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沿岸到河道 招招見實效—國家水專項淮河項目成果豐碩,實現多項技術創新
作者:中國環境報 更新時間:2015-12-22

      在我國東部,介于長江流域與黃河流域之間,橫亙著一條流淌千年的古老河流--“淮河”。這條流域面積27萬平方公里的河流,用僅占1/36的國土面積,卻創造了全國1/8的GDP,承載了1/7的人口,生產了1/4的商品糧食。隨著國家中部崛起戰略的深入實施,城市化與工業化進程不斷加快,淮河流域正面臨水資源短缺、結構性污染突出、糧食增產任務重、水生態功能退化、水污染事故頻發等主要環境問題!笆晃濉逼陂g,水體污染控制與治理國家科技重大專項“淮河流域水污染治理技術研究與集成示范”項目針對淮河流域水污染控制存在的主要問題,通過理念創新、技術創新、機制創新,以模式為統籌、技術體系為支撐、產業化為推手,在流域尺度上開展“大集成、大示范”,5年治淮成效顯著。

“三三三”治污模式解決治淮心病

    “十一五”立項之初,淮河項目組經過廣泛調研和總結,明確提出了“欲治淮河必先治沙潁河,欲治沙潁河必先治賈魯河”的治理思路,并勇于攻堅克難,確立了以污染最重的沙潁河-賈魯河流域作為淮河流域水專項組織實施,以及推動流域水質根本改善的“牛鼻子”和“突破口”。環境保護部部長周生賢2007年視察淮河時曾說:“治理賈魯河是對鄭州市環境執政能力的考驗。賈魯河治理好后,鄭州市就解決了治淮的一塊‘心病’!币渤浞终f明了賈魯河水污染防治的重要性。

    賈魯河發源于河南省新密市,向東北流經鄭州市,至市區北郊折向東流,經中牟,入開封,過尉氏縣,后至周口市入沙潁河,最后流入淮河。古時的賈魯河水量充沛,可通舟楫,還時常有洪水泛濫,因此,古人又將它稱為小黃河。今天的賈魯河雖然淺可見底,但它仍是河南省境內除黃河以外最長、流域面積最廣的河流。賈魯河流域面積占沙潁河流域的1/7,淮河流域的1/49;而污染負荷卻占沙潁河的1/3,淮河的1/9。

    為了去掉賈魯河治理這塊“心病”,淮河項目專門設置“賈魯河流域廢水處理與回用關鍵技術研究與示范”課題,針對賈魯河流域水污染控制的問題,創建了基于水質目標管理的基流匱乏型重污染河流三級控制、三級循環、三級標準“三三三”治污模式,推進了以磁性樹脂吸附為核心的廢水資源化與能源化應用—中水循環利用—尾水生態凈化運用,打破了磁性樹脂吸附技術與兩級分離內循環厭氧反應器的國際壟斷,率先實現磁性樹脂吸附新技術及智能化整裝成套新裝備示范應用,為賈魯河流域污染減排、穩定水質做出了重要貢獻,為基流匱乏型重污染城市河流治理提供了范例。

    在賈魯河“工業及城市生活尾水生態凈化技術研究與示范子課題”項目現場,記者見到了南京大學在讀博士小朱。她告訴記者,這個示范工程位于賈魯河中游偏上,整個工程分為12個標段,實驗室位于第四標段。在實驗室不遠處的河邊,記者發現,河中水量較小,流速也比較緩慢,除此之外記者的直觀感受是:這條河并沒有看出與別的河流不同的地方。

    在記者暗自奇怪的時候,小朱告訴記者:“向上游走走看!”在小朱的帶領下,記者驅車沿著河岸向上游駛去。在行駛了相當長的一段路后記者看到,河道中的水已經變成了黑色的,與記者之前在下游所見到的河水有明顯的區別。據了解,這處示范工程長18公里,課題組通過構建以基質調控為核心的工業及城市生活尾水生態凈化技術體系,提高COD、TN和TP的綜合去除的效果,處理水量約20萬噸/天,COD、總磷削減20%左右,氨氮削減達80%以上,溶解氧達到5mg/L以上,基本達到了示范河道補給水的生態健康要求。

水質水量聯合調度提升河流安全水平

    “控源減排”是解決淮河污染,改善水質是重要任務,但密布的閘壩群也是影響流域水質與水安全的另一重要因素;春幼鳛槲覈媳狈浇唤,北方的干旱、南方的洪澇等災害都集中體現在這里。為了調控淮河水,一座座閘壩將淮河切成了無數段。據統計,整個淮河流域共有1.1萬余座閘壩,是全國閘壩最多的流域。這些閘壩在防洪、蓄水等方面起到了巨大的作用。

    可隨著淮河地區經濟的崛起,排污逐漸成了一個不容忽視的問題;春恿饔蛑行∑髽I眾多,排放量大、污染重;人口密度居高不下,平均每平方公里面積人口達到700余人,這些因素都導致淮河污染日趨嚴重。

    1994年7月,淮河支流沙潁河上游強降雨天氣,造成當地水庫庫容過量。開閘泄水后,近兩億立方米的污水團傾瀉而下,造成下游90公里范圍內的地區停水54天,150余萬人無水可喝。

    2004年,更大的事故再次發生:5.4億立方米的水污染團下泄,下游130公里范圍內地區受到影響。

    淮河項目針對淮河閘壩多、河流水污染事件多發,防污防洪矛盾突出的特點,設置了“淮河-沙潁河水質水量聯合調度關鍵技術研究”任務,通過系統研究閘壩群的調度功能與作用,研發突破了一批多閘壩重污染河流水質水量聯合調度關鍵技術,示范應用表明,突發性水污染團下泄事件的發生概率及其造成的損失大幅度降低。

    負責該任務的武漢大學水安全研究院院長夏軍教授表示,“在非汛期時對閘壩進行調度,同時配合降雨,使其無法再形成高濃度的水污染團”。

    任務以整個淮河流域為對象,充分考慮閘壩建設與運行對河流水環境與生態的影響,研究更加科學的水質水量調度技術與方案,最大限度減少河流突發性水污染團下泄時間發生的概率。通過認識水循環聯系的多過程作用機制,發展耦合閘壩群運行的水系統模型,開發出了先進的預警預報技術,建立了防洪防污聯合調度的水系統調控途徑,形成了一套應用體系!霸谶@方面我們做了大量的數據監控和分析!毕能娊淌诮榻B,在水文預報方面的難度特別大,依靠與水利部“產學研”合作,并根據水文規律,通過2011年對淮河水量進行觀測,才逐步掌握了預警預報技術。經過測算,預測與實測水位峰值率定誤差在2%以內,流量峰值率定誤差基本上在10%以內。

    為進一步提升流域水污染事故防控水平,在淮河-沙潁河流域,項目構建了全過程預警預報與調度為一體的水質水量水生態聯合調度系統,并實現了業務化運行。該系統在處置2013年惠濟河、渦河突發水污染事故中發揮了重要預警作用,使得污染團得以安全下泄,最大限度地降低了事故影響范圍,確保了干流水質安全。在南水北調東線,項目還研發以污染河道為反應器的突發污染事故應急處置技術,通過巧妙構建導流明渠加藥系統,解決了大流量、低流速藥劑投加與混合的困難;通加構建“混合反應-沉淀分離-吸附調控”三級控制,保證敏感地區水質的安全。2009年后,項目組作為技術支撐至今先后在鹽城對氯苯酚、邳州砷污染、徐州煤礦透水等四起重大突發污染事故處理中發揮了重大作用,處理水量達兩千立方米,保障了南水北調東線的輸水安全。

    “對于大流量水溶性污染物的突發污染事故,我們積累的經驗還較少,這些成功案例為我國河流突發水污染事故的防范與應急處置提供了范例!蹦暇┐髮W李愛民教授在采訪結束的時候對記者說。

行業治污技術實現源頭減排

    水污染治理,既要治污,又要減排。作為污染排放的源頭,企業污染物排放對當地水質改善有決定性的作用。

    地處沙潁河下游的阜陽市是我國典型的工業發展滯后的欠發達地市,伴生糧食生產的合成氨、皮革等重污染行業仍是流域的主導產業。統計顯示,阜陽市共有合成氨、制革企業30余家,氨氮排放量占到全市工業污染負荷的73%。其中,合成氨行業貢獻了大部分的氨氮污染負荷,同樣,皮革等重污染行業也在沙潁河下游地區污染負荷中占相當比例,可見,沙潁河下游流域合成氨、皮革等重污染產業是流域水污染嚴重的主要原因,以合成氨為代表的重點行業污染治理是沙潁河水質改善的關鍵。

    基于沙潁河下游區域合成氨、制革等主導產業污染排放強度大、產業升級改造矛盾突出這一影響區域經濟發展和河流水質改善的重大現實問題,淮河項目選擇重污染行業合成氨和制革為主要對象,以清潔生產和產業升級改造為抓手,通過創新突破“航天爐粉煤加壓氣化”、“保毛脫毛、無銨脫灰、高吸收鉻鞣、操作液回用”等清潔生產工藝和“強化脫氮序批式生物膜反應器”、“缺氧腐殖填料濾池與好氧生化工藝協同生物脫氮”等關鍵技術,建立了晉煤中能化工、鑫皖制革等行業污染減排示范工程,并通過龍頭企業的規模示范效應,帶動區域同類行業的產業升級改造和污染負荷整體減排,有效支撐了沙潁河下游水質改善。

    在晉煤中能化工廠區內,記者見到了“臨泉化工合成氨污染減排示范工程”。據晉煤中能化工孟憲科介紹,2007年,合成氨行業示范工程企業安徽晉煤中能化工股份有限公司(原安徽省臨泉化工有限公司)產量40萬噸,廢水排放量達12000t/d。示范工程分為清潔生產和末端治理兩部分。清潔生產部分針對合成氨工藝主要產污工段,末端治理主要針對合成氨廢水。工程利用其污水成分復雜、碳源不足、含有一定的有毒物質抑制微生物活性等特性,開發具有針對性的運行處理系統,保證最后系統出水達標回用。

    2011年,企業新建年產量18萬噸航天爐粉煤加壓氣化新工藝和對年產量22萬噸原油固定床間歇式氣化工藝進行改造后廢水排放量削減至4600t/d;企業外排廢水經末端治理示范工程處理后,氨氮排放濃度由70mg/L穩定降至20mg/L以下;示范企業全過程實現年削減氨氮排放242t以上,削減氨氮負荷80%以上。

    孟憲科說,這套設備上馬之前,每生產一噸產品就會產生20多噸的廢水,現在這個數字已經縮小到了個位數。而與此同時,企業每噸氨氮處理成本也降低了400元!艾F在有11家企業也在試用這套技術,在建的還有幾十套!

    “以前這里有五家化肥廠,現在就只剩下兩家企業!备逢柺协h保局王文一告訴記者,“經過改造后,對企業的改進是全方位的,從技術到人的思想都得到了提升!、“現在附近的泉河水質有了明顯的改善,氨氮從2009年的6~9降到了現在的1.5~3!

    針對傳統制革行業化料利用率低、耗水量大、污染排放強度大、鉻毒性污染程度高的現狀,淮河項目首次全面系統地分析了藍濕革加工過程中可實行的清潔生產技術并對其進行集成。通過對制革生產工藝浸灰、脫灰、鉻鞣這幾個主要污染工段,以保毛脫毛、無銨脫灰、高吸收鉻鞣、操作液回用為主導的制革清潔生產技術創新集成,開發與優化一套適合中國傳統制革行業技術改造和產業升級的制革清潔生產技術。與傳統工藝相比,經過清潔工藝后,可降低用水量35%以上,減少一般污泥量30%,減少鉻污泥量50%,降低污染負荷50%以上;同時,通過工藝提升,每張牛皮得革率可提高1~1.5英尺,并且成品質量和等級也得到了提高;經上下游協同,還可實現每張皮經濟效益6元,按企業年產30萬張皮計,年經濟效益可達180萬元。

深度治理滿足再生水回用要求

    作為排污的最后一道“屏障”,污水處理廠的運行情況對自然水體的影響是最為直接的。賈魯河的污染,主要是因為生活污水所導致。然而,城市污水再生水重要應用途徑是作為景觀用水,城市污水通過凈化作為缺水城市水源補充是一個主流方向。從目前五龍口污水廠污水深度處理出水水質情況來看,色度及濁度是制約再生水作為景觀水的“瓶頸”,因此,突破城市污水廠脫色脫濁關鍵技術,提高污水處理深度及運行負荷,滿足再生水回用要求,實現污染負荷削減,也是賈魯河水質改善之根本。

    “鄭州五龍口污水處理廠城市污水深度凈化集成技術示范工程”在原有工序上增加了以新型磁性樹脂吸附為核心的脫色技術,通過對城市污水生化尾水進行吸附-混凝,實現對尾水的高效脫色,污水的色度去除率可達90%以上;通過強化混凝,可實現濁度的有效去除,通過調節混凝條件,滿足不同濁度要求。

    據介紹,目前污水廠處理后COD小50mg/L,色度30度左右,經過磁性樹脂處理后的出水穩定在IV類水質,部分指標則能夠達到III類水質標準,色度小于5度,而處理成本僅0.2元/噸左右。

    這項工程以混合型城市污水生化系統處理出水作為原水,經基于磁性樹脂吸附技術處理后,出水不僅達到國家《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)一級A標準;達到《城市污水再生利用景觀環境用水水質》GB/T18921(2002)要求;同時關鍵指標滿足近Ⅳ類水質標準要求。

    在鄭州金州水務有限公司,負責人仲廠長告訴記者,廠里主要處理周邊印染企業排出的印染廢水,一期處理規模為10000m3/d,采用“一級混凝沉淀-水解酸化-推流曝氣活性污泥-二級混凝沉淀”工藝,設計進水水質為COD 1000 mg/L、色度500倍,設計出水水質COD 100mg/L、色度 30倍。處理廠自2011年底開始使用磁性樹脂技術,設計規模為3000m3/d,出水主要指標滿足GB 18918-2002一級A標準要求(即COD≤50mg/L)。

“平均每噸水的處理成本提高了五毛錢。相比其他技術來說,這個成本已經很低了,”仲廠長說,“如果不加這套設備,出水就達不到一級A的標準了!

    這兩家處理廠所采用的磁性樹脂技術就是來自淮河項目“賈魯河流域廢水處理與回用關鍵技術研究與示范”課題的研究成果之一。通過首創新型磁性強堿陰離子交換樹脂制備技術,率先實現磁性樹脂吸附技術用于工業園區廢水生化尾水深度處理與回用以及城市污水深度脫氮除磷與脫色除濁,自主研發城市污水達Ⅳ類水質的深度處理集成技術、“水解酸化+氧化溝磁性樹脂吸附”集成處理技術、雙膜(UF+RO)深度處理分質回用關鍵技術,同時建立了一條新型磁性強堿陰離子交換樹脂生產線,打破了磁性樹脂制備的國際壟斷。

    與國際品牌相比,課題組自主制備的新型系列磁性陰離子交換樹脂具有處理水量大、處理率高、出水水質易于調節、分離速度快、脫附容易、抗污染性能好、使用壽命長等優點,其交換容量約為前者的1.5倍,對生化尾水中溶解性有機質的吸附容量為后者的兩倍左右,體現出耐負荷波動、大流量處理等方面的優勢。同時,其使用壽命及制造成本競爭優勢顯著,有利于工程化應用及產業化。

產業聯盟推動水專項成果落地生根

    如何通過機制、體制和模式創新,實現環?蒲谐晒D化,形成持續社會生產力,真正發揮科技治污支撐能力,是我國環保領域“政產學研用”未突破的“最后一公里”瓶頸。南京大學李愛民教授在一次座談會上表示:“產業化,是水專項項目成果真正落地的重要出口之一!

    為了使水專項研發的技術真正落地,被社會和企業所認可,充分體現“教育要與社會相結合,科研要與企業相結合才有生命力”,淮河項目獲批建設了環保部“有機化工廢水治理與資源化產業技術創新聯盟”、“石化廢水處理與資源化及成果推廣產業技術創新戰略聯盟 ”以及科技部“淮河流域再生水利用與風險控制產業技術創新聯盟”;依托聯盟,推進內循環反應器技術、生態凈化技術、基于磁性樹脂吸附的再生水技術的產業化,先后成立了南京大寧泰華環境技術有限公司、南大(常熟)研究院有限公司、南京環保產業創新中心有限公司、江蘇國創環?萍加邢薰、南京大學鹽城環?萍紙@有限公司、江蘇國創飲用水凈化工程中心有限公司;沿淮建立了環境污染治理與生態修復河南省協同創新中心、安徽省水污染控制與資源化工程技術咨詢服務中心、南京大學鹽城環保技術與工程研究院、江蘇沿;の廴究刂婆c資源化公共服備平臺等研發基地,累計為淮河流域兩百余家企業節能減排、產業升級提供了專業化服務,支撐了淮河流域10大工業園區逾千億典型工業行業經濟的可持續發展。初步形成了國家環?萍挤⻊諛I示范區。

    可以相信,通過產業化模式創新,做實、做強流域產業技術創新戰略聯盟,水專項成果將在淮河流域“落地生根”,為流域水質改善和生態健康發揮持久的科技支撐作用。