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牡丹江流域水质综合保障显成效
——水专项“牡丹江水质综合保障技术及工程示范研究”课题成果应用成绩斐然
文雯
http://www.workercn.cn    2018-01-12     来源:中国环境报
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  牡丹江流域面源综合整治关键技术示范区一瞥

  牡丹江流域田园风光

  牡丹江市北安河生态恢复关键技术示范区

提要

  5年前,国家水专项“牡丹江水质综合保障技术及工程示范研究”(2012ZX07201002)课题立项伊始,课题组就将课题目标确定为通过研究成果的综合应用和示范工程的引领,实现国控柴河大桥断面达到Ⅲ类水质。

  如今,5年过去了,课题的两项标志性研究成果——“牡丹江水质改善综合保障技术方案”和“牡丹江水质综合保障关键技术”为地方社会经济发展宏观决策提供了技术支撑,可应用于松花江流域中其他支流和国内其他类似河流的水质安全保障,有效推动河流水质保障技术的科技进步。

  从一河一策到黑龙江全流域治理

  课题标志性成果促进了专项目标的实现

  松花江项目的总体目标是“为松花江水污染防治规划的落实提供关键技术,为实现松花江的水质安全与水生态安全以及跨界水环境管理提供技术支持”。而作为松花江第二大支流,牡丹江流域面积约占松花江流域总面积的7%,径流量占松花江的10%,是具有典型代表意义的松花江支流,牡丹江水质的优劣对松花江水质影响较大。

  “牡丹江水质综合保障技术及工程示范研究”课题组对牡丹江流域自然地理和社会经济概况、水资源利用与水功能区划、牡丹江干支流水质与污染物排放现状以及水生态特征进行了全面分析,并进行了河流健康评价和水环境安全评价,明确了牡丹江流域的水环境特征。基于此,课题组对牡丹江流域的水环境问题进行了深入分析和诊断,以治河为思路,针对环境问题提出了相应的技术需求,从流域发展模式、管控方式、治理方式等方面开展了技术研发和工程示范,找到了牡丹江水质安全保障的治理途径,构建了牡丹江水质改善综合保障技术方案。

  经过五年的科技攻关,“牡丹江水质综合保障技术及工程示范研究”课题取得重大突破与进展,主要研究成果包括牡丹江产业结构调整方案、主要支流水质保障方案、牡丹江梯级电站调峰水流生态影响补偿的技术方案、北方污染河流生态恢复集成技术、牡丹江典型支流面源污染综合防控体系以及牡丹江流域水环境质量监测预警体系。

  依照“以支促干”的治污理念和“一河一策”的治污模式,在“十一五”课题研究基础上,“牡丹江水质改善综合保障技术方案”和“牡丹江水质综合保障关键技术”这两项标志性成果全面细致地分析了牡丹江流域自然地理、水系结构、土地利用、水资源利用与水功能区划、河流水质与污染排放现状以及社会经济等水环境特征,提出了牡丹江流域水质保障的总体目标,明确了指导思想和原则。依据牡丹江城市段COD和氨氮的动态容量进行了污染削减分配研究,提出了典型城市内河和典型农业支流污染综合治理工程。

  通过工程的实施,使牡丹江市北安河至柴河大桥25.7 km水质得到改善,海浪河支流牛尾巴10 km水质得到改善;牛尾巴河入海浪河口断面CODMn削减15.03%,NH3-N削减21.40%。

  水专项“十一五”课题形成的“牡丹江水质保障综合技术方案”以及“十二五”课题研究期间形成的标志性成果已应用于地方规划及治污方案中,通过规划的实施以及示范工程的建设运行,示范区内COD排放总量在2010年(国家认可)基础上削减6918.59 t,国控柴河大桥断面水质达到规划目标要求。

  近十年来,监测数据表明,国控柴河大桥断面和国控牡丹江口内断面高锰酸盐指数和氨氮的年际变化趋势基本相同。随着课题研究的深入,牡丹江水环境质量不断得到改善和提升。课题从整个河流生态退化和水环境改善问题的诊断和认识到形成治理方案策略,支撑当地做出规划,纳入工程实施;水质预警决策平台的运行纳入了有效管理,通过产业结构优化,促进当地产业结构模式的调整和区域可持续发展,使得牡丹江水质越来越好。与“十一五”相比,牡丹江的高锰酸盐指数和氨氮浓度在“十二五”期间有了大幅度下降。牡丹江水质的改善有效保障了出境河流水质,为“十二五”松花江流域在2010年的基础上COD削减9.5%、氨氮削减10.9%做出了贡献,是松花江项目总体目标实现和松花江流域治理不可缺少的重要因素,课题的实施能够响应和促进总体目标的实现,对松花江水环境改善和水生态保护具有积极意义。

  “牡丹江水质改善综合保障技术方案”和“牡丹江水质综合保障关键技术”作为课题标志性成果,为牡丹江流域的治理和改善提供了一条可实施的污染控制路径,为确保牡丹江水质安全和水生态健康提供了一个强有力的技术支撑。同时,牡丹江是黑龙江城市发展的缩影,牡丹江流域水质保障的相关研究成果将来可推广复制到黑龙江省其他流域。

  从治理技术到综合防控体系

  发表论文数十篇,形成相关技术体系

  “十一五”末期,牡丹江市仍存在经济结构不合理、经济增长质量不高的问题,环境保护与经济发展的根本矛盾没有得到解决,不合理的工业布局使水质安全难以保障,牡丹江流域水质保障严峻形势要求尽快建立以水环境优化经济可持续发展为目的的产业结构调整模式。

  国内外关于产业结构调整的研究集中于产业结构调整对经济增长的影响,关于具体区域的实证研究较多,但是基于流域水质改善的产业结构调整研究较少。课题组在充分利用“十一五”研究成果的基础上,开展了相关研究,形成的“基于水质改善的牡丹江流域产业结构调整方案”,为牡丹江流域污染减排工作提供了技术指导,为缓解牡丹江经济发展与水环境保护的矛盾提供了基础技术支撑,对于其他流域水质保障具有一定的借鉴意义。相关研究成果具有创新性,已在国内外期刊发表学术论文12篇。

  课题组研发的北方生态恢复集成技术在牡丹江市北安河生态恢复关键技术示范区成功应用。从整个流域角度出发,在北安河上中游,以近自然方式构建河道多样性植被缓冲带,防控面源污染;在北安河中游通过对工业废水及生活污水的截流和处理,集中控污,特别强化污水处理厂的深度处理;在北安河下游对江岸边采砂场和农业等活动管控,促进河道采砂规范化,市内段河道巡查制度化,系统地解决了受污染城市内河存在的水环境问题。相关研究成果申请技术发明专利5项(其中1项已获授权),在国内外期刊发表相关学术论文9篇。

  课题组还根据牡丹江流域面源污染问题提出了建立面源污染综合防控体系,并已经在牡丹江流域面源综合整治关键技术示范区得到成功应用,将农田化肥减量、污水处理、雨水截留、禽畜粪便处置结合在一起形成一个有机系统,解决了小城镇污水处理工艺运行成本高、冬季运行不稳定的问题;生活垃圾、畜禽粪便稳定产沼气及梯级循环利用技术突破了秸秆和畜禽养殖业废物含水量高、成粒难等关键技术;化肥减量及绿色化肥替代技术可以有效减少化肥用量;雨水高效截污潜流人工湿地砾石床工程经过两年运行大幅度减少了雨水带来的悬浮物和氮磷物质进入水体。相关研究成果申请技术发明专利3项(其中1项已获授权),在国内外期刊发表相关学术论文14篇。

  梯级电站的建设和运行调度对生态环境的影响是深远而复杂的。课题组以电站调度带来的水流剧烈变化为切入点,利用调查、实测、模拟的方法,分析水流变化对生态环境的影响,定量研究水流剧烈变化对水质和底栖动物的影响,并提出合理的应对措施,最终形成“减缓电站调峰水流生态影响的技术方案”。此方案可以很好地服务于牡丹江流域的生态保护,对于梯级电站开发导致干流生态系统退化的其他流域的生态补偿,具有广泛的借鉴意义。相关研究成果具有创新性,获软件著作权3项;获技术发明专利两项;在国内外核心期刊发表学术论文10篇,并在多个国际会议上进行了交流。

  课题组以国家相关水质评价标准和水环境功能区划为依据,确定预警级别,对牡丹江流域内的水环境作出预警评价,构建了基于生物指标协同理化指标的牡丹江水环境质量评估指标体系。在此基础上,充分利用历史和实时水文数据以及已有研究成果,建立了主河道和水库水动力水质模拟模型,搭建了牡丹江水环境质量保障预警决策支持平台,构建适合于牡丹江流域可业务化运行的水环境质量监测预警体系1套。牡丹江水环境质量保障预警决策支持平台功能已实现,平台部署在牡丹江环境信息中心,可直接为市政府在牡丹江水污染防治与水质管理提供决策支持服务。相关研究成果,已获两项软件著作权;在国内外期刊发表学术论文9篇。

  从环境管理到可持续发展

  成果的产业化及应用前景广阔

  课题研究过程中课题组与牡丹江市环境保护局、牡丹江市环境监测站等相关部门密切配合,研究成果中涉及地方环境管理部分及时反馈牡丹江市环保局及相关部门,并建议其应用于当地环境管理工作中,对牡丹江社会经济的可持续发展起到了极大的推动作用。

  《牡丹江市环境保护“十二五”发展规划》提出了加强江河水域治理工程并开展了“一河三溪”综合整治工程的建设。工程实施期间,课题组通过引调水泵站的设计和计算,解决了金龙溪截污后水量不足的问题。同时,课题组结合北安河特征探索了底栖生态系统恢复模式,恢复了4km河道的植被多样性,开展了近自然河滨带的构建,恢复了2万m2的河滨带生态环境。对规划的2.69万m2半硬质生态护坡的植被组成进行了优化,推荐使用固土截污能力更强的五叶枫和紫穗槐进行种植。此外,随着经济的发展,我国水环境污染严重,低C/N的水质条件越发普及,对于污水处理厂的同步脱氮除磷的要求越来越高。课题组研发的强化硝化反硝化悬浮填料、低C/N污水内部碳源高效利用及高效除磷技术,实验结果良好,硝化反硝化效果明显提高,得到了牡丹江城市污水处理厂的肯定,也为要求深度减排的污水处理厂工艺改进提供了一种行之有效的解决办法,应用前景广阔。

  北方污染河流生态恢复集成技术的实施为“一河三溪”治理和环境综合整治提供了技术支持,示范工程与依托工程相结合,全面提升了牡丹江市区溪、湖附近居民生活质量和幸福指数,获得河道治理、环境改善、生态宜居和城市品位提升“四位一体”的同步效益。

  在牡丹江典型支流建立的面源污染防控体系中,课题组建设了小城镇污水处理示范工程。工程投资为103.45万元,年运行成本约为9.84万元,吨水处理成本为0.42元。从应用的角度来看,技术经济指标较好。生活污水经组合工艺处理后用于农田灌溉,在一定程度上缓解了当地水资源短缺的状况。组合工艺处理过程中产生的污泥和湿地植物均可以回收利用。沼气工程沼渣、沼液的利用,节省了大量化肥和农药、改善了土壤条件,使农业生产逐步向生态化方向转变。在沼气生产中,农作物生长所需要的氮、磷、钾和微量元素等仍然留在残渣和废液中,发酵可使缓效肥变成速效肥。沼气工程通过利用沼渣肥、沼液肥发展绿色蔬菜和有机水稻的生产,增加了经济效益。沼气站生产的绿色能源——清洁甲烷气供应当地居民,方便了人民生活。

  沼气工程有效利用生物质能源,为垦区经济和社会可持续发展开辟了一条新路,前景广阔。

  课题成果不仅解决了一些技术难题,更为当地环境管理提供了强大的技术支撑,具有很高的借鉴和推广价值。

  课题形成了减缓电站调峰水流生态影响的技术方案,可通过河流的水质状况、改善目标及生态保护目标,为水库的调度提出要求。此成果对于牡丹江流域的管理部门进行环境规划、水库调度等方面具有借鉴价值。课题建立的干支流耦合的水流-水质模型充分研究了河网、水下地形、冰盖的影响,适应性较强,可应用于复杂河网的水质改善效果评价,以及其他流域水流水环境的研究,具有很好的应用前景。同时,课题详细调查了牡丹江的鱼类及底栖动物,重点分析了底栖动物的分布受电站日调度、河流底质、溶解氧、河流级别的影响;分析了电站日调度对生物生境的影响,有关电站日调度的相关研究手段已经纳入基金委的重大研究计划“西南河流源区径流变化和适应性利用”,应用于西南河流澜沧江的研究,可望促进相关河流的生态环境保护。

  另一方面,课题结合牡丹江流域特点,通过技术研发,初步构建了牡丹江水环境质量监测预警系统,具有显著的地域性特点。牡丹江水环境质量监测预警系统集成了课题所研究的各项技术、方案等,水质保障预警决策平台已经部署在牡丹江市环境信息中心,直接服务于地方管理,主要成果可直接为市政府在牡丹江水污染防治与水质管理提供决策支持服务,预期的应用与成果转化前景广阔,其建设运行在黑龙江地区尚属首次,具有一定创新性和推广价值。

  业内专家表示,由于牡丹江流域经济正处于新一轮高速增长时期,城市人口增长迅速,新的环境污染仍然会继续存在和发生。因此,牡丹江水专项课题组相关研究成果具有较大的推广应用价值,预期的各类成果可应用于松花江流域中其他支流和国内其他类似河流的水质安全保障,有力地推动河流水质保障技术的科技进步,对于解决牡丹江普遍存在的水污染控制及水质安全保障问题,课题研究成果具有极其重要的作用,并将获得显著的环境效益。

  课题组的研究成果不仅能解决实际水污染问题,还为地方社会经济发展宏观决策提供了技术支撑。

  课题获得的成果,为《牡丹江市“十二五”环境保护规划》《松花江流域牡丹江市优先控制单元水污染防治“十二五”综合治污方案》《黑龙江省松花江流域水污染防治规划》(2011~2015年)《牡丹江市生态环境保护“十三五”规划》(“水污染防治规划”部分)《重点流域水污染防治规划》(“松花江流域”部分)《镜泊湖优先控制单元污染防治实施方案》(“农村环境综合整治”部分)的实施提供了技术支撑,并形成了牡丹江流域水源地污染防治、工业污染防治、城镇污水处理及配套设施建设、畜禽养殖污染防治、区域水环境综合整治等项目集成。同时,课题相关研究成果,在2014年、2015年牡丹江市政府工作报告、《牡丹江市国民经济和社会发展计划》(2013、2014、2015)中均有清晰表述和体现,为未来牡丹江市社会经济发展确定了方向和模式。

  文雯

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