4 實踐案例分析

分別對國內外的湖泊濕地水環境污染控制實踐案例進行整理,選取滇池濕地水環境治理和國外17個大中小型湖泊為典型案例進行實踐經驗分析。

1.4.1 國內案例分析

滇池是世界關注的高原湖泊,是長江上游生態安全格局的重要組成部分。滇池濕地的?;ぶ衛硎俏夜肪潮;ず退廴局衛淼謀曛拘怨こ?。經過近20年的不懈努力,滇池水污染防治成效逐步顯現,營養狀態已由重度富營養轉變為中度富營養,水質企穩向好,藍藻水華發生規模和頻次不斷下降,流域生態環境明顯改善。但湖泊富營養化仍然存在,產生規?;謇嗨縵找廊喚洗?,水生態系統仍然脆弱。

“十三五”期間,滇池濕地的?;ぶ衛斫牘ゼ嶠錐?。黨的十八大及五中全會對生態文明建設及水環境?;ぬ岢雋誦呂砟詈托掄鉸?,為滇池?;ぶ衛硤峁┝誦碌睦坊?。按照習近平總書記提出的“節水優先,空間均衡,系統治理,兩手發力”的治水思路,認真落實國務院《水污染防治行動計劃》,以環境質量改善取信于民,深入推進以滇池為重點的水環境綜合治理,構建人與城市、城市與自然和諧發展的生態家園。

1.4.1.1 環境問題診斷

(1)滇池環境約束條件復雜,治理難度大

滇池位于昆明主城下游,地處流域最低點,是流域唯一匯水和出水通道,也是城市及農村生產、生活污染物唯一受納體;流域水資源缺乏,且開發利用過度,生態用水不足,內源累積性污染嚴重;滇池屬寬淺型半封閉高原湖泊,換水周期長,自凈能力差,水生態系統退化嚴重,易發生藍藻水華。以上特點決定了滇池治理難度大,治理周期長。

(2)流域資源環境約束趨緊,產業布局亟待優化調整

滇池流域以約占云南省0.75%的土地面積承載了全省約23%的GDP和8%的人口,是云南省人口高度密集、城鎮化程度最高的地區,污染排放超過了環境承載力。“十三五”期間,滇池流域經濟社會仍將持續增長,預計GDP年均增長9%左右,新增常住人口20萬以上;流域污染排放負荷持續增加,化學需氧量、氨氮、總氮、總磷產生量與2015年相比,預計分別增長13%、10%、5%和4%;目前滇池流域污染負荷已超環境容量,需從產業結構與布局、人口分布與規模、城市發展空間與布局等方面優化調整,協調經濟社會發展和滇池?;ぶ衛砑淶墓叵凳侵氐愫湍訓?。

(3)水污染形勢依然嚴峻,控源截污治污體系尚需完善

昆明主城老城區合流制排水系統短期內難以改變,雨季合流污水溢流嚴重;新城區分流制排水系統不完善,管網存在錯接、漏接,部分排水設施老舊;城市雨污負荷尚未得到有效控制,城市面源已成為滇池第二大污染源,需加強城市雨污混合水的收集處理;環湖截污干渠(管)配套的支次管網不完善,尚未實現截污和處理的有效聯合調控;集鎮及村莊污水處理設施管護不到位,配套收集系統不健全,運行效率低;入湖河道支流溝渠截污不徹底,水質較差,水污染防治形勢依然嚴峻。

(4)流域生態安全格局亟待優化,湖濱濕地生態環境功能尚需提升

流域生態格局基本形成,森林覆蓋率已達53.5%,但生態系統完整性與多樣性方面尚不能滿足流域生態安全需要,應在結構與功能方面進一步優化。湖濱濕地對維系生態系統健康、有效削減入湖污染負荷、改善水質具有重要作用。“四退三還”工程實施后,恢復湖濱濕地面積約33.3平方公里,并得到有效?;?,但部分濕地布水系統不完善,尾水、河水、湖水連通不暢,缺乏長效管理和維護機制,濕地生態環境功能尚需提升。

(5)流域健康水循環體系有待完善

“十二五”期間,通過實施流域截污治污、牛欄江引水、尾水外排及資源化利用等工程,初步構建了滇池流域健康水循環體系,但仍存在流域內生態用水不足、生態補水環境效益尚未充分發揮、城市雨水及再生水綜合利用率低、水資源綜合調度體系尚未建立等問題,流域健康水循環體系有待完善。

(6)流域環境管理不完善,精細化水平有待提高

滇池?;ぶ衛砦慈嬡諶刖蒙緇?、城市規劃建設及管理體系,流域水質、水量、水生態一體化環境綜合管理效能不高;流域截污治污設施的系統性不強,缺乏有效聯合調控機制;濕地缺乏長效管理與維護機制;水資源綜合利用缺乏高效調度機制;環境監管體制機制不完善,水環境監管能力不足,監管手段單一,環境管理及滇池?;す芾硇畔⒒講荒蓯視π亂?;全民參與滇池?;ぶ衛淼姆瘴形垂惴盒緯?;管理模式尚需進一步創新。

1.4.1.2 治理重點任務

通過對流域主要環境問題分析,按照“區域統籌、鞏固完善、提升增效、創新機制”的方針,滇池“十三五”?;ぶ衛砉婊范ㄒ韻縷吒鮒饕撾瘢?/p>

(1)推進經濟結構轉型升級,優化空間布局

以環境容量為基礎,加強總量管控,調控流域內產業規模和開發強度;加強資源節約和環境準入,制定流域產業發展環境準入條件,推動產業轉型升級和綠色發展。按照主體功能區規劃要求,以區域資源環境承載力為基礎,堅持以水定城、量水發展。

1)產業結構調整轉型

依托云南省滇中產業新區建設,以調整社會經濟產業結構與布局為重點,引導冶煉、化工等行業向流域外轉移。流域內工業向園區集中,加速推進現有工業園區生態化升級改造。

以高新技術產業和現代制造業為重點,加速發展先進裝備制造業、生物醫藥、電子信息、新材料、新能源、節能環保六大新興產業。

以現代服務業為主導,推動產業結構轉型升級。優先發展金融、研發創意、信息與軟件服務、現代物流、文化創意、商務會展等重點行業,進一步提高第三產業比例。

加快農業產業結構調整,加大農業生產組織方式調整力度,鼓勵滇池流域農戶、企業發展清潔農業、生態農業,逐步推動畜牧、糧食、蔬菜和花卉產業漸次退出滇池流域。

2)優化空間布局

嚴格執行《昆明城市總體規劃(2011-2020)》,嚴守城市發展紅線,控制昆明主城規模,到2020年,流域城市常住人口規??刂圃?30萬。在主城區結合城市更新改造,有序推進人口轉移、功能疏解;在呈貢片區優化生產生活布局,發展新型城市社區,提升科教研發、交通樞紐、信息服務等核心功能;在晉寧片區重點發展現代物流、文化旅游、康體養生等產業。在滇池分級?;し段Щǚ槳富∩?,明確滇池流域生態?;ず煜?,作為流域空間開發底線,制定生態?;ず煜吖芾戇旆?,實行分級分類管理,建立生態?;ず煜嘸喙芴逑?。

(2)完善污染物控制體系,削減污染負荷存量與增量

加強工業污染源防治,強化監督檢查,促進節能減排;強化城鎮生活污染源與城市面源污染控制,提升污水處理系統與環湖截污系統效能,進一步削減城鎮入湖污染負荷;推進農村農業污染綜合整治,收集處理農村污水及垃圾,提高農村污水收集率與處理設施利用率,發展清潔農業和生態農業,控制農業面源。

1)工業污染源防治

根據國家“水十條”要求,取締“十小”企業。全面排查裝備水平低、環保設施差的小型工業企業,實施關停并轉遷。繼續開展污染源排放許可證核發,禁止無證排污或不按許可證規定排污。對有色、化工、電力、機械、煙草、建材等重點行業已通過清潔生產審核的企業,持續開展清潔生產。繼續促進工業向園區集中,工業集中度達到90%以上。提升流域工業園區污水處理能力,完善自動在線監控和信息化系統。

2)城鎮污水垃圾處理系統建設

加快城鎮污水處理設施建設與改造,更新改造主城區老舊排水管網,維護、清淤排水管網;繼續實施環湖截污東岸、南岸配套收集系統完善項目,全面提升環湖截污系統效能。“十三五”期間,流域新增城市污水處理能力25萬立方米/日,其中,主城區新增污水處理能力21萬立方米/日;增加再生水處理能力8.5萬立方米/日,再生水管網114千米;新增污泥處理能力750噸/日;對污水處理廠進行提標改造,提升出水水質;改造老舊管網100千米,改造35座老舊泵站,提升污水處理廠運行效率。

堅持“組保潔、村收集、鄉鎮轉運、縣區處置”的城鄉生活垃圾無害化收運處置四級管理體制,進一步完善流域垃圾收集、運轉、無害化處理系統。加強滇池南岸晉寧縣垃圾清運能力建設,繼續實施嵩明縣和呈貢區舊垃圾填埋場封場、截污、綠化。實現流域城鎮生活垃圾無害化處理率達到95%以上,農村生活垃圾定點收集處理率達到70%以上。

3)城市面源污染控制

城市面源污染控制是滇池流域“十三五”水污染治理的重點。在規劃新建的第十三、十四污水處理廠預留雨季城市面源負荷削減能力,新增雨水調蓄池容量3.8萬立方米/日,并加強已有調蓄池與污水處理廠聯動運行,充分利用第一、三、五、七污水處理廠已有的雨污一級強化處理設施,削減雨季超量雨污負荷。

結合海綿城市建設,推行低影響開發建設模式,工程和生態措施相結合,建設滲、滯、蓄、凈、用、排相結合的雨水收集利用設施,提高城市雨水徑流積存、滲透和凈化能力,加強道路兩側及新建城區硬化地面初期雨水截留凈化能力,加強對雨洪水的調蓄及綜合利用,通過源頭削減蓄滯和末端治理進行徑流控制,有效削減城市面源化學需氧量負荷,控制城市面源污染。

4)農村環境綜合整治

在滇池流域及補水區80%的村莊已完成生活污水收集處理設施建設的基礎上,對已有設施進行升級改造,并建立長效運行機制,落實運行和管護人員經費,提升處理設施運行效率。

大力推進農業清潔生產和標準化生產,在滇池流域及補水區每年推廣測土配方及水肥一體化技術30萬畝,推廣農作物秸稈還田技術,示范區農業廢棄物資源化利用率達到90%,減少和控制化肥施用量。每年推廣太陽能熱水器1000臺,開展農村病舊沼氣池改造和補水區養殖小區沼氣工程建設,減少薪柴消耗,?;ぶ脖?。建立畜禽養殖長效監管機制,鞏固規?;笄萁曬?。

(3)理順健康水循環體系,提高水資源利用效率

實施最嚴格水資源管理,健全取用水總量控制指標體系,嚴格控制用水總量;加強用水效率控制紅線管理,嚴格落實節水政策、法規和制度,繼續落實建設項目節水“三同時”制度,強化配套建設節水設施等建設,進一步提高用水效率;充分挖掘牛欄江-滇池補水工程和污水處理廠尾水外排及資源化利用工程的生態環境潛能,完善健康水循環體系

1)嚴格控制用水總量

實施最嚴格水資源管理,健全取用水總量控制指標體系。制定流域年度用水計劃,實現流域年度用水總量控制;嚴格實施取水許可與水資源有償使用,繼續實行居民用水階梯水價,對納入取水許可管理的單位和城市公共供水管網的非居民用水戶實行計劃與定額相結合的用水管理,強化用水定額執行和管理制度;建立重點監控用水單位名錄,加強對重點取用水戶的監控管理;嚴格取水和水資源費征收管理,水資源費專項用于水資源管理、節約和?;?。

2)提高用水效率

加強用水效率控制紅線管理,嚴格落實節水政策、法規和制度,繼續落實建設項目節水“三同時”制度,配套建設節水設施。建立萬元工業增加值用水量等用水效率評估體系,把節水目標、任務完成情況納入地方政府政績考核;將再生水、雨水等非常規水源納入水資源統一配置,健全和落實再生水利用激勵政策,不斷提高再生水利用率;積極推進水價改革,促進節約用水;鼓勵和支持高效節水項目,加大工業企業節水技術改造,推廣先進的節水工藝和技術,不斷提高工業用水重復利用率,降低萬元工業增加值用水量;加大農業節水力度,建設高效節水農業,大力推廣管灌、噴灌、微灌等工程節水技術和生物農藝節水技術,農田灌溉水有效利用系數達到0.55以上。

繼續推進再生水配套工程和管理平臺建設??怪鞒羌盎泛氐閆偕碚炯芭涮墜芡こ探ㄉ?,在空港、經開、信息產業等園區重點推進再生水處理站和配套管網工程建設,工業生產、城市綠化、道路清掃、車輛沖洗、建筑施工及生態景觀等用水應當優先使用再生水。建設昆明主城、環湖片區集中式再生水地理信息數據庫及管理信息平臺。

強化流域內雨洪資源綜合利用設施建設。按照海綿城市建設要求,對已建城市道路和廣場、公園綠地、建筑小區等按照昆明市海綿城市專項規劃和年度建設計劃目標逐步改造提升;新建項目應按照低影響開發模式同期配套建設,年徑流總量控制率應達到70%以上;通過海綿城市建設,有效減輕城市雨水污染負荷。

3)完善健康水循環體系

充分挖掘牛欄江-滇池補水工程和污水處理廠尾水外排及資源化利用工程的生態環境潛能。實施牛欄江-草海補水通道應急工程,滿足草海生態用水需求;建設外海北部水體置換通道,促進北岸局部區域水體循環;實施滇池外海北岸水質改善與防洪能力提升工程,增加滇池出水通道,提高滇池防洪能力,改善滇池水質;強化水資源統一管理調度,制定和完善滇池流域水資源調度方案、應急調度預案和調度計劃,完善流域健康水循環體系。

(4)開展水環境綜合治理與?;?,恢復流域生態功能

開展滇池全流域水生態環境綜合治理與?;?,恢復流域生態功能。強化水源地環境?;?,保障飲用水源地水質;加強河道小流域綜合整治,消除黑臭水體;進一步恢復湖濱生態系統,提高生態環境效益;多措并舉開展內源污染治理,持續改善滇池水質。

1)強化飲用水源地環境?;?/p>

繼續實施主要飲用水源地小流域綜合整治工程,嚴格落實水源地?;で?,開展圍網、定樁、警示牌設置等防護工程,嚴格限制人為活動;加強水源?;で┮得嬖次廴痙樂?;通過沿岸截污治污、生態修復等手段,鞏固和提升飲用水源地水質,確保滇池流域飲用水源地全面穩定達到地表水Ⅲ類的要求。

2)開展入湖河道支流溝渠綜合整治

重點開展新運糧河、盤龍江、寶象河、金汁河、馬料河、洛龍河、東大河等主要入湖河流支流溝渠水環境綜合整治工程,通過實施河道截污、底泥清淤、尾水補入、河道生態修復等措施,提高污水收集率,改善入湖河道及支流溝渠水質。加大以海河為重點的黑臭水體污染治理力度,消除黑臭水體。

3)提升湖濱濕地生態環境效能

鞏固“四退三還”成果,繼續在滇池湖濱實施退塘、退田、退人、退房,實現還濕地、還林、還湖;開展滇池草海片區、斗南片區、昆陽片區,滇池外海西岸以及官渡區生態濕地建設工程??購跏靨量庀低徹菇?、湖濱帶基底修復與植被擴增及草海水生態系統構建和穩定化,恢復湖濱濕地自然屬性;開展滇池南部濕地布水與凈化工程,實現濕地與河道、濕地與湖體連通,提升湖濱濕地生態環境效能。切實加強對斗南、王官、東大河等已建成濕地的管護,完善濕地管理維護長效機制。

4)推進內源污染治理

多手段綜合治理滇池內源污染??刂乒婺;對逅?,除繼續削減外源污染負荷外,仍需通過生態修復等措施減少內源污染,改善湖泊水質。在草海、外海及入湖河口實施污染淤泥環保疏浚,處理處置或資源化利用;繼續推進紫根水葫蘆凈化滇池草海水體工程和湖內生態修復工程。增強外海北岸藍藻富集區域水體流動,新增藍藻處理設施6套,采取多種方式繼續加大對重點區域富集藍藻的清除力度。

(5)完善制度,推進精細化管理,提升監管能力

云南省、昆明市先后頒布實施了多項政策法規和規章,建立并完善管理組織機制,帶動滇池?;ぶ衛硐蚩蒲Щ頭ㄖ蘋?。制定并頒布實施了《云南省滇池?;ぬ趵?,施行了統籌協調制、目標責任制、督導督辦制、專家咨詢制、公示公告制和河(段)長責任制等制度,并在全國率先創建了公檢法環保執法聯動機制,實現了滇池?;ぶ衛磽?、融、建、管一體化運作。

“十三五”期間,進一步提高滇池?;ぶ衛淼木富芾硭?,將強化制度創新,加大執法力度,提升監管能力,完善監測網絡,實現信息共享作為重點管理任務,從工程的規劃、實施、管理運行等關鍵環節,重點突出截污治污、水生態修復、水資源調度與高效利用等方面的精準化管理。

1)完善環境監管體制機制

構建水質、水量、水生態一體化管理體系,實現滇池流域水環境綜合管理效能提升;完善流域跨部門、跨區域的水環境?;ひ槭灤骰?;在工程設施的運行維護,工程決策與評估,工程聯合調度與優化運行等方面強化制度創新,實現信息共享;2017年底前完成重點污染源及排污權有償使用和交易試點地區污染源排污許可證的核發工作;落實排污單位主體責任;創新管理機制與模式,將滇池?;ぶ衛砟扇肜ッ鞒鞘泄芾硤逑?,從城市規劃建設、污水收集處理、垃圾清運處置、節約用水和再生水利用等方面,提高城市精細化環境管理水平。

將治污任務逐一落實到匯水范圍內的排污單位,自2016年起,定期向社會公布水質達標狀況,對未達到水質目標要求的西壩河和滇池湖體制定達標方案;深化污染物排放總量控制,完善污染物統計監測體系,將工業、城鎮生活、農業等各類污染源納入調查范圍;強化各級政府水環境?;ぴ鶉?,逐年確定分控制區的重點任務和年度目標,嚴格目標任務考核。

2)推進水污染防治設施精準化管理

提高滇池水污染防治設施精準化管理水平,突出截污治污、水生態修復、水資源調度與高效利用三個方面的精準化。截污治污精準化,重點是提升城市與農村雨季混合污水收集和處理效率,包括完善收集系統、提升處理能力與處理設施聯合調度等;水生態修復精準化,重點是提升湖濱濕地生態環境效益,包括完善布水系統、優化提升生態凈化功能與強化濕地管理維護等;水資源調度與高效利用精準化,重點是進一步提高水資源利用的環境效益,包括優化生態補水和尾水外排等調度方案,以及提高污水再生利用率。

3)嚴格環境監管執法

加強環境監督管理,所有排污單位依法實現全面達標排放,對超標和超總量的企業予以“黃牌”警示,一律限制生產或停產整治;對整治仍不能達到要求且情節嚴重的企業予以“紅牌”處罰,一律停業、關閉。自2016年起,定期公布環保“黃牌”、“紅牌”企業名單。定期抽查排污單位達標排放情況,結果向社會公布。

流域內上下游各級政府、各部門建立水污染防治聯動協作機制;加強協調配合、定期會商,實施聯合監測、聯合執法、應急聯動、信息共享;加強基層環保執法能力建設,加大執法力度。

4)提升環境監測能力

根據國家“水十條”要求,全面完善和提升流域環境信息化監測網絡??沽饔蛩肪臣嗖饌縲畔⑵教?,主城區排水系統數據測量,藍藻預警監測體系等建設,進一步提高環境監測能力。

(6)加強科技攻關與成果應用,為滇池?;ぶ衛硤峁┛萍賈С?/p>

進一步強化科技創新和科技支撐作用,綜合運用工程技術、生物技術、信息技術、自動化控制等各種技術手段,切實提高滇池?;ぶ衛淼男屎涂蒲Щ?。聯合國內外高水平科研團隊,形成多學科交叉、優勢互補的穩定技術力量,依托國家和省級重大科技項目,重點開展滇池藍藻生長機理和藍藻水華防控措施研究、滇池流域自然生態資產評估、滇池流域水質目標管理和總量控制等研究。地方政府與國際、國內高??蒲械ノ還餐獻鶻⒌岢乇;ぶ衛硌芯炕購痛蔥縷教?,加強科技攻關,為滇池?;ぶ衛硤峁┛萍賈С?。同時,做好科技成果的凝煉、總結和推廣應用,爭取向外輸出一批科技成果。

通過多年的不懈努力,滇池水污染防治成效逐步顯現,滇池藍藻水華發生規模和頻次不斷下降,但產生規?;對逅縵找廊喚洗?,須對滇池藍藻水華生長機理及控制措施深入開展研究,識別藍藻水華發生的理化和生物學限制性因子,提出以滇池藍藻水華發生控制因子閾值為約束的水污染控制方案及滇池藍藻水華控制策略。

(7)廣泛動員全民參與,營造滇池?;ぶ衛砹己蒙緇岱瘴?/p>

加大宣傳力度,大力宣傳滇池?;ぶ衛硪庖寮俺尚?,進一步建立完善公眾參與的渠道和平臺,提升社會公眾參與度,做到人人“關心、?;?、愛護滇池”,強化公眾參與和社會監督,依法公開環境信息,構建全民監督體系。動員公眾力量共同發現解決滇池?;ぶ衛澩嬖詰奈侍?,激發社會各界形成強大的群防群治聚合力,把滇池?;ぶ衛肀涑扇緇岬墓彩逗托卸?,讓“滇池清、昆明興”“?;さ岢?、從我做起”等理念植根在每一個市民心中,形成?;さ岢厝巳瞬斡氳牧己蒙緇岱瘴?。

1.4.1.3 污染防治工程

為保證數據資料延續性,本規劃沿用“十二五”規劃確定的控制分區方案,同時參考全國流域水生態環境功能分區管理體系,結合國家“水十條”和《云南省水污染防治工作方案》及昆明市對滇池流域的水質考核要求,共劃分為35個控制單元(37個控制斷面),其中5個控制單元為國家優先控制單元,12個控制單元為國家一般控制單元(共17個國控單元),其余18個為市級控制單元。

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圖1.4-1 滇池流域水污染防治重點工程布局圖

在對35個控制單元匯水區特點、環境問題診斷及防治措施進行分析研究的基礎上,歸并相似單元,將35個控制單元并為草海陸域匯水區、外海北岸主城區、外海東岸呈貢新區、外海南岸晉寧縣區、外海西岸散流區、草海湖體控制區、外海湖體控制區7個控制區,逐一識別主要環境問題,提出防治措施。

(1)草海陸域匯水區

1)問題識別

草海陸域匯水區主要為昆明主城五華區和西山區的老城區及高新技術開發區和旅游度假區。區內人口密集,建成度高,是污染物匯入草海的唯一陸域控制區?;闥謨寫蠊酆?、船房河、自衛村水庫三個國家控制單元,其中國家船房河昆明市控制單元包含船房河、西壩河兩個控制水體??刂魄謨欣ッ魘械諞?、第三、第九污水處理廠,處理規模合計43萬立方米/日。第一污水處理廠處理不完的污水轉輸到第七、八污水處理廠。

主要環境問題:

①該控制區六條河流曾實施過截污工程,但截污不徹底,部分河道水質仍然污染嚴重,清潔水量少,生態補水困難,補水以污水處理廠尾水為主,其水質改善受到補水水質限制,河道水質總氮指標改善困難。

②該控制區以合流制排水系統為主,管網分流制改造實施難度大,部分溝渠以末端截污的形式接入主干系統,雨季合流污水溢流嚴重,通過河道直接入湖;部分區域污水收集處理系統不完善,仍有污水未得到處理。

③該控制區建成度高,城市面源化學需氧量負荷已經占到該區域入湖負荷總量的近50%。

④西壩河已截污,無生態補水,尚未達到規劃目標。

2)防治措施與工程

①進一步完善控制區內污水收集處理系統,新建昆明市第十三污水處理廠,新增污水處理能力6萬立方米/日,并預留雨季城市面源處理能力;實施現有污水處理廠的提標改造,削減草海的尾水污染負荷;加快污水處理廠配套管網建設,新建雨污排水管網189公里,提升污水收集處理效率;加強老舊排水管網、節點和泵站的更新改造,定期對排水管網系統進行清淤維護;實施第一、三污水處理廠雨季運行模式,增加雨季合流污水處理能力。

②進一步完善新運糧河截污系統,開展西邊小河、賣菜溝、小沙溝等主要支次溝渠綜合整治;在主城西片二環路外新建2座雨污調蓄池,新增調蓄規模3.8萬立方米,削減雨季溢流污水污染負荷;推行低影響開發建設模式,提高對雨水徑流的滲透、滯留、蓄存、凈化和利用能力,削減城市面源化學需氧量污染負荷。

③“十二五”期間西壩河兩岸已截污,但河流生態用水不足,水質尚未達到規劃目標。“十三五”期間,將充分利用牛欄江-滇池補水資源,科學調度牛欄江-草海補水,在改善草海水質的同時,增加西壩河生態用水,改善河道水質,實現水質達標。

④加強草海湖濱生態濕地建設,新增濕地108公頃,充分發揮生態系統水質凈化功能,削減草海陸域入湖污染負荷。

⑤實施新老運糧河入湖河口前置庫工程和草海西岸尾水及面源污染控制工程,控制草海西岸片區進入湖泊的污染負荷,構建草海健康水系統,最大程度發揮牛欄江對草海的補水功效。

(2)外海北岸主城區

1)問題識別

外海北岸主城區主要涉及昆明主城的五華區、盤龍區、官渡區、西山區及經濟技術開發區、旅游度假區、空港經濟開發區,區內人口密集,包含昆明主城二分之一的老城區和主城北部、東南部新興發展區,是外海污染的主要來源。有盤龍江、新寶象河、寶象河水庫、松華壩水庫4個國家控制單元,其中國家新寶象河昆明市控制單元包含新寶象河、金汁河兩個控制水體??刂魄謨欣ッ魘械詼?、第四、第五、第六、第七、第八、第十、第十一、第十二污水處理廠,處理規模合計103.5萬立方米/日。

主要環境問題:

①該控制區主要河流已截污,但部分河道支次溝渠仍污染嚴重。除盤龍江和寶象河有少部分上游水庫補給外,其他河道基本依靠污水處理廠尾水補給,河流水質改善難度較大。

②該控制區為雨污合流制,雨污溢流污染嚴重,雨污水收集系統有待完善,管網改造難度較大。

③該控制區建成度高,城市面源化學需氧量占該單元入湖總量的60%,是滇池流域城市面源污染負荷的主要來源。

2)防治措施與工程

①進一步完善污水收集處理系統。加強老舊排水管網、節點和泵站的更新改造,定期對排水管網系統進行清淤維護;加強污水處理廠配套管網建設,新建雨污排水管網300公里;新建昆明市第十四污水處理廠、第十二污水處理廠(二期)及空港經濟區污水處理廠,新增污水處理能力19萬立方米/日,并預留雨季城市面源處理能力;實施現有污水處理廠提標改造,削減尾水污染負荷,提高雨季運行效率,削減雨季超量雨污負荷;推行低影響開發建設模式,提高對雨水徑流的積存、滲透和凈化能力,削減城市面源化學需氧量污染負荷,實現城市面源污染有效控制。在現有污泥處理能力基礎上,加強無害化污泥處理處置系統建設,形成與污泥產生量相匹配的污泥處理能力。

②在“十二五”河道整治工程的基礎上,進一步完善新寶象河、金汁河、槽河、冷水河截污系統,重點開展主要河流的支次溝渠河道截污、清淤等綜合整治工程,改善入湖干流水質,削減外海入湖污染負荷。加大以海河為重點的黑臭水體污染治理力度,消除黑臭水體。

③加強該控制區內飲用水源地?;???顧苫鈾庖盟辭?、定樁、警示牌設置等防護工程和寶象河水庫水源區生態修復工程,嚴格控制人為活動;完善松華壩水源?;で遄匚酃こ?,控制農業面源污染,鞏固與提升飲用水源地水質。

(3)外海東岸呈貢新區

1)問題識別

外海東岸呈貢新區是昆明市政府機構及大學城所在地,是滇池流域未來5年經濟社會發展最快的區域,主要涉及呈貢新區和旅游度假區、高新技術開發區。有洛龍河、馬料河、撈魚河3個國家控制單元。現有呈貢污水處理廠和環湖截污系統中的洛龍河污水處理廠、洛龍河混合污水處理廠、撈魚河污水處理廠、撈魚河混合污水處理廠,處理規模合計22萬立方米/日。

主要環境問題:

①環湖截污配套收集系統不完善??刂魄嗍登唇尤牖泛匚鄹汕低?,溝渠污水收集效率低,處理規模小,干渠污水處理廠效能發揮不足。

②新城區排污管網系統不完善。污水收集系統建設與新城建設不同步;片區管網與河道截污管未有效銜接;隨著該區域內建成區的增加,城市面源污染進一步加重。

③該控制區“四退三還”后,濕地布水系統不完善,未充分發揮濕地的生態凈化功能。

2)防治措施與工程

①加強控制區內多層次截污系統之間的銜接。在“十二五”河道截污工程的基礎上,加強支次溝渠水環境綜合整治,包括洛龍河支流石龍湖大溝、馬料河支流海子排水溝,以及清水大溝、水龍溝、江尾新溝、龍王廟溝、牛屎溝等溝渠系統;繼續完善環湖截污東岸配套收集系統,實施環湖截污系統配套污水處理廠挖潛增效工程,實現城市排水系統-河道截污管-村莊排污渠-環湖截污干渠的有效銜接;實施排水管網清淤除障及日常維護工程,確保排水管網的正常運行。

②加強控制區內再生水利用能力建設。實施呈貢信息產業園區再生水處理廠及配套管網工程,新增再生水處理能力1.2萬立方米/日,提高再生水利用率。

③加強控制區內農業面源污染治理力度。繼續推廣農業區實施測土配方施肥及水肥一體化技術,化肥利用率達到40%;開展農村生產生活的生態化升級工程,推廣節煤爐灶、太陽能熱水器,實施農村病舊沼氣池改造,促進農業綠色發展。

④進一步鞏固湖濱濕地“四退三還”成果,建設滇池斗南濕地工程,新增濕地22公頃;完善濕地布水系統,污水處理廠尾水引入濕地,實現河道、濕地與湖體水系連通,盡力恢復湖泊自然岸線。強化濕地長效管理,恢復湖濱濕地天然屬性。

(4)外海南岸晉寧縣區

1)問題識別

外海南岸晉寧縣區只涉及晉寧一個縣,區域內以農業人口為主,是流域內農業面源污染的主要輸入區域。有大河、東大河、茨巷河、大河水庫、柴河水庫5個國家控制單元。現有晉寧污水處理廠和環湖截污干渠配套的淤泥河、白魚河、昆陽以及古城污水處理廠,合計處理規模33萬立方米/日。

主要環境問題:

①昆陽鎮、晉城鎮等區域內主要集鎮污水收集管網不完善,是流域污水收集率最低的區域。

②隨著滇池流域蔬菜、花卉種植向南岸轉移,區域內土地的輪作次數、施肥量與強度等均增強,農業面源污染加重。

③該控制區環湖截污干渠配套收集系統不完善,多數溝渠未接入環湖截污干渠,集鎮和村莊截污、片區截污、河道截污、干渠(管)截污四個層次的截污體系未有效銜接,環湖截污系統效能發揮不足。

2)防治措施與工程

①提高控制區污水收集處理效率。進一步完善晉寧縣排水管網及環湖截污南岸配套收集系統,新建排水管網84公里;實施排水管網清淤除障及日常維護,確保排水管網正常運行。

②加強該控制區主要飲用水源地?;???顧?、洛武河等水庫水源地圍網、定樁、警示牌設置等防護工程,嚴格限制人為活動。在柴河水庫和大河水庫匯水區開展農村環境連片整治工程,提高村莊污水收集處理、生活垃圾收集處置設施運行效率,鞏固提升飲用水源地水質。

③加強控制區農業面源污染治理力度。繼續推廣實施農業區測土配方施肥及水肥一體化技術,化肥利用達到40%;開展農村生產生活的生態化升級工程,推廣節煤爐灶、太陽能熱水器,實施農村病舊沼氣池改造,促進農業綠色發展。

④進一步鞏固湖濱濕地“四退三還”成果,繼續加強濕地建設。新建晉寧南滇池國家濕地公園,新增濕地255公頃,完善濕地布水系統,污水處理廠尾水引入濕地,實現河道和濕地水系連通,盡力恢復湖泊自然岸線,強化濕地長效管理,恢復湖濱濕地作為湖體天然?;て琳系氖糶?。

(5)外海西岸散流區

1)問題識別

外海西岸散流區只涉及昆明市西山區,面山臨湖,地勢狹窄。區域內人口不多,無工業污染源,無入湖河流,污染負荷通過散流入湖;污染物入湖量約占滇池流域總量的2-4%。有環湖截污干管配套的白魚口污水處理廠,處理規模0.5萬立方米/日。

2)防治措施與工程

①依托環湖截污干管系統,提高該控制區污水收集處理率。

②建設滇池外海西岸濕地142公頃,充分發揮湖濱濕地生態系統水質凈化功能,削減外海西岸入湖污染負荷。

③開展面山植被修復與建設工程,防治水土流失,削減入湖污染負荷。

(6)草海湖體控制區

1)問題識別

草海緊鄰昆明主城,是滇池和城市關系最為密切的區域。整個草海湖體控制區為一個國家優先控制單元,含草海中心和斷橋兩個控制斷面。

主要環境問題:

①草海水域面積小,水資源缺乏,流域大部分為城區,人口密集,入湖污染負荷超過水環境容量,部分水域有藍藻水華。

②牛欄江補水前,草海主要靠一、三、九污水處理廠尾水補給,尾水總氮濃度大于10mg/L;牛欄江草海補水總氮濃度高于湖庫V類水標準。因此,草海湖體總氮指標改善壓力大。

③主要入湖河口有污染淤泥堆積。

2)防治措施與工程

①加強草海湖體內源污染控制。在草海和主要入湖河口疏浚和處置淤泥400萬立方米;加強草海藍藻應急打撈處置能力,削減內源污染負荷。

②充分利用牛欄江-滇池補水資源,開展牛欄江-草海補水通道應急工程,科學調度牛欄江-草海補水,通過生態補水改善草海水質。同時,實施新、老運糧河入湖河口前置庫水體凈化生態工程和草海西岸尾水及面源污染控制工程,構建滇池草海健康水循環系統。

③繼續實施滇池草海湖濱帶擴增保育工程,在草海水體透明度進一步提高的基礎上,通過科學調控水位、適當人工引種,修復草海水生態系統,逐步實現草海生態系統良性循環。

④開展滇池一級?;で繾柚霉ぷ?,切實?;さ岢睪誦那皇芮趾?。

(7)外海湖體控制區

1)問題識別

外海占滇池湖面面積的96%,是滇池的主體。整個外海湖體控制區為一個國家優先控制單元,含暉灣中、羅家營、觀音山東、觀音山中、觀音山西、白魚口、??諼?、滇池南8個控制斷面。

主要環境問題:

①目前滇池氮磷等營養鹽足以發生藍藻水華,其發生主要受溫度、光照等氣象條件影響。滇池發生藍藻水華的風險依然較高,短期內難以消除。

②滇池總氮、總磷及化學需氧量指標維持在較高水平,雖然近年有所下降,但仍超Ⅳ類水標準,尤其是化學需氧量超Ⅴ類水標準,水質改善任務艱巨。

2)防治措施與工程

①在加強外源污染控制基礎上,繼續開展內源污染治理,持續降低氮磷營養鹽濃度,重點控制藍藻水華。采用藍藻在線監測技術、藍藻熒光快速監測、低空無人機監測、天地一體化等多種技術手段,建立滇池流域藍藻預警體系;開展滇池藍藻應急打撈處置工程,提高藍藻堆積區的藍藻應急處理能力。

②實現水資源的優化調配。充分利用牛欄江補水資源,結合已建污水處理廠尾水外排及資源化利用工程,建設外海北部水體置換通道提升改造工程,促進北岸局部區域水體循環;實施滇池外海北岸水質改善與防洪能力提升工程,提高滇池防洪能力,促進水質改善;制定科學的水資源調度方案,實現滇池流域水資源的優化調度,構建健康水循環體系,進一步改善外海水質。

③加強水環境管理能力建設,建立污染物產生、遷移、入湖全過程及水資源平衡、水質響應模型庫;綜合運用模擬技術,建立水環境、污染源、治理工程實時監控、跟蹤、評價系統,實現流域水質監控、污染總量監控、污染治理績效評價業務化運行。

④開展滇池一級?;で繾柚霉ぷ?,切實?;さ岢睪誦那皇芮趾?。

1.4.2 國外案例分析

根據國外湖泊的自然特征和治理情況以及資料的可獲得性,選取日本的霞浦湖、琵琶湖,北美五大湖(蘇必利爾湖、密歇根湖、休倫湖、伊利湖、安大略湖),美國的摩西湖、華盛頓湖、阿勃卡湖、切薩皮克灣、城市公園湖泊,瑞典的Trummen湖、Finjasjn湖,德國的博登湖,斯洛文尼亞的布萊德湖以及荷蘭的費呂沃湖等17個湖泊濕地進行水污染控制與富營養化治理案例剖析。

研究發現,17個湖泊在20世紀不同年代隨著湖邊地區工業發展和人口增長,以及大量工業廢水和生活污水的排放,均產生了嚴重的富營養化現象,藻類大量繁殖,從而引起了水華現象,嚴重影響了周圍居民的生產和生活。應根據湖泊污染程度進行治理,同一湖泊,水體功能不同,對其污染程度的判別也應有所差別。而湖泊自然特征不同, 湖泊治理思路也應不同,很多適合于淺水湖泊治理的工程措施,在深水湖泊富營養化防治中顯然是不可行的。

因此,根據17個湖泊的湖面面積、平均水深與水體功能等特征,將其劃分為三種類型,分別為大中型淺水湖泊、深水湖泊和景觀(小型)湖泊(表1.4-1)。

表1.4-1 湖泊特征及類型劃分

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1.4.2.1 大中型淺水湖泊治理經驗

由于大中型淺水湖泊具有平均水深相對較小,環境污染壓力大,生態自我修復能力差,易受湖泊底泥的再次污染等特征,在采取了包括城市下水管網全面建設,生活污水削減與轉移,深度處理,嚴格控制污染物的排放及河湖同治等針對流域污染源(點源、面源與內源)系統控制的一系列措施的同時,開展了湖泊及流域生態修復,此外,對流域進行綜合管理也取得了很大的成效。治理思路如下圖所示。

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圖1.4-2 大中型淺水湖泊治理思路

(1)污染源系統控制

大中型淺水湖泊的污染源治理要綜合考慮點源、面源及湖泊內源的污染控制。在日本,針對生活污水、工業點源、農業面源以及湖泊內源的控制,實施了一系列的政策和方針。如提高下水道系統普及率,截至2005年,霞浦湖流域和琵琶湖流域的下水道系統普及率均已達到50%以上;平均排放量達到20m3/d的工廠設施以及《湖泊水質?;ぬ乇鶇朧┓ā飯娑ǖ鬧付ㄇ虻奶乇鶘枋┒急匭脛蔥兇鈦細竦乃逝歐瘧曜?;日本極力倡導發展環境友好型農業,對畜牧業的廢水排放也有嚴格的規定;在湖泊內源控制方面,對湖泊漁業養殖技術進行必要的指導;另外,截至2010年底,霞浦湖流域計劃完成800萬m3的疏浚量。在阿勃卡湖,為降低外源磷的輸入,圣約翰斯河水資源管理局購買了面積近8000萬m2的農場,其中809萬m2已改造成為濕地,可減少入湖總磷的85%以上。

(2)湖泊及流域生態系統修復

生態修復是湖泊富營養化控制必不可少的措施,而淺水湖泊的生態修復可分為湖泊生態修復及流域生態修復兩個部分。在琵琶湖、霞浦湖、阿勃卡湖的治理過程中,采用了一系列的湖泊生態修復技術:

1)1992年,頒布了《滋賀縣琵琶湖的蘆葦叢?;しā?,并實施了對?;で諑緣難は钅浚?/p>

2)加強入湖河流河口及湖內植被(濕地)的建設,不但可以削減降雨初期流入湖泊的污染負荷,同時可過濾湖水中的懸浮物,提高湖水的透明度;

3)捕獲砂囊鱺和通過生物操縱,以達到除磷除氮、改善湖水透明度、降低營養循環以及減輕魚類對浮游動物的攝食壓力,降低藻類生物量;

4)提高水位變化幅度以幫助鞏固沿岸帶沉積物,為埋在沉積物里的植物種子提供萌芽機會。與此同時,流域的生態修復同步進行。如加強湖泊流域地區稻田自凈功能改善;使用天然材料,積極修繕河水凈化措施;建設大規模的人工濕地及生態園;充分利用河流及池塘的自然凈化功能等。通過減少徑流負荷,去除導致浮游植物大量繁殖的磷。

(3)湖泊流域綜合管理

湖泊治理固然重要,但是如果沒有長效的管理機制,只會變成“邊治理,邊污染”的模式,達不到湖泊治理的最終目的。綜合淺水湖泊管理的經驗得出:

1)以流域為單元,建立專門的政府管理機構及研究機構;

2)制定相應的湖泊污染治理相關法律法規;

3)長期監測是湖泊研究的重要基??;

4)普及環保知識,積極對公眾進行環境教育,動員全民參與。

1.4.2.2 深水湖泊治理經驗

深水湖泊具有儲水量大、水力停留時間長等特點,一旦遭受污染,難以治理。故以預防為主,嚴格控制污染源入湖,并加強湖泊生態系統管理(以生態系統保育為主)及流域管理。

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圖1.4-3 深水湖泊治理思路

(1)湖泊污染源控制

深水湖泊由于其水深的特殊性,湖泊內源的治理相對較難。故其污染源的控制、治理主要為湖點源和面源的污染控制。

在德國的博登湖,國家及地方政府對湖泊的治理投入了大量的人力和財力。包括大力興建城市污水處理廠及改善下水管網和泵站,污水處理率由1972年的25%增加到1997年的93%;由于雨污分流改造造價過高,建造了許多蓄水池和雨水泵站,采用溢流儲存的方式解決雨水問題;同時還采取了一系列限磷措施,從1980年起,磷的增長趨勢已停止,磷濃度也從1979年的87mg/m3降至1999年的15mg/m3,到2009年降為12mg/m3。

在北美五大湖,為達到磷負荷的削減目標,1989年,加拿大政府采取了耕作保持及合理施用化肥、草皮護坡水道及緩沖帶和牲畜污物管理等措施,1990年,安大略西南部排入伊利湖的磷每年減少200t。1972年以來,美加兩國共投資120多億美元建造及裝配城市污水處理廠,到1978年加拿大有89%及美國有64%城市污水處理廠排水都能達到污水排放規定。

(2)湖泊生態系統管理

在博登湖的治理過程中,分別采用了?;ど低車娜蠊芾澩朧?/p>

1)嚴格控制湖泊及其周邊地區的開發建設;

2)?;ず炊參鍥芟⒌?mdash;—湖濱帶;

3)實行河湖同治,拆除歷史上用于防洪作用的水泥護坡,恢復為灌木、草木,建立健康的湖泊生態系統。1972年,美加兩國共同頒布了《大湖區水質協議》,該協議實施后,北美禿鷹以及其他一些物種已經重返五大湖流域棲息;1978年,對協議進行了修訂,強調兩國將修復并維持五大湖流域生態系統水體中化學、物理和生物組成的完整性,并共同致力于減少污染;2009年,在《邊界水域條約》簽訂100周年紀念儀式上,美加兩國均表示,將采取積極的?;ご朧┍;の宕蠛厙饈芡飫次鎦?、氣候變化以及其他現有或潛在問題的威脅。

(3)湖泊流域強力管理

為了加強湖泊流域的管理,博登湖流域和北美五大湖流域均建立了任務分工明確的各層級管理機構,尤其是跨流域的湖泊,為免遭嚴重的水質污染,須建立超越地方政府利益,獨立的第三方利益協調與決策機構,制定治理湖泊水污染治理條例及水資源?;しㄔ?,實施民間湖泊?;ぷ櫓胝瓜嗷ゼ嘍?,共同管理,大城市負責制等一系列管理措施。

1.4.2.3 景觀(小型)湖泊治理經驗

景觀(小型)湖泊耐污染負荷能力較差,由于城市建設的加速進行,使得大量的工農業和城市生活污水流入城市景觀湖泊,使其水體受到了嚴重污染。根據水體功能的差異,景觀(小型)湖泊的治理方法相對較為簡單。

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1.4-4 景觀(小型)湖泊治理思路

1970年,作為荷蘭弗萊福蘭省重要的自然風光和娛樂場所,費呂沃湖爆發嚴重的藍綠藻污染,湖水渾濁,動植物種群和飼養的水禽急劇減少,湖泊生態遭到了嚴重的破壞。治理初期,在費呂沃湖周邊建設了兩座污水處理廠以減少外源磷的輸入,但是,僅減少外源輸入并不能很快使湖泊生態得到恢復;為減少內源磷的釋放,在冬季又對湖水進行了引水稀釋。美國的摩西湖以及斯洛文尼亞的布萊德湖在實施截污減排和引水稀釋工程后,湖泊水體富營養化現象有了根本性的好轉。位于美國路易斯安那州巴吞魯日的城市公園湖泊和瑞典的Trummen湖的處理措施主要為全湖沉積物的疏浚。在城市公園湖泊,將表層被重金屬污染的沉積物放在凹陷處,然后覆蓋上深層未被污染的沉積物,剩余的沉積物在湖泊的南部構造沙灘以增加湖泊氧氣的貯存能力,減少魚類的頻繁死亡。

1.4.3 經驗與啟示

不同國家的國情不同,湖泊濕地水環境污染的成因不同,因而采取的治理措施也存在差異。參考借鑒各國成功的湖泊濕地水環境治理經驗,加強湖泊濕地治理的技術手段,以?;ど魑貧ㄕ叩某齜⒌?,充分認識湖泊與流域的關系,實行水量、水質和水生態系統一體化管理,建立多部門多層次化的部門協調機構,通過改變大眾的思想觀念,爭取公眾的廣泛參與。

(1)加強源頭控制和過程截污,加快構建環境?;ず臀廴局衛硐低徹こ?/p>

各國湖泊濕地治理的實踐經驗表明,從源頭上控制污染源非常重要。加強污水的源頭治理和過程截污,構建污染治理的系統工程,是湖泊濕地治理的最根本和最有效的措施之一。其中,污染源的控制包括外源污染的控制和內源污染的控制兩方面。發達國家曾走過一條“先污染后治理”的道路,經歷了嚴重的環境污染,而后引起社會的重視,經過積極的治理后取得了一定的成效。我國湖泊濕地水環境污染的控制應借鑒國外經驗,加強源頭和過程防治工程體系的建設,避免走“先污染后治理”的老路,實現經濟與環境協調發展。

(2)以?;に魑貧ㄕ叩某齜⒌?/p>

生態觀點表現為對水生態環境的尊重與重視,在各國湖泊濕地水環境污染的治理中占有突出地位。如日本琵琶湖治理所實施的綜合?;ふ?,充分體現了生態?;に枷?,而這一政策產生的過程也體現了政策主導思想的轉變。我國在制定流域發展相關政策時,應以?;に魑境齜⒌?。

(3)充分認識湖泊與流域的關系

湖泊作為流域的一個組成部分,其特性歸根結底是由它所屬的流域特性決定的,而流域是一個由自然生態系統和社會經濟系統組成的復合生態系統。從目前國內?;ぶ衛淼哪J嚼純?,大多數僅僅針對湖泊水體本身采取相應措施,不考慮污染物入湖前的過程,效果不是很顯著。而國際上幾乎所有管理比較成功的都是針對湖泊流域進行綜合管理的。因此,現代湖泊水污染防治必須要以全流域的視野,從岸上入手,與湖泊水體結合,運用湖泊水動力水質模型輔助手段,形成湖泊綜合防治模式。湖泊的污染治理與生態修復、湖泊的?;す芾聿荒芫窒抻諍幢舊?,僅停留在污染控制與工程管理上。而是需要在流域尺度下考慮湖泊與流域、水域與陸地、區域與流域、專項規劃與綜合規劃、土地利用與產業發展等多方面的關系;需要將水文學、生態學、生物學、社會學等學科的理論應用于湖泊的?;す芾?,并加強學科間的合作與交流,不能僅局限于水化學與工程學的范疇。

(4)水量、水質和水生態系統一體化管理

目前,我國湖泊濕地水環境治理的重點放在污染控制上,環保部門全力以赴抓排放總量控制。針對我國當前污染的嚴重情況,抓污染控制無疑是正確的。但是,近20余年國外水域環境?;ず橢衛砉婊鉸閱勘瓴輝偈薔窒抻諼廴究刂?,而是進一步明確了對于水質、水量和淡水生態系統實行一體化管理。湖泊濕地的環境?;ふ鉸閱勘?,不僅包括污染控制和水質?;?,還包括水文條件的恢復,河流地貌多樣性的恢復,棲息地的加強及生物群落多樣性的恢復,也就是水量、水質和淡水生態系統全方位的綜合管理。湖泊濕地水環境治理和?;さ某叨刃枰糯蟮降低?,實施有效的綜合管理戰略。

(5)建立涉水部門協調機制

要實現我國湖泊資源合理的開發利用及?;す芾?,在我國還存在著體制方面的障礙,涉水的政府部門有水利、環保、農業、交通、國土、林業等諸多部門。職能各有分工,但缺乏有能力的主管機構負責執法、實施規劃、安排資金,并且實行問責制。如何由一個部門負責水資源水環境的一體化管理,目前在中央層面建立協調機制,在制定法律、戰略和水資源水環境戰略規劃中發揮協調作用完全有可能的,國家防汛抗旱總指揮部的架構和運行經驗值得借鑒;為減少行政區域之間的矛盾或推諉,建議在流域管理機構基礎上推動湖泊水資源環境一體化管理。

(6)爭取公眾的廣泛參與

在湖泊濕地的?;び牘芾砉討?,行政管理與全民參與都是必不可少的。因為無論污染負荷的削減還是湖泊污染的治理,僅靠行政管理而離開公眾參與往往是花錢不見效的。只有全民參與,從身邊的小事做起才能收到事半功倍的效果。當務之急是需要通過環境教育與宣傳提高公眾的環境意識,爭取公眾的支持與廣泛參與。通過湖泊濕地信息的共享,讓公眾了解湖泊、熟悉湖泊,在日常生活與生產活動中考慮人與湖泊的關系,自覺參與湖泊的?;す芾?;通過交流設施、交流平臺、參與機制的建設,為公眾提供參與的場所、創造參與的機會。

二、庫塘濕地水環境污染控制資料匯編

庫塘濕地屬于人工濕地,是指為灌溉、水電、防洪等目的而建造的人工蓄水設施。全國各地都有零星分布,但主要分布在大江大河中、上游以及天然濕地集中的周邊區域。長江流域中、下游是我國庫塘濕地分布最集中的地區。我國目前有庫塘濕地約水86852座,面積約228.50萬hm2,總庫容約4130億m3。我國庫區發展與濕地水環境?;さ拿蓯滯懷?,主要表現為工業廢水污染、水土流失、農業面源污染嚴重,削落區水生態環境問題凸顯。

2.1 庫塘濕地污染源控制

與湖泊濕地污染源類似,庫塘濕地的水環境污染主要包括外源污染和內源污染兩類,其中外源污染主要包括點源污染和面源污染兩種,城市工業廢水及生活污水等集中排放的污染源屬于點源污染,農業生產、禽畜養殖、水產中等產生的污染和山林山地自然污染源為面源污染,而底泥中營養成分的釋放、重金屬的積累以及船泊排放的污染屬于內源污染。

針對庫區水環境?;さ奶乇鷚蠛涂馇牡乩砘肪程氐?進行可選工藝的分析,從經濟實用可行角度,研究出一些高效低耗,流程簡單,具有一定脫氮、除磷功能的中小型處理系統或裝置,以達到控制庫塘濕地水污染的目的。

2.1.1 庫塘濕地點源污染控制技術

考慮到庫區水環境?;ざ運廴痙樂蔚奶乇鷚蠛涂馇牡乩砘肪程氐?,其點源污染多為分散式點源,因此,庫塘濕地水環境污染控制多采取高效低耗、流程簡單,且具有脫氮、除磷功能的小規模點源污水處理技術(如新型活性污泥法),該技術方法N、P去除效果好、投資省、占地小。

活性污泥法在污水處理、?;に肪撤矯嫫鹱歐淺V匾淖饔?。隨著社會向前發展,人們對水環境質量要求的提高,傳統活性污泥法存在著反應器(曝氣池)體積大、占地面積大、能耗高、污泥量大、效率低、脫氮除磷的效果差、運行管理困難等諸多缺點,已不能適應城市污水水質、水量的變化。為此,近十年來,國內外的有關專家和研究人員經過不斷的探索和研究,著重從反應理論、凈化功能、運行方式、維護管理和工藝系統等方面對傳統的方法進行改進,形成一系列污水處理新工藝。

(1)序批式活性污泥法(SBR)

這是七十年代初產生于美國的一種新工藝。SBR法以間隙操作為主要特征,在停止曝氣時利用反硝化作用脫氮。SBR法具有工藝簡單、節省費用、處理效率高、運行靈活、除氮效果好、耐沖擊負荷等諸多優點。但是,這種方法一般采取設幾個SBR反應器交替運行的工藝,因此占地面積較大。

(2)吸附生物降解法(AB)

這是聯邦德國于70年代中期開發的一種新工藝。AB法具有很強的抗沖擊負荷的能力,對pH和有毒物質的影響具有很大的緩沖作用,適用于濃度較高,水質、水量變化較大的污水處理,同時它還具有能耗低,出水水質好等優點。AB法的缺點是產泥量高,給污泥的處置和出路增加了難度,同時AB法流程長,運行管理困難。

(3)厭氧、好氧交替運行法(AAA)

此法除曝氣以一定的時間間隔周期性的開停外,其余類似于完全混合活性污泥法,曝氣與不曝氣期間,為微生物進行硝化與反硝化分別提供了好氧和缺氧環境。對AAA法脫氮的研究,目前主要是對曝氣和停曝時間長短的確定,以便為硝化和反硝化效率的提高確定良好的條件。

(4)組合式間隙曝氣系統(PIAS)

是集初沉池與曝氣池于一體的間隙曝氣系統,該工藝結構簡單、布置緊湊、占地少,同時以曝氣、停曝間隙運行,既可同時達到去除BOD5、COD、SS、N、P提高出水水質,又可比常規處理節省能耗30%以上,同時減少污泥產量。PIAS工藝不僅適合于小區的污水處理,對居民點比較分散,下水道建設難度較大的城市具有特別重大的意義。而且也適合于對大型城市污水處理廠進行工況調整,以提高處理效果。

(5)CASS工藝

CASS工藝是近年來國際公認的處理生活污水及工業廢水的先進工藝。其主要原理是把序批式活性污泥法(SBR)的反應池沿長度方向分為兩部分,前部為生物選擇區也稱預反應區,后部為主反應區,在主反應區后部安裝可升降的撇水裝置,曝氣、沉淀等在同一池子內周期循環運行,省去了常規活性污泥法的二沉淀和污泥回流系統。CASS工藝與SBR的區別在于CASS工藝為連續進水,具有占地省,抗沖擊負荷能力強,操作靈活等優點。

(6)循環延時間隙曝氣系統(ICEAS)

該技術是集初沉池,曝氣池,二沉池于一體的一種新工藝。該工藝過程使污水在“好氧—缺氧”的反復過程中完成除磷脫氮。近年來,日本、美國、加拿大、澳大利亞等國對ICEAS從理論和生產實踐上都作了一定深度的研究,并形成了專利技術。我國目前少數污水處理廠引進國外這種技術。主要用來處理小型工業廢水。

2.1.2 庫塘濕地面源污染控制技術

庫塘濕地的面源污染以農業面源居多,其污染來源主要包括種植業中化肥農藥的不當輸入和輸出、畜禽養殖業污染物排放、農村生活垃圾和廢水排放,污染物主要包括氮、磷、COD等。人類生產活動是造成農業面源污染的直接原因,概括起來主要包括4個方面:一是不合理的土地利用方式和種植業結構。二是農戶化肥、農藥的過量施用。三是畜禽養殖業規?;⒄共男笄莘啾忝揮械玫澆蝦玫拇磧肜?。四是農村生活污水的任意排放和固體廢棄物的隨意堆放。針對庫塘濕地的農業面源污染問題,主要采取以下污染控制技術。

(1)水土保持工程技術

庫塘濕地水土流失形式為以面蝕、溝蝕為主的水力侵蝕,以滑坡、泥石流為主的重力侵蝕以及移民遷建導致的人為水土流失,其中,以面蝕分布最廣,主要產生在坡耕地、荒山荒坡以及疏幼林地,坡耕地是重點治理區。該技術應以小流域為單元,對25°以下坡耕地實行坡改梯、陡改緩,加強坡面蓄水、攔沙、排洪、引水等坡面水系工程治理,輔以防護林的栽種。對于滑坡、泥石流嚴重的溝谷,還應注重設置排洪溝、谷坊 、攔沙堰等溝道防護工程。

(2)削落帶(濕地)建設工程技術

針對庫塘濕地岸邊帶、消落帶,在適生植物篩選及淹沒實驗研究基礎上,進行消落帶濕地生態系統培育;開展庫岸植被緩沖帶工程建設、水塘-濕地工程建設,對入庫污染物實施攔截、凈化,兼以景觀改善。

1)旱坡地面源污染物生態工程攔截技術

從旱坡地降水的就地攔蓄,實現降水資源化的生態工程著手,利用條帶植物籬、?;ば愿?、高分子調控劑等構建旱坡地生態工程攔截體系,同時采用旱地作物專用緩/控釋復合肥料產品、清潔生產施肥技術體系,進行旱坡地水肥耦合高效利用。

2)水田生態系統農業面源污染物攔截和消納關鍵技術

水田生態系統是具有較高生產力和養分吸納能力的人工濕地生態系統,其獨特的結構體系使其具有攔截流域水、土、養分流失之功能。只要配置科學,加之水肥管理措施得當,該生態系統可有效減少攔截和消納農業面源污染物。鑒于此,采用水田免耕技術,并結合水稻清潔生產施肥技術體系,進行提高水田生態系統攔截和消納農業面源污染物能力。

3)消落帶氮磷生物消納技術

消落帶既是庫塘濕地水體氮磷的“源”,又是庫區徑流氮磷的“匯”,是面源污染物進入庫區水體的最后一道生態屏障防線。因此,要對消落帶進行科學管理、規劃并合理利用,并通過植被恢復等途徑削減控制面源污染物,從而實現治理庫塘濕地水體污染的目的??悸塹嬌馇導是榭?,選擇適宜物種,恢復或重建消落帶植被,是該區植被恢復重建和生態環境?;さ墓丶方?。在消落帶的落干期,篩選奢侈吸收氮磷生物,并研究配套管理技術,以消納最后匯入消落帶中的氮磷;并據此構建庫岸生物攔截帶,結合消落帶利用和管理,建立消落帶氮磷生物消納技術體系。

4)農村生活、分散型畜禽、種植業廢棄物污染負荷削減與資源化利用技術

庫塘濕地流域內農戶生活、分散型畜禽、種植業廢棄物等污染嚴重,可針對此情況進行農村生活垃圾分類收集、集中儲存、定期清運;分散型畜禽糞便的資源化利用技術及模式,如沼氣農業生態循環利用技術、生物廢水生物掛膜處理技術、高效安全土地處理技術、堆肥處理技術;秸稈資源綜合利用的關鍵技術及循環利用模式,如秸稈生物質氣化利用技術、秸稈碳化、膨化以及表面改性利用技術。

2.1.3 庫塘濕地內源污染控制技術

庫塘濕地的內源污染主要包括泥沙淤積和污染物累積,以及船泊污染排放兩方面??馓潦廝罱仙?、流速較慢,導致泥沙、污染物易富集難降解;而庫區植被破壞、陡坡開墾導致的水土流失現象未得到根本遏制,以及入庫河流帶來的泥沙、污染物,導致庫塘濕地泥沙淤積和污染物累積問題日益嚴重。隨水運業的發展,部分庫塘濕地客貨運量迅速上升,產生大量的垃圾和污水;雖然大中型客運船舶垃圾大多采取到站回收的方式處理,但對于各種小型貨輪和農村的租賃船等產生的垃圾,有關部門則毫無辦法;各類船舶的生活污水和糞便,以及機艙污水全部直接排放入江中,造成庫塘濕地水體大腸桿菌、石油類等污染指標急劇攀升。

(1)內源泥沙、污染物控制技術

在水庫淤積泥沙中,對庫區水質危害最大的應該是水庫河床表面新近淤積的泥沙和細沙,因其相對容易沖動易對水體造成污染。一般而言,庫塘濕地污染底泥的控制技術可以參照湖泊濕地泥源污染負荷的控制技術,主要包括底泥環保疏浚、污染底泥覆蓋和污染底泥固化三大類。針對庫塘濕地在汛期較大洪水期間具有較強的輸沙能力的特點,還可以利用汛期水量調控等優化調度措施,集中利用和加強了汛期輸沙能力,可在減少泥沙淤積的同時,對表層淤積物具有一定的清除作用。降低庫塘濕地運行水位,庫底前期淤積物中相對較細的泥沙可以大量得到沖刷和排泄。由于細泥沙的比表面積大、污染吸附能力強,多排泄細沙對減輕庫區污染物累積也十分重要。

(2)船泊污染控制技術

庫塘濕地的船舶污染控制技術根據船泊的功能類別可分為旅游船只的污染控制技術和運輸、漁業船只的污染控制技術。

旅游船舶的行程一般較短,船上人員密度大,其污染特征明顯不同于江、河、海中的長途游輪的污染,控制方案的設計應盡量遵循如下原則:①一般不考慮在船上安裝污染物處理設施;②船上所有的污染物都應收集、貯存起來,不向湖中排放或拋棄;③收集、貯存設備應標準化,保證通用性;④岸上配合相應的中轉運輸系統;⑤污染物的處置應因地制宜;⑥管理系統完善。

針對運輸、漁業等船舶的污染,在控制方案設計中應考慮如下幾點:①一般不考慮在船上安裝污染物處理設施,但應配備污染物的收集、貯存系統;②收集、貯存設備應輕便化、標準化;③含油廢水與生活廢水應分開;④碼頭配備相應的中轉、運輸系統;⑤一般考慮與旅游船只共用污染物處理系統;⑥防止船舶運送物資散漏入庫中。

2.2 庫塘濕地生態恢復

庫塘濕地生態恢復的技術手段與湖泊濕地生態恢復相似,主要包括水生植物修復技術、水生動物修復技術、生態浮床技術和消落帶植被重建與生態修復技術。前三項技術于前文已有詳細描述,在此僅做簡要介紹。

(1)水生植被修復技術

應用高等植物為主體的植物—生態修復技術,適用于大面積、低濃度的污染位點,水生植物能夠不同程度地清除被污染水體的氮、磷、重金屬及有機污染物,并在污水治理中得到了廣泛的應用。水庫岸邊和污水廠排放口下游分別建立多層次的水生植被凈化帶,實現長效生態調控。值得注意的是,采用該技術要對水生植物進行科學的管理和轉化利用,要適時進行打撈收割等,以避免造成二次污染。

(2)水生動物修復技術

指應用羅非魚、鰱魚、鳙魚及貝類等濾食性動物的放養及水體生物群落結構的優化,控制富營養化水體暴發水華。魚類對藻類的攝食,對水生生物種群和群落結構有重要的調節作用,對水華的形成與消失的影響是巨大的。在養殖對象上要以攝食浮游生物的鰱、鳙和草食性的草魚為主,建立漁業生態工程,同時也要控制過度養殖,適度利用水體。

(3)生態浮床技術

生態浮床技術對污染水體的治理與修復主要包括植物對氮、磷等營養物質的直接吸收利用和對有機污染物的促降作用;植物根系、浮床和基質在吸附懸浮物的同時,為微生物和其他水生生物提供棲息、繁衍場所,兼可美化水域景觀。

(4)消落帶植被重建與生態修復技術

消落帶不同高程區域被水淹沒的深度和水淹時間是不一樣的,高程越低的消落帶區域水淹深度越大、水淹時間越長,而高程越高的消落帶區域則與之相反。因此,在消落帶植被重建和生態修復中的植物選擇上,從最低水位線到最高水位線的不同高程上要選擇使用具有不同耐淹能力和恢復生長能力的植物,并要考慮不同的生長型類型。總的原則是,耐淹能力強的植物種植在低高程帶,耐淹能力相對較弱的植物種植在更高的高程帶上,保證不同高程帶上種植耐淹能力合適的植物。從生長型來看,考慮到不同生長型植物耐淹能力的差異, 同時兼顧三峽水庫的管理規定,在消落帶的低高程區域選擇使用以草本為主的植物,隨高程的逐漸增高,依次增加灌木樹種,在消落帶最高水位線附近可選用耐淹的喬木樹種。需要注意的是,為形成合理的群落結構以保證正常的群落生態功能發揮,同一種草本植物在考慮其耐淹能力大小的基礎上應在消落帶不同高程區域均要選用。適合削落帶生長的植物,喬木樹種有竹柳、池杉、水樺等,灌木有水麻、桑樹、小梾木、中華蚊母樹、秋華柳等,草本植物有蘆竹、甜根子草、苔草、狗牙根、香根草、問荊等。

2.3 庫塘濕地環境管理

目前,庫塘濕地水環境污染嚴重、生態破壞加劇的趨勢尚未得到有效控制。為盡快遏制生態環境惡化狀況,改善庫區水環境質量,在加強水污染控制技術研發的同時,環境管理問題亦須得到足夠的重視?;肪澄侍饃婕暗膠芏嘈幸島土煊?,而庫塘濕地水生態系統是一個完整的有機系統,目前的管理體系沒有統一的行政管理手段和有效的市場激勵機制,難以對其進行統一有效的管理。

2.3.1 管理問題分析

隨著人們對庫塘濕地水環境污染的重視,庫區濕地水污染防治的硬件設施已經逐漸趨于完善,但在軟件建設方面,特別是運行機制、體制等方面還存在一些問題,尤其是跨界庫塘濕地,其管理問題十分突出,應當引起足夠的重視。總體而言,目前庫塘濕地環境管理主要存在以下幾個方面的問題。

(1)缺乏治理水環境污染的法制體制

庫塘濕地所在區域經濟社會活動頻繁,庫區水質?;と沃氐澇?。事實上,目前還沒有從法律上對庫塘濕地的水質?;ず退肪澄廴局衛斫泄娣?。

(2)分割治理,責權不明弊端凸顯

當前我國重點流域水污染防治仍堅持分區防控原則。但依據現有行政區劃,跨界庫塘濕地的水污染治理易形成各自分段治理局面。此外,我國現有涉水法規,尚未完成對流域水資源權屬界定問題進行規范。因而,相鄰地區在污染治理過程中,尤其在面對兩地邊界處的污染治理問題時,常常陷入“囚徒困境”,雙方都試圖在治理工作上 “搭便車”,難以達成污染防治共識。

(3)“九龍治水”,缺乏統一的權威性管理部門

重點庫塘濕地水污染的治理工作涉及從中央到地方的多系列涉水、管水部門,這些部門或多或少、或重或輕地都在承擔著污染物排放及水質監測、污染物治理工程及績效評估、違法行為處置等工作,但對它們的工作缺乏統一的權威性管理部門來統籌協調。“九龍治水”在部門和地方職權和利益的驅使下各自為政,庫區內水體的流域管理與行政區管理間矛盾突出,即使在單一地區內也未能形成穩定高效的部門協作機制。使得庫區各涉水管理部門在治污過程中出現任務不明、職責不清、執法混亂、協作困難、政令不一等問題。

(4)缺乏市場運行的環?;?/p>

庫塘濕地水環境污染治理過程中使建立了的一些污水處理廠等環保設施,由于效益較低或不能產生效益,這些設施、工廠在實際運行中大打折扣,甚至有些項目名存實亡,僅作為應付上面的一些擺設。在檢查時,就開啟治污設施,讓檢查團感受到對環保的重視,但檢查一過,設施就停用,或者白天開、晚上停,更為甚者將環保設施作為他用。

(5)缺乏生態環境?;ひ饈?/p>

庫區民眾對庫區水環境的?;ひ饈妒值?。習慣上,企業及老百姓沿岸亂倒垃圾,直排污水;認識上,治理污染的責任理應由國家和政府負責,老百姓與之無關;利益上,民眾認為對于環境的?;び胱隕砝嫖薰氐鵲?,這些都增大了對水污染的治理難度。

2.3.2 環境管理策略

庫區水污染治理問題是典型的流域治污問題。根據博弈理論、產權理論和管理學中的集體行動理論,結合國外流域水污染治理機制的經驗可以發現:在庫區水污染治理中,中央統籌、地方協作是庫區實現可持續發展的必然選擇,因而,完善庫區水污染防治組織體制,構建庫區統一的跨域水污染防治的統籌協作新機制是當前庫區治污工作的關鍵。

(1)完善有關法律法規

目前,新的《中華人民共和國水法》已頒布。為加強流域水資源?;び牘芾?,應依據《中華人民共和國水法》、《中華人民共和國環境?;しā?、《中華人民共和國水污染防治法》,盡快制訂流域性水資源管理條例。并根據有關法規、條例和流域水資源?;す婊?,加強對流域內污水排放的管理,采取綜合防治措施,將污水處理和水利工程措施等有機地結合起來,嚴格實施污水排放總量控制,有效控制水污染;大力整治流動污染源,改變船舶廢污水和生活垃圾直接排江習慣,清理和治理沿江河道垃圾場等等。

(2)庫區水污染防治管理組織架構體系

庫區水污染防治的管理組織體系應由諸如國家發改委、環保部、水利部、交通部、住建部和三建委辦公室等中央部委,省市及下轄各庫區區縣政府和相關職能部門,根據共同參與、統一領導、分工協作的原則建立。具體則可由庫區水污染防治工作領導小組(可掛靠國務院三建委辦公室),及下轄的庫區水污染治理工程中心、庫區污染物排放稽查總隊、庫區水環境監管信息中心等主要機構組成。

1)庫區水污染防治工作領導小組

對庫區和流域內的各級地方政府的水環境?;さ墓ぷ魘凳┲富?、調度和統籌。對各級政府水環境?;さ拿芎馱鶉ǔ逋喚行?,對各級政府的水污染治理和水環境?;さ墓ぷ骷ㄐЫ釁攔?。研究和提出諸如流域內甚至其他區域的地方政府和企業,因對庫區水體享受不同利益和履行不同責任而實施相互間利益補償的政策和機制,報國家批準后組織實施。研究和測算不同地區和單個企業的排污允許量、庫區污染物容量,適時組織排污權交易??馇廴痙樂喂ぷ髁斕夾∽楦涸鴝韻孿降目馇廴局衛砉こ討行?、庫區污染物排放稽查總隊、庫區水環境監管信息中心等機構的領導和管理??馇廴痙樂喂ぷ髁斕夾∽橄律璋旃?,辦公室可與國務院三建委辦公室合署辦公,辦公室為庫區水污染防治工作領導小組的具體辦事機構。

2)庫區水污染治理工程中心

庫區水污染治理工程中心是負責庫區水環境管理和評估、水污染治理工程及適用技術選擇的決策、實施和運行的統籌與管理的工作機構。該工程中心可由環保部的環境監察局牽頭,成員由環保部的污染防治司、自然生態?;に?、污染物排放總量控制司、宣傳教育司,住建部的城市建設司,水利部的水資源司、建設與管理司,交通部的長江水利委員會,發改委的資源節約環境?;に?,及其它地方相關部門派員組成,但應為一能在庫區水污染防治工作領導小組及其辦公室領導下,能自主開展工作的實體機構。

3)庫區污染物排放稽查總隊

庫區污染物排放稽查總隊是負責庫區污染源監控、依法對違法違規的排污行為進行處分、維護庫區及庫區上游流域污染物減排和水體凈化秩序的執法單位??馇廴疚錙歐嘔樽芏佑芍蔥腥饔蛉馇櫚鬧筆艋榛購桶純馇諦姓ノ簧枇⒌母骷痘櫸種Щ棺槌?,前者對后者實施領導、管理和考核,并負責跨行政區域的稽查及稽查工作的統籌協調??馇廴疚錙歐嘔樽芏釉誑馇廴痙樂喂ぷ髁斕夾∽榧捌滸旃伊斕枷鹿ぷ?。

4)庫區水環境監管信息中心

該中心作為庫區水環境和與水環境相關的其他信息綜合存儲和交流平臺。這些信息包括:庫區分地區、分行業的企業活動信息,它們的原材料和能源供應,它們的各種產品的生產技術、工藝和生產數量,它們的污染物產生環節、污染物種類、污染物排放數量和排放污染物的治理措施及效果;非生產類企業(如餐飲企業)和城鎮居民的生活導致的污染物產生環節、污染物種類、污染物排放數量和排放污染物的治理措施及效果;工程建設、農業生產和農村居民生活導致的污染物產生環節、污染物種類、污染物排放數量和排放污染物的治理措施及效果等。該中心也是一個權威的庫區與水環境相關的信息發布和處理平臺,為庫區水污染治理工程和庫區污染物排放稽查提供前期的基礎工作和基礎依據。

(3)庫區水污染防治統籌協作機制

雖然己經有了前述整個庫區跨行政區的水污染監控和水環境治理的一體化機構設計,但是為了讓庫區水污染防治架構體系能真正有效地運轉,根據國外流域水污染治理經驗,結合庫區水污染防治現狀,中央政府、流域內和庫區各級政府間針對庫區水體?;ず退廴局衛淼男絳骰平ㄉ枰廊皇直匾橢匾?。這個機制應該并可以解決各級政府高度重視、統籌謀劃、一致行動的思想觀念問題,機構設置問題,統一工作流程、方法、政策和工作目標的問題;這個機制應該促進各級政府和相關部門對影響庫區污染物治理和水環境?;げ歡嫌齙降男慮榭?、新矛盾、新挑戰進行研究和磋商,共同決策對水環境存在重大影響的重大項目的取舍,共同應對庫區水環境可能出現的風險和?;?;這個機制應該幫助流域和庫區各級政府對庫區水體?;そ型騁壞男?,爭取民眾、社會輿論和社會公益活動的支持,共同爭取中央政府的政策、項目和資金對庫區水環境治理和?;じ柚С?。

(4)加大庫區環境治理投入,保證資金落實到位

轉變觀念,拓寬渠道,加快城市污水處理廠的建設步伐,貫徹集中與分散相結合的建設方針,因地制宜地采用大、中、小、微相結合的處理設施和裝置,鼓勵對污水處理廠建設資金投入的多元化,對污水處理設施的建設和運行,要擺脫現在政府包干的模式,走產業化、市場化、社會化和專業化的道路,使水污染治理和水資源?;すぷ鶻肓夾怨斕?。拓寬投資、融資渠道,培育以市場化運作為主體的多元化投資渠道;引入和建設多元運營模式,改變單一的政府行為;鼓勵具有資質的環保公司、具有經驗的外地公司涉入運營;落實或加大現行的污水、垃圾處理市場運行機制,形成具有可盈利性的環保產業。

(5)加大宣傳力度,樹立環保意識

加強環保宣傳,重視環境?;?。正確處理地方經濟與環境?;さ墓叵?,發展不能以犧牲環境為代價。加強企業結構調整力度,下決心關、停、并、轉污染嚴重的企業。做到“既要綠水青山,也要金山銀山。寧要綠水青山,不要金山銀山,而且綠水青山就是金山銀山”,達到全民真正重視環境?;?,三峽庫區環境治理才有希望。因而要積極開展形式多樣,注重實效的宣傳活動,努力提高市民的環保意識。

2.4 實踐案例分析

分別對國內外的庫塘濕地水環境污染控制實踐案例進行整理,選取三峽濕地水環境治理和英國的水庫治理為典型案例進行實踐經驗分析。

2.4.1 國內案例分析

三峽工程規模宏偉,舉世矚目,它的建成將在防洪、發電、航運等方面產生巨大的綜合效益,同時也會對庫區的生態與環境帶來廣泛而深遠的影響。三峽工程對生態與環境的影響問題一直是國內外關注的焦點。

2.4.1.1 環境問題診斷

三峽水庫蓄水后,庫區水環境將發生很大改變,特別是水的流態和流速變化將改變水環境的物理和化學條件,從而影響污染物在水體中的稀釋、擴散、降解和轉化等凈化過程,引起水環境的變化。特別是庫尾重慶主城區附近江段,受大壩蓄水流速減緩的影響,其岸邊水域污染會進一步加重。因此建庫后主要環境問題可表現在以下幾方面:

(1)擴散能力減弱,岸邊水域污染帶的形態將發生變化。水庫蓄水后,水位抬高、流速減緩。在枯水季節,水庫在高水位運行,流速減少更多,從而使擴散能力更加減弱,使得污染更集中于沿岸,污染物排放口下游的污染帶形狀將由長帶型向寬短型變化。

(2)受水庫調度方案影響,枯水期庫尾水質可能變差。高水位運行的枯水期,整個庫區從重慶—壩前流速變緩,特別是重慶市正處于庫尾回水區,嘉陵江和長江河段河面變寬,流速下降,而且此水期上游來水量少,污染負荷重,更易發生水質污染。

(3)工業廢水和城市生活污水直排入長江,岸邊水域污染較重。三峽庫區工業廢水和城市生活污水排放量大,而且大多未經處理直排長江,對三峽庫區的岸邊水域水質影響較大。

(4)污水排放口與生活取水口上下交錯排列,水源地水質易受污染。從排污口調查資料看,城市江段入江排污口分布零亂,特別是重慶江段排污口、取水口上下交錯排列,取水口水質極易受到上游污染源的排污影響。

(5)城鎮人口的增加導致生活污水的排放呈上升趨勢。隨著三峽移民遷鎮,庫區城市化水平加快,城鎮人口隨之增多,這將導致城鎮生活污水的排放量顯著增加。目前生活污水排放量有接近或超過工業廢水排放量的趨勢。

(6)農田地表徑流與城市地表徑流等面污染源入江,影響庫區水質。長江洪水期,受暴雨沖刷,沿岸垃圾入江、蓄水初期的土地淹沒、支流及庫灣的營養物富集、農田過量施用化肥與農藥等,都會影響庫區水質。

2.4.1.2 治理分區方案

延續《三峽庫區及其上游水污染防治規劃(2001—2010年)》的分區方法,將三峽流域從空間格局上劃分為庫區、影響區和上游區??馇ㄎ晃獗;ず誦那?,該區域內流域-水體耦合作用顯著,水體受人類活動影響大;影響區為水庫?;せ撼邇?,主要由上游三江水系〔上游長江(岷江、沱江、赤水河匯入)、嘉陵江及烏江水系〕入庫毗鄰區域構成,90%以上的水庫水量經由該區域入庫;上游區是水庫?;ね馕Х攬厙?,主要為嘉陵江、烏江、岷江、沱江、金沙江上游水系??馇?、影響區、上游區的面積分別為5.81×104、9.39×104、65.27×104km2;分別包括26個、59個和234個區(縣)。湖北省、重慶市、四川省、貴州省和云南省所轄流域面積分別占三峽流域總面積的3.03%、10.25%、59.88%、12.05%和14.79%。

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圖2.4-1 三峽庫塘濕地流域控制單元劃分

對三峽流域的49個控制單元的環境問題進行分析,確定預防型單元14個、改善型單元24個、治理型單元11個,并進一步明晰各類控制單元水污染防治目標和措施定位。選擇分屬于不同控制區、不同防治類型、數據資料較為齊全的3個典型控制單元進行分析。

(1)預防型單元

赤水河遵義市控制單元位于三峽流域影響區,涉及赤水河干流及習水河、桐梓河、鳳溪河3條主要支流。該控制單元控制斷面為鰱魚溪,現狀水質類別為Ⅲ類,支流水質類別基本在Ⅱ~Ⅲ類之間。該控制單元城鎮生活及工業點源污染物排放占污染總負荷的85%以上,因此,需完善城鎮污水處理設施、有效控制工業點源污染排放;此外,赤水河是目前長江上唯一沒有筑壩且污染較輕的一級干流,屬于長江上游珍稀、特有魚類國家級自然?;で鬧匾槌剎糠?,也是以茅臺為代表的優質白酒生產基地,因此,需重視飲用水、生態?;ひ約盎肪撤縵輾婪?。

(2)改善型單元

龍川江楚雄州昆明市控制單元位于三峽流域上游區,涉及金沙江一級支流—龍川江及龍周河、蜻蛉河2條二級支流,位于滇川交界處。該控制單元控制斷面為江邊,現狀水質類別為Ⅲ類;干流水質以Ⅲ類、Ⅳ類為主,部分斷面(小河口)污染嚴重,為劣Ⅴ類;支流水質以Ⅳ類、Ⅴ類為主。該控制單元水(環境)功能區斷面達標率為67%,威脅滇川交界水質安全。城鎮生活污染排放占點源污染負荷的98%,受楚雄市生活污染影響明顯;工業點源主要源自有色金屬礦采選業的廢水排放,占污染負荷的93.80%。在該控制單元,需強化城鎮和生活點源、面源污染防治,強化重要?;で奈廴局衛硨脫細癖;?,加強環境監管,促進產業結構和布局的優化調整。

(3)治理型單元

長江嘉陵江重慶市轄區控制單元涉及長江、嘉陵江沿線,綦江河、五步河、御臨河、塘河等主要支流,及璧南河、大溪河、一品河、跳蹬河等溪流。該控制單元的控制斷面為寸灘,現狀水質類別為Ⅲ類,ρ(TP)為0.12mg/L;支流水質較差,以Ⅴ類、劣Ⅴ類為主,ρ(CODCr)、ρ(氨氮)、ρ(TN)和ρ(TP)超標嚴重,黑臭問題突出,大量污染水體直接進入長江,對部分飲用水源威脅巨大;城鎮生活污染物排放量占點源污染負荷的60%以上。隨著城鎮快速發展,生活污染治理設施不配套,該控制單元的部分支流流域生態開發受到侵擾,受區域復合型污染、治理水平滯后、水庫蓄水等影響,需全面實施區域綜合整治,治理污染嚴重支流。

2.4.1.3 污染防治工程

在銜接典型控制單元的問題識別及分類結果的基礎上,進一步分析水質現狀與趨勢,確定水質目標。細化污染物治理需求,進行工程方案設計、篩選和評估,提出典型控制單元污染防治的工程方案。

赤水河遵義市控制單元:水質目標為Ⅱ類。工程方案主要為實施沙壩河和鹽津河小流域水環境綜合整治和生態修復,強化重要支流上游區、飲用水源地、珍稀特有魚類國家級自然?;で忍厥饉蛭廴局衛硨馱し?。推進赤水河流域云-貴-川跨界協調?;?。建設仁懷市、習水縣、赤水市、桐梓縣重點城鎮生活污水處理及配套管網工程,建設四縣污水處理廠污泥集中安全處置工程和集鎮生活垃圾處置工程。加大桐梓縣工業污染治理力度,實施貴州赤天化紙業股份有限公司、赤水河流域白酒釀造企業廢水深度治理等工程。

龍川江楚雄州昆明市控制單元:水質目標為Ⅲ類。工程方案主要為重點建設楚雄市第二污水處理廠二期、程家壩污水處理廠二期、東瓜鎮等污水處理廠及配套管網,推進祿豐縣等8個縣10個集鎮污水處理處置及配套設施建設,加快建設楚雄市等8座現有垃圾衛生填埋場的滲濾液收集及處理處置設施。嚴格工業企業污染控制,促進金屬礦采選業的有序發展。

長江嘉陵江重慶市轄區控制單元:水質目標為Ⅱ類。工程方案主要為加強重慶江北區港城工業園區等工業園區廢水深度處理。加快唐家橋污水處理廠升級改造,擴建李家沱等重點鎮污水處理廠;加強重慶市主城區及江津區12個小城鎮污水處理設施及配套管網建設;擴建雞冠石污泥處理廠,新建江津區污泥處理廠。完善重慶市主城九區、江津區城區及鄉鎮垃圾收運系統,加強長生橋垃圾處理場滲濾液處理。加大巴南區南湖水庫飲用水水源地?;ちΧ???硅當焙?、綦江河等支流綜合整治,加強三峽庫區水域漂浮物清理。

表2.4-1 典型控制單元污染防治工程方案

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2.4.2 國外案例分析

英國的霍斯沃特水庫位于英格蘭西北部的湖區,長度約6.9km,最大寬度0.9km,水面面積3.9km2,庫容量76.6km3,平均水深23.4m,最大水深57m。

霍斯沃特水庫歸英格蘭和威爾士環境署管理,該環境署已被政府指定為《歐盟水框架指令》(WFD)的主管機構,環境署污染治理所堅持的基本原則是“阻止退化”??馇鬧衛澩朧┲蔥蠾FD有關措施,采取了WFD所確立的流域管理綜合辦法,具體包括4個方面的主要內容:

(1)描述水環境現狀并確定應加以?;ず透納頻那?;

(2)確定由于過去或現在的活動而使水環境質量及其所支持的生物多樣性受到影響的區域;

(3)提出確保水體的特殊價值,如引用、生物多樣性或沐浴等達標并維持已達標質量的行動;

(4)提出2015年以前,必要時2027年需要采取的改善環境的具體行動措施。

WFD規定的主要目標如下:

(1)防止水資源狀況的繼續惡化并改善其狀態;

(2)促進水資源的可持續利用;

(3)逐步減少初始污染物并停止初始有毒污染物的排放;

(4)逐步減輕地下水污染;

(5)減輕洪水與干旱的影響。

《歐盟水框架指令》是管理和?;に試唇銜曬Φ牡浞?。其目標是要在2015年以前實現“良好的水狀態”。采用統一的水質標準,地下水資源超采現象將被遏止。此外,水生態系統和相關的陸地生態系統的退化將明顯減輕。在某些特殊情況下,2015年這一最后期限可以適當推遲,并可以確立某些較低的環境目標。

《歐盟水框架指令》的核心是流域綜合管理計劃。在2002年12月22日之前,成員國必須對本國的流域(包括地下水,河口和離岸1.852公里之內的海水)進行鑒定,而且落實到“流域管理區”里。所有國家的流域管理區,必須每6年制訂一次流域管理規劃與行動計劃。在2009年12月以前,需要完成第1期計劃。不過,在2006年12月以前,就需要出版一個工作計劃及時間表。2007年12月,需要提交有關重要水資源管理事務的中期報告。2008年12月,應當提交流域管理規劃的初稿。為了確保國內及國際合作,成員國必須做出適當的行政安排,其中包括確定權威管理機構。對于國際流域,流域內相關國家需要共同確定流域邊界并分配管理任務。它們必須為國際流域管理規劃共同努力。如果共同管理難以實現,各國可以分別采取措施,但彼此之間的規劃與實施必須相互協調而不能沖突。

關于污染控制,《歐盟水框架指令》規定成員國均應采用統一的排放標準,并采用最新的環保技術(針對點源污染)。如果需要讓承受水體達到水質標準,應當采取更為嚴格的污染控制措施。另外,歐盟還將采取進一步措施減少有害物質的排放,尤其要避免劇毒物質的排放。最后,《歐盟水框架指令》還包含一些經濟措施。到2010年,家庭、農業和工業都要承擔水資源管理的費用,而且還將采用水價政策鼓勵節水。總之,《歐盟水框架指令》密切關注水質、水量和水生態的問題,其有效實施需要對水質與水量進行綜合分析。

此外,英國還推廣可靠且可持續的農業生產方式,減少磷酸鹽、硝酸鹽和沉積物等污染,以及采用宣傳教育的方式鼓勵工廠生產和居民購買無磷洗衣粉。除了《歐盟水框架指令》外,英國還有一些其他的制度?;ひ盟吹廝?。水源?;で腔?980年《水法》設定的,?;し段Оǖ叵濾偷乇硭??;掛讕菟幢;で芾聿唄?,設定了硝酸鹽監測區。為了控制非點源污染,還在農業區實施了長期的水源地?;ご朧?,劃定區域,實施了農田硝酸區控制措施,包括改善堆肥管理、縮小冬季休耕區和限制堆肥等措施。

2.4.3 經驗與啟示

國內外成果的庫塘濕地治理與?;ぐ咐?,對我國庫塘濕地水環境污染治理的啟示主要體現在技術措施、法律與機制、政策措施、部門間協調和公眾參與等方面。

(1)加強庫塘濕地的污染評價和污染控制技術

庫塘濕地水環境污染的控制首先要評價其污染程度,根據其水環境污染的成因和程度選擇相應的治理技術??馓潦氐奈廴酒蘭奐際跏侵貧ㄖ衛澩朧?、選擇治理技術的前提,也是建立濕地水污染預警系統的需要,是平均政策和技術實施效果的依據。在國內外多年的治理經驗中,污染控制技術已得到了一定的積累,但針對內源和面源的污染控制技術仍有待進一步的研究。

(2)完善庫塘濕地水環境?;さ姆芍貧?/p>

在WFD制定過程中,對原有多項法律進行了清理,通過簡化、廢除和取代等不同方式,形成了水資源一體化管理最高層次的主體法律。WFD涵蓋了水資源(含飲用水、地下水等)利用、水資源?;?含城市污水處理、重大事故處理、環境影響評價、污染防治等)、防洪抗旱和棲息地?;さ?,幾乎涵蓋水資源水環境管理的全部領域。我國涉水法律有《水法》、《防洪法》、《水土保持法》、《水污染防治法》、《環境評價法》等多部,內容有所側重,但也有交叉、重疊,局部內容有沖突。更重要的是不同法律的執法主體是不同的政府部門,使水資源水環境的管理工作出現諸多脫節和分割現象?;赪FD經驗,從長遠看,我國應該制定一部水資源和水環境管理的綜合性的主體法律。

(3)長期治理與分階段治理相結合的政策措施

庫塘濕地的治理是一項長期艱巨的任務,應在良好規劃的基礎上,分階段科學治理??馓戀奈廴靜皇且荒暝斐傻?,其逆向演替也是一個較長的過程,需要花費大量的精力和財力。國際上成果的庫塘治理,均設立了階段的治理目標??馓潦氐鬧衛聿荒芤貨磯?,制定分階段的目標是必要的。

(4)建立涉水政府部門的協調機制

與湖泊濕地的流域管理制度相似,我國涉水的政府部門涉及水利、環保、農業、交通、國土、林業等諸多部門,職能各有分工。WFD要求歐盟成員國指定有能力的主管機構負責執法,實施規劃,安排資金,并且實行問責制。限于我國的具體國情,由一個部門負責水資源水環境的一體化管理,目前恐不具備條件。但是在中央層面上建立涉水政府部門的協調機制,在制定法律、戰略和水資源水環境戰略規劃中發揮協調作用。

(5)流域管理中的公眾參與

公眾參與的意義是多方面的,既可提高公眾的環境意識,也可以利用參與者的知識和經驗完善決策過程,還可以化解矛盾以減少執法中的阻力。不斷擴大公眾的知情權、參與權和監督權是我國和諧社會建設的重要組成部分。我國水資源管理領域的公眾參與工作剛剛起步,諸如灌區用水戶協會制度的全國推廣,小流域參與式管理經驗的推廣等。在全國范圍內邁開公眾參與的第一步,就是發布與水有關的信息,及時、準確地向社會發布水質信息、水污染突發事件信息以及水資源和水環境?;す婊刃畔?。繼續推動相關部門改善政策環境,進一步集中社會各界的智慧,吸引公眾參與水環境?;?。

三、河流濕地水環境污染控制資料匯編

隨著人口的增加和社會經濟的快速發展,我國河流濕地水環境污染和生態退化等問題日益嚴重,最突出的就是水質惡化,以及黑臭,水生態嚴重退化甚至破壞、河流形態幾何化、城市洪澇災害頻發、河流景觀破損嚴重等,已成為河流濕地水污染的重災區。最新的中國環境狀況公報顯示,2015年,長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大流域和浙閩片河流、西北諸河、西南諸河的700個國控斷面中,Ⅰ類水質斷面僅占2.7%,Ⅱ類占38.1%,Ⅲ類占31.3%,Ⅳ類占14.3%,Ⅴ類占4.7%,劣Ⅴ類占8.9%,主要集中在海河、淮河、遼河和黃河流域,主要污染指標為化學需氧量、五日生化需氧量和總磷。我國河流濕地水環境質量狀況不容樂觀。

總體而言,我國河流濕地水環境污染問題主要體現在以下幾個方面:(1)水體污染,氨氮、總氮、總磷嚴重超標;(2)溶氧性低,一些地區的河流水一直處于厭氧狀態,河道凈化能力喪失;(3)堤岸硬質化,城市河流面積減少;(4)河流生態退化甚至破壞,生物多樣性喪失;(5)河流透明度下降,河流景觀較差。

3.1 河流濕地污染源控制

河流濕地水環境污染源亦可分為點源、面源和內源三大類,其中針對河流濕地流域點源和面源污染的控制技術,可部分參照湖泊濕地污染技術的相應內容。根據河流濕地水環境的污染源特征,主要可分為生活污水、工業廢水、農業廢水及雨水4個方面。目前,河流濕地污染控制技術按照其性質可分為化學法、物理法和生物修復法等。

3.1.1 河流濕地化學處理技術

河水化學處理技術包括化學絮凝、化學除藻和重金屬的化學固定等,化學處理法的突出特點在于其見效快、方法簡單,在某些特殊的條件下對受污染嚴重的城市河流運用化學處理法,能夠起到控制和緩解污染的作用。

(1)化學絮凝處理技術

該技術通過投加化學藥劑(一般為混凝劑)去除水體中污染物,從而達到改善水質的目的。近年來,化學絮凝技術在強化城市污水一級處理的效果方面得到了廣泛的研究和應用。隨著水體污染的形勢日趨嚴峻,對嚴重污染的水體如黑臭水體的治理,化學絮凝處理技術的快速和高效也受到人們的重視。絮凝沉淀對于控制污染河流內源磷負荷,特別是河流底泥的磷釋放,有一定的效果。常用藥劑有硫酸亞鐵、氛化亞鐵、硫酸鋁、堿式氯化鋁、明礬、聚丙烯酞胺、聚丙烯酸鈉等。

化學絮凝處理技術應用于污染河水治理一般有兩種。一種是直接將藥劑投加到水體中改善水質,第二種是將河水用泵提升至建于岸邊的構筑物中,投加藥劑使之發生絮凝沉淀,出水回流至河道,從而凈化水體。前者發揮作用快,但有一定局限性,其優點是簡便易行,見效快,費用低。缺點是容易受水體環境(如pH值改變)變化的影響。另外,在選擇絮凝劑時應考慮對水體中的生物有無毒害。第二種應用方式實質上就是污染河水的化學強化一級處理。需要在岸邊適當位置建用于絮凝處理的構筑物,根據污染河流水文情況,還需確定是否建造閘或壩等輔助構筑物,因此工程投資較大。此法處理效果高且穩定,另外,由于化學絮凝沉淀在陸上進行,固液分離后沉淀物被截留處置,因此不會直接對水體產生二次污染。

受污染河流的治理往往需要投入大量費用?;蹌際蹙哂惺視μ烊緩擁浪拔廴疚鋦漢殺浠蟮奶氐?,特別是去除磷與COD污染物的效果更明顯。因此,暫時利用這些納污河道進行人工強化絮凝凈化處理,尤其是枯水期在其上游構筑簡易強化絮凝凈化處理設施,或在下游修建小型強化絮凝處理廠作為水環境污染治理的應急工程,對于緩解由于治理資金嚴重不足而無法開展治理區域性水環境污染的困難局面具有十分重要的意義。

(2)化學除藻技術

與湖泊內源污染處理中相關技術相似,在此僅做簡要說明?;С迨欽攵雜乃逋斗漚涸?,從而實現化學除藻的目的。要求相關技術人員在進行化學除藻工作之前,要對投放的藥物進行長期實驗,在保證其安全性達到國家要求之后,才能投入實際的應用,否則會給城市河流的生態系統造成一定的威脅。

(3)重金屬化學固定技術

重金屬的化學固定是通過投放特定的藥物,將水質中的重金屬元素進行一定的沉淀,從而保證水質的清澈。這種方法較為廉價,實施難度不高,因此被廣泛的應用于實際的城市河流水污染的治理工作之中,并且取得了良好的效果。通過對堿性物質的溶解,能夠提高河水的pH值,從而使河水中的有害物質,固定在河水的底泥之中,方便河流水治理的后續工作。常用的堿性物質有石灰、硅酸鈣爐渣、鋼渣等,施用量的多少,視底泥中重金屬的種類、含最及pH的高低而定,但施用量不應太多,以免對水生生態系統產生不良影響。

3.1.2 河流濕地物理處理技術

主要包括截污分流技術、曝氣復氧技術、底泥疏浚技術和調水引流水質改善技術等。

(1)截污分流技術

截污分流利用了城市的排水系統,通過修建污水截流的基礎設施,從而減少河流濕地水污染的程度,從一定程度上緩解我國日益嚴重的河流濕地水污染現象。利用相關基礎設施,可以達到對污水的凈化處理。當然,截污分流的工作需要水利,市政與城市給排水多個部門的協調配合,才能達到較好的物理治理效果。

(2)曝氣復氧技術

污染嚴重的河道水體由于耗氧量大于水體的自然復氧量,溶解氧很低,甚至處于缺氧或厭氧狀態。向處于缺氧(或厭氧)狀態的河道進行人工充氧的過程稱為河道曝氣復氧,可以增強河道的自凈能力,改善水質、改善或恢復河道的生態環境,有助于加快恢復黑臭狀態的河流恢復到正常的水生態系統。在國內外均得到了廣泛應用。

(3)底泥疏浚技術

與湖泊內源污染控制技術中的環保疏浚技術相似,但對于具體的工藝要求存在明顯區別。河流中的沉積物又稱為底泥,城市河流的底泥由于歷年排放的污染物大量聚集,稱為內污染源。在污染控制達到一定程度后,底泥的污染將會突顯出來,成為與水質變化密切相關的問題。河流底泥中的污染成分較復雜,主要污染物為重金屬和有機污染物等。底泥中的硫和氮含量較高,是河流黑臭的主要原因之一。在河流洪水、蓄洪功能上,底泥疏浚主要體現在河流利用水面變化增加行洪、蓄洪能力。

不同的河流,遭受污染的類型、時間和程度不同,污染底泥的厚度、密度、污染物濃度的垂直分布差別很大,因此在挖除底泥前,應當合理確定挖泥量和挖泥深度此外河流底泥中通?;股び幸恍┧參?,底泥疏浚對生態系統有一定影響。一般不宜將底泥全部挖除或挖得過深,否則可能破壞水生生態系統。河流底泥疏浚通常使用小型挖泥船或水力沖挖等技術手段,對于枯水期斷流的河流可以利用枯水期清淤。

(4)調水引流水質改善技術

貫穿城市的內河河網水系,因為控制結構的限制,使得河流水不能夠連接到外部的水體,造成水處于靜止的狀態,當天氣炎熱的時候,溶解在水中的氧氣濃度就會降低,容易導致水質變壞。通過改進水域水動力條件,提高水體污染物的稀釋能力,增強局部水體的自凈能力,許多城市在水資源利用和部署中,通過跨流域調水工程,解決空間分布不均的問題。調水是河流污染治理的重要輔助措施,通過調水對河網水流進行科學調度,盡量提高水體流動能力,是改善水的一項有效工程措施。其目的是通過水利設施(如閘門、泵站)的調控引入污染河道上游或附近的清潔水源改善下游污染河道水質。調水增大了污染河道的水量,加速河水流動,促進污水的稀釋使河水在河道中的停留時間縮短,污染河水不易在河道中滯留而導致黑臭。同時,調水時河道水動力條件的改善使水體復氧量增加,有利于河道自凈能力的提高。

3.1.3 河流濕地生物處理技術

河流濕地的生物處理技術主要包括生物凈化技術、人工濕地技術、植物進化技術和多自然型河流構建技術等。

(1)生物凈化技術

生物凈化技術是充分利用天然水體自凈的功能,采用人工措施,創造更有利的環境有利于微生物的生長和繁殖,并培養出大量的微生物從而增強水體凈化能力,以提高納污水體氧化降解有機物能力的一種凈化方法。目前國內外最常用的生物凈化技術是生物膜技術與投菌技術。生物凈化技術,其成本低,對環境的影響小,能夠有效降解污染物,是水體污染處理的最佳選擇之一。生物凈化技術及產品的開發,特別是分解菌株的培養也將被篩選到河流水污染控制技術之中,是未來城市水污染防治和治理的發展趨勢。將具有特殊分解能力的菌種添加到河邊,能夠將水體中有毒有害物質分解為無毒無害的物質,從而加速有毒物質的分解、轉化,不僅可以提高河流的凈化能力,而且也實現了河流的生態修復。生物產品的運用將成為人工增氧、底泥疏浚等現有防治技術的有益補充。

(2)人工濕地技術

在湖泊、庫塘濕地中均有相關應用。人工濕地對污染河水的凈化主要有以下幾個途徑:1)通過過濾和截留去除顆粒物;2)通過濕地介質的吸附、絡合、離子交換等作用去除磷和重金屬離子;通過濕地微生物作用,降解有機污染物,去除水中的氮;3)通過植物吸收去除水中的氮磷,富集重金屬。具體技術參數可參照湖泊濕地面源污染控制技術中相關內容。

(3)植物進化技術

河水植物凈化技術主要有浮床植物技術,該技術的核心是將植物種植到水體水面上,利用植物的生長從污染水體中吸收利用大量污染物(主要是氮、磷等營養元素)。世界上第一個生物浮島是德國人于年設計和建造的,此后,在河流、湖泊等的生態恢復和水質改善中得到了廣泛的應用。

(4)多自然型河流構建技術

河流岸線的設計應在確保河道安全的前提下,采取生態系統修復和人工輔助相結合的措施,使城河流在保持河岸生態系統合理的內部結構和良好的生態功能的同時,也能滿足景觀要求。

德國、瑞士在20世紀80年代末提出“親近自然河流”概念和“自然型護岸”技術;日本在20世紀90年代初展開了“創造多自然型河川計劃”,這些構建多自然型河流思路的共同特點是通過河流生態系統的修復,恢復提高河流的自凈能力。多自然型河流構建技術包括生物和物理兩部分。

1)多自然型河流技術中應用的主要生物

多自然型河流構建技術中應用的生物主要是水生植物和水生動物。利用水生植物凈化河水主要是吸收水中的氮、磷。此外,水生植物還能通過減緩水流流速促進顆粒物的沉降。利用植物凈化河水與自然條件下植物發揮凈化河水的作用有不同之處,必須考慮水生植物冬季枯萎死亡后二次污染和凈化能力下降的問題。

2)多自然型河流的物理結構

多自然型河流的物理結構包括多自然型河道物理結構和生態護岸河堤物理結構。多自然型河道物理結構建設的思路是還河流以空間,構造復雜多變的河床、河灘結構。富于變化的河流物理環境有利于形成復雜的河流動植物群落,保持河流生物多樣性。河流物理形態多樣性的構建方法之一是采用植石法和浮石帶法,即將直徑的自然石塊或鋼筋混凝土框架經排列埋入河床,構造出深溝及淺灘。

生態護岸常采用蛇籠護岸、土工材料固土種植基、植被型生態混凝土等幾種結構。它們共同的特點是采用有較強結構強度的材料包彼部分或者全部裸露的河堤或者河岸,這些材料通常做成網狀或者格柵狀,其間填充有可供植物生長的介質,介質上種植植物,利用材料和植物根系的共同作用固化河堤或者河岸的泥土。生態護岸在達到一定強度河岸防護的基礎上,有利于實現河水與河岸的物質交換,有助于實現完整的河流生態系統,削減河流面源污染輸入。

3.2 河流濕地生態恢復

河流濕地水污染的生物修復技術就是利用特定生物對污染河流中污染物的吸收、轉化或降解,達到減緩或最終消除水體污染、恢復水體生態功能的生物措施。

目前已經開發出多種用于河流濕地水污染生物修復的方法及其實施技術,這些方法主要包括土著微生物培養法、投加外來微生物法、和高等生物修復法等,其工程實施主要有原位修復技術、異位修復技術和原位—異位聯合修復技術。生物修復中可利用的生物包括微生物細菌、真菌、原生動物和高等動、植物等多種生物。

3.2.1 微生物修復技術

受污染的環境中有機物除小部分是通過物理、化學作用被稀釋、擴散、揮發及氧化、還原、中和而遷移轉化外,主要是通過微生物的代謝活動將其降解轉化的。根據微生物的來源可將其分為土著微生物、外來微生物和基因工程菌三大類。

(1)土著微生物

微生物的種類多、代謝類型多樣。凡自然界存在的有機物幾乎都能被微生物利用、分解。由于微生物有巨大的變異能力,難降解、甚至是有毒的有機化合物,如殺蟲劑、除草劑、增塑劑、塑料、洗滌劑等,都已陸續地找到了能分解它們的微生物種類。據報道,能夠降解烴類的微生物有70多個屬、200余種,其中細菌約有40個屬??山到饈吞南婦刺嘌躉惴悍植加諭寥?、淡水水域和海洋。

(2)外來微生物

在天然受污染的環境中,當合適的土著微生物生長過慢,代謝活性不高、或者由于污染物毒性過高造成微生物數量反而下降時,可人為地投加一些適宜該污染物降解的高效菌如光合細菌,對有機物有很強的降解轉化能力。同時對硫、氮素的轉化也起了很大的作用。

目前用于生物修復的高效降解菌大多系多種微生物混合而成的復合菌群,如美國生物實驗室研制的ACF32菌,其細菌主要為硫桿菌屬紫色細菌,含有好氧菌,厭氧菌及兼性菌,再生繁殖極快,,能夠在有氧和無氧條件下靈活地處理污水中的各種有機物,是用于處理工業、農業和生活中的有機廢水的污水處理劑。美國CBS公司開發的復合菌制劑,內含光合細菌、酵母菌、乳酸菌、放線菌、硝化菌等多種微生物,對水體的COD、氨氮、總磷,及底泥的有機質均有一定的降解轉化效果。目前,我國已有一定數量的公司開始生產復合菌制劑,并投入市場使用。

(3)基因工程菌

70年代以來,采用基因工程技術,將降解性質粒轉移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌體內定向地構建高效降解難降解污染物的工程菌面世??蒲Ъ頤嵌閱承┗蜆こ嘆目疾斐醪階芙岢鲆韻錄父齬鄣悖夯蜆こ嘆宰勻喚緄奈⑸錆透叩壬鋝還鉤捎瀉Φ耐?,基因工程菌有一定的壽命,基因工程菌進入凈化系統之后,需要一段適應期,但比土著種的馴化期要短得多?;蜆こ嘆到馕廴疚錒δ芟陸凳?,可以重新接種目標污染物可能大量殺死土著菌,而基因工程菌卻容易適應生存,發揮功能。當然,對基因工程菌的安全有效性的研究還有待深入。

3.2.2 藻類及微型動物修復技術

著生藻類和浮游藻類生長過程中都有凈化水質作用。著生藻類和附著生物已成為許多河流水質凈化的主體,是目前進行河流水質凈化的熱點之一。

螺、蚌等底棲動物可過濾懸浮質,攝食生物碎屑,其分泌物有絮凝作用,螺有刮食著生藻類功能,蝦和部分魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動物。浮游動物、游泳動物和底棲動物,它們以水體中的游離細菌、浮游藻類、有機碎屑等為食,可以有效減少水體中的懸浮物,提高水體的透明度。通過定期對游泳動物和底棲動物進行打撈,可以防止其過量繁殖造成的內源污染,同時也將已轉化成生物有機體的有機質和氮磷等營養鹽從水體中徹底輸出。這些動物作為健康水生態系統的補充組成,也有重要作用。

3.2.3 植物修復技術

對于河流自然恢復應采取生態化措施,主要是通過恢復河岸植被、恢復天然濕地,在河岸種植蘆葦、浮萍、睡蓮、水生植物和其他濕地植物,以提高水體的凈化能力。種植水生植物的河流水,一方面能夠通過植物的根系的吸收,從而降低和遏制富營養化趨勢;另一方面通過種植水生植物,可以也起到美化水體環境,提高景觀的效果。

(1)挺水植物。

常用的挺水植物有蘆葦、蘆竹、水蔥、燈心草、香蒲、藨草、莎草、傘草、苔草、水生美人蕉、富貴竹、茭白等。藨草對生活污水、農業廢水或其他有機污染廢水有很好處理效果。蘆葦床處理系統是一種人工種植蘆葦的濕地污水處理工藝。利用蘆葦根系發達和優越的水土氣交換能力,污染物與其莖部接觸產生沉淀作用,蘆葦的根部與莖部可吸收某些污染物,附著在莖部上的微生物可對污染物產生吸附分解作用,使污水流經種有蘆葦的土壤或沙礫床而產生自然凈化。蘆葦對SS、COD和BOD具有較強的作用,但對氮、磷的去除能力較弱,需要其它水生植物的聯合作用。如蘆葦與茭白混種,蘆葦的輸氧能力較強,茭白對氮、磷有很強的去除作用。在具體運用中通常采用:污水→沉淀→人工濕地→生態塘。

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圖3.2-1 植物修復示意圖

北京水利科學研究所曾進行蘆葦塘凈化污水的小區試驗,其去除率分別為BOD5 55.6%、COD 53.9%、NH3-N 50.6%、SS 59.1%、TP 59.2%。人工蘆葦床建設成本低,處理效果穩定,但冬天處理效果會受到影響。

(2)浮葉植物。

常用的浮葉植物的有鳳眼蓮、睡蓮、慈姑、浮萍、菱角等。浮葉植物在淺水水體中有良好的凈化水質效果,種植和收獲較容易,在一定季節可以作為重要的支撐系統,但需要及時收獲。有些飄浮植物和浮體陸生植物(加上浮力支撐后可水培的植物)是很好的觀賞和食用植物,可在一定條件下組合應用,既有凈化水質作用,又有經濟效益、環境效益和觀賞效益。

(3)沉水植物。

伊樂藻、黑藻、苦草、金魚藻、睡蓮等水生植物,可吸收和轉化底泥中的營養物質,增加生物多樣性。在低溫季節,這些植物對TN、TP和硝態氮仍有較好的吸收效果??狗繢私喜畹囊晾衷?、黑藻,偏好泥質型底泥??狗繢私蝦玫撓興胱春蒼?、馬來眼子菜、菹草。弱光植物苦草、菹草適宜在透明度較低的水體中。菹草偏好沙泥型底泥。在有機質含量較高的底質情況下,伊樂藻、穗狀狐尾藻可作為沉水植物恢復的先鋒種。鑲嵌植物群落組合(由浮水、浮葉、沉水植物優勢種的斑塊構成)可使藻類的生物量下降57.7%。用覆膜、塑料袋或改變生態位能使喜旱蓮子草安全越冬,并對總氮、氨氮和葉綠素a的去除效果較好。

(4)CBS水體修復技術

集中式生物系統(CBS)水體修復技術被認定為生物工程領域的高新技術,并在國內實施完成了多個項目。CBS水體修復技術可除臭去黑,去除碳、氮、磷等有機物、硝化底泥、降解H2S,NH3以及其他化學有害物質;同時可能鎖定諸如Hg2+,Cr3+,Cu2+,Pb2+等重金屬離子,降低重金屬污染;喚醒水體中的有益微生物,凈化水體中的有機物,形成水體的生物鏈,維護生態平衡,?;ど肪?。

通過生態修復能夠在一定程度上回復城市周邊的河流生態系統的循環能力,從而達到自凈化的目的。生態修復技術是如今學術界最為提倡的一種技術,因此受到了各個部門的關注。生態修復技術運用生態系統修復與人工輔助結合的方式,提高城市周邊河流生態系統的自修復能力,從而提高城市的環境建設,給我國的城市化發展提供了一種可能。生態修復技術對相關技術人員的生態學知識提出了較高的要求,在相關工作人員開展生態修復工作之前,要求相關工作人員對城市周邊河流的生態系統有一定的認識,從而保證環境多樣化的前期下,開展河流水污染的防治工作,通過相關苗木的選擇,能夠固化城市周邊的土壤,提高城市的抗腐蝕能力,從而保證不發生水土流失的狀況,優化我國城市化的資源配置工作。

3.3 河流濕地環境管理

河流濕地一方面具有自然屬性,主要包括自然(生態)功能,其演變遵循一定規律,另一方面具有社會屬性,即社會(服務)功能,主要表現為人類社會通過開發利用河流的各種資源來發展社會、經濟、文化等。古今中外大量的河流開發利用、治理與?;さ氖導礱?,河流的生態功能與服務功能是矛盾的對立統一體,過分開發利用河流的服務功能,會損害河流的生態功能,甚至導致河流生態系統的崩潰而成為“死河”,過分強調河流的生態功能會影響服務功能的正常發揮,不利于經濟社會與人類文明的發展,因此二者只有協調一致才能維持河流的永續利用。

人們通常以單一部門或從單一要素對河流進行管理,行政干預常常是解決水問題沖突的主要手段。但是,這種管理方式已經越來越不適應現代社會經濟發展的需要,僅僅依靠單一部門或采取單一措施進行治理,只能是事倍功半。

3.3.1 管理問題分析

河流管理是一項復雜的系統工程,涉及到水利、農業、交通、環保等多個部門,而且關系到河流動力學、河床演變、河湖整治、工程泥沙、水文學、河流生態學、河流地貌學、環境科學、社會學與管理學等諸多學科。這些均增加了河道管理的難度與復雜性。

多年來,我國的河流管理亦呈現多部門、多行業管理的“九龍治水”現象,但因各部門、各行業的利益訴求不一樣,統籌起來十分困難。目前河流管理主要依據已有國家、地方的法律法規來進行,但針對不同河流及流域而言,有其特殊性,已有法律、法規仍難以滿足全國不同河流管理的現實需求。

(1)管理責任機制不完善

在我國河道管理工作中,相關的明確規定,相關工作開展應該由多個部門共同管理,形成了職能交叉,但是由于各個部門之間的配合不夠默契,導致責任不能得落實,影響了相關工作的開展。有的部門存在管理機構分工不明確、職責模糊和管理機制不到位的問題,由于不具備完善的責任機制,導致不能落實到人,并且相關的管理機制不能有效銜接。

(2)管理力度不到位

我國河道治理著重河道建設,輕視河道管理,制定的管理制度比較粗放。相關負責人對自身所負有的責任不明確,造成在河道發展中只注重建設,而對已有河道的管理工作卻很輕視,在工程建設及工程管理上產生很大差距。管理人員沒有強制處罰的權力,管理困難,即使水務部門發現有占用河道或在水利工程周邊違規搞開發建設等行為,也會因權限問題,難以履行職責。對破壞河道等,處罰力度不夠。對河道?;し矯嫻男逃Χ炔還?,廣大群眾對有關法律法規缺乏應有的了解,給行政執法帶來一定的難度。

(3)法律意識淡薄,執法力度不強

部分河道內存在的設障和違背相關的規章制度的現象較多,有一些地區沿河的居民或企業隨意向河道內傾倒固體垃圾,造成河道堵塞,加重了河水的污染。同時,一些企業未經批準,隨意向河道內大量偷排未經處理的污水,嚴重影響了河道的水環境。另外,群眾到管理人員的管理意識薄弱,向水體排放生活污水、投放生活垃圾等,使得河道污濁不堪,不僅對水體以及生態環境造成了嚴重破壞,還容易產生一些難聞的味道,誘發各種疾病。相關部門雖然制定了一些相關的措施,對此種現象進行管理,但是由于其自身的環保意識較為薄弱,導致工作開展被動,阻力較大,使得河道臟亂差等現象更加嚴重。

(4)管理資金不充足

政府財政資金是河道的管理經費的主要來源,因為資金下達具有一定的額度限制,這使得相關的治理工程不能根據實際的資金幅度進行河道管理,因而下達的資金只能作為輔助資金來使用。河道管理資金不足現象嚴重。

(5)缺乏河道信息采集和共享制度

隨著城市化進程步伐的加快,許多地區的水系發生了較大幅度調整,然而,由于部分河道管理部門信息采集滯后,掌握的河道信息與現狀脫節。隨著信息化技術的發展,電子技術日益普及,需建立市、區、鎮三級河道管理部門信息的共享制度。

3.3.2 管理目標理念

河流管理首先應對河流本身的屬性與功能進行認識。河流的社會功能主要有:日常水資源消費、水環境衛生、農業與工業供水、航運、發電以及景觀、文化、娛樂休閑載體等,一直在被人類不斷地開發利用著;其自然功能則是承載著河流生態系統,這一概念是20世紀60年代人們才逐漸認識到的,并在80年代時開始進行河流生態?;?,于90年代提出了河流健康生態概念,目前正在不斷完善其評估框架和方法,提出修復與恢復對策。

從工程哲學的角度來看,河流管理應逐漸重視河流的自然功能,并期望維持河流健康,實際是從“人類中心主義”到“生態整體主義”的有益轉變。生態整體主義認為,人與河流是一個統一的整體,它們是相互作用、同構共生、協調發展的關系,人類不僅要利用河流生態對人的價值,還應當尊重河流生態自身的價值。因此,“維系河流健康、促進人水和諧”這一河流管理最高目標也就順理成章了。為達到這一目標,在國內外的先進河流管理實踐中體現出的管理理念可歸納如下。

(1)整體性。也稱為一體化,有兩層涵義:①流域整體性,即河流的資源開發及洪水管理,要著眼于流域單元;②河流系統整體性,即將河流生態系統考慮,按照生態學思想和進化論進行管理,協調、控制方向或人類活動,平衡長期和短期目標,維持生態系統產品、功能和社會需求的多樣性等。

(2)適應性。也稱為動態管理,亦有兩層涵義:①對不同的河流應用的管理模式和目標,可按照河流地貌特征、開發利用程度、生態系統現狀等進行分類管理,實行修復或恢復;②對同一條河流的不同階段應用不同的管理模式,依據以往的經驗教訓和新的條件不斷對管理方案加以調整。

(3)可持續??沙中譴恿饔蛘逍哉飧隹占涓拍鉅瓿齙囊桓鍪奔淅砟?,即河流管理要著眼長遠,使資源利用可持續、生態系統可持續、社會經濟與河流倫理可持續。

(4)參與性。河流管理往往涉及多個方面,需要滿足不同部門對河流管理的多方面需求,強化公眾參與和協作,河流管理工作中需尊重流域內居民的參與權,充分反映居民的要求,調動公眾?;ず恿韉幕?,為廣大居民創造良好、安全的河流生態環境,將河流環境視為公眾舒適性的體現。河流管理即以河流管理理念采取措施來發揮河流的功能,實現河流管理目標。其主要內容包括:水量管理、水質管理、河岸帶管理和河道管理,各方面既有傳統內容也都面臨新的挑戰。其中,水量管理除了供水、發電、航運要求外,生態需水量的評估和調配是當前的工作前沿;水質管理則面臨從末端治理向源頭控制的轉型階段;河岸帶管理則因為涉及國土、交通、農業、水利等多部門,目前亟需加強統一管理,以保證這一河流與陸地緩沖帶的自然功能;河道管理在保證防洪安全的前提下,更加注重河流再造過程中的航運與岸線開發利用等科學論證與河道生態修復與?;?。

河流管理主要內容包括:充分發揮流域綜合規劃及專項規劃的指導作用,依法依規進行河流管理;充分利用河流水系中的水工程措施與非工程措施,統籌防洪、生態、水資源利用、發電、航運等進行綜合調度;加強河道開發利用、采砂與生態環境?;さ墓芾?;組織推進防洪工程與河(航)道整治工程建設并強化運行維護與管理;及時組織防洪工程運行風險評估、河流生態與環境評估、人類活動干擾與自然條件變化對河流系統演變影響評估等。

“十八大”報告提出“尊重自然、順應自然、?;ぷ勻壞納拿骼砟?rdquo;,全新詮釋了生態文明的內涵,同樣,水生態文明理念提倡的是人與自然和諧相處的。新時期河流管理總體要求就是堅持人類社會、經濟、文化與河流自然、生態與環境的和諧可持續發展,解決由于人口增加和經濟社會高速發展出現的洪澇災害、干旱缺水、水土流失和水污染等水問題,使人類與河流的關系達到一個和諧的狀態,使寶貴有限的河流資源為經濟社會可持續發展提供永續的支撐。

然而,河流管理要達到生態文明建設的相關要求也不是一蹴而就的,從“維系河流健康、促進人水和諧”這一河流管理最高目標來看,不同的河流有著不同自然功能和社會功能要求,在制定具體的治理目標時不能一概而論,而應該根據以自然功能為主、自然功能與社會功能兼顧以及以社會功能為主,進行分類劃分。從管理理念上強調整體性、適應性、可持續和參與性,并需有理念、政策和機制上整體協調,從河段到河流、再到流域整體,各項相關管理政策和機制均要有在保證多部門和公眾參與的基礎上,滿足適應性和可持續發展要求。從河流管理內容來看,目前的發展趨勢是河流管理的區域有所加大,從河道至河岸帶、從河流至流域;河流管理的對象要素在增加,從水量、防洪擴展到水環境、水生態;河流管理的措施從單一走向多樣化,從單一的工程措施,走向多工程聯合調度以及源頭控制、條例制定等非工程措施。因此,在面臨在不同河流、不同階段、不同的治理目標, 考慮更多要素,需要靈活采取適應性的管理模式進行河流管理,以達到階段目標和終極目標的有機統一。

3.3.3 管理對策建議

我國十幾年的大規模水污染治理,難以改變流域水污染的嚴峻形勢,流域水污染已成為可持續發展的嚴重威脅,而目前的流域水污染治理模式卻難以有效地解決,必須通過創新流域水污染治理模式,突破“久治不愈”的水污染治理瓶頸。在流域治理過程中,重污染河流濕地水質的改善,是治理能否成功的關鍵,也是重點和難點。

(1)創新監督機制,強化政府責任

1)人大常委會有力督辦

組織一次人大代表視察污染整治現場,召開整治工作協調會,還定期不定期開展調研、暗訪、檢查,走出了一條“人大監督、部門協同、科學謀劃、聯防聯治、綜合治污、精細管理”的流域治理新路子。在人大監督下,推進各級政府對重污染河涌治理掛牌重點督辦。

2)社會各界廣泛監督

做好水質信息公開。每季度發布重點河流月度水質狀況,邀請媒體曝光環境違法行為,因勢利導傳播環保“正能量”,形成河涌整治社會氛圍。

健全社會監督機制。充分發揮人大代表、政協委員和新聞媒體監督作用,鼓勵公眾檢舉、揭發、曝光環境違法行為,推行環境違法行為有獎舉報制度或線人舉報制度。

實施信用評價制度。實施國控重點污染源環境?;ば龐霉芾?,每年評價一次,評價指標包括廢水排放、水污染物排放總量等,評價結果分為環保誠信(綠牌)、環保警示(黃牌)及環保嚴管(紅牌)并通過環境?;す諭讓教騫?。此外,每季度公布環境違法企業“黑名單”,紅牌企業直接納入“黑名單”。

(2)創新監管機制,建立長效制度

1)強化污染源監管

嚴格實施排污申報和許可證制度,對超總量、超標排污企業依法吊銷排污許可證,按照“一企一檔”原則建立重點污染源動態監管檔案;加強污染源在線監控系統建設,推進國控、省控重點污染源及重金屬特征污染物在線監控建設;加大重點流域重點污染源現場巡查力度和監測頻次,一月一巡查;定期開展環保專項行動,按“兩高”司法解釋嚴厲打擊、從重查處治污設施不正常運行、偷排超標排放、未批先建、違反“三同時”制度等違法行為。

2)完善環境執法機制

健全流域聯合執法機制,定期開展聯合執法和交叉執法檢查行動,加大交接區域和插花地污染監管和檢查力度,加強環保與其他部門的執法聯動和信息共享,健全環境違法違紀案件查處協作機制;完善環保執法后督察機制,推動違法企業及時有效落實整改措施。建立流域環境監察協作、部門聯合執法、邊界聯動執法和環境應急聯動機制, 完善定期協調會商、信息互通共享、水質聯合監測等制度。

3)建立區域聯動機制

積極探索跨省水環境?;ず獻饜巒揪?,實現跨界水站上下游共同建設、共同運行、數據共享。建立聯防聯治機制,共同解決區域突出環境問題,逐步建立“部門監管、企業自律、社會監督”相結合的污染源長效監管機制。

(3)創新治理機制,改進整治思路

1)科學綜合整治

堅持從區域流域整體出發,實施水污染綜合系統防治,強化科學治水。堅持“水系入手、截污為先、方式多樣、河道整治、適度美化、綜合治理”的原則,創新整治思路。從單純水污染控制向水環境整體優化轉變,營造水環境安全、水生態優美、水空間宜人的水生態系統, 滿足城市發展和市民對水更高層次的要求;從重建設向建設管理并重轉變,深入推進精細化治污,完善“監測、監察、監督”聯動平臺;從單純政府投入向全社會共同參與和市場化轉變,堅持污染整治與城市改造升級結合,推廣“水污染治理+環境整治+生態修復+土地整備+建設開發”的整治模式,運用市場經濟手段,大力推進水污染整治市場化改革。

2)精細化管理

按照“流域-控制區-控制單元”三級分區體系推行水環境精細化管理,分區域、小單元治污,細化治理方案,做到 “一河一策”。

3)以園區建設推進整治

對電鍍、印染、皮革等重污染行業企業“入園一批、關停一批”,加速產業轉型升級及園區建設,集中建設、集中治污、集中管理。對逾期未建污水處理設施或污水處理不達標的園區,一律暫停審批園區內的新、擴、改建設項目。

4)創新整治考核機制

推行“河長制”、“段長制”及第三方評估。由各地政府主要負責人擔任“河長”,負責水污染防治和生態?;?。制定河長”考核獎懲辦法,將重污染流域治理主要目標、任務納入“河長”政績考核,并向社會公布考核結果,對一年考核不合格的“河長”約談;連續兩年考核不合格通報批評;連續三年考核不合格一票否決,兩年內不得提拔;對一年考核優秀的“河長”通報表揚,連續三年考核優秀予以獎勵,并報組織部門作為提拔參考。

5)拓寬治理資金渠道

積極爭取中央財政支持,設立河流濕地治理專項基金,用于污水處理廠網、人工濕地和鎮污水生態處理池建設。實施有利于水環境?;さ木謎?,深化“以獎促治”、“以獎代補”、“以獎促減”等政策,發揮財政資金引導和帶動作用,同時發揮融資平臺作用,引進社會力量參與建設,鼓勵社會資金、港澳臺及國外資金投入水環境?;?。推進水污染防治領域政府和社會資本合作(PPP),鼓勵和引導社會資本參與水污染防治項目建設和運營,加快水污染防治工作。

6)強化風險與生態管理

以國家水體污染控制與治理科技重大專項等研究成果為依托,開拓創新,堅持“達標管理”與“風險管理”并重,“水質管理”與“水生態管理”并舉,創新流域水環境綜合管理機制。提出水質風險識別、控制和綜合管理的水環境?;ご蔥倫托戮俅?。

(4)健全淘汰機制,嚴格環保準入

1)嚴把環保準入關

全面推進規劃環評,對未組織環評的規劃所列項目不予受理;嚴格建設項目主要污染物排放總量前置審核制度,實行控制單元內污染物排放“等量置換”或“減量置換”;供水通道和水質超標的控制單元禁止接納其他區域轉移的污染物排放總量指標,鼓勵向環境容量充裕的非敏感河流轉移總量指標;對不符合產業政策要求、未取得總量指標、排放不達標的建設項目,一律不予審批環評文件。

2)嚴格區域項目限批

對未實現總量控制目標、水質達不到功能區目標要求、發生重大污染事件的區域實施限批。對交接斷面不達標的區域實施限批,嚴控重污染項目建設,并實行環評責任追究制度,嚴禁違規和越權審批。

3)實行更嚴格的排放標準

推動企業轉型升級,針對重點流域、重點行業制定更嚴格的地方標準。

4)健全落后產能淘汰機制

建立以水污染排放總量控制為重要依據的產業準入和落后產能退出機制;制訂關閉、淘汰重污染企業名錄;依法實行強制性清潔生產審核,對污染物排放超標超總量的企業及使用有毒、有害原料或排放有毒、有害物質的企業,強制清潔生產審核,督促重污染企業綠色升級改造。大力推進造紙、紡織印染、制革、電鍍、化工等重污染行業及高水耗、高污染、低產出等落后產能的淘汰,綜合運用價格、環保、土地、市場準入、安全生產等手段加快落后產能淘汰。

3.4 實踐案例分析

分別對國內外的河流濕地水環境污染控制實踐案例進行整理,選取昆明市海河濕地水環境治理和國外6條河流為典型案例進行實踐經驗分析。

3.4.1 國內案例分析

海河起點為東白沙河水庫,在福保文化城入滇池,是昆明市東片區和東南片區主要防洪河道,總長度16.92公里,徑流面積46.2平方公里,其中涉及盤龍區0.66公里。海河作為滇池治理要求達標的16條主要入滇河道之一,因連續多年水質未達標,水體呈黑臭,嚴重影響滇池水質,2016年2月被住建部、環保部列入云南省12條城市黑臭水體河道。

3.4.1.1 河流主要問題診斷

基于海河歷年水環境變化及現狀分析,得出海河目前存在的主要環境問題如下:

(1)沿河各項整治工程未完成

海河水環境整治工程于2009年開工,當年底工程完成,同步建成了沿河截污管道,已運行5年。工程建成后截污系統發揮了全線截污功能,河道水質一度明顯好轉。但近年海河排口有大量污水直排入主河道,水量約2000~4000m3/d。對下游河道的污染及其嚴重,并持續至今。近年海河周邊建成了大規模建材市場,是造成污水量劇增的直接原因。

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圖3.4-1 海河污水直排情況

(2)管網重建輕管、維護不到位、功能發輝不足

1)海河沿線于2014年已經建成單側截污污水管道并接入廣福路污水干管,主要解決當時兩岸村民和少量作坊排水需要。

2)目前海河下游的廣福路、洱季路均有現狀管線,海河排水最終可以進入第六污水處理廠處理。因此,對于海河沿線來說,排污、處理系統均完備,問題在于管道不通暢。

3)調查期間廣福路污水干管海河東側、昌宏路西側檢查井水位均較高且水流基本靜止,而洱季路西側水位開始下降且流動劇烈,以后洱季路污水廠北側檢查井水位均較低,此現象初步證明廣福路干管洱季路以西管段或老海河沿線管道存在堵塞,致排水不暢。需要進一步進行地下管網調查和疏通。

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圖3.4-2 海河排污系統關聯設施分析圖

(3)沿線重點工程建設對沿河管網造成破壞

南連接線工程建設造成河道原管網損壞,雖修復但出現排水不暢溢流問題;飛虎大道建設破壞了海河管網至今未修復。

(4)截污不徹底,存在部分污染源點,點包括:

1)東白沙河水庫上游支次溝渠污水進入水庫導致水質較差(水質為劣Ⅴ類水);

2)東三環路部分污水經排洪管道進入海河;

3)軌道6號線二期施工產生的部分泥漿水進入海河;

4)鐵路樞紐改造工程施工產生部分泥漿水經溴水河進入海河;

5)鐵路貨場段片區污水排入海河;

6)海河沿線村莊、市場、以及昌宏路部份市場污水進入海河,流量較大;

7)六甲片區村莊部分污水溢流排入海河。

(5)滇池水位頂托,交叉污染形成黑臭水體

海河下段地勢相對較低,滇池水位正常狀態頂托至廣福路以上海河交叉口段,水體基本靜止不動,嚴重影響海河水質,致使該段形成黑臭水體問題。

(6)海河存在內源污染的問題

海河下段2010年完工后,至今未進行過清淤,加之滇池水頂托,水體靜止不動,河體存在內源污染的問題。經初步勘測,海河沿程泥厚從0~1.45m不等,平均泥厚約為0.8m,河道平均寬度15.5m。

海河底泥中總有機質含量平均值為7.15%,范圍為0.22%~10.88%;海河底泥總氮含量平均值為3330.38 mg/kg,范圍為1210 mg/kg~4967 mg/kg;海河底泥中總磷平均含量為566.80 mg/kg,范圍為81.64 mg/kg~828.02 mg/kg,表明海河內源污染十分嚴重。

(7)片區污水處理能力有限,系統性的問題需要解決

目前,二廠、六廠、七廠、八廠、十一廠、十二廠、呈貢洛龍河水質凈化廠還未能實現統籌聯動運行調配。

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圖3.4-3 海河沿線河道現狀圖

3.4.1.2 治理方案設計

根據《滇池流域水污染防治“十三五”規劃(2016-2020年)》和《官渡區水環境綜合治理“十三五”規劃》要求,堅持“突出重點、分段實施”的方針,加大以海河為重點的黑臭水體污染治理力度,消除黑臭水體,通過實施河道截污、底泥清淤、生態修復等措施全面提升入湖河流水質的目標。重點開展海河水環境綜合整治,加快推進海河(上段)水環境綜合整治工程和海河(廣福路下段)防洪綜合整治工程,盡快消除黑臭,改善水質的工作要求。本項目在海河流域自然環境、社會環境、相關規劃、水質、底質及河流水系歷史資料收集的基礎上、通過河道斷面勘測、主要問題診斷,并結合底質、水質和水生態系統現狀調查,通過環保清淤、底泥安全處置與資源化利用、余水處理處置、生態補水及生態修復等工程技術比選,按照環保清淤—生態補水—生態修復的總體思路,通過實施環保清淤工程、生態補水工程和河道生態修復工程,最終實現消除海河黑臭水體的總體目標。海河治理的總體設計的技術路線如下:

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圖3.4-4 項目的技術路線圖

總體目標為清除污染底泥,削減內源污染負荷;構建沉水植被系統,初步構建水體健康的生態系統。

3.4.1.3 底泥環保清淤工程

(1)清淤工藝流程

采用水力沖挖施工技術,其基本工作原理是模擬水流沖刷現象,借助水力切割的作用來完成挖土,利用泥漿攜砂的原理完成運土的土方工程施工作業。離心泵自供水源抽取水后,水流由高壓泵產生壓力,通過水槍噴嘴射出一股密集的高壓、高速柱狀水流,對需要開挖的土體進行切割、粉碎,使之濕化、崩解,混合液經排水溝匯流入集漿坑內,再由泥漿泵經輸泥管道輸送至棄土區域進行處理,從而完成土方工程挖、裝、運、卸、填的各道施工工序。其基本作業流程如下圖所示。

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圖3.4-5 水力沖挖工藝流程圖

水力沖挖機組施工、管道送土,沒有耕地、植被踏廢問題,有利?;ぱ睪又脖?,還可利用送土較遠的特點,平整廢溝、浜塘和低洼地。水力沖挖機組施工可直接接駁電箱,動力輸送,無燃油尾氣排放,減少環境污染,利于生態平衡;可以完成遠距離棄土和淤泥、流沙等軟土的輸送,解決流沙、淤泥開挖的技術難題,施工中不產生揚塵等污染物,有利于環境?;?。

(2)清淤方案設計

本工程設計三個堆場,根據底泥離堆場距離,以近吹近,以遠吹遠的原則,確定B、C、D三個清淤分區,其總長為9.21km。

海河上游來水主要有污水處理廠尾水排放、支渠匯入、污水口排放、水庫調控來水等。污水處理廠日排水量約為5000 m3;支渠每天匯入量約為3000 m3;河道兩岸分布約22個排水口,5個有水流排入河道,每天匯入量約為1000 m3;河道上游東白沙水庫調控,每天來水量約為2000 m3,總計每天上游來水11000 m3。由于海河上游來水量較大,本項目建議施工時按照堆泥場位置分段規劃、施工。

當前海河兩岸可用淤泥處置場地有三個,按照堆場堆存方量、河道需開挖工程量及施工方式進行規劃,將河道自上游至下游分為4個區塊,其中A區進行河道清表,B、C、D區進行河道清淤,分區見圖3.4-6。

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圖3.4-6 清淤分區平面布置示意圖

(3)清淤方案

水力沖挖施工工序主要為:河道清表→分段修筑圍堰→施工排水→河道清淤→管道輸送。

1)河道清表。海河河道邊坡、河底存在大量水生植物和生活垃圾,易造成泥漿泵堵塞,降低施工效率,需要人工進行清除。

2)修筑圍堰。在河道疏挖區域的施工段之間修筑圍堰,以便于水力沖挖施工。

3)施工排水。施工前將河道各施工段圍堰構筑后,采用離心泵排出河道內積水。

4)水力沖挖。水力沖挖采用高壓泵配合高壓水槍將淤泥破碎成泥漿,匯集到泥漿池的泥漿泵,通過排泥管道和接力泵輸送到土工管袋內(中間經過調理劑制備設備加入調理劑并充分混合)。

(4)污染底泥輸送

本次工程的污染底泥是通過采用泥漿泵吸泥、排泥一次完成,并采用管道輸送至處理區域。實現排壓不足時,在管線中加接接力泵站。因此,需在疏挖區及棄土處理區間鋪設輸送管道。

管線組成:疏挖區內采用陸管,其余段場地允許時采用陸地管。陸上鋪管工作難度大時,管線可沿河道進行鋪設。

經由水力沖挖機組疏挖的污染底泥,匯集于泵站處,由接力泵通過管道排放至處理場地。清淤底泥的輸送管線主要由兩種形式組成,泥漿泵使用管線全部為軟管,接力泵站至棄土處理廠所用管線為鋼管。

3.4.1.4 底泥處置工程

(1)底泥處置技術

綜合考慮本項目實際情況,采用土工管袋脫水固化工藝。

土工管袋是一種由高強土工織物制成的大型管袋及包裹體,其直徑可根據需要變化,實際應用中最大已超過10m,長度可達數十米。土工管袋最初用于沿海工程中,近幾年逐漸被用于江河湖海淤泥脫水處理,這種技術是在水下疏挖的過程中將高分子調理劑按一定比例劑量的溶液投入到淤泥泥漿,打入到管袋通過底泥自身重力作用和袋體材料本身的濾水作用,實現泥漿的脫水,以達到減少污泥體積的效果。

(2)污染底泥處置方案

土工管袋固化工藝主要包括清淤系統、調理系統、土工管袋吹填系統,工藝流程圖如下。

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圖3.4-7 土工管袋工藝流程圖

1)清淤系統。采用泥漿泵水力疏挖進行河道底泥疏挖,通過封閉管道將清淤泥漿輸送至土工管袋。

2)調理系統。主要由調理劑制備間、輸送泵等組成。用于制備泥漿調理劑,并通過計量裝置輸送到清淤管道中,與清淤泥漿進行混合,完成泥漿調理。

3)土工管袋吹填系統。吹填前期需要進行場地平整,防止尖銳物體刺破土工管袋;堆填骨料多使用平滑且有較大間隙的物體,如鵝卵石等,為土工管袋底部排水創造條件;管袋鋪設并固定完成即可進行吹填;一般情況下,多個土工管袋同時進行吹填,以匹配清淤設備的生產能力,防止管袋爆破。如需要多層吹填,需在上一層土工管袋吹填完成并達到穩定后,按照相同流程施工。

(3)堆場選擇

根據選址原則,經過對海河兩岸周邊反復踏勘和調查,選定三個堆場。

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圖3.4-8 堆場平面位置示意圖

堆場1:面積2.2萬㎡,位于巫家壩機場南側草坪。

堆場2:面積1.1萬㎡,位于寶華寺上游400m處,海河東側,小板橋社區。

堆場3:面積1.35萬㎡,位于海河與環湖東路東北方向拆遷區,海河東側,原張家村。

(4)脫水土外運

土工管袋脫水土可按要求資源化利用,用于綠化、回填等。底泥經土工管袋處置脫水后,需晾曬3個月進一步干化,3個月以后運輸至指定地點利用。

底泥經土工管袋脫水,并晾曬3個月后,自然淤泥與產生脫水土的體積比約為1.8:1,即1.8方自然淤泥經土工管袋脫水后形成1方脫水土。海河清淤工程量112309 m3,能夠產生脫水土62394 m3。

(5)底泥資源化利用

疏挖底泥性質決定了底泥的處置利用方法,海河河底淤泥多是生活污染源,富含有機質,重金屬監測指標合格,干化后可用于復耕或者道路綠化土壤。

3.4.1.5 海河生態補水工程

補水水源主要來自海河西側的枧槽河。

(1)枧槽河及水量概況

枧槽河起于寶海公園后門,清水河與海明河匯合處,止于張家廟大清河交匯口,河道全長5.8 公里。流經關上、小板橋、六甲三個街道辦事處的雙橋村、日新村、向化村,在六甲張家廟匯入大清河流入滇池?;闥婊?.63 平方公里。原河道為主要城市納污河,2006年進行了綜合整治后,拓寬為16~20 米,過水流量每秒50 立方米。枧槽河常流量主要是來自昆明第十污水處理廠尾水,是向海河的補水的主要水源,常流量為10萬m3/d。

補水的選水點取在枧槽河下游靠近大清河匯入口,流程末端,向海河補水并不影響枧槽河的生態水流量。同時,由于大清河與枧槽河交叉口附近有昆明第二污水處理廠尾水(10萬m3/d)補水,在枧槽河末端取水對大清河下游的影響也較小。

(2)海河水量概況

雨季海河流域同樣雨季降雨集中,歷時短,降雨后一段時間內河道中斷和上段均處于無水狀態,旱季基本無有效降雨水。

旱季主要的水源為第十一污水處理廠尾水、東白沙河水庫補水,第十一污水處理廠由于剛建成,目前尾水僅為0.5萬m3/d左右,東白沙河水庫庫容較小,隨著周邊的快速發展,除去水庫自身的生態及景觀用水外,可控制和調節使用的水量很小。因此,海河常流水量僅為第十一污水處理廠尾水,流量為0.5萬m3/d,補水點為虹橋路東三環虹橋立交南側。

(3)補水水量及水量平衡

海河下段補水水量主要來自上游第九污廠尾水和枧槽河中第十污廠尾水,其中枧槽河取水規模按照7.5萬m3/d考慮。加上海河上游污水廠來水,海河補水總量為8.0萬m3/d。

生態補水工程由泵站建成后管理單位負責實施,不劃在官渡區海河環保清淤與生態修復工程范圍之內。

海河下段(廣福路以下)河道主要梯形斷面,廣福路南側河道底寬約16米,邊坡坡度為1:2,受水點常水深為0.4,補水起始流速為0.19m/s。至下游水深越來越深,至福寶附近河寬約21米,矩形斷面,水深約2.5米,水流速0.02m/s。

補水點水量平衡圖如下。

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圖3.4-9 海河補水水量平衡圖

3.4.1.6 河道生態修復工程

根據工程區水質、水深分布、流速和水生植物分布現狀,可將河道生態修復區分為A、B、C和D共4個區域(見圖3.4-10)。

(1)生態修復工程A區

該區包括斷面16#-21#,其中斷面16#-17#為直立砌體岸,斷面18#-21#為石龍堤岸,河道長1735 m,水面面積5.66萬m2;

環保清淤前流速0.06 m/s,河段水深變化在0.1-1.3 m,沿途岸邊水生植物分布較多;

環保清淤后預計水深變化在0.6-1.5 m之間,平均水深為1.3 m;

該區擬實施工程措施:1)水體透明度快速提升及復氧工程;2)沉水植被修復工程。

(2)生態修復工程B區

該區包括斷面22#-26#,全部為石龍堤岸,河段總長1224 m,河道面積2.59萬m2;

環保清淤前流速0.05 m/s,水深變化在0.6-1.6 m,沿途岸邊和水面幾乎無水生植物分布;

環保清淤后預計水深變化在0.8-2.8 m之間,平均水深為1.6 m;

該區擬實施工程措施:1)水體透明度快速提升及復氧工程;2)沉水植被修復工程;

(3)生態修復工程C區

該區包括斷面27#-36#,全部為石龍堤岸,河道總長2159 m,河道面積4.68萬m2;

環保清淤前流速0.05m/s,河道水深變化在0.2-2.4 m,沿途岸邊和水面幾乎無水生植物分布;

環保清淤后水深變化在0.6-3.3 m之間,平均水深為2.1 m;

該區擬實施工程措施:1)水體透明度快速提升及復氧工程;2)沉水植被修復工程;

(4)生態修復工程D區

該區包括斷面37#-39#,全部為石龍堤岸,河道總長880 m,河道面積1.27萬m2;

環保清淤前流速0.05 m/s,水深變化在0.3-1.1 m;

環保清淤后水深變化在0.6-1.4 m之間,平均水深為1.1 m;

該區擬實施工程措施:1)水體透明度快速提升及復氧工程;2)水生植被群落構建工程;

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圖3.4-10 海河下段生態修復工程分區圖

3.4.1.7 組織實施與管理方案

海河環保清淤與生態修復工程項目可由政府自主組織建設,也可引入社會資本共同組織項目建設。建議通過公開招標方式遴選社會資本,由中選社會資本與與政府方共同成立項目管理公司負責建設以及運行管理,相關管理結構如下:

(1)項目實施機構

由官渡區政府授權官渡區水務局作為項目實施機構,水務局通過公開招標方式選擇具有建設能力和運營能力的社會資本,并與其簽定PPP協議,確定社會資本方投資建設、運營、維護、管理項目的權利和地位,代表政府方對項目全過程進行監督管理。

(2)社會資本

社會資本作為為本項目的投資建設人,負責與政府方共同出資成立項目公司。社會資本如具備承擔項目設計施工的能力,可直接作為項目的設計施工總承包方,具體負責項目的設計、采購及施工任務。

(3)項目公司

項目公司作為項目建設單位,根據項目實際情況設立相應的適應性部門,具體負責項目的投融資、建設管理、維護等工作;對于社會資本無法承擔的建設內容,通過招投標的方式選定承包方。

3.4.2 國外案例分析

在一些發達國家,河流生態修復已經有了大量成功的實踐,不僅因為相關研究卓有成效,更有賴于一套切實可行的實施機制。相比之下,中國在實踐上卻進展甚微。過去,人們往往將原因歸結為認識上的不足、法律的不健全或工程技術的落后等因素。隨著人們認識的深入,通過對河流生態修復機制的研究將河流生態修復問題提升到一個新的層面。

河流生態修復研究而言,當前的研究多集中在單一作用因素,如相關法律法規、自然河流形態和功能以及生態修復理論或技術的研究等,但較少有對復雜實施機制的全面探索。動態性是指機制的運行必然是一個動態的過程。對河流生態修復實施機制組成部分的研究仍是靜態的,而對各部分之間相互聯系、協調以發揮作用的方式的研究,則將其提升到一個動態研究的層次。

選擇英國、美國、加拿大安大略省、澳大利亞西澳州、新加坡和日本6條河流生態修復機制較為健全、機制運行效果較好的代表性國家/地區,試圖通過比較研究如何建立健全的河流生態修復實施機制以及發揮各部分之間的聯系與作用。

從所研究國家/地區的機制中,可以歸納出一個健全的河流生態恢復機制,一般包含相關法律、專門機構、技術規范3個部分,結合具體案例將分別就其各自概況和功能進行分析。

3.4.2.1 相關法律

法律具有強制力,因而是實施機制中必不可少的一部分。由于河流的處理方式是由多因素決定的,河流生態修復并非必須的選擇,河流生態恢復的程度也須根據實際情況,不可一概而論。因此,這些國家/地區并沒有專門針對河流生態修復的法律,有關內容一般分散在多個相關法律中(表3.4-1),從水污染防治、水資源管理、環境?;?、動植物?;?、防洪排水等不同角度,或多或少地為河流生態修復提供了一些依據。

表3.4-1 各國家/地區重要的相關法律概況

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3.4.2.2 專門機構

雖然多數國家/地區并沒有針對河流生態修復的專門立法,但它們大都有專門研究和推動河流生態修復的機構(表3.4-2)。很多時候,即便條件允許,由于認識上的不足或出于其他方面的考慮,生態修復未必是決策者的首選方式。在這種情況下,專事河流生態修復的機構便發揮了重要作用,它們是推動生態修復實施的重要角色。具體的推動方式包括。

表3.4-2 各國家/地區專門機構概況

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(1)依靠行政力量。美國、西澳州、新加坡和日本的機構都是政府機構,它們一般在提供技術或設計指導的基礎上,依靠行政力量來推行。特別是美國的聯合聯邦機構河流修復工作組,為15個聯邦機構合作形成的聯合體,包括美國陸軍工程兵團、田納西流域管理局等,本身又是河流相關項目的實施者。這些機構取得了以河流生態修復為目標的共識,推行就變得相當有力。

(2)提供技術支持。英國的河流修復中心依靠派專家赴現場參與、提供技術支持的方式推動。技術支持的提供方式十分靈活多樣,實踐者可以直接與RRC溝通以確定需要何種方式的支持。項目開始之前,RRC可以協助實踐者制定適合場地特點的修復目標、尋找河流修復的可能性、提供相似案例的參考等。在設計和實施階段,它可以對設計草圖、技術設計和規劃提出意見,在設計和實施中可以隨時為實踐者提供咨詢。RRC還可以協助項目監測評價以及推廣宣傳等。總而言之,RRC雖不具有行政力量,但它靠強大的技術支持和無微不至的服務來推動河流生態修復的實施。

(3)發展合作關系。加拿大安大略省的“安大略河流”機構通過與各種有關的團體、機構(包括教育機構、社區團體、政府及非政府機構等)建立合作關系的方式進行推動。例如,安大略省有36個官方的流域?;ぞ?,經過多方努力,“安大略河流”與它們形成了合作伙伴。大約在20世紀90年代,實施一個河流生態修復項目可能需要多個不同政府機構的許可,而進入21世紀以后,“安大略河流”在進行相關項目時已經不需要經過它們的許可,而是得到更多的支持。

4)開展大型計劃。有計劃地開展和推動全國/區域范圍內的項目也是很多機構采用的方式。這種方式從宏觀出發,展現出一個美好的遠景,并分期分步地實現。同時,這種方式具有較好的激勵作用,因為每個項目可以借助總體計劃的聲譽和資源而得到更多支持。例如,RRC一直在全英國乃至整個歐洲范圍內推動河流生態修復項目的實施,并建立了一個全國河流修復的清單和數據庫。另一個著名的例子是新加坡的ABC水計劃(ABC Water Programme),其目標是形成一個覆蓋整個新加坡的綠色河流系統,計劃到2030年將有超過100個項目被實施,截止到2012年,已有20多個項目竣工。它的旗艦項目加冷河(Kallang River)生態修復起到了良好的示范作用。

5)開展教育培訓。本文研究的機構幾乎都開展了教育和培訓的工作,特別是從長遠角度來看,意識的提高和相關知識的傳播也是推動河流生態修復的重要方式。例如英國RRC的主要推動方式就是提供技術支持,因此特別重視教育培訓。另外,除了上述國家或地區級的機構以外,在實際實施中,專門機構還可能是專門針對某個區域、流域、河流或河段臨時成立的。它們與上述國家/地區級機構發揮著同樣的作用,并且更有針對性,形式也更靈活多樣。根據具體情況,它們可能是國家/地區級機構的下屬機構,也可能是利益相關者自發組成的;可能是非營利組織,也可能是商業公司;可能是一個機構,也可能是多個相關機構組成的聯合體。

3.4.2.3 技術導則

河流生態修復具有很大的靈活性,與本國家/地區的實際情況相切合的修復目標和標準是能夠實施生態修復的關鍵。同時,河流生態修復的具體操作具有很強的技術性,技術上的指導和規范也必不可少。

本文所研究的國家/地區均制定了河流生態修復的導則文件,這些導則文件從當地實際情況出發,內容一般都包括了河流生態修復的基本目標、規劃設計和技術指導以及監測評價的標準。

(1)修復到何種程度

在條件允許的情況下,將生態修復作為河流管理的目標這一點基本成為共識,然而生態修復本身的目標卻是靈活的。對于修復到何種程度,即在多大程度上恢復河流受到干擾前的形態和功能的問題,不同的導則根據各地的情況有著不盡相同的主張。通過對這些導則的審視,不難發現,沒有一個國家/地區試圖將河流恢復到“完全自然”的狀態。這一點不難理解,一方面由于歷史原因和城市發展需要,“完全自然”根本無從實現,另一方面適當的工程設施也是必要的,過分強調生態與忽視生態一樣,是將人與自然對立。其中,美國的《河流廊道修復原則、過程與實踐》是這些導則中最傾向于“接近自然”的。雖然該導則強調了河流具有自我修復的能力,修復的目標是使河流達到一個可以自我恢復的水平,但對于人為干擾因素則強調盡可能將其消除,并認為這是“首要也是最重要的步驟”。因而美國的河流生態修復以非城市區域為多。這或許受到美國生態中心主義觀念的影響,另一方面或許跟北美地廣人稀的環境以及郊區化的發展方式有關。

《安大略河流修復手冊》提出了與美國相對立的觀點。這份手冊中,“修復”沒有使用“restoration”,而是使用了“rehabilitation”,并認為“restoration”傾向于通過消除干擾回到干擾前的狀態,而“rehabilitation”則是在接受干擾因素的情況下恢復河流的生態功能和過程。其他幾份導則在修復程度這個問題上基本都和《安大略河流修復手冊》持相似的看法,雖然在“修復”一詞的指稱上不盡統一。

(2)對連續性的要求

1980年,Vannote提出河流連續體概念(the river continuum concept),強調沿河流的整個長度研究其結構和功能,這個概念在河流生態修復中得到了廣泛重視。然而在實際實施中,由于存在多方面的限制,要做到整個流域或河流的“絕對連續”基本上是不可能實現的。1983年,Ward和Stanford在探索了“不連續”對整個流域影響的可接受范圍的基礎上提出了“序列不連續體概念”(Serial Discontinuity Concept),可以認為是“河流連續體”概念的完善。由此,必要的、無法改變的人類干擾因素與河流生態系統可以在“序列不連續體概念”的框架下和平共處。

在本文研究的導則中,與修復程度問題相似,美國的《河流廊道修復原則、過程與實踐》相對來說最強調連續性,導則中對生態修復的過程及各種技術的闡述多從大尺度進行,對于影響河流連續性的干擾因素采取消除(removing)或改變(modification)的方式。

其他導則看起來更加接受序列不連續體的概念,在重視河流連續性的同時也接受干擾的存在。修復的尺度也更加多樣,如新加坡對見縫插針的微小尺度也不忽視,因為當這種不連續的“點”達到一定數量以后,它們就組成了一個“相對連續”的整體。

(3)工程技術與規劃設計指導

生態修復的具體實施涉及很多不同領域的知識,相關導則也從各國家/地區的實際出發,根據既有的研究和實踐中的總結,為實踐者提供了切實可行的指導。雖然河流生態修復是對“過度工程化”的一種矯正,但不代表生態修復排斥工程手段。生態修復的技術本質上是一種“生態工法”(Ecological engineering method)。這些導則中均包含了詳細的相關生態工法的指導。新加坡的《ABC水設計導則》比較特殊,除了生態工法以外,還格外注重城市規劃設計方面的考慮。作為一個城市國家,新加坡的流域面積占到整個城市面積的2/3。與其他導則不同,新加坡將城市中的廣場、建筑和道路等都視為流域的組成部分,與其說是以流域為主要視角,不如說是以城市為主要視角。導則中創造性地提出了“ABC水設計元素”(ABC Waters design features)。“ABC水設計元素”可以認為是一系列雨洪???,具有凈化、滯留、引流和下滲等不同功能。這些??橛氤鞘泄慍?、建筑及道路等“流域元素”(Catchment Elements)結合,與河道一起形成城市綠色基礎設施的網絡。

(4)監測評價方式

在各國家/地區的努力下,每年都有大量的河流生態恢復項目實施,如何保證這些由不同組織機構設計與實施的項目能夠達到生態標準?為了解決這個問題,多數導則都包含了監測評價(Monitoring /Evaluation/Certification)的內容。

英國、美國、加拿大安大略和澳大利亞西澳州的監測評價方式都是科學定量的,基本都包括監測目標的確定、指標和參數的選擇、數據的采集和處理等內容。而新加坡的ABC水認證計劃(ABC Waters Certification scheme)并不強調定量,它的指標體系包括活力、美麗、清潔、創新4個部分,每部分包含若干指標,每個指標對應一個分值。評價的目標和方式上類似于目前的“景觀績效”(Landscape performance)。遺憾的是,日本的導則中并未涉及監測評價的內容。目前,構建監測評價體系正在成為日本推進河流治理的一項措施。

3.4.2.4 治理案例

(1)美國基西米河生態修復過程

基西米河生態修復是一個典型的政府主導的自上而下的修復實踐?;髏綴游揮諉攔鷴蘩锎鎦?,為了防洪的目標在20世紀60—70年代進行了大規模的渠化,蜿蜒的自然河道變成了幾段接近直線的人工運河,河道及兩岸生態遭到嚴重破壞。從20世紀70年代后半期開始,美國相關部門開始了一系列生態修復的嘗試。認識到基西米河生態問題之后,佛羅里達州議會于1976年通過了《基西米河生態修復的法案》。USACE和南佛羅里達水資源管理局(South Florida Water Management District,簡稱SFWMD)共同扮演著專門機構的角色。首先,USACE于1975—1985年研究了之前防洪工程的影響,之后SFWMD在1984—1990年開展了示范工程,通過修建新的攔河壩將水位抬高,使原來的河道和河灘濕地能夠重新形成季節性水位浮動。但這次修復仍是以最大經濟效益為目的,并未將生態恢復作為最主要目標,措施上也并未對河流的整體性予以足夠重視。因而SFWMD于1988年召開了基西米河生態修復研討會,隨后USACE于1990年展開了新的可行性研究,基于示范工程得到的成果和問題,調整了修復目標,并提出了新的工程水利標準和具體實施的策略和技術,為之后的實施工作提供了指導,這些早期的探索為后來FISRWG的技術導則提供了重要參考。由于基西米河生態修復是一個較早的生態修復實踐,一開始尚未形成成熟的機制,但仍能明顯地看到一個包含了多個組成部分并相互聯系的系統,以及專門機構在整個過程中所起到的媒介作用。USACE和SFWMD在《基西米河生態修復的法案》的要求下展開工作,制定并不斷調整生態修復的目標、方法、參數和監測標準,從聯邦政府和州政府撥款中獲得工程費用,其自身也扮演著實施者的角色。

(2)夏米納德大學環境俱樂部與安大略河流的合作

1999年開始,安大略的夏米納德大學環境俱樂部(Chaminade College School Environment Club)就參與到“安大略河流”的“認領一條河流”計劃中,至今已成功與“安大略河流”合作開展了一系列的河流修復工作。正如前文所述,該計劃采取了典型的自下而上的方式?;肪塵憷植砍錛死醋緣爛骷幽么笮磐幸械幕肪持鴉?TD Canada Trust Friends of the Environment)、自然資源部的社區漁業和野生動物參與項目(Ministry of Natural Resources-Community Fisheries and Wildlife Involvement Program)、加拿大殼牌石油公司(Shell Canada)等超過66 000美元的資金,并與自然資源部、多倫多地區環保局(Toronto Region Conservation Authority)以及公民環境監督(Citizen's Environmental Watch)等機構建立了合作關系。類似的團隊還有很多,他們都是在“安大略河流”的指導下,自發地與法律政策、技術支持、資金來源及合作伙伴以及實施者建立聯系,從而卓有成效地推進安大略省的河流修復工作。

(3)英國泰晤士河的治理

從1850年開始,泰晤士河共進行了兩次治理。1852年 至1891年是泰晤士河污染治理的第一階段,主要為建設河壩筑堤與城市污水排放系統,并基本確定了河流污染治理的基本規劃。這次治理是在倫敦以東25km處平行于泰晤士河修建兩條長161km的攔截式大型下水道,污水經市區污水排放管網及排水溝排入這兩條下水道,再由下水道將污水送到位于泰晤士河感潮段排污口的污水倉庫中,污染即被轉嫁給泰晤士河下游。這種措施在一定時間內降低了倫敦主城區河段的污染狀況,但是通過隔離下水道將污染轉移到下游以及海洋,缺失相關的污水處理設施進行水質達標凈化,這種對策本身并不具有可持續性。所以在1886年之后,修建了Beckton、Crossness Riverside和Mogden4個污水處理廠。1955年至1975年,泰晤士河開始了第二階段的治理。這一階段治理的最大特點就是從地方分散治理轉換為全流域的管理。這一時期最主要的行為就是對污水廠進行了合理的優化,整合了資源,提高了凈化效率。倫敦原有的180個污水處理廠縮減為十幾個較大的污水處理廠,例如其中的貝肯污水處理廠是當時歐洲最大的污水處理廠。此外,泰晤士河還采取了對河流充氧的措施來提高河流的溶解氧。當然這一時期最重要的一項政府舉措即在60年代成立了泰晤士河水務局,這是一項重大制度創新。

1975年后,泰晤士河的治理進入了成果鞏固階段。這一時期主要對污水處理設施進行了相關技術改造,不少新技術如遙測技術等開始使用。此外,兩岸的經濟結構與模式也進行了轉型,煤氣廠以及煉油廠等工業企業相繼關閉,取而代之的是各類服務機構與文化企業。

經過100多年的治理,泰晤士河流域的水污染整治取得了令世人矚目的成果,泰晤士河又恢復了往日的天然狀態。據統計,1967年泰晤士河僅有34種魚類,到了1977年魚群種類增加到96種,10年時間里魚群種類就增加了兩倍多。進入80年代,河流水質已恢復到17世紀的原貌,水質也已再次達到飲用水標準。如今的泰晤士河被認為是世界上流經都市地區水質最好的河流。

3.4.3 經驗與啟示

由于不科學的河流濕地開發導致河流廊道連續性被破壞,有些地方政府往往因顧及眼前的經濟利益,而疏于對破壞河流濕地景觀的開發項目的控制,使得很多河流濕地的景觀和生態穩定性在逐步喪失,因此,現階段對我國河流濕地的?;び任?。國內外成功的治理案例給我們提供了很好的經驗與啟示。

(1)加強河流濕地水環境污染控制技術手段

河流濕地的水污染控制應推行多目標、多層次、多因素的綜合技術,做到污染控制的點、線、面相結合。在我國河流生態系統修復的實踐中,借鑒發達國家經驗的同時,應立足國情,綜合考慮我國的發展狀況以及自然條件,利用生態系統自身的調控功能,實現生態系統的自我修復,重點是減輕對河流生態系統的脅迫,包括治理和控制水污染,保持最低生態需水量等。不斷研究探索河流濕地水環境污染治理和生態修復的技術,為實現河流生態系統長期的健康和穩定提供技術保障。

(2)建立高效的流域管理機構,推行多部門協商機制

目前我國相關的法律正日趨完善,相關的技術導則也已出臺。但是突出的問題是缺乏專門的機構。很多地方政府和民間團體一直在積極推進河流的生態治理,潛在的實施者在能力和數量上均有保障。因而,我國相關機制的主要問題即缺乏專事河流生態修復的機構將機制的其他部分聯系起來,以推動河流生態修復的實施。一個高效的具有一定決策與協調手段的流域管理機構是提高流域水污染治理效率與效果的基本要求,有利于對區域內水污染治理作出統一的科學規劃與管理。因此必須加強我國相關流域管理機構的建設,推行多部門協商機制。

(3)推進自然友好型河流治理方式,恢復河流生態廊道

中國城市化進程中盲目的開發導致了河流濕地水環境污染、自然景觀破壞等問題。為此,我國應推進自然友好型為理念的可持續河流治理方式,恢復城市河流生態廊道。生態廊道具有防洪固土、清潔河道、凈化空氣、?;ど鍥芟⒌氐茸饔?,有助于河流濕地生態環境的恢復,?;つ誆可肪趁饈芡獠扛扇?。我國城市的建設應順從河流廊道的紋理,順應河流邊界的蜿蜒,強調其視覺延續性,應用綠道理論指導設計,合理協調人類活動與河流的自然生態關系。

(4)建立資金保障機制,開辟多種融資模式

河流流域治理是一項系統工程,需要進行較長時間的綜合治理,其成果不是一蹴而就的。泰晤士河的治理從1858年至今,前后將近150年的時間。耗資巨大,整治費用多達300多億英鎊。黨的十八屆三中全會以來,整個中國的大環境將鼓勵更多的社會資本進入到相關未開放的領域,這其中也將涉及較多河流流域治理層面。因此要充分調動政府、企業與社會的積極性,為私營部門進入污染治理領域創造制度與政策環境,從而造就多元化融資模式。

(5)構建政府部門與流域企業的和諧關系

經濟開發與環境?;ぶ淇隙ɑ嵊諧逋?,關鍵是如何與開發商建立對話關系,強制??畈⒉荒艽婊肪稱蘋鄧鶚У牟聘?。因此泰晤士河在治理過程中并沒有關閉沿岸企業與工廠,相反提高了其排污等相關指標。全面實行“污染者付費”原則,并制訂了相關法律,加快促進沿岸產業結構的轉變。秦淮河在治理過程中,關閉了一些違建工廠,政府授權秦淮河建設開發公司特許經營項目收益。在其管養的一定綠地范圍內,經營秦淮河水上旅游、廣告經營權及旅游配套設施。因此,由于不同利益主體在河流治理中所扮演不同的角色,創新政府與企業關系,對于我國水污染治理有著重要的意義。

(6)加強教育與宣傳,提高公民水環境意識

河流濕地的水環境治理與每一個人的生活息息相關,是每一個人的義務與責任。只有整個社會的關注才能根治河流濕地水環境污染問題。培養全社會共同?;ず恿魘氐囊饈?,建立有利于廣大市民積極參與規劃決策的機制,讓市民的參與貫穿于河流濕地資源調查、河流濕地規劃設計以及評價的全過程。

四、濱海濕地水環境污染控制資料匯編

濱海濕地包括永久性淺海水域、河口水域、海草床、珊瑚礁、巖石性海岸、沙灘礫石與卵石灘、灘涂、鹽沼、潮間帶森林濕地、咸水或堿水瀉湖、海岸淡水湖和海濱巖溶洞穴水系等。我國濱海濕地的面積約為5.0×106hm2,主要分布在中國東部的沿海地區。以杭州灣為界分為南、北兩部分。自北向南,面積比較大的濱海濕地有鴨綠江河口濕地、遼河三角洲濕地、灤河河口濕地、海河河口濕地、黃河三角洲濕地、長江三角洲濕地、錢塘江河口濕地、威江河口濕地、閩江河口濕地、韓江河口濕地、珠江三角洲濕地和南渡江河口濕地等。

沿海區域持續增強的人類活動正顯著改變濱海濕地自然生態格局,濱海濕地自然演替規律逐步被打破,自然濕地面積逐步減少,水體污染加劇,濱海濕地生態功能呈不斷下降趨勢。我國濱海濕地水環境污染的主要原因為盲目圍墾和改造濕地、污染物大量排放、人為干擾破壞等。20世紀50年代以來,我國濱海濕地面積大量減少,天然紅樹林面積減少約73%,珊瑚礁約80%被破壞。濱海濕地的圍墾和改造利用,不僅使濕地生物失去了棲息地,直接影響到了沿岸漁業生產。同時導致沿岸生態環境惡化,海岸災害增多。

濱海濕地生境退化、水環境污染嚴重等問題已內受到廣泛關注和深入研究,恢復并重建濕地生態功能、協調經濟發展與區域生態關系顯得尤為迫切。

4.1 濱海濕地污染源控制

人口的增加,工農業和養殖業的發展,污染物的任意排放,使排污量迅速增加,導致濱海濕地污染加劇。由于沿岸水體的污染,富營養化嚴重,近岸海域赤潮現象頻繁發生,并呈不斷上升趨勢。濱海濕地的破壞主要還是人為作用,沿海地區過量抽取地下水,使地面下沉,加劇了海面的相對上升,沿岸挖沙、海岸工程建設、水庫攔沙等使得近岸局部區域泥沙嚴重虧損,導致海岸嚴重侵蝕。據估計,目前我國70%以上的沙質海岸和大部分的泥質海岸均受到不同程度的侵蝕,而且有范圍擴大、程度加劇的趨勢。

不同于湖泊、河流以及庫塘濕地,濱海濕地土壤鹽漬化程度較高,土壤肥力弱,生態系統較為脆弱,其水環境的污染主要有石油污染、化肥農藥污染和生活垃圾污染等。其中石油污染問題日益嚴重,成為人們關注的焦點。石油污染物可改變土壤理化性質、破壞土壤元素平衡;污染濕地水環境,甚至通過遷移影響地下飲用水安全;直接污染大氣環境,生成光化學煙霧、致癌物并引發溫室效應,破壞臭氧層;石油污染破壞濕地生態,危害食品安全,對濕地的環境和人體健康產生嚴重危害。針對濱海濕地水污染的特征,目前應用的污染控制技術按照其性質可分為化學法、物理法和生物修復法等。常規處理方法在湖泊濕地水環境控制技術中已有詳細說明,此處不再贅述,重點介紹針對濱海濕地特征的污染控制技術。

4.1.1 濱海濕地化學處理技術

主要包括絮凝法、電化學法和高級氧化法等處理技術。

(1)絮凝法

絮凝法是通過在含油廢水中加入合適的絮凝劑,經吸附、架橋、中和及包埋等作用形成絮狀物而除去水中的油污染物。無機絮凝劑的處理速度較快,但投藥量大,污泥產生量大;有機絮凝劑對油污染物的去除率可達99.5%以上,污泥顆粒大而密實,但由于成本較貴,因此在石油污染水體處理方面仍然主要作為輔助劑使用。絮凝法常與氣浮法聯用,在廢水處理中占有重要的地位。

(2)電化學法

電化學法是以金屬鋁或鐵作為陽極來電解處理含油廢水的方法,主要適用在機械加工工業中冷卻潤滑液的二級處理方面。該法具有處理效果好、操作簡單、占地面積小、浮渣量相對少等優點;但其金屬消耗量大、運行費用較高、需要鹽類作為輔助藥劑。

(3)高級氧化法

高級氧化技術又稱深度氧化技術,通過誘發產生具有強氧化性的羥基自由基(HO·),將廢水中難降解的大分子有機物(包括油類)氧化為低毒或無毒的小分子,甚至分解為CO2和H2O等無害物質。高級氧化技術有O3/UV、O2/H2O氧化法、UV/H2O2氧化法、Fe2+/H2O2氧化法、濕式氧化法、光催化氧化法、電子束氧化法以及超聲氧化法。高級氧化法的缺點是操作條件苛刻、反應器復雜、成本較高、技術不夠成熟等。

4.1.2 濱海濕地物理處理技術

主要包括重力分離法、粗?;?、過濾法、膜分離法、氣浮法和吸附法等處理技術。

(1)重力分離法

利用密度差進行油水分離的技術,借助各類隔油裝置以達到去除水中的浮油和固體附著油的目的。

(2)粗?;?/p>

粗?;ㄒ步芯勱岱?,適合于處理分散油。其關鍵是粗?;牧?, 常用的親水性材料是在聚酞胺、聚乙烯醇、維尼綸等纖維內部引入磺酸基、磷酸基和鹽類等;親油性材料為蠟狀球、聚烯系或聚苯乙烯系球體或發泡體、聚氨酯發泡體等。微量表面活性劑能抑制粗?;駁拇硇Ч?,因而該法不適合含有表面活性劑的乳化油污水。

(3)過濾法

過濾法是利用顆粒介質的慣性作用、水動力作用、沉降作用和截留作用、以及范德華作用、酸堿作用和靜電作用等,將分散油和乳化油從水中分離出來的方法,通常作為二級或深度處理。常見的過濾技術有雙向過濾、多層濾料過濾、移動床過濾等。

(4)膜分離法

膜分離法是在近20年內迅速發展起來的新型分離技術,主要為微濾(MF)、納濾(NF)、超濾(UF)及反滲透(RO)法,適用于去除乳化油和分散油。常用疏水膜為聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PP)和聚偏二氟乙烯(PVDF)等;親水膜有纖維素酯、聚酰亞胺/聚醚酰亞胺(Pl/PEI)、聚酯肪酰胺(PA)、聚砜/聚醚砜(PSF/FES)以及Al2O3,ZrO2和TiO2陶瓷膜等。膜分離法的主要缺點是膜不易清洗、容易被污染等。

(5)氣浮法

氣浮法是在水中通入空氣產生微細氣泡,使細小懸浮油珠附著在氣泡上并一起上浮到水面而實現分離。氣浮法包括加壓氣浮、變壓氣浮、葉輪氣浮和擴散板氣浮等。

(6)吸附法

吸附法是利用比表面積較大的選擇性材料吸附水中分散油、乳化油和溶解油。吸附法一般作為含油廢水的深度處理,常用吸附材料為活性炭;但其吸附容量有限,一般為30~80mg/g,且存在成本高,再生困難等缺點。

4.1.3 濱海濕地生物處理技術

石油污染水體經隔油、浮選等工藝處理后,出水油含量一般高達20~30mg/L,達不到國家規定的排放標準,需要進行生物(二級)處理。常用生物處理方法有活性污泥法、接觸氧化法、生物濾池法和循序間歇式生物處理等。

4.2 濱海濕地生態恢復

近年來,世界各國都非常重視濱海濕地修復技術的研究,與物理、化學污染修復技術相比,生態修復技術因其具有成本低、無二次污染及處理效果好等優點而備受關注,成為現代環境技術的縮影。其中,微生物修復技術相對比較成熟,在石油、農藥等有機污染及N、P營養鹽修復中已有不少商業性應用的例子;隨后發展起來的植物修復技術對重金屬的污染及N、P營養鹽等的修復優勢已受到人們的重視;尤其是植物-微生物共存體系的聯合生物修復技術的研究正成為關注的熱點。濱海濕地生態修復技術在國內剛剛起步,實際應用相對較少。

4.2.1 濱海濕地微生物修復技術

主要分為原位生物修復技術和異位生物修復技術兩種。原位修復技術是指不移動受污染的土壤,向污染區投放氮、磷營養物質或供氧,促進土壤中依靠有機物作碳源的微生物生長繁殖,或接種經馴化培養的高效微生物等,利用其代謝作用有效降解土壤中的石油烴。異位生物修復技術則要求把污染的土壤挖出,在污染場地以外或運送至專門的修復場地在過程控制器或生物反應器內進行處理。原位生物修復技術適合遭受大面積污染的土壤,成本較低。異位生物修復技術費用昂貴,只有被嚴重污染的土壤才適宜采用。

4.2.1.1 原位生物修復技術

最常用的處理方式是生物降解,采用添加營養、供。通風或加和接種特異工程菌等措施提高其降解力??賞ü幌盜泄崠┯諼廴廄木?,直接通風和注入配好的溶液來完成。也可采用把地下水抽至地表,進行生物處理后,再注入土壤中進行再循環的方式來治理土壤污染。由于交換的需要,該法適于滲透性好的不飽和土壤的治理,適于處理大面積污染的土壤,成本較低。原位修復具體包括以下幾種技術。

(1)投菌法

該技術是通過直接向遭受污染的土壤接入污染降解菌,同時提供這些微生物生長所需要的營養,包括常量和微量的營養元素,來修復污染土壤。常量營養元素包括N、P、S、K、Ca、Mg、Fe、Mn等,其中N和P是土壤微生物治理系統中最主要的營養元素,微生物生長所需的C、N、P質量比大約為100:10:1。該技術可以采用外源微生物,或從自然界中定向篩選的微生物,也可以采用基因工程菌(GEMs)。

(2)生物培養法

生物培養法是指定期向污染土壤中投加營養物質和H2O2,并且供氧,過氧化氫在代謝過程中作為電子受體,以滿足污染環境中已經存在的降解菌的需要,提高土著微生物的代謝活性,將污染物徹底礦化為CO2和H20。目前,在大多數生物修復工程中實際應用的都是土著菌,其原因一方面是由于土著菌降解污染物的潛力巨大,另一方面也是因為外源菌在環境中難以保持較高的活性,以及工程菌的應用受到較嚴格的限制。研究表明,通過提高受污染土壤中土著微生物的活力比采用外源微生物的方法更可取,因為土著微生物已經適應了污染物的存在,外源微生物不能有效地與土著微生物競爭,只有在現存微生物不能降解污染物時,才考慮引入外源微生物。

(3)生物通氣法

生物通氣法是一種強迫氧化的微生物降解方法,在石油污染的土壤上打至少2口井,安裝鼓風機和抽真空機,將空氣強制排入土壤中,然后抽出,土壤中揮發性的有毒有機物也隨之去除。同時補充適量的N、P等,為土壤中的降解菌提供營養,提高其降解活力。該技術適用于深層土壤中石油烴的治理,為確保成功,濕度需保持40%~60%的飽和度。其主要制約因素是土壤結構,不合適的土壤結構會使O2和營養元素在到達污染區域之前就被消耗,因此它適于具有多孔結構的土壤。

(4)土地耕作法

土地耕作處理是現場處理土壤污染常用的方法,通過對一污染土壤進行耕耙、施肥及灌溉來增加土壤中的有效營養物質和氧氣,并加入石灰,為微生物提供一個盡可能良好的環境,使其保持充足的營養、水分和適宜的值,促使土壤中各個層次的污染物都能夠得到降解。該過程包括浸出、吸附、解吸、光解、氧化、水解和生物代謝。要求定期翻耕、施肥并保持通風。不足之處是:①要求耕作面積較大;②可能污染地下水;③對天氣狀況敏感;④對重油降解能力有限;⑤有污染物轉移的可能;⑥處理時間較長;⑦不適合于揮發性有機污染。土耕法比較節約成本,簡便易行,美國環保局早在1989年在阿拉斯威廉王子海灣灘原油污染生物清潔項目中就采用了此方法。

4.2.1.2 異位生物修復技術

異位生物修復是將石油污染的土壤挖出,在場外或運至場外的專門場地,用生物的工程的手段使污染物降解的方法。異位修復具體包括以下幾種技術。

(1)預制床法

將不泄露的平臺上鋪上砂石,把污染的土壤以15~30cm的厚度平釗到預制床上,補充營養物質和水,必要時力加入表面活性劑,定期翻動充氧,以滿足土壤中微生物生長的需要。將處理過程中流出的滲濾液,即時回灌于土層,以徹底清除污染物。這一技術將污染土壤集中在生物修復預制床上,可保證理想的工藝條件與處理效果,還可防止處理過程中污染物向環境轉移,被視為一項具有廣闊應用前景的處理技術。

(2)土壤堆肥法

為防止污染物向地下水或更廣大地域擴散,可將受污染的土壤從污染地區挖掘出來,運輸到一個經過工程準備的地點堆放,進行生物處理,處理后的土壤再運回原地,處理時間一般是1~4個月。在處理過程中,入土壤調理劑可以是干草、割草、樹汁卜、麥稈、木屑、鋸屑或肥料,以改善土壤質地,提高土壤的滲透性,促進氧氣的傳輸,并為快速建立的微生物種群提供能源。微生物既消耗土壤調理劑,又能消耗石油產品。該法適用于重度污染土壤的原位或異位修復,與耕作法相比,耗時短,處理較完全,不會造成耕地、地下水二次污染,對空氣污染很小。

(3)生物反應器

生物反應器處理容量從幾升到幾百萬升不等,此法耗時短、功耗低、占地小、操作方便,經濟、技術優勢明顯,根據反應介質不同分為固體、液體和氣體3類。

1)靜置床反應器

靜置床反應器是將挖取的受污染土壤,在一個由黏土或人工合成材料制成的襯墊上堆置成處理床,其上設置架空灌溉系統為處理床噴淋補充水和營養元素,底部埋設管道收集滲濾液重復利用,是一個封閉式循環處理系統,不會造成污染物外泄。適用于遭受多環芳香烴類污染的土壤修復處理。

2)連續混合反應器

與容器內封閉堆肥相似,并可使得受污染土壤連續翻轉混合,可有效控制溫度、pH值、濕度參數。不足之處是容易形成土壤團塊,影響微生物效能發揮,且對設備要求以及能耗較高。

3)水平滾筒反應器

設計可以繞水平軸旋轉的水平反應鼓,使得內部污染土壤保持松散狀態,溫度、氧含量以及營養參數均可方便控制。固體土壤和液體泥漿均可用此法處理,而且該設備還可以方便地應用于樣本高溫、常壓狀態的化學修復處理,但是設備設計和使用成本較高。

4)真菌堆肥反應器

采用固定化技術將酶、活細胞(如真菌)、原生質體以吸附、包埋的形式固定在載體上,與污染土壤堆肥,增強殘留污染物束縛、修復能力。采用固定化可保持微生物較高活性,而且不易流失,可以實現連續化、固定化操作。該法能耗低,但是碳源容易成為限制性因素,需及時補充。

5)泥漿相反應器

利用機械攪拌使受污染土壤與水、空氣、營養物以及微生物混合并保持泥漿狀,從而進行生物修復的技術,處理時間從數天到數周。該技術已應用于石油以及衍生多環芳香烴類如多環芳香烴的污染土壤修復。

6)雙噴射混懸反應器

泥漿反應器的改進,在底部連接氣-液噴射器,修復處理時間100h,比耕作法快70倍,用DITS處理石油污染的土壤,要比其他方式快10周。

7)生物濾膜

是用來去除氣流中的揮發性有機污染物的修復技術,將微生物固定在生物活性材料如合成材料或泥炭上,其修復能力受膜內微生物既定數量影響,可用于石油污染中芳香烴和脂肪烴類修復。

8)填充床反應器

該法使用促生長介質填充,應用于氣流污染處理,密閉處理,不產生揮發性污染泄露,如填充床反應器填充鐵電材料降解揮發性苯。

(4)電動-微生物修復技術

動修復技術是通過發生在電極之間的電化學氧化、電泳、電滲析以及電遷移作用,從而實現污染物遷移轉化的一種修復機制。自20世紀被發現以來,電動技術以其技術的靈活性、適應性強、處理目標污染物廣泛等特點,逐漸成為國內外研究的熱點。早期,該技術主要應用于重金屬的治理,并取得了很好的修復效果。利用電動技術修復金屬鋅污染土壤,并可達到98%的去除率。利用醋酸鈉作為電解液,銅、鉻等重金屬的去除率可以達到95%。

(5)固定化微生物修復技術

固定化微生物技術是采用物理或化學手段將游離細胞微生物固定在載體上使其高度密集并保持其生物活性功能,在適宜的條件下還可以增殖以滿足應用之需的生物技術。固定化微生物的制備方式是多種多樣的,一般根據固定化載體材料與作用方式的不同,大致可分為吸附法、包埋法和交聯法三大類,常用的固定化載體包括各種無機吸附材料和有機高分子材料。其中吸附法較為簡單,但細胞易于脫落交聯法操作復雜,對細胞活性影響也較大,在環境修復中的應用研究尚較少見而包埋法簡單易行,為很多研究者所采用。在海水、地表水、土壤等環境的修復中均有應用。

(6)厭氧生物修復法

修復受石油烴污染土壤的研究已開發了生物堆層、堆肥及土壤泥漿反應器等好氧修復工藝,但分離獲得某些降解菌時。一些降解菌伴有產生高生態風險的產物。最近的研究表明以厭氧還原脫氯為特征的厭氧微生物修復技術有很大的潛力。

4.2.2 濱海濕地植物修復技術

濱海濕地的植物修復技術是指以植物忍耐富集或轉化無機或有機污染物為基礎,利用自然生長的濕地植物或者通過遺傳工程培育的濕地植物來清除濱海濕地污染物的一種環境污染治理技術。植物修復的研究對象,主要集中在重金屬、有機污染的治理以及富營養化水體的凈化上。

4.2.2.1 重金屬污染的植物修復技術

根據其作用過程與機理,重金屬污染濕地的植物修復技術可歸為三種類型:植物吸收(phytoextration)、植物固定(phytostabilization)和植物揮發(phytovolalization)。

植物吸收是利用累積植物吸收環境中的金屬離子,將它們輸送并貯存在植物體的地上部分,收獲后離地處理,這是當前研究較多并已認為是最有發展前景的修復方法。紅樹林是熱帶、亞熱帶沿海潮間帶的耐鹽森林生態系,不僅有很好的保灘護堤作用,而且能抗污染和凈化污水。林鵬研究表明,紅樹植物能將大量的汞吸收貯藏在植物體內,汞質量分數達到1g/kg時仍未受害。米草屬是潮間帶的優勢種,抗鹽能力很強,并具有很強的富集重金屬的能力。試驗表明,大米草地上部分吸收富集的汞含量是環境中汞的10~56倍,而根部達到250~2500倍。陸健健等研究發現,灘涂植物蘆葦和海三棱草對Zn、Cd、Pb、Mn、Cu等5種重金屬有不同程度的富集。

植物固定是利用植物降低重金屬的生物可利用性或毒性,減少其在土體中通過淋濾進入地下水或通過其他途徑進一步擴散。根分泌的有機物質在土壤中金屬離子的可溶性與有效性方面扮演著重要角色。根分泌物與金屬形成穩定的金屬螫合物可降低或提高金屬離子的活性。根系分泌的粘膠狀物質與Pb2+、Cu2+和Cd2+等金屬離子競爭性結合,使其在植物根外沉淀下來,同時也影響其在土壤中的遷移性。但是植物固定可能是植物對重金屬毒害抗性的一種表現,并未使土壤中的重金屬去除,環境條件的改變仍可使它的生物有效性發生變化。

植物揮發是指植物將吸收到體內的污染物轉化為氣態物質,釋放到大氣環境中。研究表明,將細菌體內的有機汞裂解酶和汞還原酶基因轉入植物Arabidopsis thaliana并使其表達,植物可將從環境中吸收的甲基汞等還原為單質汞揮發除去,其揮發性能高出野生植物100~1000倍。也有研究發現植物可將環境中的Se轉化成氣態的二甲基硒和二甲基二硒等氣態形式。植物揮發只適用于具有揮發性的金屬污染物,應用范圍較小。此外,將污染物轉移到大氣環境中對人類和生物有一定的風險,因而它的應用受到一定程度的限制。植物修復的關鍵是修復植物的選擇,用于濱海濕地修復的植物應具有以下幾個特性:①在污染物濃度較低時具有較高的積累速率;②體內具有積累高濃度的污染物的能力;③能同時積累幾種金屬;④具有生長快與生物量大的特點;⑤抗蟲抗病能力強;⑥耐鹽堿;⑦最好具有景觀效應。在此方面,尋找能吸收不同重金屬的植物種類及調控植物吸收性能的方法是重金屬污染濱海濕地植物修復技術商業化的重要前提。

目前,重金屬污染的植物修復工作,除加強超富集植物的種質資源的發現和開發利用外,還需研究提高超富集植物的重金屬濃度水平和產量的方法和技術。如通過基因工程培育多元素高效修復植物、土壤改良(添加絡合劑、調節pH、Eh等)及添加微生物的方式來提高重金屬的植物可利用性。此外,在實施修復過程中應具體情況具體分析,植物、污染物與環境因素三者之間協調統一,兼顧修復效果評價及生態安全評價。

4.2.2.2 有機污染及 N 、P 營養鹽污染的植物修復技術

傳統的有機污染物的生物修復是用微生物來完成的,有人認為研究植物去除有機物比較困難。因為有機物在植物體內的形態較難分析,形成的中間代謝物也較復雜,很難觀察其在植物體內的轉化。但是與微生物修復相比,植物修復更適用于現場修復。近些年有關的研究也很多,有的已進入野外試驗和應用。

植物主要通過三種機理去除環境中的有機污染物,即植物直接吸收有機污染物;植物釋放分泌物和酶,刺激根區微生物的活性和生物轉化作用以及植物增強根區的礦化作用。植物直接吸收土壤中的有機污染物,并將有機污染物轉化成沒有毒性的代謝中間體儲存于植物組織中,是植物去除土壤內中等親水性有機污染物(Log Kow:1~3.5)的一個重要機制。研究表明,環境中大多數BTEX化合物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯)、含氯溶劑和短鏈的脂肪族化合物可通過這一途徑去除。一些豆科植物能分泌表面活性劑促進油污染的生物修復。

有機污染的植物修復目前的研究重點仍放在修復植物的篩選,污染物的代謝轉化機理及增效措施(有機污染物的增溶等)等方面;研究中尤其要注意生態安全,以避免更高毒性中間產物的積累,食物鏈傳遞,淋溶擴散等二次污染的發生。

潮灘養殖及生活污水的排放等使得濱海濕地的N、P污染日益嚴重。用于N、P污染的植物修復技術應用很多,主要是富營養化水體的修復,如構建人工濕地,利用大型水生植物凈化N、P。美國對蘆葦、香蒲、燈心草、水蔥等植物凈化進行了大量的研究,我國在淡水水體這方面也開展了不少工作,但對于濱海濕地的氮磷植物修復研究應用的不多。濕地植物修復一方面植物自身能吸收一部分營養物質,另一方面它的根區為微生物的生存和降解營養物質提供了必要的場所和好氧、厭氧條件。研究發現,濕地植物除本身可直接吸收氮、磷化合物外,其根系分泌物也可促進某些嗜氮、磷細菌的生長,促進氮磷釋放、轉化,從而間接提高修復效果。在除氮機制中,植物起主導作用,而在磷的凈化中,細菌是限制因子。在有機物及氮磷污染的植物修復中,微生物發揮著不可或缺的作用,所以若是將二者結合起來,修復效果會是可觀的。

4.2.3 植物-微生物聯合修復技術

植物根與土壤微生物之間相互影響,稱之為根際效應,根分泌物影響根際微生物的區系結構、豐度、活力以及多樣性,另一方面根際微生物對植物的生長具有促進作用。有研究證明,植物根際作用對微生物群落結構的影響最大,石油污染水平次之,營養水平最小。植物-微生物聯合修復石油污染土壤過程中,植物的發芽率、生物量、根冠比和土壤中微生物多樣性可以用來評價污染土壤生物修復的效果。

植物-微生物聯合生物修復中所強化的微生物不僅可以是菌根真菌(有的稱之為菌根生物修復),也可以是一般的根際微生物,或是菌根-根際微生物(有的稱之為菌根根際生物修復)。國外將植物-微生物聯合生物修復稱為根修復(rhizoremediation)或根際生物修復(rhizosphere bioremediation),或干脆歸入廣義的植物修復,沒有十分明確的界定。本文將此技術稱為植物-微生物聯合生物修復,旨在突出這種聯合修復技術的優越性。

我們知道,植物修復技術的成功應用,不僅依賴于植物的選擇,還依賴于根際環境微生物類群與植物根系的相互作用。植物在生長發育的過程中,根系分泌的有機物和酶類等為微生物生長提供了基質,使根際的微生物活性增強,加速了污染物的礦化。另一方面,根際環境中微生物作用可促進植物的生長從而加速對降解產物的吸收。植物-微生物聯合生物修復,正是利用根際微生物與植物這一共存體系的相互協調作用,大大提高污染土壤的生物修復效率。

菌根是一些高等植物與真菌之間形成的共生聯合體。自然界中,80%的陸生植物能與VA菌根真菌形成菌根共生體,菌根真菌是在土壤和植物根系之間起紐帶作用的關鍵微生物,其發達的菌絲提高了植物根系吸收范圍,直接幫助菌根真菌根際聯合細菌在土壤中的傳播;同時菌根真菌對重金屬(Cu、Zn、Pb、Cd、Ni、Ur、Al等)有很高的耐性和積累性,菌根真菌的活動能降低重金屬對植物的毒性,有利于修復植物的生長。將合適的菌根真菌接種在修復植物的種皮或根部,即植物-微生物聯合生物修復技術,將取得最佳的生物修復效果。研究表明,VA菌根真菌尤其能促進植物對磷的吸收,并能顯著提高對重金屬、農藥等污染物的耐受性,菌根植物的痕量金屬提取量大大高于非菌根植物。目前,國內外研究人員已將菌根修復這種特殊的植物-微生物聯合生物修復技術用于污水污泥、固體垃圾、有機污染土壤的治理,但濱海濕地方面的修復鮮有報道。

植物-微生物聯合生物修復技術在土壤重金屬污染方面國外已有研究。在植物根際,重金屬常有一些特殊的化學行為,由植物根、土壤微生物以及土壤所構成的根際環境,其pH、Eh、根系分泌物及微生物、酶活性、養分狀況等,均與周圍土體不同。根際微生物對重金屬的固定與活化,無疑會影響植物的吸收與毒性。根際細菌應用于鋅的超累積植物中,通過根際細菌的分泌轉化使得重金屬得到明顯的活化,促進了植物對鋅的吸收。而這種微生物活化比添加化學螯合物的活化要好得多,基本上不會造成土壤中的金屬過于活化滲濾淋失帶來的水污染。由于高濃度的重金屬污染對植物的毒害作用,導致較低水平的植物生產量,從而降低植物修復的效率。植物促生長根際細菌能夠直接或間接地影響植物生長,從鎳污染土壤中分離得到的根際細菌SUDl65/26,能在具有較高水平重金屬污染的土壤中促進植物的生長。因此,利用植物與根際微生物的聯合修復作用,將有望提供更為有效的重金屬污染濱海濕地的修復技術。

在有機物及氮磷污染方面,根際微生物發揮著重要的作用。研究發現,隨著植物根區微生物的密度增加,多環芳烴的降解速率也明顯加快。在油污染的濱海濕地中,C:N值偏高,影響修復效果,可考慮在菌根植物根際引入固氮菌,發揮共存體系的聯合修復作用。根際分泌物能有效改善土壤的理化結構,有利于提高根際微生物的活性。采用根際中間代謝物(rhizosphere metabolomics)的方法,能利用植物分泌的主要次生代謝物(苯丙酮類化合物)的根際微生物能夠很好地定殖于根際并能有效除去多種污染物(28天PCBs降解率達90%)。從五氯硝基苯PCNB污染的根際土壤中分離發現有10%的菌株能降解PCNB,并從中篩選出高效菌,進一步研究表明植物-微生物的聯合修復作用效果更佳。此外,紅樹林根際土壤中存在著降解農藥甲胺磷及柴油烴類的有效菌,并篩選出1株甲胺磷高效降解菌,12天后其降解率可達70%以上。前已述及,氮磷污染的凈化離不開微生物的作用。濕地中的有機氮和不溶解性磷必須通過微生物降解后才能被植物吸收利用,是微生物和植物協同作用的結果,可見植物-微生物聯合修復技術的應用前景是好的。

目前,植物-微生物聯合生物修復的研究主要包括針對特定污染的最佳微生物的篩選、環境因素對微生物、植物生長的影響和植物-微生物相互作用機理以及共存體系的最佳組合等等。在我國沿海各省分布有大片的蘆葦濕地和紅樹林濕地,已有研究表明,海濱蘆葦沼澤濕地和紅樹林濕地能有效去除有機污染物、重金屬和氮、磷營養鹽等污染物,如果充分利用這些濕地植物并輔以微生物的聯合修復技術,將會給我國濱海濕地的修復帶來生機。

4.3 濱海濕地環境管理

由于特殊的地理位置和豐富的自然資源,濱海區域又往往是人類高強度經濟活動區,人類為了獲取大量生產和生活資料對濱海濕地資源進行大規模的開發利用,給濱海濕地生態系統帶來了嚴重的負面影響。尤其是隨著經濟發展和人口數量的增加,及受國家或區域經濟社會發展戰略向沿海布局的影響,人類在沿海區域各種生產活動強烈地影響和改變著濱海濕地。如何平衡沿海經濟社會發展與濕地生態?;?,有效加強濱海濕地的環境管理,是一個迫在眉睫的問題。

4.3.1 管理問題分析

濕地資源的開發利用,雖然使農林、漁業、鹽業、畜牧業等都獲得了很大的發展,人民生活水平有了很大的提高,但同時不可避免地給生態環境帶來了巨大的負面影響,生物生存所依賴的環境被改變、破壞,面臨生存?;?。目前我國濱海濕地的管理主要存在以下幾方面問題。

(1)體制不健全,管理不善

目前本區采用的管理體制是多方管理,沒有一個統一的管理機構,比如:鹽城珍禽自然?;で槭』繁L芾?,而?;で段詰鑷緶貢;で槭∨┝痔芾?,灘涂經濟歸地方政府管理,灘涂濕地歸灘涂局管理,灘涂養殖歸農牧漁業局管理,灘涂旅游歸旅游局管理,這樣難免造成各自為政的現象,甚至有些部門和單位從自身利益出發,違背自然規律,盲目開發、掠奪式利用。

(2)濕地資源的不合理、過度利用

由于人口的不斷增加,濕地生物資源被過度的利用。隨著捕漁業的發展,技術不斷進步,捕撈強度越來越大,導致了魚類資源種類和數量不斷減少,比如有“軟體黃金”之稱的鰻鱺苗最高年捕獲量達1.5×104kg,目前鰻鱺苗資源幾近枯竭,致使許多漁民無魚可捕,被迫走上養殖的道路。這樣雖然減輕了對天然漁業資源的捕撈,但是人工魚塘面積的增加,對水草的打撈強度增大,使許多優良水草如黑藻等很快耗?。?.3-1)。

表4.3-1 濱海濕地不合理利用方式

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(3)外來物種入侵,動植物群落減少

上個世紀80年代,我國為了保灘護岸,也為了有更多的飼料來源,引進了大米草。研究表明,大米草雖然保灘護岸效果明顯,且具有耐鹽堿、耐污能力,對污水具有凈化效果,但引進后惡性繁殖已經威脅到當地的生物多樣性。大米草入侵后取代當地植物,形成了單一的米草帶,導致其他動植物群落減少。

(4)污染加重,水環境惡化

農業生產中使用的大量的農藥、化肥,隨著降雨進入濕地,工業廢水和生活污水未經過達標處理就直接進入濕地,造成了水體的富營養化、有毒物質的積累,既污染了水源,造成大量野生動植物資源滅絕,又降低了濕地的自凈功能。

(5)社會公眾缺乏獨立性,參與意識低

首先,濕地?;さ墓誆斡胍覽嫡韉?,公眾缺乏獨立性,這種公眾參與缺乏系統性和持續性,當政府提倡濕地?;な?,公眾就被組織起來,一旦政府退出,社會公眾參與亦停止;其次,公眾參與也缺乏法律保障;再次,公眾參與濕地?;さ囊饈恫磺?,公眾對濕地的了解仍處于較低水平,缺少應有的知識。

4.3.2 管理對策建議

針對我國濱海濕地水環境管理存在的問題,提出以下對策建議。

(1)完善相關法律法規,加強立法

我國現行法律法規涉及濕地及其資源的主要有:《中華人民共和國憲法》、《中華人民共和國環境?;しā?、《中華人民共和國土地管理法》、《中華人民共和國野生動物?;しā?、《中華人民共和國水污染防治法》等。這些法律法規雖然涉及濕地的權屬、開發與?;?,但是缺乏針對性且重視開發利用,輕視濕地?;?。因此,我國需要一部專門針對濕地的法律,來規范濕地?;?。

(2)實行社區共管,建立統一的管理機構

所謂社區共管就是指讓社區參與?;し槳傅木霾?、實施和評估,并與?;で餐芾磣勻蛔試吹墓芾砟J?,其最終目的是通過社區參與達到?;な氐哪康?,即一方面使社區合理利用資源;另一方面使社區獲得一定的經濟利益,從而更自覺地參與到濕地?;ぶ欣?。濕地?;ず凸芾砬I嫻膠芏嗾棵藕托幸?,必須建立一個能夠協調各方利益關系的統一的管理機構,處理好機構內部的各種關系,探討社區共管的新型管理模式。

(3)加強和鞏固現有自然?;で墓芾?/p>

建設一個自然?;でǔ1換治?個功能區,即核心區、緩沖區、試驗區。核心區是自然?;で;さ鬧刂兄?,只能觀察;緩沖區在核心區的外圍,其主要目的是?;ず誦那?,可以進行科學研究和少量的人類活動;試驗區主要是探索開發與?;さ撓行Ы岷?。各個功能分區各有特點,針對各個功能區的特點制定?;し槳?。同時,也應加強現有的自然?;で慕ㄉ?。

(4)調整產業政策,減輕污染與破壞

本區當前產業結構主要以糧棉種植和淡水養殖為主,結構單一,效益低下,第二產業主要以初級加工為主,附加值低。因此,產業結構要調整,應該合理利用濕地資源,協調發展第一、二、三產業,重視旅游業的發展,嚴禁高污染、高耗能的工業開發項目,對農業用水、工業廢水和生活污水進行處理,使之達標排放,做到開發與?;ば鞣⒄?,既要推動社會經濟的發展,又要能夠?;な刈試?。

(5)合理發展生態旅游

發展生態旅游,不僅能夠解決資金問題,使周邊社區獲得經濟利益,而且能夠擴大?;で撓跋熗?,使人們更多地認識濕地,自覺地投身到濕地?;ぶ腥?。如香港米埔自然?;で某曬χ褪峭ü糜慰?,對香港市民,特別是廣大中小學生開展教育,這樣既擴大了資金來源,又提高了廣大市民的環保意識。

(6)加強濕地的科學研究

首先,要加強濕地的基礎研究,比如濕地分類、濕地功能、濕地生物區系、濕地評價等,為制定濕地政策打下理論基??;第二,加強應用技術研究,利用3S技術參與濕地的管理和?;?;第三,加強多學科合作研究,以生態學、景觀學、經濟學等學科為指導,共同研究濕地的利用和?;?。

(7)注重宣傳教育,加強人才培養

要經??構諦逃疃?,結合特定的活動,比如“愛鳥周”、“世界濕地日”、“野生動物?;ば?rdquo;、“禁漁期”,普及濕地知識,可以收到很好的效果。通過多種途徑,培養濕地管理和科研的專業人才,建立一支高素質的科研、管理的人才隊伍。

4.4 實踐案例分析

分別對國內外的濱海濕地水環境污染控制實踐案例進行整理,選取黃河三角洲濕地、福建濱海濕地水環境治理和日本濱海濕地水環境的?;ぶ衛砦湫桶咐惺導櫸治?。

4.4.1 國內案例分析

4.4.1.1 黃河三角洲濕地的修復

黃河三角洲位于山東省東北部,這里集中著中國最廣闊的暖溫帶濕地,包括天然濕地和人工濕地兩大類。其中濱海濕地面積為3014.81km2,占三角洲濕地總面積的48.3%。

黃河三角洲濕地退化原因包括以下兩個方面:經濟發展進程中不合理開發、過度利用等現象加速濕地面積萎縮,從而濕地水文條件發生改變,濕地生境出現不同程度的鹽堿化。由于植被分布和濕地植物形態變異起直接作用的生態因子就是地表水分條件和土壤的含鹽量,鹽堿化現象給當地生態系統和生物多樣性發展帶來嚴重威脅及挑戰。此外,黃河三角洲土壤以潮土為主,加上黃河三角洲質地低平,地下水因水位高而蒸發強烈,使鹽分向地表集中。在自然狀態下,海水入侵頂托和地表蒸發濃縮會導致黃河三角洲濱海濕地淺層地下水氯離子的含量不斷上升,土壤積鹽愈加嚴重,嚴重時造成生態退化。以上情況加劇了黃河三角洲土壤鹽漬化程度,使黃河水沙資源發生巨大變化,濕地生態系統結構發生嚴重改變,濕地向重鹽堿荒地和光板地演替。研究表明,黃河三角洲濱海濕地現狀健康條件處于健康狀態的占14.2%,亞健康的占61.9%,一般病態的占23.9%。

綜合以上分析,黃河三角洲濕地修復的關鍵在于改變濕地的水文條件,改善生境鹽堿化,使目前出現的植物逆向演替向正向演替發展。自2002年以來對黃河三角洲實施濕地恢復工程以來,主要通過修筑堤壩,在雨季和黃河豐水期蓄積淡水,旱季引水補充,以淡壓堿,擴大蘆葦在濕地中的種植面積,提高蘆葦質量,形成一定水面,為鳥類等生物的取食、棲息提供生存場所。在恢復工程中設置未恢復區,對未恢復區和恢復區的水質、土壤、植物種類等參數的進行對比,并結合野外調查及實驗室數據,分析表明到2005年7月,與未恢復區相比,恢復區濕地水域面積比例增加,水質明顯改善;植被群落呈現正向演替,群落以蘆葦、香蒲等水生植物為優勢種,生長狀況良好,并形成了優越的棲息繁殖環境,土壤達到中輕度鹽化水平,水禽種類增加,生物多樣性更加豐富。而在未恢復區,濕地裸露面積較大,鹽堿化現象嚴重,水禽棲息活動少見,生物多樣性低。同時,恢復區地表水體水質得到明顯改善,COD含量和氮磷類營養物質含量顯著低于未恢復區水體含量。由此可以表明植物修復對于恢復濱海濕地生境有良好效果。

4.4.1.2 福建濱海濕地的修復

福建省濕地總面積為83.07萬hm2,其中近海與海岸濕地面積為53.18萬hm2,占全省濕地總面積的64%。福建濱海濕地是環境與資源的綜合體,其環境質量和變遷關系到當地社會經濟的可持續發展和大量濱海居民的生活生計。此外福建濱海濕地不僅是世界候鳥的棲息地和越冬場所,在這里也分布著獨特的森林資源—紅樹林。福建濱海濕地以河口濕地和半封閉的海峽濕地為主,經濟發展戰略使福建社會經濟迎來新局面,卻使得港口和海洋開發出現非理性競爭,在生態和經濟之間產生矛盾。有調查顯示,現存福建濕地面積已大為減少,僅淺海灘涂濕地面積就由原來的28.2萬hm2下降到18.98萬hm2。福建省林業局農水處資料顯示,到2001年3月,全省圍墾面積達到8.69萬hm2,已占全省沿海灘涂面積的45.96%,天然濕地面積大范圍萎縮。

2002—2004年對泉州灣洛陽江濱海濕地紅樹林造林的研究表明,在面對泉州灣洛陽江濱海濕地圍墾筑堤破壞生境、紅樹林大面積破壞、泥沙淤積嚴重、環境污染日益加劇等眾多威脅時,遵循造林時由易到難的原則,在海水能到達的淺灘淤地,共營造紅樹林286.7hm2,擴大了紅樹林的覆蓋面積。利用紅樹林的消浪、促淤、降低風速等作用,達到?;ず0兜哪康?。另外在種植紅樹林的基礎上,同時科學發展養殖業,限制盲目開發,達到改善生態環境的目的,發揮了洛陽江灘涂濕地資源多功能高效益的優勢。

4.4.2 國外案例分析

在日本,濕地一般被稱為“干潟”。日本的干潟依發源地標準分為4種類型:前浜干潟、川口干潟、潟湖干潟、河川干潟。由于日本是島國,即便是內陸湖泊也有延伸至海洋的部分,所以日文文獻中一般沒有細分這些類型,通常干潟指的就是濱海濕地。

4.4.2.1 日本濱海濕地?;さ謀塵?/strong>

1980年,日本加入《關于特別是作為水禽棲息地的國際重要濕地公約》,并批準釧路沼澤地列入《拉姆薩爾公約》濕地,即列為國際重要濕地。釧路沼澤地是日本國內第一個《拉姆薩爾公約》濕地(以下簡稱“Ramsar濕地”)。1993年,《拉姆薩爾公約》第五屆締約國會議在釧路舉行,這次會議的舉辦使日本國內和亞洲地區有機會了解《拉姆薩爾公約》的意義。為促進《拉姆薩爾公約》在國內的實施,日本以《拉姆薩爾公約》為依據,出臺了一系列有關干潟、淺海域的決議及勸告書,如1996年通過的勸告書 《有關亞太平洋地區遷徙水鳥多國合作》,1999年通過的決議《潮間帶濕地的保全和有利利用》,2002年通過的兩項決議“綜合沿岸區域管理的致力于濕地問題原則及政府方針”、“濕地再生的原則和政府方針”。

為實現加入Ramsar濕地的目標,日本環境省制定了“日本重要濕地500”。入選“日本重要濕地500”的標準有五項:選擇標準一,在泥沼、鹽性濕地、河川、湖沼、干潟、紅樹林、海藻叢生區、珊瑚礁中選擇具有豐富的生物多樣性、又占據一定面積的濕地;選擇標準二,存在珍稀物種或瀕臨滅絕物種的濕地;選擇標準三,具有多種生物相的濕地;選擇標準四,擁有特定物種群落、并且有相當規模的個體數量;選定標準五,屬于在生物生活史中不可或缺的濕地生態系統。申請加入Ramsar濕地,必須已進入日本國內環境省規定的“日本重要濕地500”名錄。

在日本政府的重視和大力推動下,日本國內Ramsar濕地數量逐年增加。至2002年《拉姆薩爾公約》第八屆締約國會議召開時,日本國內Ramsar濕地數已達13處。2005年11月,《拉姆薩爾公約》第九屆締約國會議召開之際,日本又批準了20個Ramsar濕地??梢運殿寺坊嵋榛狡鶉氈舊緇岫允?,特別是濱海濕地重要性的廣泛重視。經過1996年的布里斯班會議(《拉姆薩爾公約》第六屆締約國大會)和1999年的圣何塞會議(《拉姆薩爾公約》第七屆締約國大會),日本實現了藤前濕地的保全,逐步實現了三番瀨、曾根、中海、中池見等濕地的保全。并且,在2005年的坎帕拉會議(《拉姆薩爾公約》第九屆締約方大會)上實現了“登陸地雙倍增加”的國際課題。其中,蕪栗沼澤和周邊的水田是第一次登陸《拉姆薩爾公約》的水田,為?;ぱ侵尢賾械氖厴戳訟M?。不過,總體來看,日本政府在濱海濕地?;すぷ髦腥〉玫某尚Щ故潛冉舷災?。迄今為止,日本的Ramsar濕地已達37個。這是響應《拉姆薩爾公約》第七屆締約國會議上提出的目標—在2005年以前將當時的1000處Ramsar濕地數增至2000處—采取的具體步驟。最能讓人感到希望的是,日本的穴道湖,沒有讓開發者具有欺騙性的導論得逞,漁民自己計算濕地的經濟價值,從而說服民間的同盟者來進行濕地的保全;在無栗沼周邊水田的冬季蓄水以及向有機農業的轉換等方面,日本已有改變漁業者、農業者傳統意識的重要成功事例。

日本之所以重視濱海濕地的?;?,是因為日本濕地消失速度極快,濕地?;た灘蝗莼?。根據日本環境省第2回自然環境保全基礎調查(1978年)和第4回調查(1989-1992年)的結果來看,2005年現存的干潟是49501hm2,1945年以后消失的干潟為33120hm2,即從1945年到2005年的60年間干潟的消失率達到40%。

更深層次的原因在于,日本獨特的地理位置使其與海洋結緣。日本經濟、社會發展對海洋資源的需求和對海上運輸通道的依賴使日本舉國高度重視海洋。眾多日本學者對海洋開發活動的探討都表達了一個共同的觀點:海洋是超越人類空間的巨大資源,故應著眼長遠;救助海洋是人類應盡的責任,而樹立日本國民立足本土的海洋觀是承擔這一責任的根本途徑。隨著土地資源日益稀缺,沿海經濟開發過程中,不乏出現在濱海濕地開拓建設用地的現實活動。資源稀缺理論決定了濱海濕地將成為社會發展中越來越重要的生態系統。沿海社會、經濟發展日益影響濱海濕地的?;?,濱海濕地的生態安全以及濱海濕地生態系統服務功能的實現,必須重視生態規劃,完善濱海濕地生態系統?;び牘芾矸ㄖ?,并推動同一生態系統內相關國家或地區開展濱海濕地?;さ耐騁恍卸?。

4.4.2.2 日本濱海濕地?;さ姆山ㄉ?/strong>

盡管日本非常重視自然資源?;?,但是國內尚無一部專門的濕地?;さバ蟹?,而是由多層次、多種類的法律規范對濕地開發行為予以限制。

日本?;け鹺J氐姆曬娑?,散見于《自然環境?;しā?、《自然公園法》、《鳥獸?;ぜ搬髁苑ā?、《瀕危野生動植物?;しā?、《環境影響評價法》、《自然再生推進法》等。此外,《污染控制法》和《公害救濟法》對濕地?;ひ燦蟹尚Я?。總體來看,日本的濕地?;し商逑搗治?部分:第一部分是針對濕地生態系統中自然要素的?;ち⒎?,如野生動物?;し?、森林法、土地法、水法、草原法等“縱向”立法;第二部分是針對包含特定濕地資源的地理單元或區域的綜合立法,如河流法、流域法、自然?;で?、河口法、海岸法、灘涂法、洪積平原法等“橫向”立法;第三部分是特別針對涉及濕地資源的人類生產開發活動的管理法,如水資源開發法、漁業法、水堤法、水污染控制法、防洪法等。

《自然環境?;しā肥粲謐勻換肪潮;し矯嫻淖酆狹⒎?,其中多處提到“濕地”,包含一些兼顧調整濕地開發、利用行為的法律規范?;詬梅ǖ幕痙ǖ匚?,其規定有助于減少諸單項環境要素?;しň嚀騫娑ㄖ淶某逋?。

日本還通過及時修訂現行法律的方式,為濕地?;ぬ峁┓芍С?。例如,《自然公園法》自1957年至1994年共修訂了12次,《自然環境?;しā紛?972年至1994年共修訂了6次,修訂中注意增加了濕地?;し矯嫻姆贍諶?。此外,1896年以河川、水壩為基礎修訂的《河川法》,分別在1964年、1997年作了大幅修訂,增加了濕地?;さ哪諶?。

根據日本學者花輪伸一的著文,我們還可以了解日本?;ぶ匾氐囊恍┓絞郊傲⒎ǎ孩儺攣枳癰蓾暠蝗妨⑽?ldquo;瀨戶內海國立公園”;② 1973年日本制定了《瀨戶內?;肪潮H偈貝朧┓ā?,后于1978年6月第84次通常國會將上述《臨時措施法》修改為《瀨戶內?;肪潮H乇鶇朧┓ā?,從而使瀨戶內?;肪潮Hù恿偈斃苑殺涑商乇鶇朧┬?、永久的法律;③山口縣長島地區的濕地被確立為 “瀨戶內海國立公園普通指定區域”;④和白干潟被確立為“國定鳥獸?;で?rdquo;;⑤今津干潟被確立為“省級鳥獸?;で?rdquo;;⑥為?;び忻骱J?,日本專門制定了 《有明海八代海再生特別措施法》;⑦濱甲濕地被確立為“國設鳥獸自然?;で乇鵯?rdquo;。除此之外,還有濱海濕地被確立為“狩獵禁止區域”、“國定鳥獸?;で乇鵯?rdquo;、“縣立自然公園”、“禁漁區”等等。

近幾年,日本國內熱烈討論制定一部專門?;な厴低車?ldquo;濕地保全法”。原因在于,日本濕地數量多,單被選入“日本重要的濕地500”的濕地已逾500個,再從眾多濕地中入選Ramsar濕地的手續需要法律規范。鑒于日本重視第三者委員會機關的設置,在候選濕地的入選過程中,也需要法律規定第三者委員會機關的設置。日本當前的做法是,符合已有的日本國內?;で氖嗇苡畔熱胙amsar濕地。不過,有關人士指出這種做法不當。有意見認為,應以Ramsar公約為基??;日本國內濕地在被選為Ramsar公約濕地的同時,應指定該濕地生態系統為Ramsar公約?;で?;指定?;で姆曬娣隊Π湊嶄檬氐睦嘈?、特點予以制定;并且,該公約?;で姆芍貧ㄕ哂σ曰肪呈∥?,多方積極參與,包括有關的省廳、地方自治體、全國范圍的NGO,地方NGO,地區農業者、漁業者、居民代表、研究者等共同構成該濕地保全委員會,以使各利益方都能參與到濕地管理中,這樣才能實現《拉姆薩爾公約》的理念。

4.4.2.3 關于日本濱海濕地?;さ鈉羰?/strong>

日本濱海濕地水環境污染防治立法中遇到的下述問題值得我國反思和學習。

(1)日本于1922年制定的《公有水面填埋法》,已經不符合日本當前的國情。該法的立法背景是,當年為滿足城市擴張建設的需要而專門制定法令,使得填埋海平面、在濕地上建造大型項目成為合法行為。該法施行的后果是,濕地生態系統的嚴重破壞使日本國民尤其是沿海居民的生活受到嚴重影響。

這部法律允許在濕地上開發的一系列規定,越來越不符合日本現階段?;け鹺J氐墓???梢運?,正是《公有水面填埋法》的存在導致日本的濱海濕地遭到嚴重破壞。早在2000年地方分權運動中,有官員即指出應該廢止該法,制定 “公有水面保全法”。聯系我國的具體情況,一些沿海城鎮制定開發當地濕地的政策性文件是常見的事,其中不乏為了工程建設用地而允許圍填海及在濕地上開工建設的規定。這無異于摧毀濕地?;しㄖ頻?“肌瘤”。在建立、完善我國濕地?;しㄖ剖?,必須對政策、法規中諸如此類的內容予以檢視和“大修”。

(2)日本在調查濱海濕地生態破壞情況時,設立了第三者審查機關。日本第三者審查機關基本上由學者和地方代表組成,這是值得我國借鑒的。當政府和地方人民團體在建設公共項目的意見上出現分歧時,由第三者審查機關出面調查孰是孰非,不失為一個好方法。不過,日本民間認為,該機關有著太多的權限,為政府辦事的目的過于明顯。第三者審查機關是日本濕地?;し⒄溝揭歡ǔ潭鵲牟?,其出現對于調和社會矛盾起到一定的緩和作用。如果該機構能本著不為強權說話、為公正而戰就更加得人心,民眾和地方政府的矛盾將會減少許多。

(3)2004年,由日本在野黨議員向參議院提出“干潟海域保全等相關法律案”,該審議沒有被通過。有日本學者主張,當前日本濕地最根本的課題,就是應考慮出臺一部專門的濕地?;し?mdash;—濕地保全法。也有日本學者提出,不制定濕地保全法也行,但應盡快制定拉姆薩爾地域條例。該條例是符合《拉姆薩爾公約》精神,由地方主導的“拉姆薩爾地域條例”,并由地方自治體在拉姆薩爾條約理念下整合濱海濕地的保全與管理體制。這一觀點十分新穎,從某種方面與“地方自治體需要有自己獨立的產業政策”有異曲同工之妙,都是強化地方自治的權利范圍。日本的地方自治是指地方團體、民間團體的自治,而非地方政府的自治。這一點尤其值得我們學習。我國地方團體、社會組織的發展空間還很大,如果地方團體、社會組織和公眾支持?;な氐牧α坎歡獻炒?,能夠對開發、利用濕地的利益主體形成強有力的影響,那么,環境正義在濕地開發與?;さ畝贊鬧芯陀辛嗽底怨誆斡氳牧α勘U?。

4.4.3 經驗與啟示

國內外成功的濱海濕地治理與?;ぐ咐?,對我國濱海濕地水環境污染治理的啟示主要體現在資金投入、法律法規、生態工程、生態?;?、社會參與和國際合作與交流等方面。

(1)加大濱海濕地水污染控制的資金投入

多方面籌集資金,大力支持濕地科學研究,分別研究和試驗我國濱海濕地?;ず突指吹募際跏侄?,為濱海濕地水污染的控制和水生態的修復提供技術支撐。

(2)出臺濱海濕地?;しü?/p>

當前,在國家層次上需要出臺濕地?;ぬ趵?,對包括濱海濕地在內的所有濕地制定嚴格的?;す芾澩朧?。借鑒美國的濕地“無凈喪失”(No Net Loss)政策,盡早劃定濱海濕地?;さ暮煜?,實現濱海濕地的無凈損失;借鑒美國濕地緩解銀行的機制,建立中國濕地面積損失的補償制度,實現濕地的占補平衡。

(3)開展濱海濕地重大生態修復工程

濱海濕地恢復工程建設要設定具體可行的恢復目標,恢復措施要有針對性??瓜枋檔那捌詰韃楹禿篤詡嗖夤ぷ?,濱海濕地恢復工程建設要有技術支持單位,并建立空間可視化的濕地信息集成、分析和評估模型系統。

(4)嚴控外來物種入侵

借鑒國外濱海濕地治理的經驗,可以選擇部分地區進行試點,取得經驗后再進行推廣。結合全國濱海濕地?;すこ坦婊氖凳?,在部分重要濕地優先開展外來物種入侵的控制和根治工程,確保重要濕地的生態安全。

(5)鼓勵社會團體參與濱海濕地?;?/p>

由于我國濕地?;す芾聿棵漚隙?,建議在濱海濕地?;ぶ薪杓;ち說哪J?,在政府主管部門的主導下,適當吸收其他相關部門、當地社區、非政府組織開展濱海濕地?;すぷ?,并引導志愿者加入濕地?;すぷ?,擴大濕地?;さ暮獻鞣段?。

(6)加強濱海濕地?;す式渙饔牒獻?/p>

加強濱海濕地?;さ墓式渙骱禿獻?,吸收和借鑒國際上濕地?;ず突指吹某曬?,以遷徙水鳥?;?、外來物種入侵防控以及應對全球氣候變化等作為重點領域,先期開展交流合作。

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