仁源水處理填料廠家鐵碳微電解填料流域水環境綜合治理技術體系研究：以兆河流域為例

　　仁源水處理填料生產廠家鐵碳微電解填料流域水環境綜合治理技術體系研究：以兆河流域為例。研究背景：我國是世界上嚴重缺水的國家，也面臨著嚴重水環境問題。根據《2018年中國生態環境狀況公報》，地表水質量相對2017年水質明顯改善，然而全國地表水1935個水質斷面中，Ⅴ類及劣Ⅴ類水質占比仍高達11.4%。此外，隨著經濟社會持續高速發展，我國流域水生態環境面臨巨大壓力，水環境問題呈現出流域性、系統性、復雜化、差異化等特點，局部性、碎片化的治理已難以從根本上扭轉水環境惡化的整體形勢，采用經濟、有效的流域統籌、系統治理技術對我國水環境治理具有重要價值。

　　當前關于水環境治理已經開展了許多工作。然而，關于系統的水環境治理思路及成熟的實踐經驗仍很缺乏，導致水環境治理難以達到預期效果。中國電建集團先后在茅洲河、環巢湖、雄安新區等區域進行水環境治理工程，形成了以水環境改善為核心，以水資源保障、水生態修復為重點的五位一體綜合治理技術體系，為河流水環境綜合治理提供了有效的治理理念與技術框架，在推動水環境治理方面具有重要的工程借鑒與推廣價值。

　　以兆河流域為研究區域，借鑒中國電建集團水環境綜合治理技術體系成果，通過流域污染源解析、水環境容量計算和污染削減分配，建立污染總量控制方案，進一步因地制宜地提出流域治理修復措施，并評價多措施組合對流域水環境治理修復的效果，為推動兆河生態清潔小流域建設提供可靠的治理方案，為水環境行業的發展提供治理技術參考。

　　一、摘 要

　　采用中國電建集團已形成的“以水環境改善為核心，以水資源保障、水生態修復為重點的五位一體綜合治理技術體系”研究成果，以環巢湖的兆河流域為例，基于污染物總量控制、生態基流和水生態系統平衡分別確定水環境改善方案、水資源保障方案和生態修復方案，并評價工程實施后水質達標狀況。結果表明：兆河流域污染源貢獻量最高的類型為城鎮生活源，污染負荷最高的小流域為縣河;流量在75%保證率下兆河流域COD、NH3-N、TP和TN的水環境容量分別為5438.61，370.42，70.76，367.50 t/a;縣河流域污染負荷削減分配量最高;水環境、水資源和水生態措施實施后，兆河流域污染負荷低于水環境容量限值。

　　二、研究區域及方法

　　城市水體的基本功能和特點

　　兆河流域位于安徽省合肥市廬江縣，流域面積1034.35 km2。流域水系及小流域劃分如圖1所示。

 

　　圖1 兆河流域水系

　　根據兆河閘水文站1959—2016年實測徑流數據分析，多年平均情況下的年入湖水量3.58億m3。

　　兆河流域內11條河流中，Ⅲ類水質河段占比56.2%，Ⅳ類水質及以下河段占比42.8%，其中盛橋河、裴河、黃泥河、縣河的污染較為嚴重，污染源主要包括城鎮生活污染、農業面源污染、廢棄礦山污染及工業企業污染;流域內11條河流生態基流缺水量1058.32萬m3，枯水期河道生態基流嚴重不足;河道生態系統薄弱，水生生物種類、數量明顯下降，流域內水生植物蔓延河岸形式單一，導致河道自凈能力差，富營養化加劇。

　　研究方法

　　1 流域綜合治理技術體系

　　兆河流域采用“水安全、水環境、水資源、水生態、水管理”五位一體的綜合治理技術框架(圖2)，以水環境改善為核心，以水資源保障、水生態修復為重點，因地制宜地提出生態清潔小流域建設的具體方案，具體實施方案包括3項措施：

　　1)基于污染物總量控制分析的流域水環境改善措施，在污染源調研的基礎上確定總量控制目標，通過計算污染削減量及污染削減分配量，建立污染總量控制方案，因地制宜地細化整治任務和水環境改善措施;

　　2)基于生態基流的流域水資源保障措施，依據河道生態基流量確定枯水期補水量，制定流域蓄水方案，優化流域內水資源調配;

　　3)基于河流生態系統完整性與多樣性的水生態修復措施，通過采取生態保護和修復措施，改造水體和河道兩岸，構建良好的水生生物生存環境。

　　圖2 流域綜合治理技術體系

　　2 污染物總量控制

　　1)污染入河負荷計算方法。

　　根據《第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊》等規范和相關手冊，采用入河系數法統計估算多源污染入河負荷。

　　2)水環境容量計算方法。

　　根據兆河流域特性，采用《全國水環境容量核定技術指南》推薦的一維模型計算水環境容量。

　　3)污染負荷削減分配方法。

　　污染貢獻分析法：在環境允許排放量約束下，采用優化方法求解各污染類型的最佳許可排放量，使得控制斷面的水質改善幅度最大。

　　經濟優化分配法：運用運籌學理論協調各污染類型之間的關系，發揮各工程措施的技術性能與經濟效能，在水體水質達標要求的約束下，使控制單元的總投資最低。經濟優化分配法的核心是求解費用函數最優化問題。

　　綜合考慮現狀排污格局、污染源可控性和經濟技術可行性等因素，采用污染貢獻率分析法和經濟優化分配法，計算各小流域各污染類型的污染負荷削減量。

　　三、流域污染物總量控制分析

　　水環境容量和污染負荷削減量的估算是總量控制的基礎，而水質目標和估算模型的確定是水環境容量和污染削減量估算的關鍵。兆河流域水環境功能區要求2020年(規劃年)為Ⅲ類水質，根據污染源調查及水質數據，計算兆河各小流域污染負荷及水環境容量，估算各小流域污染削減量，合理分配各污染類型削減量。

　　污染源解析

　　以2017年為基準年，對兆河流域內11個子流域的污染來源、類型、時空變化特征等分區進行識別與統計，其中點源污染包括工礦企業、城鎮生活、垃圾填埋場、污水處理廠4種，面源污染包括礦山、農村生活、畜禽養殖、水產養殖、農田面源和城鎮面源6種。采用入河系數法計算11個子流域的10種污染產生的COD、NH3-N、TP和TN的現狀年入河負荷;此外，不考慮污染治理措施前提下，綜合考慮廬江總體規劃及人口增長、經濟發展、污染排放、水資源利用等方面的規劃分析，確定未來規劃年(2020年)的污染物入河負荷(圖3)。

　　圖3 兆河流域各污染入河負荷

　　由圖3可知，兆河流域主要污染源貢獻順序為城鎮生活污水>農田面源>畜禽養殖>農村生活污水，其總和約占總污染負荷的85%。從空間分布來看，小流域污染負荷貢獻順序為縣河小流域>環圩河小流域>黃泥河小流域>盛橋河小流域，總占比約74%。

　　河道水環境容量確定

　　兆河屬于豐、平、枯水期特征明顯的河流，因而選取保證率為75%的年逐月平均流量作為枯水期設計流量進行水環境容量的計算，匯總得到全年的各小流域的水環境容量如圖4所示。經計算，兆河流域75%保證率下的水環境容量：COD為5438.61 t/a，NH3-N為370.42 t/a，TP 為70.76 t/a，TN為367.50 t/a，以此作為后續污染削減負荷分配的基準限值。

　　圖4 各子流域水環境容量計算結果

　　規劃年流域污染負荷入河量與75%保證率下水環境容量的差值，即為流域削減目標。COD、NH3-N、TP和TN污染負荷目標削減量為2782.42，340.43，21.24，849.07 t/a，說明兆河流域污染負荷超標。此外，與規劃年污染入河負荷量對比分析發現，縣河小流域、環圩河小流域、黃泥河小流域和盛橋河小流域的水環境容量顯著低于入河負荷量，污染負荷超標嚴重。

　　污染削減分配分析

　　圖5為各小流域各污染類型的污染負荷削減量分配結果�？芍�：不同污染物削減量及需要削減的河道分布具有差異性。COD需要削減的流域為盛橋河、裴河、黃泥河、失曹河、黃屯河和縣河小流域，NH3-N和TN需削減流域為盛橋河、環圩河、裴河、黃泥河、失曹河、黃屯河、縣河和西河上游小流域，而TP僅需削減盛橋河、裴河、失曹河和縣河小流域;縣河為污染削減重點控制流域;城鎮生活源為重點需要削減的污染物類型。綜上，縣河小流域、環圩河小流域、黃泥河小流域、盛橋河小流域為重點治理小流域。

　　圖5 各污染類型污染負荷削減量分配結果

　　四、流域治理與可行性分析

　　水環境改善措施

　　1 控源截污

　　控源截污是削減污染存量最直接有效的方法，根據兆河流域污染特征、污染源解析及污染削減分配結果，主要從點源和面源兩方面治理流域水環境問題。

　　1)點源控制。

　　兆河流域鎮區管網優化及污水處理廠的新建、改造涉及六鎮一區，實施總面積44.75 km2，其中六鎮一區新建污水管網268.1 km，恢復雨水管網13.7 km，修復市政管網208 km，改造管網錯接漏接107 km，六鎮一區新建及改造污水處理廠28950 m3/d。農村生活污水治理內容主要包括7個鄉鎮近70個村莊的污水管網和污水處理設施的新建和改造，完善污水排水系統，涉及處理設施總規模4452 m3/d，管網總規模568.8 km。其中，集中處理規模：污水處理站4150 m3/d，管網528.61 km;分散處理規模：化糞池+濕地302 m3/d，管網40.23 km。

　　2)面源控制。

　　兆河流域以農田面源污染為主，依據兆河流域農田生態環境的現狀，提出從源頭減量入手，加強對污染物的管理。推廣測土配方技術，降低肥料施用量，科學施肥，提高氮磷養分利用率;推行農藥減量增效使用技術，減少農藥在土壤中的殘留或遷移，推進病蟲草害專業化防治;推廣秸稈養殖與能源循環技術，建立沼氣池。在面源污染較嚴重的區域(如盛橋聯圩、楊柳圩、東西大圩)，在采取源頭控制等相關技術、政策措施的基礎上，采用過程阻斷與末端強化等技術措施，建立生態溝渠塘系統有效攔截和凈化農田退水中的氮磷等污染物;也可采用在圩區配置去磷型植生滯留槽，通過物理性、化學性、生物性機制過濾去除水中污染物。

　　2 采礦廢水控制技術

　　兆河流域礦山采礦區與排土場酸化形成礦山酸性廢水(AMD)，AMD的排放導致了周邊地區與河流的酸性及重金屬污染問題。源頭控制主要采用清污分流、原位基質改良+直接植被技術、微生物礦化防滲技術等技術對AMD進行生態控制，實現長期有效控制AMD的產生。在源頭治理的基礎上，采用微生物強化的生態滲濾床和人工濕地技術等被動處理技術進行末端處理。

　　水資源保障措施

　　1 水源涵養林建設

　　采用新建水源涵養林工程從上游改善河流水質，可達到涵養水源、保持水土、凈化水質，恢復和改善當地生態環境的效果。兆河流域水源涵養林共涉及盛橋河、裴河、瓦洋河3個小流域，主要為小流域源頭山區丘陵林地，分別在沈老村、破塘堰水庫、東明村、石峽村、劉墩社區共建設5處水源涵養林，總規模4.71 km2。建設方式包括：分喬、果、農作物結合模式，果、草立體模式，農作物帶狀間作模式。

　　2 活水蓄水工程

　　活水蓄水工程是保障水資源的重要措施，根據兆河自然特征，采用坑塘蓄水、河槽蓄水和生態濕地蓄水3種措施實現水資源保障。

　　1)坑塘蓄水。

　　對盛橋河、順港河、環圩河等11個小流域內65座面積5萬m2以上的坑塘進行清淤，增加調蓄庫容，攔蓄雨洪水，實現向河道補給生態水的同時向農業供水。各坑塘水深平均3 m，可形成水面面積664.91萬m2，可蓄水量共1994.58萬m3，可調庫容共997.37萬m3。

　　2)河槽蓄水。

　　根據各小流域地形狀況、生態需水量等，在盛橋河、順港河、環圩河、裴河、黃泥河等11個小流域共建閘壩10座，蓄水庫容約149.53萬m3。

　　3)生態濕地蓄水。

　　兆河流域調蓄型濕地以水資源調蓄為主，共建設5處，涉及盛橋河、西河、環圩河、裴河、黃泥河5個小流域，總占地面積1 km2，平均水深3 m，可調蓄水深1.5～2.5 m，可調蓄水量約225萬m3。

　　水生態修復措施

　　1 生態綠廊

　　生態綠廊工程-生態緩沖帶建設涉及7個小流域，在河道堤防背水側建設10～45 m的生態綠廊，建設總長44.2 km。選用地帶性植被、鄉土植物作為基調，模擬自然植物群落，突出植被的地域特色。

　　2 生態河道

　　在盛橋河、裴河、黃泥河、失曹河、黃屯河、縣河6條河流的非行洪河道、濕地進水區、濕地區、坑塘區等流速緩慢的水體中，引入選擇性激活植物根系促生菌技術、強化耦合生物膜技術進行原位生態修復;在入河口建立水生植物凈化系統和水生生物群落，實現水生生物的多樣性及群落穩定性，提高水體的自凈能力。

　　3 生態濕地

　　在5個小流域共建設生態凈化濕地5處，總占地面積0.87 km2，平均水深2 m，可蓄水量約113萬m3。主要功能為凈化污水處理廠尾水、農業面源污染及鎮區生活污水，通過濕地多層級的水生植物凈化后由出口補入河道。

　　工程實施效果評價

　　對各工程措施的治理修復效果進行評估，預期工程實施后，兆河流域污染負荷實際削減量：COD為5466.45 t/a、NH3-N為510.03 t/a、TP為55.85 t/a、TN為701.59 t/a，可實現75%保證率下的污染負荷目標削減量;水資源保障措施實施后水環境容量增加量：COD為108.09 t/a、NH3-N 為11.16 t/a、TP為2.26 t/a、TN為4.54 t/a。各小流域工程措施實施后污染負荷目標削減量及實際削減量對比、擴容后水環境容量增加量對比如圖6所示。可以發現，實際削減量均高于目標削減量，且通過工程措施后各個小流域的容量均增加，說明兆河流域采用的治理技術體系是可行的，可達到工程實施后的目標。

　　圖6 污染負荷削減量及擴容后水環境容量對比

　　五、結 論

　　1)基于污染物總量控制分析及保證河道生態基流量、恢復生態系統多樣性的目標，建立水環境綜合治理技術體系，從水環境、水資源、水生態角度出發制定了流域綜合治理方案。

　　2)污染源解析和水環境容量計算結果表明：兆河流域主要污染源為城鎮生活污水和農田面源;COD、NH3-N、TP和TN污染負荷目標削減量分別為2782.42，340.43，21.24，849.07 t/a;縣河流域污染削減分配量顯著高于其他流域，且城鎮生活源和污水處理廠為主要控制污染源。

　　3)采用五位一體的綜合治理技術體系，預期能實現兆河流域COD、NH3-N、TP和TN污染負荷削減5466.45，510.03，55.85，701.59 t/a，水環境容量增加108.09，11.16，2.26，4.54 t/a，說明該治理技術體系是可行的，可推廣應用于水環境綜合治理。

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