左剑恶:解析、削减、预警、智能管控 为北京城市副中心面源污染控制提供全
2020-04-24
北极星水处理网讯:近年来,城市及近郊农村农田面源污染正日益成为城市水生态环境质量改善的头号挑战。作为北京市副中心建设基础的通州,城镇面源污染已经成为雨季河道水质不达

北极星水处理网讯:近年来,城市及近郊农村农田面源污染正日益成为城市水生态环境质量改善的头号挑战。作为北京市副中心建设基础的通州,城镇面源污染已经成为雨季河道水质不达标的主要影响因素,是构建“高标准、高品质”城市水生态环境急需解决的问题。

为构建“高标准、高品质”的水生态环境,项目针对通州境内突出的城市面源污染问题,从源解析技术到针对性地开发与应用面源污染控制技术,从区域厂网联动智能化管控技术到基于区域水量与水系水质预警的水质提升技术开展了相关的研究,形成涵盖源解析、削减、预警以及智能管控的集成技术,为北京城市副中心面源污染控制提供全面的科技支撑。

通州境内多河富水,是北京市水系最丰富、河网最密集的区域,享有“九河末梢”之称。通州区处于北京的下游地区,上游的城市污水处理厂排水会通过各种河道最终汇集至通州区,并通过北运河再排出北京地界。

根据规划,北京城市副中心在原通州主城区基础上建设,大量的混流管网、农村合流排水区域,雨季溢流污染依然存在,每年4-10月水质显著变差,污染物浓度增加50~100%。城镇面源污染成为雨季河道水质不达标的主要影响因素。北运河流域经过北京市第一个“三年行动计划”,点源污染得到了有效控制,主要支流及干流水质明显趋好,但总磷和氨氮在降雨情况下仍存在不达标情况。

目前,通州区生活点源污染负荷与面源污染负荷比例大致为1:1,核心区污染源以城镇面源和生活源污染为主,北运河下游及两河水网片区污染源以农村面源污染为主;农田面源污染是TP污染负荷的主要来源,且分布面积广,给北运河下游及两河水网水质稳定达标造成很大压力。

为了识别通州区水污染的关键因素,项目通过构建集成区域土地利用、径流产流过程与人类活动于一体的综合流域污染物计量模型,分析区域面源污染特征,源头解析污染物产生情况。

应用面源污染解析模型,解析各尺度面源污染特征。其中包括副中心超100km2区域的污染负荷分析,两河水网等重点片区的城镇与农村面源污染总量、构成比例及空间分布特征,重点流域入河面源污染负荷总量及构成分析,典型河道不同降雨强度下入河面源污染中各污染物浓度变化分析等。

通州常被认为是城市区域,但是近年课题在相关工作中发现,在通州区仍存在比较多的农村小流域,农村污水体制比较混乱。针对农村小流域面源污染的控制,项目开发了农村小流域新型排水体制,以实现村镇污水分散处理与村镇雨水分片管控。包含新型排水体制、智能分流井、污水污染物膜分离一体化反应器等的一体化解决方案,目前已在通州瓜厂村、北寺村等工程中示范应用。

息壤雨水调蓄技术是一种特殊的海绵城市技术。其中的息壤是一种特殊生态多孔纤维棉材料,具有高的吸水率和保水率,通过结合海绵设施的建设,把生态多孔纤维棉埋在地下。经过前端沉砂池初步处理的雨水进入息壤并储存在地下,实现径流量、面源污染负荷的削减,在通州的海绵设施的建设工作中已经得到了很好的应用。

针对岸边带道路雨水的入河问题,项目利用乔木、灌木、草本,结合岸边带的坡度和坡长,通过水力负荷的计算,设计净化模块等,能够控制道路雨水直接进入河道,完成污染负荷和径流量的削减。在通州七级村河,项目组利用上述岸边带进行了技术示范,发现能够对含氮类污染物截留20%以上,对含磷类的污染物截留30%以上,能够减少道路雨水径流直接入河造成的污染,而且对周边的河道水生态环境有一定提升功能。

由于在通州目前有很多混流制管道以及一些单独的分流制雨水管道,在暴雨情况下,存在大量溢流现象,造成河道严重污染。对此,项目从三个方面开展了工作,一是对溢流口进行原位旋流沉砂分离,通过控制水流速度和流态实现初期雨水中大颗粒、高密度物质的快速离心分离和沉淀,减轻后续处理污染负荷;二是对暗涵的出口进行反冲,防止沉积物累积;三是对初期雨水进行调蓄,主要通过改造原有合流箱涵截流井的结构改善管网水力条件,降低箱涵旱季水位,增雨季调蓄容积。与厂网实现联动以后,雨水进一步得到处理,以减少溢流污染对河道的影响。

为实现对初期雨水一定的调蓄和储藏和最终的处理,项目开发了区域厂网联动智能化管控技术。主要包含以下内容:

第一,对管网进行在线监测和智能诊断,研究污水处理厂初期雨水快速处理技术,实现对污水厂全流程智能调控。第二,通过厂网一体动态优化调控,提升初期雨水快速消纳处理能力,在降雨时将污水处理厂的运行切换至能够适应初期雨水的处理状态,并对管道系统进行调控,将管道的调蓄容量利用起来进行调蓄,实现厂网一体化运行。

该技术在通州碧水厂进行了技术的示范和应用,对其汇水区域整个管网内的数据进行实时采集与模型分析,开展排水系统厂、网、泵站的智能联动调度控制研究,建立排水系统智能调度管理平台,覆盖通州城市污水厂上游主要管网区域,管网覆盖面积30多平方公里。

主要分为三部分工作,第一,构建精细化洪涝模型,对整个区域易涝点进行模拟计算,并与实际情况进行对照;第二,构建精细化水系水质模型,在整个区域范围内,根据河道的特征,进行水量水质的模拟计算,确定敏感地区,对其提出针对性维护措施。第三,构建通州区域水质敏感地图,为此开发能够快速或者高密度、高频度进行监测水质的预警技术,研发无人遥控的水质多参数船,对河道能够进行实时监测,能够快速上传水质水量信息。同时开展与德国技术方合作,将其管道内多方位、多参数的监测技术、监测设备应用至通州管网中。

对于城市面源污染负荷削减的一些材料、技术,它的长期运行稳定性能及维护需要跟踪研究

对于城市面源来说,面对北方或者南方有不同的情景,如针对高含盐量、高地下水,对不同的情景我们需要开展多方面不同的研究

对于中国的城市面源,在不同的城市,在不同的地区还需要有相对较长时期的研究示范,最终形成规范化的工艺技术、产品设备,才有可能真正解决面源污染的问题。

目前关于海绵城市设施建设,它的评价指标主要包括径流量的削减和以SS为代表的污染负荷削减,可能需要引入一些新的评价指标。

德国多年研究发现城市雨水径流中污染物大部分存在于小于63微米的颗粒物质中,而大于63微米的颗粒中所含污染物较少,因此即将在雨水径流的处理过程中引入一个新的指标—FS63,定义为雨水中的可过滤的物质,指的是粒径大于0.45微米,小于63微米的颗粒性物质。在中国是否需要提出新的指标值得思考研究。

城市面源污染物种类多,成分复杂,不仅包括常规的污染物,还需要考虑其他新兴污染物,如PPCPs、耐药菌及耐药基因、环境激素和微塑料等,这些污染物和颗粒物的相关性值得研究。

原标题:水专项研讨会|左剑恶:解析、削减、预警、智能管控 为北京城市副中心面源污染控制提供全面科技支撑

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