水专项“点线面管”系统治理 助力流域水生态修复

时间：2019-07-29 16:06:14 来源：中国环境报 作者：刘俊超

水专项“清河流域水环境质量整体提升与功能恢复关键技术集成研究与综合示范”课题成果取得良好示范效果

清河属淮河流域沙颍河水系，发源于河南省新郑市，流经许昌市至鄢陵县陶城闸汇入颍河，流域面积2362平方公里，占沙颍河流域面积近32%，是沙颍河最主要的污染河流之一，清河担负沿河区域防洪、排涝、纳污及城区景观水的重要功能。近年来，虽经不懈努力，清河水质得以改善，但流域天然径流匮乏、人工干扰严重，工业化、城镇化污染和集约化农业面源污染叠加，典型混合型污染问题依然存在。

为解决清河流域环境问题，由郑州大学主持，联合南京大学、北京林业大学、生态环境部华南环境科学研究所、河南师范大学及河南远东生物工程有限公司共同参与的“十二五”水专项“清河流域水环境质量整体提升与功能恢复关键技术集成研究与综合示范课题”（2015ZX07204-002），以流域水质改善为目标，从水质、水量、水生态、水管理四方面着手，点、线、面三位一体，管控结合，选择流域典型发制品行业、综合类工业集聚区、高度集约化农田和重污染河段（许昌段）河流为研究对象，突破关键技术4项，形成典型混合型污染河流水环境质量整体提升和功能恢复整装成套技术1套，形成流域污染治理及管理相关技术规范4项、技术方案7套，申请国家发明专利70项，授权发明专利15项，课题研究成果得到了许昌市相关管理部门及地方企业的高度重视和认可，通过在清河流域1500平方公里范围内开展综合示范，水质得到明显改善，2018年陶城闸断面水质COD、氨氮、DO全年达标率达到100%，为许昌市水环境污染攻坚工作与清河流域水生态文明建设提供了技术支撑，成果在河南省流域管理和生态修复治理工作中得到了推广应用。

成果一

聚焦特色产业排污，创新集成了发制品行业产业集聚区污水源头减排梯次削减深度净化技术

清河流域（许昌段）发制品行业占许昌市工业总产值的10.8%，为流域的特色产业和优势产业。发制品行业属“高耗水、高污染”产业，产品吨耗水量达225立方米，产生的废水具有高氨氮、高色度、可生化性差的特点，是清河流域主要污染行业之一。目前国内发制品企业内部废水处理工艺五花八门，均无法有效解决发制品行业废水氨氮难达标的问题。鉴于此，课题组以氮污染为问题导向，按照生产环节节水减氮、企业污水站削氮、集聚区污水处理厂脱氮的技术思路，创新集成了发制品行业产业集聚区污水源头减排梯次削减深度净化技术，彻底解决了氨氮不能达标排放的技术难题。

针对企业生产环节存在的高耗水、高氨氮问题，课题组研发了非氨中和剂部分取代氨水、多级逆流微纳米曝气冲洗代替传统清洗、超滤/反渗透双膜回收部分染色液等多项技术，集成了发制品行业“氨水替代逆流节水双膜回用”节水减排技术，并在许昌龙正发制品厂进行了技术示范，在保障产品质量的前提下相比传统工艺实现了冲洗节水44.4%，每吨废水削减氨氮20.1%、COD46.9%。

针对企业污水处理站废水可生化性差的问题，课题组开发了以天然高分子物质淀粉为原料，辅以强阳离子季铵基团取代的绿色有机混凝剂，与传统的絮凝剂PAC相比，投量从190mg/L减少至20-40mg/L，同时有效削减氨氮45%、COD25%，大大减轻了后续生化处理的污染负荷。

针对产业集聚区污水处理厂C/N偏低影响生物脱氮效率的问题，课题组开发了适用于处理发制品集聚区综合废水的多模式分段进水A/O工艺，根据来水的水质可以在A/O、二级A/O、三级A/O以及A/O等不同模式下切换工作。在小试参数优化、中试可行性验证的基础上，于许昌市屯南污水处理厂二期工程进行了示范应用，出水氨氮、COD等相关指标均稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。

成果二

严控园区混合污染，创新集成了基于“物化生物生态”协同作用的高氨氮混合废水深度脱氨技术

清河流域企业数量众多，产业集聚区内化工、机械加工、制药、农副食品加工等重点行业混合废水成分复杂、氨氮浓度高、水质波动大，而产业集聚区污水处理厂现行的氧化沟工艺难以保证出水稳定达标排放。鉴于此，课题组从特色企业内部控制、集聚区污水处理厂强化治理和尾水保障的角度出发，创新了基于“物化生物生态”协同作用的高氨氮混合废水深度脱氨集成技术，以保障入河水质稳定达标。

针对产业集聚区内屠宰等农副食品加工企业高氨氮混合废水的处理成本高、出水水质差的问题，研发了A/O+SNAD组合工艺，这项技术能够实现生物除磷单元与生物脱氮单元的分离，在节能的同时高效处理企业内部混合废水。这项技术在长葛市某食品企业进行了部分技术示范，企业污水站出水稳定达到《肉类加工工业水污染物排放标准》（GB13457-92）行业一级标准。

针对集聚区污水处理厂原有氧化沟工艺氨氮难以稳定达标的问题（尤其冬季），研发了基于强制增氧硝化菌高生物量维持新型氨氮吸附材料的高氨氮混合废水稳定达标强化技术，通过调节转碟曝气机的开启模式、辅以硝化生物滤池和反硝化生物滤池的优化组合，彻底解决了集聚区污水厂脱氮难的问题，实现了出水COD、氨氮、TN稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A标准。

针对污水处理厂排水水质与受纳河流水质目标之间的差距，研发了外排尾水人工湿地生态深度净化集成技术，这项技术集成了人工湿地基质组配优化耦合、耐寒湿地植物优选组合、硫自养反硝化强化脱氮等技术，并据此设计了基于人工湿地和塘系统的生态净化系统布局，在长葛市杜村寺人工湿地（6万吨/天）进行了工程示范，人工湿地出水水质达到地表水Ⅳ类标准。

成果三

防控农田面源污染，创新集成了半湿润地区高度集约化旱作农田“减氮增效控污”技术

清河流域长年来存在施肥方式粗放、化肥施用量高、氮肥利用率低（仅有30%～35%）等问题，导致大量氮素流失进入清河，成为制约清河水质持续改善的重要因素。鉴于此，课题组在全面解析农田面源氮污染发生机制及对入河水质影响的基础上，从“农作物全生命周期氮素调控氮素流失全过程控制”的角度出发，创新集成了半湿润地区高度集约化旱作农田“减氮-增效-控污”综合技术体系。

为实现减氮，课题组研发了一种土壤有效氮快速检测方法，在施肥前，指导农民快速判断土壤氮素含量范围，进而确定合理施肥量，减量施肥10%~30%。在施肥后，通过施用以造纸污泥制备的碱性生物质、中性秸秆生物质碳和筛选的快腐还田纤维素及木质素降解菌，以碳控氮实现对土壤氮素的容留固持。同时，针对施肥方式粗放的问题，课题组编制了《许昌市建安区小麦玉米轮作农田高产清洁种植技术规程》，累计培训农民200人（次），有效地推广了清洁种植。

为实现增效，在作物生长期，一方面通过施加脲酶抑制剂和秸秆还田，减少氨挥发；另一方面，喷洒课题组研发的以γ-聚谷氨酸为原料的阴离子聚合物，促进肥料吸收、阻隔肥料固化、激活土壤已固化肥料、提高肥料利用率。所开发技术通过在玉米田对比试验，在减量施肥30%的情况下，平均每亩增产50.11千克。

为实现控污，针对氮素流失对河道的潜在污染风险，通过沟渠和岸坡生态阻控、折流滤罐生物脱氮、潜流坝末端削减，实现对径流的生态梯次拦截，对雨季径流水体中COD、TN和TP的拦截率可达64%、22%和14%。所研发技术在石梁河三张闸上下游河段开展了3公里的技术示范，实现了入清河水体氨氮年均浓度在2.0mg/L以下。

以“减氮增效控污”为核心的集成技术体系，在许昌建安区苏桥镇和长葛市石固镇建成了5000亩农田氮污染控制示范区，在肥料投入减少 30%的情况下，小麦玉米增产3%~10%，折合肥料利用率提高15%以上，年经济效益增加 100 元/亩，实现了区域农业绿色高质量发展。

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