郑兴灿:城市水污染控制与水环境治理的若干问

作者:海燕论坛 | 2020-06-24 16:14

  近日,四川省城镇供水排水协会水环境综合治理专业技术管理委员会成立大会在四川成都召开,中国城市科学研究会水环境与水生态分会副会长潘文堂、委员郑兴灿、常务副秘书长谢琤琤受邀参加此次大会,并与四川省水协就合作推进全省践行长江经济带水环境与水生态保护战略等问题作了探讨。郑兴灿教授在会上作了“城市水污染控制与水环境治理的若干问题探讨”的专题分享与交流。

  我国的水环境问题是全国性、区域性的,从城市水环境来看,需要构建一个绿色智慧新型的城市水系统,以满足日益增长的美好生活的需要。城市水环境治理是系统解决城市水系统交织叠加的复杂难题,无法用单一的手段或者技术解决,举例来说,城市水体黑臭的主要问题是BOD5和氨氮,水质富营养化的问题是氮磷,生态与环境安全的问题主要是新兴微量污染物。

  回溯一下水环境的问题和缘由,主要是因为人类的各种活动产生排泄物与废弃物、工业生产产生很多有毒有害污染物、还有一些其他活动,比如现今的人们大量使用日化用品与各类药物,这三个方面造成了城市资源与环境的重大变化及关联响应。

  人类的这些活动产生大量污染物的排放,因此,就有不同的环境响应。比如,在大气方面,雾霾对水环境也是有一定的影响,在一些地区测试,空气湿沉降中总磷的浓度能达到0.1mg/L,而水体富营养化的标准仅仅是0.05mg/L。概括来说,整个过程就是一个大气、水体、土壤和生态相互影响的过程,从学术角度上说,所有过程就表现为质量、动量、热量的传递过程。这些因素叠加在一起的环境响应一旦超过了环境承载力,就会产生各种环境问题,例如局部条件下的水量过多就会出现洪灾,在城市区域就是内涝,其实,更多的时候是出现河道断流,而且断流的环境影响比内涝更不利,因为断流往往会导致干旱、飞尘和热岛效应,又会造成空气污染,所以这些过程都是相互关联的。

  水环境的问题是多因素的关联叠加,城市水环境治理既要进行污染物控源减排,又要进行水环境质量提升和生态环境改善。目前我国正在全面推行的相关工作主要有以下几项,一是海绵城市建设理念落地,二是城市黑臭水体治理,三是城镇污水处理厂提标,四是雨污水管网提质增效,这也是住建部等国家部委正在全力推进的重点工作,本质上都是水环境的综合治理。

  城市水环境治理的重点任务是,切实控制城市工业污染物,全面控制城市生活污染物,有效控制城市面源污染物,恢复城市水体生态径流量,逐步消除城市水体内源污染物,当前对氨氮和总磷的控制最为关键。在城市水环境治理过程中也要分清主次,工业污染物方面,应重点关注COD、有毒有害及微量污染物,而不是氮磷;生活污染物方面需要从源头上控制日用化学品和药物,这些都是污水处理厂新兴微量污染物的主要来源。此外,经过我们长期研究发现,污水处理厂还受到地表降水径流和地表废弃物的很大影响。

  城市水环境治理的关键环节在于水量恢复与水质复原。从水量和水质来看,在各项任务没有完成之前,实现恢复城市水体水质是不现实的。水量方面,系统中缺水就要考虑水量的恢复,除了尽可能恢复天然径流量,目前能做的事情,一方面是加大城市污水处理规模,实现全收集、全处理及全利用,另一方面就是从海绵城市方面结合雨水的利用。在这个过程中为什么要提标呢?因为用水需要有保障。根据原水是什么水,出水要达到什么标准,从而采取不同的技术手段,而本质上其实是工程投资和运营成本并重的一个过程,同时在这个过程中追溯水的源头与后续。

  自然环境中的水是通过降水、渗滤等连续、交互的的过程而来的,由于城镇化与工业化的影响,城市的建设把这种关联都切断了。比如,闸坝的建设切断了水的天然流动,改变了水力学特性,土壤结构的改变削弱了生物作用,干湿度、温度的变化也使土壤的化学过程、生物学过程发生变化,导致生态水文从连续变成非连续,从交互变成非交互,从整体性变成了碎片化受干扰的过程。

  城市水环境的综合治理就是要恢复生态水文连续、交互、自我保持、自我修复的过程,现阶段仅仅靠自然过程已经无法恢复,所以需要依靠大量的工程强化手段来补偿来促进恢复生态循环的过程。通过水质、水量、土壤的联合调控来实现水量水质、土壤和生态的良性互动循环。

  城市水环境治理任务实施起来很艰难,因为关键任务是有大量的投入需求的。可以大致做一个估算,我国城市水环境治理需要投入50万亿以上:全国城镇污水处理达到一级A及更高标准,需要2万多亿,污泥处理处置3000亿,与此同时还要把污水、雨水管网解决好,污水管网20万亿,雨水管网30万亿。

  但很多时候又不单单是钱或技术的问题,而是非常综合的问题。要解决好水环境治理需要采用全过程联动整体解决方案:城市水系为主体的大排水系统、市政管网为主体的小排水系统、地块“排-蓄-渗”微排水系统、源头减量-收集-调蓄-河湖水体、溢流控制-再生处理-生态重建。如果单纯使出水达到一级A标准,但管网却不完善,那水环境治理仍然是跟不上的。发达国家的一些著名城市就是因为没有解决好雨水污染的问题,才导致的水体黑臭,低影响开发(LID)等技术在此背景下诞生。我国海绵城市的做法主要是借鉴美国LID的理念,认为他们的做法好值得借鉴,而实际上美国的一些城市是因为过去采用了大量的合流制系统,实在无法改造了才采取了这种补救措施,这些补救措施的效果都是有限的。因此,建设海绵城市就可以削弱管网系统建设的说法做法是不对的,大量建设海绵城市的同时,不仅不能削弱灰色系统建设,反而需要进一步加强,协同推进,相互增强。

  水环境的质量标准决定了水环境治理的方向,但我国目前的标准却存在一些不足。举例来说,我国现行的GB3838标准的一些指标(如下表所示),2002年版,偏于生态环境目标,对现实情况关注不够,尤其总氮指标值及其与氨氮、硝态氮指标的关系。2002年版中总氮标准仅适用湖库,河流中没有总氮要求,而实际上很多河流都是要进入湖库的,湖库又缺乏总氮去除能力,只能靠上游控制才能达标,河流不达标就无法保证湖库总氮达标。再看1988年版的标准,就比较合理,更切合实际一些,采用的是凯氏氮和硝酸盐的指标,而总氮正是由凯氏氮和硝酸盐组成的。12

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