【水专项湖泊主题成果介绍】探索形成大型湖泊水源地保护与污染控制成套技术体系,确保巢湖水源地供水安全
    2015年06月08日 21:00:00  来源:    字体大小[]
      

        内容提要:湖泊(库)型水源地是淡水供应的重要基石,在我国众多的城市集中式饮用水源地中,湖泊水库型水源地占30%以上,供水总量超过20%,但是由于富营养化湖泊中大量蓝藻堆积死亡后,会分解产生对水体生态系统及人体有害的藻毒素和异味物质,直接危害当地居民的身体健康和滨湖城镇的供水安全。上世纪80年代以来,我国太湖、巢湖、滇池、阳澄湖、淀山湖、洪泽湖等大型湖泊都持续发生蓝藻水华,使我国湖库型水源地的保护形势极其严峻,导致原本并不缺水的地区,发生了水质性缺水。 

       巢湖曾是合肥市的重要水源地,近年来,临巢湖而居的合肥市城市和人口规模迅速扩大,社会经济快速发展,入湖污染负荷超过了湖泊水体的自净能力,水体富营养化十分严重。巢湖西部的合肥市塘西河水源地因多年大量蓝藻堆积死亡,水质恶化,已经完全丧失了正常的供水功能,巢湖东部的水源地也可能因大量蓝藻的堆积腐烂导致合肥市居巢区部分自来水厂停水。如何保障流域人民喝上清洁的水成为该区域十分迫切的问题,蓝藻水华已成为制约合肥社会经济发展的瓶颈。为此,由中国科学院南京地理湖泊研究所承担的“十一五”水专项“巢湖水污染治理与富营养化综合控制技术及工程示范”项目,针对我国发展中地区大型湖泊富营养化治理与控制中面临的问题,选择巢湖东部水源地为研究示范区,以控源为主,兼顾流域磷背景值较高特征,强化污染物监管和生态修复相结合的措施,开发与集成适用于发展中地区大型湖泊富营养化治理与控制的适用技术体系和设备,通过中科院负责承担的水专项示范工程为巢湖水源地污染控制与综合治理提供技术支撑,水源地周边入湖污染负荷得到削减,湖区水体自我净化能力得到明显加强,所建示范工程每年削减总氮76.2吨,总磷21.5吨。巢湖东部水源地中心和第一水厂取水口水域的总磷浓度削减率平均为41.1%,总氮浓度削减率平均为33.4%,透明度平均提高57.3%,在及时化解因蓝藻水华引起的供水危机中发挥了决定性作用,为保证饮用水水源地的供水安全提供了技术支撑。中科院负责的巢湖项目为我国大中型湖泊型水源地的供水安全保障提供了有益示范。 

      一、背景 

      30年来由于流域内社会经济发展和人口的快速增长,巢湖流域主要污染物的排放量已经超过了水环境的承载能力,湖泊水体水质严重恶化,生态系统功能退化,富营养化问题十分突出。20081-6月巢湖全湖平均TN浓度为2.092毫克/升,平均TP浓度为0.123毫克/升,“十一五”期间,巢湖的营养盐水平仍据高不下,极易发生蓝藻水华。 

      巢湖东部集中式水源保护区是巢湖市40万人口的唯一饮用水源地,在夏季易受到原位生长以及其它湖区漂移来的蓝藻水华堆积的影响,水源地水质受到严重威胁。夏季水华发生时,巢湖市几个水厂取水口无法正常取水,已严重影响社会稳定,制约了区域社会经济可持续发展。探索形成大型湖泊水源地保护与污染控制成套技术体系,确保水源地供水安全,是亟需要解决的重大问题。 

      “十一五”期间,水专项紧密结合巢湖水污染治理重大科技需求,通过源头污染控制和河道生态修复技术研发与工程示范,对高磷本底以及地表径流进行生态拦截,削减入湖污染负荷,改善水源地水质,并实施湖泊物理-生态工程,为保证饮用水源地的供水安全提供技术支撑。 

      二、取得的主要成果及推广应用情况 

      (一)构建了削减入湖污染负荷技术体系,显著改善了水源地水质 

      中科院负责承担的水专项巢湖项目,针对巢湖东部水源地周边的水环境特征,将入湖污染治理分解为受工业污染的入湖河流污染治理单元、受农业面源污染的入湖河流污染治理单元、自然本底营养盐面源污染生态拦截单元、湖滨带的生态修复与重建单元和水源区水华去除与水质改善单元五大部分,构建了削减入湖污染负荷的技术体系,通过示范工程的实施,显著改善了水源地的水质,巢湖东部水源地中心和第一水厂取水口水域的总磷浓度削减率平均为41.1%,总氮浓度削减率平均为33.4%,透明度平均提高57.3% 

      突破厂矿区混排污水集成处理技术及入湖河水净化的关键技术,有效削减了水源地周边入湖河流的点源和初期雨水污染负荷。针对水源地取水口附近两侧入河的工业废水及受污染雨水对水源地水质的威胁,采用结构简单、成本低、能耗低的微好氧双膜技术和三相生物膜技术削减主要污染物,与传统的污水处理方法相比,投资与运行成本降低了25%-30%。建立厂区工业废水和厂区雨水处理、工业污染源削减、厂区生活污水及初期雨水生物净化、折弯河道河水原位处理和河口生态修复与水质改善等5个示范工程,点源污染处理能力达到每天5000吨,河水原位净化工程容积达到17m3,日处理量10万吨,每年可去除COD 280.6吨、SS 197.2吨、TP 1.38 吨、TN 26.2吨,极大改善小流域的水环境质量,水污染得到有效控制,确保进入巢湖水源地的河流水质和取水口供水安全。 

      系统集成农田作物氮磷减量控制与农村生活污水处理技术,有效削减了水源地周边农村面源的入湖污染负荷。针对水源地附近地区水稻、油菜生产过程中化肥使用量大,导致氮磷流失入湖量大的特点,集成了水稻、油菜减量化施肥技术,缓控释肥技术,优化栽培技术,农田养分流失拦截技术和稻田农药微生物降解技术,形成了适宜巢湖地区大田作物的氮磷减量控制栽培技术体系,制定由地方政府发布的大田作物氮磷减量化种植规程,该技术示范累计推广7750亩。与常规栽培管理生产技术比较,每亩减少氮磷施肥量20%,减少氮、磷流失量30%以上,每年削减入湖TN 43.4吨,TP 16.1吨,促进了地区农业生产向低氮磷生产方式转变。将农村地区污水收集废弃塘改造成厌氧塘-兼性塘-生物塘的三级塘生物生态处理,氮、磷、COD平均去除率达到72%76%79%,出水达到一级B标准,并将出水作为农田灌溉用水后,再经过天然湿地进一步的净化后入湖,有效削减了巢湖水源地周边农村面源污染的入湖负荷。 

      创新裸露山体磷流失拦截技术以及高落差沟塘磷拦截技术,有效削减巢湖水源地周边高本底磷的入湖污染负荷。针对巢湖东部水源地周边广泛分布富磷地质区的自然本底特征和水土流失引起的自然磷流失入湖恶化水源地水质、加剧巢湖富营养化过程的特点,项目因地制宜提出富磷地质区裸露山体植生修复的多种基质化技术,构建针对高落差磷流失区沟塘系统生态拦截的综合治理技术体系,在巢湖水源地附近1 km2区域内进行磷流失拦截工程示范,使来自裸露山体的暴雨径流中的颗粒态磷以及溶解性磷经过坡面生态拦截以及沟塘过滤,大大降低了本底磷向巢湖输入量,入湖总磷削减率达35.6%,为削减巢湖水源地的污染负荷,改善水源地水质、控制巢湖富营养化过程提供技术支撑。 

      突破湖滨带和湖湾生态修复成套技术,削减了水源地周边地表径流入湖污染负荷,增强了湖滨带生态功能和水体自我净化能力。针对水源地湖滨带直立堤岸及崩岸严重以及湖滨带水生植被消失和蓝藻水华堆积等问题,为有效削减巢湖水源地周边地表径流污染负荷,提高湖滨带生态功能和水体氮磷营养盐的转化能力,研发与集成湖滨带直立堤岸基底改善与湖滨带生态修复成套技术,综合鱼类产卵、滩地出露、种子萌发和挺水植物生长对水位及波动的需求,确定了冬春季巢湖水位宜保持7.5m,使冬春季环湖露滩面积扩大,环湖湿地面积恢复20km2,高等水生植物生物量提高5%的最佳技术建议。 

      (二)研制了湖泊水源地蓝藻水华灾害防控关键设备,形成成套技术产品并实现产业化,为保障供水安全提供了技术支撑 

      针对水源地易受到其它湖区漂移进入的水华蓝藻堆积、降解腐败恶化水质的威胁,集成研发可隐没式围隔、鳃式过滤器、气幕智能挡藻等关键技术与设备。形成蓝藻水华预测预警-智能化拦截-高效无害打捞-水质强化净化的湖泊水源地蓝藻水华灾害防控的整装成套技术与设备。大型仿生式水面蓝藻清除设备每小时处理高藻水1000吨,与国内现有同类设备相比,单机效率提高40倍,单位能耗降低90%以上,处理1吨高藻水成本仅为0.030.05元,无二次污染,极大提升了防控湖泊水源地蓝藻水华灾害的能力。20106-7月其它湖区的水华蓝藻在持续风向驱动下在巢湖东部水源地再次堆积时,应用研制的大型仿生式蓝藻清除设备连续48小时作业过滤水体中高密度蓝藻,保证水厂取水安全,为及时化解供水危机、保障供水安全发挥了决定性作用,使得巢湖人民在夏季安全用水得到了保障。中科院研发的“大型仿生式蓝藻清除装置”代表水专项参加了国家“十一五”重大科技成就展和“十一五”环保成就展暨十二届中国国际环保展,得到党和国家领导人的关注,并在江苏鬲湖(太湖)、云南玉溪星云湖、合肥市巢湖的补水工程和天津于桥水库得到推广使用,该设备已实现产业化,实现产值3千万元。 

      (三)首次大规模进行通江湖泊应急调水实验,为人工干预大型湖泊水质改善提供科学依据和示范参考 

      首次在巢湖历史上完成复杂条件下大尺度、多断面、多要素、多工况的自流引江和泵站抽江二种方式的应急调水试验,调入湖水量5亿m3,调入江水1.33亿m3,经65个点位的观测,巢湖东半湖的TN TP浓度比调水前下降了10%左右。据此研发的基于湖泊多目标综合利用与保护的调水方案与调控技术为我国半封闭富营养化湖泊的水质改善与生态修复提供了生态调水模式和关键适用技术,成果已应用到引江济淮、引江济巢等重大工程的前期论证中。 

      三、有关建议 

      (一)加强湖泊型水源地水质保障的立法工作 

      湖泊(库)集中式饮用水水源地是城市社会经济发展与居民生活的最重要资源之一,因此,要充分重视水源地的战略地位。要从地方法规层面上对水源地给予充分保护,划分一级和二级保护区,设立明确的保护标志,控制一切有可能威胁水质的活动,包括近岸的房地产开发、工厂建设以及湖体中的航运、码头、水产养殖等。 

      (二)建立湖(库)型水源地的水质监测和应急能力 

      由于湖泊(库)水源地是整个湖(库)水体的一部分,因此确保全湖水环境质量是保证湖泊水源地的供水安全的重要前提。在富营养化程度比较严重的湖泊,要建设湖泊(库)型水源地的城市供水安全动态监控系统,增加监测断面和检测频次,及时发布预警信息,提高应急处理各类引起水源地水质恶化突发事件的能力。建立蓝藻打捞和水草收割工作的常态化机制,配置蓝藻打捞及运输专用设备和水草收割船只,推进藻、草的无害化处理和资源化利用。 

      (三)加强入巢湖重污染河流综合治理技术研发与推广应用 

      巢湖西北部三条重污染入湖河流南淝河、派河和十五里河占到区域污染负荷的70%,严重影响巢湖水质,并威胁水源地供水安全。为显著改善西湖区以及全湖的水环境质量,减轻巢湖的富营养化程度及蓝藻水华发生的强度,减少对东部湖区水源地供水安全的威胁,并逐步恢复西部塘西河水源地的供水功能,满足合肥市建设“大湖名城”的社会与经济发展需求。建议一是重点对沿河的重点大型污染企业实施清洁生产工艺,减少污染排放,有效控制污染源。二是研发集成污水处理净化工艺与尾水湿地高效强化净化技术,提高出水排放标准,使尾水排放逐步达到地表水Ⅴ类水。三是在流域内优化农田耕作制度,推广氮磷减量控制栽培技术,研发和推广畜禽养殖有机废弃物循环利用、污染零排放技术,大力削减巢湖农业面源污染。四是研发与集成适应兼有泄洪、航运等多功能的大型河流的入湖污染削减与生态修复技术,充分发挥河道旁路净化与河口湿地以及湖滨缓冲带的水质净化作用。五是在水源地实施蓝藻水华灾害的综合控制技术与工程措施,确保供水安全。  

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