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關(guān)鍵詞:流域污染;治理技術(shù);研究進(jìn)展
隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展、城市化進(jìn)程加快及流域人口增長(zhǎng),越來(lái)越多的污染物排入河流,早已超過了河流自身的容量,使河流受到不同程度的污染,生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞,導(dǎo)致流域水體污染問題日益嚴(yán)重。污染事件的頻頻發(fā)生已成為世界普遍問題,引起國(guó)內(nèi)外的高度重視。
1.流域污染現(xiàn)狀
2013年我國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)顯示:我國(guó)十大流域423條河流的國(guó)控?cái)嗝嬷?,Ⅰ~Ⅲ類、Ⅳ~Ⅴ類和劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比例分別為71.7%、19.3%和9.0%,主要污染指標(biāo)為COD、高錳酸鹽指數(shù)和BOD5。62座重點(diǎn)湖泊(水庫(kù))972個(gè)國(guó)控?cái)嗝嫠|(zhì)優(yōu)良、輕度污染、中度污染和重度污染的比例分別為60.7%、26.2%、1.6%、和11.5%,主要污染指標(biāo)為TP、COD和高錳酸鹽指數(shù),富營(yíng)養(yǎng)、中營(yíng)養(yǎng)和貧營(yíng)養(yǎng)的湖泊(水庫(kù))比例分別為27.8%、57.4%和14.8%。309個(gè)地級(jí)及以上城市的835個(gè)集中式飲用水源地達(dá)標(biāo)率為97.3%,主要超標(biāo)指標(biāo)為TP、Mn和NH3-N,地下水水源地主要超標(biāo)指標(biāo)為Fe、Mn和NH3-N。
流域所在地工業(yè)結(jié)構(gòu)和布局的不合理以及對(duì)資源的無(wú)序開發(fā)使得工業(yè)污染成為主要的流域污染源;流域沿岸城市化的加快,城鎮(zhèn)生活污水問題日漸突出,部分城鎮(zhèn)污水處理廠不正常運(yùn)行更使得流域廢水處理率不高;化肥、農(nóng)藥的大量使用,不僅污染了水質(zhì),而且危害水域中的有益動(dòng)植物,造成相關(guān)動(dòng)植物品種數(shù)量的減少甚至瀕臨滅絕,進(jìn)一步破壞了水生態(tài)環(huán)境,從而嚴(yán)重影響了水源涵養(yǎng)功能,使得水資源短缺、水環(huán)境惡化的態(tài)勢(shì)更加嚴(yán)峻。
2. 流域污染治理技術(shù)
流域污染治理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程,目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)在使用的或已試驗(yàn)的污染河流水體治理技術(shù)主要分為物理、化學(xué)和生物―生態(tài)3類方法。
2.1 物理方法
2.1.1 曝氣技術(shù) 曝氣技術(shù)是利用自然跌水(瀑布、噴泉、假山等)或人工曝氣對(duì)水體復(fù)氧,促進(jìn)上下層水體的混合,使水體保持好氧狀態(tài),以提高水中的溶解氧含量,加速水體復(fù)氧過程,抑制底泥N、P的釋放,防止水體黑臭現(xiàn)象的發(fā)生。河道曝氣復(fù)氧一般采用固定式充氧站和移動(dòng)式充氧平臺(tái)兩種形式。人工曝氣復(fù)氧是指向處于缺氧(或厭氧)狀態(tài)的河道進(jìn)行人工充氧能夠加強(qiáng)河道的自凈能力,改善水質(zhì)、改善或恢復(fù)河道的生態(tài)環(huán)境。
2.1.2 環(huán)保疏浚技術(shù) 環(huán)保疏浚技術(shù)是利用機(jī)械疏浚方法清除江河湖庫(kù)污染底泥, 整個(gè)工程對(duì)環(huán)境及周圍水體的影響都較小。疏浚能消除污染水體的內(nèi)源, 減少底泥污染物向水體的釋放。疏浚對(duì)沉積物中的營(yíng)養(yǎng)物、重金屬和持久性有機(jī)物等污染物的去除明顯,這是水體污染治理中普遍采用的方法之一,也是解決內(nèi)源(P污染)釋放的重要措施。
2.1.3 原位覆蓋技術(shù)。原位覆蓋技術(shù)是一種控制江河湖庫(kù)內(nèi)污染源的技術(shù)。 通過在污染底泥表面覆蓋清潔的一種或多種覆蓋物,來(lái)阻隔底泥中的污染物向上覆水釋放遷移[1]。
2.1.4 機(jī)械除藻 水華藍(lán)藻大量暴發(fā)時(shí),采用機(jī)械除藻,對(duì)控制藍(lán)藻水華污染,有效降低仍N、P等污染物負(fù)荷具有十分重要的作用。
物理方法只是使污染物轉(zhuǎn)移而并沒有消除,只能緩解污染程度而并非真正凈化水質(zhì)。此類方法治標(biāo)不治本。
2.2 化學(xué)方法
化學(xué)治理方法主要是采用各種化學(xué)藥劑,如加入化學(xué)藥劑殺藻、混凝沉淀、假如石灰脫氮、加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀(化學(xué)固磷)等。
2.2.1 絮凝沉淀技術(shù) 絮凝沉淀技術(shù)通過投加化學(xué)藥劑(一般為混凝劑)來(lái)去除水體中污染物的水處理技術(shù)。該技術(shù)較適用于污染嚴(yán)重、較為封閉的地表水體,對(duì)SS、濁度、TP、CODCr去除效果較好,對(duì)重金屬、TN等同樣有可觀的去除效果,且藥劑用量非常少。但該方法由于極易造成二次污染,不推薦廣泛使用。
2.2.2 化學(xué)除藻 化學(xué)除藻是控制藻類生長(zhǎng)快速而有效的方法。除藻常用的藥劑有硫酸銅、漂白粉、明礬、聚鋁和硫酸亞鐵等。采用硫酸銅及改變水的pH值可以達(dá)到去除水中藻類、降低甚至消除水腥味的效果,并且比單獨(dú)投放硫酸銅要好。該方法操作簡(jiǎn)單,可在短時(shí)問內(nèi)取得明顯效果,提高水體透明度。不足之處在于不能將氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從水體中清除出來(lái),不能從根本上改變水體的富營(yíng)養(yǎng)化,而且除藻劑的生物富集以及生物放大作用可能會(huì)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面影響。因此,除非應(yīng)急和健康安全許可,化學(xué)除藻一般不宜采用。
2.3 生物―生態(tài)方法
生物―生態(tài)法是國(guó)內(nèi)外近年來(lái)發(fā)展迅猛的一種新技術(shù),其通過培育的植物或接種、培養(yǎng)的微生物的生命活動(dòng)的過程,對(duì)水中污染物進(jìn)行降解、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移功能,從而讓水體得到凈化的方法,在實(shí)施中工程造價(jià)相對(duì)較低、凈化效果好、低耗能或根本不會(huì)耗能、實(shí)施成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。除此之外,這種處理技術(shù)的特點(diǎn)是不會(huì)在水體中投放藥劑,絕對(duì)不會(huì)產(chǎn)生二次污染。還能夠與綠化環(huán)境和景觀改善連接起來(lái),創(chuàng)造人與自然和諧相處的優(yōu)美環(huán)境。生物方法包括水生植物凈化法、生物膜技術(shù)、河道曝氣復(fù)氧、土地處理法、生物修復(fù)法等。
2.3.1 水生植物凈化 利用水生植物的自然凈化機(jī)能,對(duì)去除富營(yíng)養(yǎng)化水體中的TN和TP,增加水體中的溶解氧有明顯效果,且能有效抑制藻類生長(zhǎng)。只有重建并依靠?jī)?yōu)化的水生植物大面積的穩(wěn)定存在,才能實(shí)現(xiàn)逐步恢復(fù)和提高河道水質(zhì)的目的,在冬季水溫3~7℃的低溫條件下,大多數(shù)本生植物處于生長(zhǎng)停滯期,據(jù)報(bào)道伊樂藻和菹草在低溫條件下具有明顯的生產(chǎn)能力。但水生植物在富營(yíng)養(yǎng)化水體中透明度低,不能維持正常的光合作用而難以形成穩(wěn)定植被。
2.3.2 生物膜技術(shù) 生物膜技術(shù)是將微生物群體粘附于載體的表面上呈膜狀,在與污水接觸過程中,生物膜上的微生物吸收污水中的有機(jī)物為養(yǎng)料然后同化有機(jī)物,而起到凈化污水的效果。利用生物膜自凈原理在河道內(nèi)鋪設(shè)一些卵石或其他填料,進(jìn)而改變水體環(huán)境生態(tài)結(jié)構(gòu)的單一性。
2.3.3 生物修復(fù)技術(shù) 生物修復(fù)技術(shù)(Bioremediation)是利用微生物或者其他水體生物,將水體或土壤中的有害有毒污染物質(zhì)通過生物體內(nèi)分解為 CO2和H2O,或轉(zhuǎn)化為無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)的系統(tǒng)化的工程技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)有水生植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、水生動(dòng)物修復(fù)技術(shù)。
3.展望
綜上所述,物理、化學(xué)和生物―生態(tài)技術(shù)各有利弊,所以我們要針對(duì)河道具體特點(diǎn)、區(qū)域的具體情況,因地制宜,充分借鑒國(guó)內(nèi)外河流治理的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),開發(fā)集污染河流治理、資源化利用及生態(tài)修復(fù)于一體的集成技術(shù),為我國(guó)污染河流治理提供參考。
參考文獻(xiàn):
[1] 唐艷.污染河流治理技術(shù)綜述[J].河南科技,2014,3(2):179.
關(guān)鍵詞:城市河流;水污染防治;原因;物理防治
城市河流是城市防洪排澇的重要通道,影響著城市生態(tài)環(huán)境。但近些年,我國(guó)城市河流水污染問題日益嚴(yán)重,這些被污染的城市河流水不僅影響了生態(tài)環(huán)境,還會(huì)散發(fā)異味,對(duì)人類身體健康造成影響,城市河流污染已影響到人們正常生活。相關(guān)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)城市河流百分之九十以上存在不同程度的污染問題。想要改善城市河流污染問題,必須加強(qiáng)污染控制,降低河水污染程度。
一、城市河流水污染的主要原因
(一)生活污水的排放。近年來(lái)隨著人口的不斷增長(zhǎng),人類產(chǎn)生大量的生活垃圾,由于受多種因素的制約,城市污水處理和城市污水排放并不能同步,生活污水的任意排放嚴(yán)重地污染了河流,不但影響了河流的水質(zhì),還破壞了河流的生態(tài)環(huán)境,更為嚴(yán)重地是影響了水體的安全,使人們的健康和生活受到了嚴(yán)重?fù)p害。
(二)工業(yè)企業(yè)的污染。由于我國(guó)發(fā)展的需要,國(guó)家鼓勵(lì)民間開辦工廠,因此大批中小型企業(yè)鉆了制度的空子,大量排放工業(yè)廢水,導(dǎo)致城市周邊的河流各種有毒元素嚴(yán)重超標(biāo),甚至影響到我國(guó)城市周的生態(tài)和諧。同時(shí),由于我國(guó)重工業(yè)起步較晚,在許多方面還達(dá)不到發(fā)達(dá)國(guó)家的水平,尤其在環(huán)保理念上,由于缺乏相應(yīng)的知識(shí),許多中小型工業(yè)企業(yè)的廢水處理設(shè)施以及廢水處理能力普遍低下,造成城市河流水污染嚴(yán)重,給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶了不利的影響。
(三)農(nóng)業(yè)及養(yǎng)殖業(yè)的污染。農(nóng)業(yè)污染是指由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)而產(chǎn)生的污水對(duì)河流造成的污染,如降水所形成的徑流和滲流把土壤中的氮、磷和農(nóng)藥帶入水體,使得城市河流的水體出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化等問題。養(yǎng)殖業(yè)所造成的污染主要是由牧場(chǎng)、養(yǎng)殖場(chǎng)、農(nóng)副產(chǎn)品加工廠的有機(jī)廢物排入水體,這些都會(huì)使水體的水質(zhì)惡化,造成河流、水庫(kù)、湖泊等水體污染。
(四)雨水污染。雨水污染也是導(dǎo)致我國(guó)城市河流水污染的主要原因之一。由于我國(guó)的空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)較低,因此常常出現(xiàn)重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象也嚴(yán)重的影響我國(guó)城市河流水污染的防治工作。通過雨水的沖刷,許多城市中的污染通過排水系統(tǒng)排到了城市周邊的河流生態(tài)系統(tǒng)中,造成城市河流生態(tài)系統(tǒng)的紊亂,甚至阻礙了我國(guó)城市的生態(tài)平衡,影響了我國(guó)現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程。
二、城市河流水污染防治技術(shù)
(一)物理防治法。第一,禁止污水排放,清理河底淤泥。首先,嚴(yán)禁污水隨意排放到河流中,減少河流污染來(lái)源。有必要時(shí)應(yīng)當(dāng)實(shí)行河流配水工程,加強(qiáng)城市河流網(wǎng)絡(luò)的循環(huán),提高河流的自凈能力。此外,影響河流水質(zhì)的重要原因是由于河底淤泥的污染,疏浚河道中的淤泥是治理河流水污染的重要手段,而且這種方法的效率比較高。可以在冬季枯水期實(shí)行截留等措施,清理下流河道中的淤泥,必要時(shí)可以在河道中鋪設(shè)石塊等,減少河泥的淤積。第二,加強(qiáng)城市排水系統(tǒng)的管理。城市排水是造成河流污染的主要來(lái)源,通過加強(qiáng)對(duì)排水系統(tǒng)的治理,能夠有效減少河流中的污水量。目前在城市排水系統(tǒng)中主要有分流制與合流制兩種方式,分流制是將雨水和污水通過獨(dú)立的系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行輸送,污水送到污水處理廠進(jìn)行處理,雨水則通過另外的系統(tǒng)輸送到河流中。雖然此種方法投資數(shù)額較大,但是處理效果非常明顯。
(二)化學(xué)處理技術(shù)?;瘜W(xué)處理技術(shù)主要包括:化學(xué)除藻技術(shù)、金屬化學(xué)固定技術(shù)、化學(xué)絮凝技術(shù)等。化學(xué)除藻技術(shù)是針對(duì)城市河流澡類的生長(zhǎng)繁衍而提出的處理技術(shù),能夠有效治理城市河流富營(yíng)養(yǎng)。化學(xué)除藻技術(shù)在操作方面比較簡(jiǎn)單,效果反應(yīng)迅速、明顯,可以起到快速治理的效果,能短時(shí)間內(nèi)提高城市河流污染水體的整體透明度?;瘜W(xué)絮凝技術(shù)主要是通過絮凝劑的使用使水體中的膠體、懸浮顆粒等污染物質(zhì)凝聚為體積較大的絮凝體,從而對(duì)其進(jìn)行有效處理,改善河流水質(zhì),一般應(yīng)用在河流污水一級(jí)處理中,并且取得了明顯的效果。重金屬的化學(xué)固定就是通過加入堿性物質(zhì),調(diào)高河水的pH值,使得重金屬形成硅酸鹽、碳酸鹽等難溶性沉淀物,使其固定在底泥中。常用的堿性物質(zhì)有石灰、硅酸鈣爐渣等。該法見效快,操作簡(jiǎn)單,可有效抑制重金屬以溶解態(tài)進(jìn)人水體,但施用量不應(yīng)太多,否則會(huì)對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不良的影響。
(三)生物修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)是通過轉(zhuǎn)化和降解方式去除污染物,修復(fù)河內(nèi)植物和生態(tài),這種技術(shù)是最為生態(tài)環(huán)保的污染控制、處理方式。該技術(shù)由美國(guó)發(fā)明,是通過加速水體自然降解能力實(shí)現(xiàn)控制污染,凈化水體目的。生物修復(fù)技術(shù)利用的是特定微生物或植物來(lái)實(shí)現(xiàn)。重慶桃花溪的污染控制就是通過生物修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)污染控制效果非常好,既能提高水體含氧量,又能改善水體生態(tài),實(shí)現(xiàn)真正意義上的污染控制,且不會(huì)造成二次污染。
三、結(jié)語(yǔ)
隨著城市人口數(shù)量的不斷增多以及工業(yè)的快速發(fā)展,城市河流污染現(xiàn)象也不斷突出。河流污染不僅影響了其功能的發(fā)揮,同時(shí)還影響了城市的發(fā)展。因此,政府及相關(guān)環(huán)保部門應(yīng)該加強(qiáng)城市河流治理,減少河流污水排放,及城市污水管道系統(tǒng)建設(shè),提高城市污水的處理效率,減少污水的隨意排放現(xiàn)象,這對(duì)于河流水污染治理也具有重要的促進(jìn)作用。
參考文獻(xiàn):
[1]孔小婷.城市河流水污染的防治技術(shù)分析[J].資源節(jié)約與環(huán)保,2016,09:263-264.
關(guān)鍵詞:退污還清;污水截流;環(huán)境污染治理;
中圖分類號(hào):TE08文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
沁河發(fā)源于太行山東麓,呈東西走向,河道全長(zhǎng)35.9km,其中橫穿邯鄲市區(qū)段長(zhǎng)度為12km,在市內(nèi)匯入滏陽(yáng)河。由于沁河上游河水經(jīng)齊村大壩攔截后,經(jīng)溢洪道向北排入輸元河,故主城區(qū)段的沁河已不再承擔(dān)防洪任務(wù),只承擔(dān)城區(qū)段雨水的排除任務(wù),屬于季節(jié)性河流。上世紀(jì)八十年代以來(lái),隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快,大量的工業(yè)廢水和生活污水不經(jīng)任何處理直接排入該河道,加上源頭斷流,使河道污染嚴(yán)重,水質(zhì)下降、河床淤積、河水發(fā)黑發(fā)臭,成了一條污水河。為徹底根治因河道污染造成的環(huán)境問題,使沁河退污還清,實(shí)現(xiàn)人水和諧和生態(tài)改善的目標(biāo),邯鄲市對(duì)沁河分段進(jìn)行了河道護(hù)坡、兩岸綠化、硬化、亮化及退污還清工程治理。工程主要包括5 方面內(nèi)容:西污水處理一期工程;污水截流工程;河道清淤工程;景觀攔河壩工程;調(diào)水補(bǔ)水工程。工程總投資為28233 萬(wàn)元人民幣,由世行貸款、國(guó)債和地方自籌資金三部分組成。
1退污還清前的沁河水質(zhì)狀況
在治理前,河水發(fā)黑發(fā)臭,沁河市區(qū)段共有排水口70 個(gè),其中17個(gè)為市政雨水管道排水口,其它為工業(yè)廢水和沿岸居民生活污水排水口。日均污水排放量多達(dá)13 萬(wàn)m3/d,其中工業(yè)廢水量占7 萬(wàn)m3/d,生活污水量為6萬(wàn)m3/d。其水樣水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)V 類水質(zhì)指標(biāo)比較見表1:
表1沁河還清前水質(zhì)指標(biāo)與地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(Ⅴ類)比較(mg/L)
PH CODcr BOD5 NH3-N SS TP DO TN
沁河還清前水質(zhì) 7.7 90.5 48 17.22 75 0.97 1.96 12.3
GB3838-2002 Ⅴ類 6~9 ≤40 ≤10 ≤2 - ≤0.4 ≥2 ≤ 2
由表1 可分析得出如下結(jié)論:(1)該河道水質(zhì)溶解氧較低,水體缺氧,無(wú)魚類生存跡象;(2)CODcr、BOD5 值較高,水中還原性物質(zhì)含量較高;(3)NH3 - N 值較高,氣溫較高時(shí)水體會(huì)產(chǎn)生異味;(4)沁河水體水質(zhì)類別屬劣V 類。
2西污水處理工程
西污水處理工程的收水范圍為京廣鐵路以西規(guī)劃城區(qū),以及京廣鐵路以東、東北部的部分區(qū)域,服務(wù)面積約50km2,服務(wù)人口約45 萬(wàn)人,2020 年規(guī)劃收集污水量為20 萬(wàn)m3/d,分兩期工程實(shí)施。在該工程建成前,該區(qū)域內(nèi)的工業(yè)廢水和生活污水均直排沁河。西污水處理一期工程是經(jīng)國(guó)家發(fā)改委批準(zhǔn)立項(xiàng),河北省利用世行貸款建設(shè)的城市基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目之一。采用改良型推流式氧化溝工藝,建設(shè)規(guī)模為處理能力10 萬(wàn)m3/d,其中生活污水約占65%,工業(yè)廢水約占35%。該工程建設(shè)內(nèi)容包括兩部分:一是在市區(qū)西北部建設(shè)占地270 畝的工程核心部分――西污水處理廠區(qū);二是鋪設(shè)長(zhǎng)度為37km 的一、二級(jí)收水管網(wǎng)。目前,西污水處理廠實(shí)際處理污水9.5 萬(wàn)m3/d,其出水一部分自流排入廠區(qū)北邊的輸元河,一部分通過排放泵房和管道送至沁河上游。運(yùn)行證明,出水水質(zhì)始終優(yōu)于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)規(guī)定的二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn),達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
3污水截流工程
排入沁河的污水,有的通過專用管道直排,有的通過市政雨水主干管道直排。由于種種原因,一些用戶私接、亂排,將污水接入雨水管道的情況很多,徹底進(jìn)行雨、污水分流改造困難較大,且也沒有成功經(jīng)驗(yàn)可借鑒。本著區(qū)別對(duì)待的原則,對(duì)沁河污水截流工程采取了雨、污水分流改造和污水截流相結(jié)合的方案。
3.1 雨污水分流改造
(1)調(diào)查摸底
首先組織人員沿著排入沁河的各雨水管道,從下游到上游仔細(xì)調(diào)查。主要采取打開所有井蓋和收水口篦,逐一查看有無(wú)用戶污水支管接入。將查出的用戶支管情況進(jìn)行登記、分類,看是否具備雨、污水分流改造條件。
(2)分流改造施工
由于雨、污水分流改造施工都在老城區(qū)內(nèi),影響因素多。進(jìn)行分流改造施工,需具備三個(gè)條件:①用戶支管附近具備市政污水管道;②可以進(jìn)行破路或頂管施工(有的主要路段不允許施工);③分流改造施工管線長(zhǎng)度一般不超過50 米(分流管線過長(zhǎng),存在兩個(gè)問題:一是造價(jià)高、不經(jīng)濟(jì);二是施工周期長(zhǎng),影響市容,從城市管理上不允許)。對(duì)具備上述條件的用戶污水,都按照建設(shè)程序進(jìn)行了圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、規(guī)劃審批以及分流改造施工,施工完畢將原排入雨水管道的管口封堵。
雨污水分流改造工程共涉及125 戶,修建污水管線2683m。
3.2 污水截流
(1)鋪設(shè)截流管線在人民路至陵西大街之間,由于直接向沁河排放污水的用戶排水口較多,在沁河兩岸新鋪設(shè)了管徑D400mm 的污水管線3089m,將各用戶污水截流收集后,通過截流管線排入市政污水管網(wǎng)。
(2)修建截流井
對(duì)由于種種原因調(diào)查不清的雨污水混排用戶或不具備雨、污水分流改造條件的用戶,在雨水系統(tǒng)主管道入河口的上游適當(dāng)位置修建截流井。截流井位置的選擇要考慮兩個(gè)因素:一是盡量靠近污水管道,減少截流管線的鋪設(shè)長(zhǎng)度;二是要考慮河水倒灌問題。通過截流井,可將旱季雨水管道內(nèi)的污水以及初期雨水截流至市政污水管網(wǎng)。截流井在邯鄲市屬首次采用。考慮到初期雨水中污染負(fù)荷較多,主要是懸浮物,根據(jù)監(jiān)測(cè)其濃度可高達(dá)900mg/L,為減少初期雨水對(duì)沁河的水體污染,借鑒外地經(jīng)驗(yàn),截流井的截流倍數(shù)取2。通過近2 年的監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn),將初期雨水截流至污水處理廠進(jìn)行處理后,可有效消減懸浮物對(duì)河道水體污染70%以上。由于邯鄲市的污水管道與雨水管道的埋深相差較大,故截流井均采用槽式。該工程共建截流井12 座,鋪設(shè)管線762m。
沁河市區(qū)段河道縱坡較大,市政雨水管道均為非淹沒式出口,不存在修建截流井后的河水倒灌問題。
3.3 工業(yè)廢水的治理
向沁河直排工業(yè)廢水的用戶主要是邯鋼,按照邯鄲市政府沁河退污還清責(zé)任目標(biāo)的要求,邯鋼在原有1 座處理能力10 萬(wàn)m3/d 的污水處理廠基礎(chǔ)上,又新建了1 座7 萬(wàn)m3/d 的污水處理廠,使該廠內(nèi)的生產(chǎn)廢水實(shí)現(xiàn)處理后循環(huán)利用,達(dá)到零排放。對(duì)于其它幾個(gè)少量排污企業(yè),由環(huán)保部門責(zé)令其先自行處理,達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后,再排入城市污水管網(wǎng),進(jìn)入西污水處理廠集中處理。進(jìn)入西污水廠的達(dá)標(biāo)工業(yè)廢水約為3.5 萬(wàn)m3/d。
4河道清淤工程
為消除沁河河底長(zhǎng)期淤積的污泥不斷釋放分解的N、P 等營(yíng)養(yǎng)鹽,為河道水體自凈創(chuàng)造條件,同時(shí)恢復(fù)沁河的城市排水防汛功能,增加一定景觀水面,需要對(duì)沁河徹底進(jìn)行清淤。沁河上口寬25m,下口寬22m,平均淤積深度為1m。為調(diào)動(dòng)全社會(huì)參與建設(shè)生態(tài)城市的積極性,清淤工程采用動(dòng)員社會(huì)力量進(jìn)行,調(diào)用中央、省、部屬企業(yè),市直各單位,市內(nèi)三區(qū),駐邯各部隊(duì)近萬(wàn)人,各種機(jī)械設(shè)備160 臺(tái)(次),共清淤40 天,清挖、外運(yùn)淤泥近20 萬(wàn)m3。
5景觀攔河壩工程
沁河河道縱坡在2‰― 4‰之間,坡度較大。為使市區(qū)段的河道形成景觀水面,增加觀賞性,根據(jù)河道縱坡計(jì)算,市區(qū)段共修建了8 座景觀攔河壩,形成平均深度1m 的水面。攔河壩采用溢流堰式,鋼筋混凝土材質(zhì),既形成景觀、又具有曝氣充氧功能。為便于在防汛、清淤時(shí)泄水,在攔河壩一側(cè)設(shè)有提升閘門,在河岸上還設(shè)有觀賞亭和親水平臺(tái)。
6調(diào)水補(bǔ)水工程
雨污水分流、污水截流工程實(shí)施完成,工業(yè)廢水實(shí)現(xiàn)向沁河的零排放后,沁河沿岸各污水口被封死,由于源頭斷流,沁河卻成了無(wú)源之河。河道景觀用水需要通過調(diào)水補(bǔ)水來(lái)實(shí)現(xiàn),調(diào)水補(bǔ)水有3 種方案可選擇:
(1)從南水北調(diào)中線總干渠引水沁河上游的齊村大壩,已規(guī)劃為南水北調(diào)中線總干渠的調(diào)蓄水庫(kù),容量560 萬(wàn)m3。該方案可行,但遠(yuǎn)水解不了近渴,在南水北調(diào)工程未建成前,還需要尋找其它水源,實(shí)現(xiàn)沁河的水面景觀。
(2)從市區(qū)南部56km 外的岳城水庫(kù)引水從岳城水庫(kù)引水可通過兩個(gè)渠道,可以從已建成的引岳濟(jì)邯供水管道上開口引水,也可以修復(fù)現(xiàn)有的高級(jí)渠(人工河道),從岳城水庫(kù)向沁河上游引水。但考慮到邯鄲市乃至河北省水資源的嚴(yán)重匱乏,加上長(zhǎng)距離調(diào)水成本高,風(fēng)險(xiǎn)大,故該方案不可取。
(3)調(diào)用西污水處理廠處理后的二級(jí)排放水由于二級(jí)排放水同樣具有景觀價(jià)值,引用西污水廠的二級(jí)排放水,既可實(shí)現(xiàn)污水資源化,緩解水資源緊張狀況,提高城市污水利用率,又能實(shí)現(xiàn)沁河還清的目標(biāo),也符合當(dāng)前國(guó)家的節(jié)水政策,且實(shí)施周期短,可盡快實(shí)現(xiàn)沁河退污還清目標(biāo)。經(jīng)過論證比較,選用該方案。
引用二級(jí)排放水向沁河上游調(diào)水,工程內(nèi)容包括兩項(xiàng):在西污水處理廠內(nèi)建設(shè)加壓泵站1 座,設(shè)計(jì)供水能力10 萬(wàn)m3/d;由西污水處理廠至沁河上游,共鋪設(shè)管徑D1200mm 的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管道4.8km。
7沁河還清后的水質(zhì)安全問題
沁河還清后,河水不再發(fā)黑發(fā)臭。但是,通過調(diào)水補(bǔ)水工程向沁河注入的畢竟是西污水處理廠的二級(jí)排放水,由于上游無(wú)天然徑流對(duì)其稀釋,水中的污染物含量要比天然水體高許多倍,其水質(zhì)指標(biāo)低于《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》(GB/T18921-2002),更低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002),將其做為沁河景觀用水存在兩個(gè)安全問題,一是水中氮、磷含量偏高,可能帶來(lái)富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn),再者就是水中的污染物和病原體會(huì)對(duì)人體健康造成危害。為此,建議在日常工作中,要做好宣傳,在沁河兩案設(shè)置警示牌,提醒市民不能用人體皮膚直接接觸河水;要嚴(yán)格控制工業(yè)廢水和污水處理廠出水指標(biāo)達(dá)標(biāo),優(yōu)化原工藝運(yùn)行參數(shù),提高出水水質(zhì)。在今后的工作中,可采取如下措施,逐步改善河道水質(zhì):①增加二級(jí)排放水的調(diào)水量,增大流速,通過水流流動(dòng)復(fù)氧,利用水體生態(tài)系統(tǒng)的自凈作用,改善河道水質(zhì);②通過種植水生植物、放養(yǎng)魚類等措施來(lái)凈化水質(zhì);③利用南水北調(diào)工程實(shí)施后的齊村大壩調(diào)蓄庫(kù)容,對(duì)河水污染物進(jìn)行稀釋;④對(duì)二級(jí)排放水進(jìn)行深度處理,使其達(dá)到景觀環(huán)境用水標(biāo)準(zhǔn)。
8效益及經(jīng)濟(jì)分析
①社會(huì)效益。該工程的建成,有效地完善了邯鄲市區(qū)東北部及西部地區(qū)的污水管網(wǎng)系統(tǒng),杜絕了由于生活和工業(yè)廢水直接排放而造成的沁河等地表水和地下水源的污染狀況,也為河道下游農(nóng)田灌溉提供良好的水質(zhì)。沁河退污還清目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),極大改善了城市人居環(huán)境,河道兩岸成了市民觀賞、休閑、娛樂、健身的好去處。其帶來(lái)的間接效益是難以定量計(jì)算的。②環(huán)境效益。該工程的建成,大大降低了對(duì)城市水環(huán)境的污染,每年減少的污染物排放量為:BOD56205 噸、SS8030 噸、CODCR12045 噸、TP73 噸。③經(jīng)濟(jì)分析。該工程總投資為28233 萬(wàn)元,其中:西污水廠區(qū)部分為13819 萬(wàn)元;污水截流工程為1426 萬(wàn)元;景觀攔河壩工程為585 萬(wàn)元;調(diào)水補(bǔ)水工程為1530 萬(wàn)元;配套管網(wǎng)、中途提升泵站及東污水處理廠污泥配套工程為10873 萬(wàn)元。污水處理成本為1.08 元/m3。
關(guān)鍵詞:水污染協(xié)同控制集體合理性個(gè)體合理性
在“水污染協(xié)同控制”一文中(見文獻(xiàn)),作者對(duì)一維河流單種污染物的水污染控制問題,建立了協(xié)同控制模型,這個(gè)模型是一個(gè)合作博弈模型。因此,可以借鑒合作博弈理論中的若干分析原則和方法來(lái)研究水污染協(xié)同控制問題。合作博弈是目前公認(rèn)的研究效用公平合理分配的一般理論,本文的目的是在文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,提出河流水污染協(xié)同控制的思想和基本原則,詳細(xì)闡述這些原則在水污染控制中的含義和作用,為建立河流水污染協(xié)同控制的一般理論方法奠定基本處理框架。
如文獻(xiàn)所述,河流水污染的協(xié)同控制問題可以描述為下面形式:如何限制各個(gè)污染源的排污量和每一種污染物的排放濃度,才能在國(guó)家要求的河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面上,使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)或用水標(biāo)準(zhǔn);同時(shí),這種排污限制對(duì)該河流段的每個(gè)污染源而言,都是公平合理的,且任何單個(gè)污染源和污染源聯(lián)盟(某一部分污染源結(jié)成的集體,如地方的區(qū)、縣、市等)都找不到明顯的理由進(jìn)行反駁。因此,各污染源愿意協(xié)同控制水污染,從根本上改變水環(huán)境質(zhì)量。
在文獻(xiàn)中所描述和建立的一維河流單污染物的水污染協(xié)同控制問題與理論模型,在這里可以簡(jiǎn)單敘述如下。在一維河流段上只有一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn),且所有污染源都排放同一種污染物時(shí),其河流段和污染源分布可以用圖1來(lái)表示。
在圖1所示的河流段上,只有一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)B,所有污染源都只排放一種污染物質(zhì),要求在B點(diǎn)這種污染物質(zhì)的濃度不超過pB,在AB之間一共有n個(gè)污染源,假設(shè)點(diǎn)A處的污染物濃度≤pB.污染源i的排放量是Qi,排放濃度是ci(i=1,2,…,n),首先,n個(gè)污染源的全體所組成的集合表示為N={1,2,…,n},其中k個(gè)污染源組成的聯(lián)盟記為S,在AB之間只有污染源聯(lián)盟S排放污染物質(zhì)時(shí),監(jiān)測(cè)點(diǎn)B處污染濃度記為c(S).定義ν(S)=max(c(S)-pB,0),則ν(S)表示要求污染源聯(lián)盟S應(yīng)該達(dá)到的對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)B處的最小濃度控制量,由定義知ν(S)≥0.在文獻(xiàn)中,稱ν(S)為污染源聯(lián)盟S對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)B的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn),或簡(jiǎn)稱為濃度貢獻(xiàn);并且證明了在穩(wěn)態(tài)情形,一維河流的許多污染物的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)ν(S)滿足下面的超可加性,因此,一維河流水污染協(xié)同控制的濃度貢獻(xiàn)控制量分配模型是一個(gè)n人合作博奕問題。
關(guān)于使用合作博奕模型分析和解決水污染問題的思想,可以追述到1960年或更早,Shapley,L.S.和Shubik,M.在1969年就用合作博奕理論討論過對(duì)稱湖泊的水污染治理經(jīng)濟(jì)效益問題,分析了在一個(gè)對(duì)稱湖泊中,各污染源應(yīng)該結(jié)成什么樣的聯(lián)盟,才能達(dá)到較好的經(jīng)濟(jì)治污效果。1979年,MaschlerM.、B.Peleg和L.S.Shapley曾經(jīng)就三家工廠共建污水處理廠的問題,建立了一個(gè)合作博奕模型,并使用合作博奕的若干解概念詳細(xì)討論了如何在三家工廠進(jìn)行費(fèi)用分?jǐn)偂O旅?,作者將根?jù)總量控制思想、系統(tǒng)規(guī)劃思想和合作博奕的思想與原理等,提出水污染協(xié)同控制的基本思想和基本原則。
一、河流水污染協(xié)同控制的基本思想和原則
河流水污染協(xié)同控制的基本思想是以各個(gè)污染源對(duì)環(huán)境容量的競(jìng)爭(zhēng)和協(xié)作控制污染為基礎(chǔ),對(duì)河流進(jìn)行分段分時(shí)期的水質(zhì)控制,以河流的分段監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面水質(zhì)達(dá)到當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐挠盟畼?biāo)準(zhǔn)或國(guó)家要求的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)為目標(biāo),考慮在監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游和影響監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面水質(zhì)的污染源的現(xiàn)有排污狀況、治理污染的能力和地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況,建立以監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面水質(zhì)要求標(biāo)準(zhǔn)為總目標(biāo)的,與各個(gè)污染源的排污量和排污濃度密切相關(guān)的各污染源排污總量和排污最大濃度分配模型和理論。也可以理解為,在現(xiàn)有的情況下和各種相關(guān)條件下,建立能滿足國(guó)家和地方水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的各污染源應(yīng)減少的污水排放量和排放濃度分配理論和模型。由該理論和模型的解所確定的各污染源最大污水排放量和排放濃度,是充分考慮了各污染源對(duì)河流的自然降解能力的利用權(quán)利的,對(duì)所有的污染源和污染源聯(lián)盟都是公平合理的,任何污染源聯(lián)盟都找不到明顯的、有根據(jù)的理由要求其他污染源多控制排放量,而自己減少排放量控制。
1、水污染協(xié)同控制基本思想:在國(guó)家或地方要求的河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面上,以使水質(zhì)達(dá)到某種標(biāo)準(zhǔn)為總目標(biāo)(如環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)、用水標(biāo)準(zhǔn)等),公平合理地確定有關(guān)各污染源的最大排污量和排放濃度,同時(shí)充分考慮各污染源和自然降解能力的合理利用權(quán)利。
從上述基本思想可以看出,河流水污染協(xié)同控制不是簡(jiǎn)單地要求每個(gè)污染源按國(guó)際或國(guó)家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)排放;也不是象總量控制理論和方法那樣,給每個(gè)污染源分配一個(gè)水環(huán)境容量資源,要求它們的排污總量不超過所分配的容量標(biāo)準(zhǔn);而是要求在該河流中的若干監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面上(如圖1中的監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面B),使水質(zhì)達(dá)到國(guó)際或國(guó)家要求的某種標(biāo)準(zhǔn)。由這種選定斷面上的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),來(lái)合理地確定各個(gè)污染源的限定排污量和排污濃度。
因此,水污染協(xié)同控制與總量控制和系統(tǒng)規(guī)劃不是矛盾的和沖突的,而是總量控制和系統(tǒng)規(guī)劃的補(bǔ)充。水污染協(xié)同控制能有效地將水污染總量控制落實(shí)到各個(gè)污染源,公平合理地將水污染控制總量分配給應(yīng)該進(jìn)行污染控制的每一個(gè)污染源。所以,可以說(shuō)水污染協(xié)同控制在宏觀的總量控制、系統(tǒng)規(guī)劃與微觀的各污染源具體控制量之間搭起了一座橋梁。由于水污染協(xié)同控制充分考慮了各污染源合理利用環(huán)境自然降解能力的權(quán)利,并且不要求每個(gè)污染源能達(dá)標(biāo)排放,因?yàn)橥耆倪_(dá)標(biāo)排放,在現(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段是很難做到的,同時(shí)也不是經(jīng)濟(jì)的。所以,從經(jīng)濟(jì)角度看,水污染協(xié)同控制還是使河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)有效的水污染控制理論和方法。
原則1(協(xié)同控制原則):在各污染源都按照水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的污水排放量和排放濃度控制污水排放時(shí),河流的水質(zhì)在國(guó)家或地方設(shè)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面上將達(dá)到國(guó)家與地方要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(如用水要求或環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)等).
原則2(個(gè)體合理性原則):由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源應(yīng)該控制的污水排放量和排放濃度,是根據(jù)各污染源對(duì)污染的貢獻(xiàn)和考慮了其對(duì)自然降解能力的合理利用權(quán)利來(lái)確定的。
原則3(重污染源重點(diǎn)控制原則):由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度,將保證重污染源得到重點(diǎn)控制。即超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(排污量)大的污染源所要求控制的濃度貢獻(xiàn)量將不少于超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)(排污量)小的污染源所要求控制的濃度貢獻(xiàn)量,排放濃度高的污染源所要求控制的排污濃度不低于排放濃度較低的污染源所要求控制的排污濃度。
原則4(最大化原則):由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源的污水排放總量和排放濃度,是各污染源合作控制水污染,保證河流水質(zhì)達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的最大允許排放量和排放濃度。
原則5(最小化原則):由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各個(gè)污染源的污水排放量和排放濃度,對(duì)河流水質(zhì)污染較輕或不對(duì)河流水質(zhì)造成污染的輕污染源,有可能沒有減少排污控制量要求。
原則6(對(duì)等性原則):如果兩個(gè)污染源在集體中對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面上的污染影響相當(dāng),則由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的各污染源污水排放量和排放濃度,對(duì)于這兩個(gè)污染源而言,要求控制的排污影響將是相同的。闡述了這些原則在水污染協(xié)同控制中的含義和作用,為建立河流水污染協(xié)同控制的理論方法奠定了基本處理框架。
原則7(經(jīng)濟(jì)效益原則):由水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的污染源污水排放量和濃度,將要求排污時(shí)間較長(zhǎng)、已通過污染而獲認(rèn)大經(jīng)濟(jì)效益的地區(qū)和污染源多控制污水排放量和排放濃度。
原則8(最優(yōu)經(jīng)濟(jì)治污原則):水污染協(xié)同控制理論和模型所確定的治理水污染方案,將從合作治理水污染的角度,以各污染源之間的效用轉(zhuǎn)移為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的治理水污染目標(biāo)。
根據(jù)上述基本思想和原則建立的水污染協(xié)同控制理論和模型,將為河流水質(zhì)按國(guó)家和地方以及環(huán)保要求,逐級(jí)分段達(dá)標(biāo),并將水污染的宏觀總量控制思想落實(shí)到具體的目標(biāo)控制上,建立起一套公平合理的排污量控制分配機(jī)制。按照上述思想原則建立的水污染協(xié)同控制理論模型將具體地解決總量控制分配問題。
二、河流水污染協(xié)同控制基本原則的意義
在本節(jié)中,作者將對(duì)上面提出的8條水污染協(xié)同控制基本原則的意義予以詳細(xì)的解釋和說(shuō)明,為此,需要下面的幾個(gè)概念。
定義1:設(shè)有污染源i和污染源j,稱污染源i(對(duì)河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面)的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)不低于污染源j的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn),如果對(duì)任何污染源聯(lián)盟S,只要聯(lián)盟S不包含污染源i和j,則有
在定義1中,取聯(lián)盟S為空聯(lián)盟,得到ν({i})ν({j}).
定義2:在水污染協(xié)同控制理論中,稱一個(gè)污染源i的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)為零,是指該污染源i加入到任何一個(gè)不包含i的聯(lián)盟S中時(shí)(包括空聯(lián)盟),不增加聯(lián)盟的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)。用數(shù)學(xué)形式可以表示為:ν(S∪{i})=ν(S),S不包含i.
當(dāng)S為空聯(lián)盟φ時(shí),即得ν({i})=0.
定義3:在水污染協(xié)同控制理論中,稱污染源i和j的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)相同,是指對(duì)任何污染源聯(lián)盟S,只要聯(lián)盟S不包含污染源i和j,就有ν(S∪{i})=ν(S∪{j}).
在定義3中,取聯(lián)盟S為空聯(lián)盟,得到ν({i})=ν({j}).
使用這三個(gè)定義中的概念,可以對(duì)前面提出的水污染協(xié)同控制理論的8條基本原則及其含義解釋和說(shuō)明如下。
原則1:稱為協(xié)同控制原則,是因?yàn)樵撛瓌t對(duì)所有污染源的污染總效果進(jìn)行了限制,保證了在國(guó)家要求的河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家制定的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和某些用水標(biāo)準(zhǔn),使環(huán)境保護(hù)政策和措施能夠得到落實(shí)。這是總量控制的一個(gè)替代形式,將排污總量用污染總效果來(lái)替代的結(jié)果。同時(shí),原則1讓所有的有關(guān)排污戶明白,要獲得一個(gè)最低的總體排污控制量和良好的環(huán)境,必須靠大家的共同努力才行,任何一個(gè)污染源都不能單獨(dú)超規(guī)定容量排放污水。協(xié)同控制原則在博奕論中通常是以一個(gè)相似的原則來(lái)體現(xiàn)的,稱為集體合理性原則。
原則2:稱為個(gè)體合理性原則,是因?yàn)樵撛瓌t充分考慮了各污染源對(duì)河流自然降解能力的公平競(jìng)爭(zhēng)與合理利用權(quán)利,可以避免各污染源推卸污染責(zé)任和把治理污染的事推卸給其他的排污戶而尋找適當(dāng)?shù)睦碛?。該原則要求每個(gè)污染源需要控制的污染濃度貢獻(xiàn),至少是這個(gè)污染源單獨(dú)排放污染時(shí)的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn),即每個(gè)污染源都有一個(gè)最低水平的不可推卸的污染控制量。
原則3:稱為重污染源重點(diǎn)控制原則,是因?yàn)樵撛瓌t將保證重污染源將受到重點(diǎn)控制,從一定程度上消除了各污染源因排污量小反而要求多控制排污量,而覺得排污控制標(biāo)準(zhǔn)不公平不合理的抵觸心理和情緒。從水污染協(xié)同控制理論來(lái)看,重污染源重點(diǎn)控制原則一般不是以各污染源控制排污量為標(biāo)準(zhǔn),而是以各污染源的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn);換句話說(shuō),該原則的具體含義是:如果污染源i的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)大于污染源j的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn),則水污染協(xié)同控制理論要求污染源i應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)不會(huì)小于污染源j應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)。因此,如果兩個(gè)污染源的地理位置不同,并且從環(huán)保角度來(lái)說(shuō)在這兩個(gè)污染源到國(guó)家的河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面之間又沒有什么要求的話,將污染源應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)換算成排污控制量時(shí),可能得到不同的結(jié)果。因此,這個(gè)原則也體現(xiàn)了各污染源對(duì)河流自然降解能力的公平競(jìng)爭(zhēng)與合理利用權(quán)利。
原則4:稱為最大化原則,是因?yàn)樵撛瓌t體現(xiàn)了合作治理污染的效益,它是在各污染源進(jìn)行充分合作時(shí),允許所有污染源排放的污染總量。因此,該原則以另一種形式體現(xiàn)了總量控制的思想。如果各污染源進(jìn)行合作,那么,按照本文的理論和模型,將導(dǎo)出所有污染源允許排放的污染物總量,必然超過非合作時(shí)允許排放的污染物總量。因此最大化原則是以最有利的方式利用河流的自然降解能力和環(huán)境自然容量。
根據(jù)水污染協(xié)同控制理論,所考慮的全體污染源N應(yīng)該控制的總超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)是ν(N),而這個(gè)濃度貢獻(xiàn)ν(N)只有在全體污染源進(jìn)行合作時(shí)才能達(dá)到;如果各個(gè)污染源之間不進(jìn)行合作,設(shè)使河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面使水質(zhì)達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí),要求各個(gè)污染源應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)之和為u(N),那么,最大化原則指出,必有u(N)≥ν(N).
原則5:稱為最小化原則,是因?yàn)樵撛瓌t體現(xiàn)了對(duì)輕污染排放和無(wú)污染排放的鼓勵(lì),同時(shí)是對(duì)重污染源重點(diǎn)控制原則的一個(gè)有效補(bǔ)充。該原則的具體含義是:如果污染源i的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)為零,則水污染協(xié)同控制理論不要求污染源i控制超標(biāo)濃度貢獻(xiàn),因而也不要求污染源i控制或減少排污量。
原則6:稱為對(duì)等性原則,是因?yàn)樵撛瓌t表明在水污染協(xié)同控制理論和模型中,除了把所有污染源作為一個(gè)合作集體來(lái)考慮以外,還考慮了各污染源所在的地理位置和特殊的地理環(huán)境,體現(xiàn)了不同的污染源對(duì)河流自然降解能力的不同利用率。因此,對(duì)于處在河流不同地理位置的兩個(gè)污染源,盡管它們的排污量和濃度不同,但是,由于它們對(duì)國(guó)家設(shè)定的監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面的影響相同,可能要求它們作等量的污染效果控制。因此,從對(duì)等性原則來(lái)看,水污染協(xié)同控制理論認(rèn)為,如果兩個(gè)污染源對(duì)國(guó)家設(shè)定的河流監(jiān)測(cè)點(diǎn)斷面的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)相同,則要求這兩個(gè)污染源控制相同的濃度貢獻(xiàn),但如果這兩個(gè)污染源處于河流的不同地理位置,那么,將這兩個(gè)污染源應(yīng)該控制的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)換算成排污控制量時(shí),可能要求控制的排污量是不同的。
原則7:稱為經(jīng)濟(jì)效益原則,是因?yàn)樵撛瓌t體現(xiàn)了誰(shuí)污染誰(shuí)治理和有效治理污染的方針。由于一些地區(qū)和污染源長(zhǎng)期進(jìn)行非處理的污水排放,已經(jīng)獲得了相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)效益,因而有能力也該由他們首先治理污染。
原則8:稱為最優(yōu)經(jīng)濟(jì)治污原則,是因?yàn)樵撛瓌t把所考慮的所有污染源看成一個(gè)整體,對(duì)總的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)建立最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)治污方案,根據(jù)水污染協(xié)同控制理論模型所確定的各污染源的超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)和排污控制量,公平合理地實(shí)現(xiàn)各污染源之間的效用轉(zhuǎn)移,通過這種效用轉(zhuǎn)移,從而實(shí)現(xiàn)合作形式的最佳經(jīng)濟(jì)的治理水污染目標(biāo)。
以上的八條原則,完全體現(xiàn)了在控制水污染和治理環(huán)境中各方面的利益與心理因素。作為最重要原則的“原則1”,把全人類(包括國(guó)家)利益放在了第一位,在達(dá)到國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的總體要求下,充分考慮了各個(gè)污染源的生態(tài)情況、經(jīng)濟(jì)能力和競(jìng)爭(zhēng)心理等諸多重要因素。把目前的總量控制思想、系統(tǒng)規(guī)劃原理、誰(shuí)污染誰(shuí)治理的政策方針、對(duì)重污染源實(shí)行重點(diǎn)控制的原則和有效治理污染等,均綜合地體現(xiàn)在了本文的水污染協(xié)同控制思想和基本原則之中。
需要注意的是,在本文的提出原則中,最小治污成本或治污費(fèi)用的優(yōu)化原則8,在一般情形下,如果不考慮各污染源之間的效用轉(zhuǎn)移,通常會(huì)與前面的七條公平性原則發(fā)生沖突。因此,本理論將以公平性原則為基礎(chǔ),在所有公平合理的水污染控制方案中,再考慮如何優(yōu)化治污費(fèi)用或怎樣選取治污成本最小的方案問題,以及如何公平合理地實(shí)現(xiàn)各污染源之間的效用轉(zhuǎn)移問題。這是水污染協(xié)同控制理論中需要進(jìn)一步研究的復(fù)雜問題,可能需要發(fā)展出新的合作博奕模型或深入研究水污染協(xié)同控制理論模型,才能實(shí)現(xiàn)治污費(fèi)用的最優(yōu)化。
由于水污染協(xié)同控制理論原則考慮了眾多要素,因此,不可能在一兩篇論文中建立起該理論的所有理論和一般通用模型。在本文中,作者提出了水污染協(xié)同控制的基本思想和基本原則,并討論和解釋了這些基本原則,作為這個(gè)新理論的一般框架。
3、結(jié)束語(yǔ)
本文以文獻(xiàn)中所建立的一維河流單污染物的水污染協(xié)同控制超標(biāo)濃度貢獻(xiàn)分配模型為基礎(chǔ),提出了全新的水污染協(xié)同控制基本思想和基本原則,并詳細(xì)討論水污染協(xié)同控制基本思想和基本原則的深刻含義,為水污染協(xié)同控制理論奠定了基本框架。要建立整個(gè)水污染協(xié)同控制理論,還需要作大量的研究工作,即使要完全解決一維水污染協(xié)同控制問題,也還有許多工作要做。由于河流水污染協(xié)同控制模型是一個(gè)合作博奕模型,因此在隨后的幾篇論文中,作者將逐步介紹合作博奕中的有關(guān)概念和一些重要的解,并詳細(xì)討論這些合作博奕中的概念和解在水污染協(xié)同控制問題中的意義。
關(guān)鍵詞:水環(huán)境容量 總量控制 樂安河
Study on Water Environmental Capacity andTotal Control and Apply in Le,An River
HUANG Xue-ping1,Liu Feng2,Wan Wei-hong1
(1.Dept of Civil Engineering and Architecture,Nanchang Institute of Technology, Nanchang 330029
2.College of Chemistry & Chemical Engineering, Jiangxi Science & Technology Normal University, Nanchang 330031 )
Abstract:It presents the study situation and current issue in water environmental capacity and total control.Moreover, this paper introduce its applying in Le,An river
Keywords:water environmental capacity;total control;Le,An river
樂安河源于江西與浙江省的交界處,流經(jīng)婺源、德興、樂平、萬(wàn)年、波陽(yáng)等縣(市),最后進(jìn)入鄱陽(yáng)湖,全長(zhǎng)279 km。由于受沿岸工業(yè)廢水、生活污水等的污染,致使該河的許多污染指標(biāo)超標(biāo),尤其是Cu、Pb、CODCr 、氨氮已嚴(yán)重超標(biāo),其污染甚至波及到鄱陽(yáng)湖的水質(zhì)。
欲有效地對(duì)樂安河水環(huán)境實(shí)施綜合整治,不僅要嚴(yán)格實(shí)施污染物達(dá)標(biāo)排放,還必須研究樂安河的水環(huán)境容量,并以此作為污染防治的依據(jù),對(duì)主要污染物實(shí)行總量控制,這樣才能有效地改善樂安河水環(huán)境質(zhì)量。
1. 水環(huán)境容量及總量控制在國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展?fàn)顩r
環(huán)境容量于1968年由日本環(huán)境學(xué)界提出來(lái)后到1975年才從定性的概念發(fā)展到定量化。爾后,日本國(guó)會(huì)通過了一項(xiàng)法案,把環(huán)境容量具體應(yīng)用到河流及海洋的環(huán)境管理工作中并提出對(duì)污染物實(shí)行排放總量控制,改變了過去用排放濃度控制的辦法。
水環(huán)境容量的計(jì)算是以水質(zhì)數(shù)學(xué)模型為手段。1925年Streeter和Phelos首先進(jìn)行了一維水質(zhì)模型的研究,建立了DO-BOD水質(zhì)模型。隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用,以及生物化學(xué)耗氧過程認(rèn)識(shí)的深入,模型發(fā)展為BOD、DO、氮、硝酸鹽等多個(gè)線性系統(tǒng)的水質(zhì)模型,如美國(guó)的包括七個(gè)參數(shù)的QUAL-Ⅱ河流綜合水質(zhì)模型[1~2]。
近年來(lái)我國(guó)對(duì)河流的水環(huán)境容量開展了研究工作,并取得了不少可喜的成績(jī)。前人所做的研究主要集中在水質(zhì)模型、水環(huán)境容量的理論研究以及局部流域或河段的環(huán)境容量。如小河流的一維水質(zhì)模型,中等河流及大江大河的二維水質(zhì)模型,河口水質(zhì)模型等都在探索之中。
研究的內(nèi)容涉及到有機(jī)污染物,有毒物質(zhì)(酚等),重金屬和懸浮態(tài)污染物質(zhì)等各個(gè)方面[3]。
中國(guó)的水污染物總量控制,概念來(lái)自日本的“閉合水域總量規(guī)劃”,技術(shù)方法引自美國(guó)的水質(zhì)規(guī)劃理論[4]。參照美國(guó)制訂水質(zhì)規(guī)劃的要求,誕生了中國(guó)最早的洋河流域水質(zhì)規(guī)劃。在第一松花江,引進(jìn)BOD-DO水質(zhì)模型和線性規(guī)劃方法分配BOD負(fù)荷量,制訂了中國(guó)第一個(gè)流域BOD5總量控制標(biāo)準(zhǔn),成為我國(guó)水污染物總量控制的最早實(shí)踐。
“六五”科技攻關(guān)期間,夏青等前輩在國(guó)內(nèi)首次完成了溶解氧模型的改進(jìn);首次提出了用離散規(guī)劃方法進(jìn)行總量分配;并且制訂了沱江水質(zhì)規(guī)劃和總量控制方案。使中國(guó)的流域總量控制學(xué)術(shù)研究達(dá)到了較高水平。
國(guó)家“七五”、“八五”科技攻關(guān)期間,在全國(guó)多個(gè)水域開展了水環(huán)境容量開發(fā)利用研究,把水環(huán)境容量的研究成果落實(shí)于污染物總量控制。在淮河淮南段、長(zhǎng)江安慶、渭河咸陽(yáng)段、松花江佳木斯段、湘江湘潭段等30多個(gè)水域開展了水污染防治和水污染物總量控制的研究。
“九五”期間為實(shí)現(xiàn)我國(guó)“九五”環(huán)境目標(biāo),我國(guó)明文規(guī)定要在全國(guó)范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境危害較大的12種污染物實(shí)行總量控制。經(jīng)過“九五”期間的努力,全國(guó)以“三江三湖”為重點(diǎn)的流域總量控制機(jī)制已經(jīng)基本建立,并且為改善各個(gè)流域的水環(huán)境質(zhì)量起到了很好的促進(jìn)作用。
我國(guó)“十五”計(jì)劃中明確提出“‘十五’期間全國(guó)主要污染物排放總量削減10%的目標(biāo)”,首次把污染物排放總量控制指標(biāo)納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃,充分肯定了總量控制作為環(huán)境管理和推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要意義[5]??偭靠刂普呤撬h(huán)境管理的自我完善,也是符合當(dāng)前我國(guó)國(guó)情的科學(xué)性選擇,對(duì)促進(jìn)江河水系內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的全面發(fā)展有著極其重要的意義[6]。
2. 國(guó)內(nèi)外水環(huán)境容量與總量控制研究中存在的問題
水環(huán)境容量計(jì)算中,模型的正確建立與求解是至關(guān)重要的。但由于河流是自然環(huán)境的組成要素,它們具有顯著的地域特點(diǎn),表現(xiàn)在水文特征、地球化學(xué)背景的差別、工程設(shè)施的影響等,對(duì)一切水體和各種規(guī)劃都是最優(yōu)的水質(zhì)模型、總量控制模式目前尚不存在。對(duì)水文氣象條件、地質(zhì)條件各不相同的河流,其可鑒與比較性也相對(duì)較差。因此,在對(duì)某一具體流域進(jìn)行規(guī)劃控制時(shí),需結(jié)合該流域的自身特征來(lái)選擇合適的水質(zhì)模型及總量控制模式。
模型能否應(yīng)用,關(guān)鍵在于能否正確識(shí)別參數(shù),參數(shù)取值的合理與否直接影響到模型計(jì)算的成敗,對(duì)它們的理論研究與計(jì)算方法是本學(xué)科的一大難題。目前,論述模型形式的文章較多,介紹參數(shù)識(shí)別經(jīng)驗(yàn)的研究成果較少,國(guó)內(nèi)外在這方面至今還沒有比較公認(rèn)的和比較成熟的經(jīng)驗(yàn)[7~8]。
在計(jì)算水環(huán)境容量時(shí),環(huán)??萍脊ぷ髡邔?duì)于選擇功能區(qū)段內(nèi)的哪一段作為控制段的問題還存在爭(zhēng)議。西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院的周孝德教授等提出了在一維穩(wěn)態(tài)條件下計(jì)算水環(huán)境容量的3種方法[9],即段首控制方法、段尾控制方法和功能區(qū)段尾控制方法。但這3種方法各有優(yōu)劣勢(shì)及適用條件。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)需結(jié)合河流實(shí)際狀況確定。
選擇適當(dāng)?shù)姆椒ㄖ朴喛茖W(xué)、合理、可行的總量控制目標(biāo)分配方案,是實(shí)施總量控制的關(guān)鍵[10]。目前關(guān)于目標(biāo)分配的理論研究很多,但其中論及的方法各有優(yōu)缺點(diǎn),需結(jié)合河流沿岸經(jīng)濟(jì)、工企業(yè)發(fā)展等實(shí)際情況確定。
3. 樂安河水環(huán)境容量及總量控制的研究
3.1 研究思路、內(nèi)容及方法
首先在對(duì)樂安河流域進(jìn)行水污染現(xiàn)狀分析、評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上,確定總量控制因子為CODCr 、氨氮及重金屬Cu、Pb。由此探尋、建立適合樂安河流域重金屬、有機(jī)污染物水環(huán)境容量計(jì)算的水質(zhì)模型,結(jié)合樂安河水文、水質(zhì)特點(diǎn),確定水質(zhì)模型中的參數(shù)并進(jìn)行驗(yàn)證。再計(jì)算樂安河各功能區(qū)河段Cu、Pb、CODCr、氨氮的水環(huán)境容量。根據(jù)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果實(shí)施總量控制,并提出污染治理措施。
通過對(duì)樂安河流域水污染現(xiàn)狀調(diào)查、分析、評(píng)價(jià),選擇其中對(duì)樂安河水環(huán)境和人體健康危害較大的CODCr、氨氮、Cu、Pb作為總量控制因子。
按照《江西省地表水環(huán)境功能區(qū)劃方案》劃分樂安河流域控制斷面、水質(zhì)功能區(qū)劃并確定相應(yīng)水質(zhì)目標(biāo);在定常設(shè)計(jì)條件下,結(jié)合樂安河的實(shí)際情況,針對(duì)重金屬、有機(jī)污染物在河流中的稀釋擴(kuò)散和自凈機(jī)理建立水質(zhì)模型。對(duì)于CODCr、NH3-N水質(zhì)組份,運(yùn)用美國(guó)最新推出的QUAL2K綜合水質(zhì)模型研究其在樂安河流域的水質(zhì)模擬;對(duì)于重金屬污染物Cu、Pb,選擇一維重金屬遷移轉(zhuǎn)化水質(zhì)模型研究其在樂安河流域的水質(zhì)模擬。
河流的設(shè)計(jì)流量采用近十年最枯月平均流量作為設(shè)計(jì)流量,其它水文參數(shù)都是設(shè)計(jì)流量Q的函數(shù),采用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式:U=αQβ,H=γQδ計(jì)算;其它模型參數(shù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定或采用室內(nèi)模擬、水文、水質(zhì)實(shí)測(cè)并應(yīng)用一元線性回歸、最小二乘法等方法進(jìn)行計(jì)算確定。
采用解析法、功能區(qū)段首控制對(duì)樂安河各功能控制區(qū)段計(jì)算水環(huán)境容量;根據(jù)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果,基于可持續(xù)發(fā)展原則,本著實(shí)事求是的態(tài)度,采取保留一部分環(huán)境容量進(jìn)行總量控制目標(biāo)分配、實(shí)施總量控制并提出相應(yīng)的污染治理措施。
3.2 研究技術(shù)路線
第一步:對(duì)區(qū)域內(nèi)的自然條件、資源、社會(huì)、人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,特別是水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀、工業(yè)廢水排放情況、城鎮(zhèn)生活污水排放等,廣泛收集資料,進(jìn)行全面深入的調(diào)查、分析、評(píng)價(jià)。
第二步:建立區(qū)域內(nèi)河流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行水污染物的模擬計(jì)算,并進(jìn)一步對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。
第三步:劃分區(qū)域內(nèi)水環(huán)境功能區(qū),確定各功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)。
第四步:建立河流水環(huán)境容量計(jì)算模型,根據(jù)確定的水質(zhì)目標(biāo),計(jì)算河流水環(huán)境容量。
第五步:根據(jù)水環(huán)境容量計(jì)算值,實(shí)施總量控制,提出水污染防治的整治措施。樂安河流域水環(huán)境容量及總量控制研究技術(shù)路線具體見圖1。
3.3 研究結(jié)論及意義
依據(jù)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果,基于可持續(xù)發(fā)展、采取保留一部分環(huán)境容量的原則實(shí)施總量控制,計(jì)算出各控制區(qū)污染物應(yīng)削減量或可新增加量,并提出下列相應(yīng)的污染治理措施:籌建生活污水處理廠、加強(qiáng)城鎮(zhèn)污染的集中控制;沿線工業(yè)污染源達(dá)標(biāo)排放并實(shí)施總量控制管理;注重控制畜牧養(yǎng)殖業(yè)污水的污染;加強(qiáng)全流域水質(zhì)監(jiān)控與管理,整治受污染支流,對(duì)樂安河全流域采取上攔――中清――下泄的水污染綜合整治措施。
課題研究者希望通過對(duì)樂安河主要污染物水環(huán)境容量與總量控制的研究,為樂安河水資源的合理開發(fā)、水環(huán)境容量的充分利用、沿岸工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理布局、水環(huán)境的綜合整治等提供科學(xué)的依據(jù),有效地改善樂安河、鄱陽(yáng)湖水環(huán)境質(zhì)量,使樂安河流域的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與水環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展;也為其它類似河流的水環(huán)境容量與總量控制的研究提供一定的借鑒作用。
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