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1、城市水環境長效治理與水的生態循環梯級利用2017年3月25日提綱 城市水環境面臨的突出問題及其根源 城市水環境治理的基本思路和長效措施 水環境治理實踐中存在的突出問題 總結與展望一、城市水環境面臨的突出問題及其根源“水”是城市的血液。城市“傍水而建，依水而興，因水而衰”。“水環境質量”體現了城市的品位、生活質量和生態文明建設水平。“水生態安全”決定了城市的發展潛力，是城鎮化發展戰略的重要保障，也是建設小康社會、美麗中國和健康中國的重要內容。1.1 城鎮化與水生態安全保障水空間縮減水生態破壞水環境污染水資源短缺經濟社會發展生態文明建設1.2 城市水環境存在的突出問題P800mmP200mm水資源2、短缺（供水不足、調水、地下水超采）1.2 城市水環境存在的突出問題 2013年：城鎮化率53.7%，城鎮人口7.31億；城市生活用水總量537.3億m3。全國660余座城市中近2/3面臨供水不足的問題，特大型城市尤為突出。2030年：城鎮將增加至約1000個，城鎮化率提高至約70%，城鎮人口增長至10億，總用水量將增至7000億m3以上，水資源供需矛盾將更加突出，水環境安全保障的難度也將不斷增加。1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 201420000400006000080000100000120000140000160000 萬人年 城鎮3、 鄉村 總人口1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 20140100000200000300000400000500000600000700000 億元年 國內生產總值(億元)人均國內生產總值(元)2004200520062007200820092010201120122013201401000200030004000500060007000 水量(億立方米)年 供水總量(億立方米)地表水供水總量(億立方米)地下水供水總量(億立方米)其他供水總量(億立方米)1.2 城市水環境存在的突出問題水資源短缺（供水不足、調水、地下水超采）水環境污染（黑4、臭、水華）2015年4月16日國務院頒發的水污染防治行動計劃（簡稱“水十條”）提出，到2020年，地級及以上城市建成區黑臭水體控制在10%以內；到2030年，全國七大重點流域水質優良比例總體達到75%以上，城市建成區黑臭水體總體黒臭水體：煩壞了百姓、難壞了政府、忙壞了企業、囧壞了學界1.2 城市水環境存在的突出問題水生態破壞（生態基流缺乏、健全性喪失）1.2 城市水環境存在的突出問題水空間縮減（河道干枯、河道填蓋）1.2 城市水環境存在的突出問題給水管網自來水廠水源用戶根源：不可持續的城市供排水系統污水管網污水廠外排水雨水水資源單向流動（上游取水、下游排水），利用效率低客水依賴度大，可持續供水5、能力不足污水排放“量大質劣”，生態影響嚴重1.3 城市水環境的成因與根源二、城市水環境治理的基本思路和長效措施2.1 城市水環境治理的基本原則明確目標、找準關鍵：明確要達到的水質治理目標，包括分期分階段目標；為了保證治理措施的科學性和可操作性，事先的污染成因分析和重點治理對象的確定是前提和基礎。因地制宜、綜合施策：根據水體污染的程度、污染原因、水文水質特征和治理目標，制定有針對性的、技術可行、科學合理的綜合治理措施。立足長遠、確保長效：綜合考慮城市水系統建設、區域水循環體系構建和水生態安全保障進行規劃和設計，以確保長效性。明確目標、找準關鍵、因地制宜、綜合施策、立足長遠、確保長效2.2 城市水6、環境治理的基本措施與長效模式建立可持續的新型城市水系統水的生態循環和梯級利用基本措施截污控源、補水活水、修補退增、親樂用管長效模式 影響水質的關鍵要素底泥底泥空氣（氧氣、二氧化碳、N、P）陽光、氣溫懸浮物無機營養鹽溶解性有機物金屬離子(鐵、錳）水生植物微藻細菌污染源補水（水量、水質）退水水深、水體面積、生態系統水力條件(流動性、停留時間)底泥性質、點源面源鳥類溶解氧pH值2.3 城市水體水質的影響因素與關鍵過程 影響水質的關鍵過程 有機物生物分解過程（消耗溶解氧、產生副產物）微藻生長繁殖過程（增加水體有機物濃度）溶解氧消耗與補充過程：有機物分解、氧氣溶解-溶解氧消耗過程：有機物分解-氧氣溶解過7、程：與水流、氣候條件有關-好氧分解：有機物+溶解氧二氧化碳、硝酸根、硫酸根、水-厭氧分解：有機物甲烷、氨、硫化氫、有機胺、有機酸二氧化碳+氮+磷+陽光藻細胞（懸浮物）+氧氣2.3 城市水體水質的影響因素與關鍵過程 保障生態用水，降低污染物濃度 縮短水體水力停留時間（有進有出）提高水體流速，增強復氧能力 與引水沖污有本質的區別 補水活水的目的與作用城市污水廠高質量尾水（再生水）的“生態循環、梯級利用”是水體污染治理和生態修復的長效模式2.4 城市水的生態循環、梯級利用 現有的再生水利用模式基于工程措施的人工循環利用再生水的直接、單向、單次利用取水生活用水市政用水水廠生產用水污水廠再生水廠再生水再8、生水排放生態用水2.4 城市水的生態循環、梯級利用再生水排入城市地表水系統（如河湖塘池、景觀水體、人工濕地等），經過一定時間的儲存凈化之后，再利用于工業、生活和農業用水，從而形成城市內部的水循環利用體系。取水生活用水市政用水再生水廠人工調控水生態系統（濕地、河湖）水廠企業/園區循環生產用水生態再生水生態再生水排放工程再生水 水的生態循環、梯級利用基本模式2.4 城市水的生態循環、梯級利用生態修復：保障生態用水，促進水體流動，有利于生態恢復/修復，提高生態抵御能力。空間增補：通過恢復干枯河道、建設人工濕地等措施，增加水生態空間，提高水環境容量。水質凈化：凈化水質，提高再生水安全性。將通過工程措施9、得到的再生水（工程再生水）轉變為“生態再生水”，可以提高公眾心理接受程度。促進循環：通過后續的工業、生活、農業梯級利用，縮短了停留時間；同時平衡了工業和生活用水與生態用水間的矛盾，兼顧了各種需求。河湖塘池、景觀水體、人工濕地等人工強化調控的水生態系統是水的生態循環和梯級利用的關鍵節點。水的生態循環、梯級利用基本特點2.4 城市水的生態循環、梯級利用德州市面積10356 km2，590萬人，經濟總量約為1950億元（2011）。對徒駭河、馬頰河的污染貢獻率約20%。聊城市面積8715 km2，580萬人，經濟總量約為1905億元（2011）。對徒駭河、馬頰河的污染貢獻率60%以上。茌平2.4 城10、市水的生態循環、梯級利用 水的生態循環、梯級利用案例：山東省茌平縣水生態循環體系建設工業廢水排放量占總排放量的80%污水再生利用率低，水循環利用系統尚未形成城區生態環境用水缺乏，環城水系聯通不暢茌平縣水環境面臨的課題茌平縣城區水平衡圖（2011年）工業生產居民生活城鎮公建1,820345147地下水地下水地表水600第一污水廠3101242,0461,3331,1471,3061,1342,440圖中數字單位：萬m3/a第二污水廠35232713374深度處理茌中河徒駭河0損失量（蒸騰、泄露、消耗等）2.4 城市水的生態循環、梯級利用水生態循環梯級利用體系實施后的水平衡預測（萬m3/年）茌平縣11、城區水的生態循環梯級利用體系設計工業生產居民生活城鎮公建417150地下水地下水第一污水廠3541282,8501,8721,4603,232第二污水廠6322610引黃水深度處理1,590400信發集團1,460茌中河河道走廊人工濕地景觀用水（金牛湖）綠化、道路用水、農業灌溉環城水系1,772徒駭河徒駭河1,8721,460地表水6001,2723002001,000182潛流濕地圖中數字單位：萬m3/a損失量（蒸騰、泄露、利用等）2.4 城市水的生態循環、梯級利用茌中河茌新河信源水庫信源水庫污水一廠4萬m3/d污水二廠6萬m3/d人工濕地水資源景觀生態回用農業回用技術示范水資源工業回用示范12、(熱電)生物浮島技術生物飄帶技術河道自凈能力強化與生態修復技術、水資源水質保持技術示范人工濕地(潛流+表流)水質凈化技術示范重點行業廢水深度處理節能降耗與廠區回用技術示范河道自凈能力強化與生態修復技術示范水資源調配系統、再生水水質安全監控、水質安全保障技術體系集成污水處理廠優化運行、水質改善、節能降耗茌平縣城區水的生態循環梯級利用體系建設方案4萬m3/d直接回用于工業6萬m3/d進入濕地及河道走廊入徒駭河CODCr量減1,030 t/a（減排52%）區域水環境得到明顯改善茌中河2011-2013年水質變化（示范區進入徒駭河監測斷面）050100150200250 COD（mg/L）2011/013、1 2012/01 2013/01 2013/06 2013/11 048121620 氨氮（mg/L）2011/01 2012/01 2013/01 2013/06 2013/11 2.4 城市水的生態循環、梯級利用茌平縣城區水的生態循環梯級利用體系實施效果 水的“介循環”（water meta-cycle）系統基于再生水的生態循環與梯級利用方式，融合企業和家庭、社區內部以及企業間和區域層面的水循環利用，構建區域水資源“介循環”(water meta-cycle)利用模式，以最大限度地促進節水減排。引自：胡洪營等(2015)區域水資源介循環利用模式的概念、結構及特征，環境科學研究2.4 城市14、水的生態循環、梯級利用通過企業、家庭和社區等局部單元內的水循環利用，工業和城市等社會系統尺度內的污水再生處理與直接利用，以及區域層面上再生水的生態循環利用等，促進不同層階和不同用途水循環利用的有機銜接與耦合，實現再生水的安全聰巧(safe and smart)利用及區域尺度上水資源的閉環循環和趨零排放。水的“介循環”（water meta-cycle）系統關鍵環節與基本過程引自：胡洪營等(2015)區域水資源介循環利用模式的概念、結構及特征，環境科學研究2.4 城市水的生態循環、梯級利用城市系統社區家庭工業系統區域生態給水處理污水再生田地企業水系園區水生態系統自然水體1階循環2階循環3階循環 15、水的“介循環”（water meta-cycle）系統結構特點2.4 城市水的生態循環、梯級利用水的“生態循環、梯級利用”和“介循環”可最大限度實現：節水減排、補水活水、生態修復、空間增補城市水環境（黑臭水體）治理的長效、可持續措施(適用于北方、南方等不同地區）2.4 城市水的生態循環、梯級利用三、水環境治理實踐中存在的突出問題 水環境治理技術體系黑臭水體治理技術體系控源截污技術內源控制技術生態修復技術截污納管面源控制垃圾清理生物殘體及漂浮物清理清淤疏浚生態凈化岸帶修復人工增氧其他技術活水循環清水補給就地處理旁路治理3.1 城市水環境治理技術體系如何制定科學、合理的水質凈化目標？（COD、氮、16、磷）（黑臭）水體治理有哪些適宜技術？如何選用？這些技術的適用性和局限性如何？如何優選和集成（黑臭）水體治理技術？如何防止治理后水質反彈，保持水體水質良好、穩定？面臨主要技術問題在實踐中存在諸多誤解/誤區：污染成因、黑臭概念、水質目標、治理技術、治理方案3.2 城市水環境治理中存在的突出問題 水環境治理技術的局限性與誤區 引水沖污：治水理念缺失。與補水活水有本質區別，應嚴格控制。岸帶修復：景觀效果為主，截污效果十分有限 原位生態凈化：在河道內種花種草效果甚微、很難解決根本問題。要尊重自然規律，合理選擇水生植物。影響面、季節影響、植物收割。原位化學處理（混凝處理）：只是污染物轉移，沒有移除和去除。17、對有機物和氮的處理效果有限。人工投加化學處理藥劑會對生態系統造成不利影響的累積，不宜提倡。原位生物處理：對有機物有一定效果，對氮磷基本沒有效果。人工投加生物制劑，難以發揮長效作用，不宜提倡。3.2 城市水環境治理中存在的突出問題 曝氣沖氧：單獨曝氣對河道水體充氧，可以暫時緩解黑臭現象，但不能從根本解決問題，還會帶來其他負面影響。黑臭水體中存在病原微生物污染，曝氣后形成氣溶膠，對周邊居民健康的危害不容忽視。要以科學的眼光對待問題，以什么方式曝氣？在什么地方曝氣？如何防止氣溶膠污染？這些都是需要厘清的核心問題。水質理解誤區：懸浮態與溶解態、COD與BCOD、氮磷與水質 工藝理解誤區：簡單套用污水處18、理廠的思路、概念和工藝。天然水體與污水廠有本質的差別（污染物濃度水平、來水的可控性、水體介質物理化學特性、生物生態特性、水力學特性）水環境治理技術的局限性與誤區3.2 城市水環境治理中存在的突出問題四、總結與展望引水沖污不可取、原位處理須謹慎、截污控源是前提、補水活水是關鍵、旁路處理是補充、生態修復是輔助、空間增補需關注、親水用水促長效。水環境治理措施制定時應注意的問題4.1 城市水環境治理的幾點體會黑臭水體治理后，水華控制將成為關注點和難點（關系到是否返黑返臭？是否能長期保持？）黑臭水體水華控制 黑臭水體中，微藻難以生長，一般不發生水華（缺少光照、有機物濃度高抑制藻類生長）黑臭治理后：水體的19、氮磷濃度仍較高微藻生長水華爆發藻類死亡/細胞溶化有機物濃度升高導致黑臭4.2 城市水環境治理的發展趨勢黑臭水體、營養鹽濃度和水華的關系污水廠城市水體用戶再生水能源/化肥污水精煉廠給水管網自來水廠水源用戶污水管網雨水 可持續城市水循環系統4.2 城市水環境治理的發展趨勢生態循環梯級利用、供排水一體化、多水源供水（污水、雨水）城市水環境治理是一個復雜的系統工程，為了保障治理措施的科學性、可操作性和治理效果的長效性，應避免“頭痛醫頭，腳痛醫腳”行為。應發揮科技的力量，從城市水系統、區域水循環和水生態安全保障的高度進行城市水體綜合治理，有效整治城市水環境。結語水的生態循環梯級利用、區域水的“介循環”是水環境治理的長效、可持續措施，亟待加強實踐和大力推廣。請批評指正！