除污見清蕩碧波
蓮石路段—植被景觀對比
楊橋段—居民區(qū)河道對比
這兩年，家住北京青塔附近的居民發(fā)現(xiàn)自己家門前的涼水河變了模樣，水清了、樹綠了、景美了。“以前門口的這條河挺清的，還下去摸過魚，但后來水黑了，也變臭了。之前看見工人在河里施工作業(yè)，沒想到?jīng)]多久水就變清了，周邊景色也漂亮了，傍晚我們經(jīng)常在附近遛彎。”附近的一位居民說。
涼水河是北京市北運河水系的支流，也是北京城南的主要排水河道。隨著城市的發(fā)展，很多污水未經(jīng)處理直接排入其中，讓涼水河逐漸失去昔日美景。這幾年，經(jīng)過治理，涼水河實施完成了干流長22.5公里河道清淤工程，干流長39.5公里水下結(jié)構(gòu)工程以及6處除臭工程，實現(xiàn)了城市段基本還清，消除黑臭現(xiàn)象，全線基本建成濱水綠道。如今的涼水河岸畔綠樹成蔭，不再是臟臭的代名詞，沿河段還能欣賞“源起荷香”“水關凈月”等水色美景。
與涼水河一樣，這幾年北京的多條河流都已大變樣：清河波光粼粼，野鴨棲息，居民們愉悅漫步；筒子河重現(xiàn)水清岸綠……京城的河湖水系一天比一天潔凈、美麗、容光煥發(fā)，市民更愿意親水、游水、依水。
讓京城水系“變臉”的“魔術師”是來自清華大學和北控水務集團有限公司等單位的聯(lián)合團隊。經(jīng)過幾年研究及實踐，清華大學劉翔教授帶領科研團隊在北京市重點科技項目和國家重大水專項課題的支持下開發(fā)出“城市面源污染控制與景觀水體改善成套技術”，針對城市面源污染控制、非常規(guī)水資源（雨水徑流、再生水）安全利用、以再生水為主要補充水源的景觀水體水質(zhì)改善等需求，研發(fā)了12類核心技術，形成了城市面源污染全過程控制和景觀水體水質(zhì)綜合整治的技術思路和成套技術，對北京市乃至全國的城市水體環(huán)境治理做出了積極貢獻。為此，該項目榮獲2015年度北京市科學技術獎一等獎。
“有水皆污”已成城市頑疾
河水清澈，水草飄搖，魚翔淺底，是每一位百姓心向往之的生動圖景。然而，我國城市河流有90%左右受到污染，出現(xiàn)河水滯流、水體厭氧、生態(tài)退化、淤積嚴重、透明度差，甚至發(fā)生黑臭等問題。
“由于水體污染負荷遠遠超過城市受納水體的環(huán)境容量，導致河水中有機物、氨氮等污染物嚴重超標，水生生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)破壞，生物多樣性銳減，城市水體的生態(tài)功能和使用功能日益衰退，水體修復和水生態(tài)功能恢復的難度明顯加大，城市河流水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)處于失衡狀態(tài)。”課題組負責人，清華大學環(huán)境學院教授劉翔說。
同時，城市污水中氮磷污染物未經(jīng)有效去除，又成為城市水體發(fā)生富營養(yǎng)化的重要誘因，造成水體生態(tài)功能的衰退甚至喪失，水生生態(tài)環(huán)境的破壞已經(jīng)成為城市生態(tài)文明建設的主要障礙。“有水皆污”“河道黑臭”已經(jīng)成為許多城市面臨亟待解決的環(huán)境頑疾。
“水是城之韻，質(zhì)是水之魂。”劉翔說，城市水環(huán)境綜合整治和水體修復技術是破解上述難題的有效方法。
據(jù)了解，城市水體修復技術是指根據(jù)生態(tài)學和環(huán)境學的原理，綜合運用水生生物和微生物的方法，使污染水體得到改善或恢復所采用的技術。其特點是充分發(fā)揮現(xiàn)有水環(huán)境工程的作用，綜合利用流域內(nèi)的濕地、灘涂、水塘、堤坡及水生生物等自然資源及人工合成材料，對城市水域自恢復能力和自凈能力進行強化恢復或提升。
生態(tài)修復就是恢復生態(tài)系統(tǒng)合理的結(jié)構(gòu)、高效的功能和協(xié)調(diào)的關系，就是重建受損生態(tài)系統(tǒng)的功能以及相關的物理、化學和生物特性。“修復的目的就是要再現(xiàn)一個自然的、能自我調(diào)節(jié)的生態(tài)系統(tǒng)，使它與它所在的生態(tài)景觀形成一個完整的統(tǒng)一體。”劉翔解釋說。
基于上述原理，課題組提出，城市水體綜合治理的總體技術思路為：控源為本，調(diào)配優(yōu)先，多元為輔，強化應急，景觀共建。
劉翔告訴記者，大多數(shù)城市水體最主要的問題是污染源控制不徹底、河流生態(tài)基流不足引起的。污染源治理不到位導致水質(zhì)超標，生態(tài)基流不足致使水流緩滯，進而引發(fā)一系列的水環(huán)境問題。因而水質(zhì)改善最有效的方法就是控源截污、生態(tài)修復和水流改善，實現(xiàn)水體的良性循環(huán)。
另外，“還可以通過多元生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建、河水充氧、底質(zhì)控制等輔助技術促進和提升水質(zhì)改善和生態(tài)修復的效果。”劉翔說。
面源污染不解難有清清小河
要將一個受損的生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能恢復到受損前的水平是一項艱巨、困難和漫長的工作。
課題組面臨的首個挑戰(zhàn)就是城市面源污染的排查。面源污染是指通過降雨和地表徑流沖刷，將大氣和地表中的污染物帶入受納水體，使受納水體遭受污染的現(xiàn)象。隨著我國城市化快速發(fā)展，新舊城區(qū)不同排水系統(tǒng)的交錯，污水和雨水管道混接現(xiàn)象普遍存在，大量污染物由地表暴雨徑流排入水體。
通常，河流污染的“罪魁禍首”來自于那些偷排廢水的工業(yè)企業(yè)和直接排入河流的生活污水。劉翔告訴記者，來自工業(yè)企業(yè)和生活污水的直排入河這類有固定排放點的“點源污染”的確是重要污染來源，但是那些沒有固定排放點的污染物經(jīng)降雨和融雪沖刷而產(chǎn)生的“面源污染”，對水環(huán)境的殺傷力其實也非常大。
這種面源污染包括：建筑工地的積塵與淤泥、汽車灑在馬路上的尾氣沉淀物和漏油、小商販產(chǎn)生的油污泔水等等，它們在降雨后沒有進入污水管，而是經(jīng)過雨水管道未經(jīng)處理直接流向了河道，還有一些合流式污水管在雨天的溢流排放。
劉翔指出，特別是在暴雨初期，由于降雨徑流將地表的、沉積在下水管網(wǎng)的污染物，在短時間內(nèi)，突發(fā)性沖刷匯入受納水體，而引起水體污染。“據(jù)統(tǒng)計，北京在暴雨初期污染物濃度超過平時污水濃度3倍甚至更高。城市面源具有分散性、高流量和重污染等特點。”
顯然，要治理水環(huán)境，只關注點源污染還不夠，如果不能妥善解決面源污染，水環(huán)境就無法真正改善，即使暫時性好轉(zhuǎn)了也難以長效保持。
摸清底數(shù)才能理出治水路數(shù)。面源污染往往比較分散、隱蔽、隨機，研究和防控難度更大，尤其是隨著城市快速發(fā)展，地下管道早已變得錯綜復雜，排查起來十分困難。
在劉翔的帶領下，科研團隊與相關單位合作，通過投放標示物、放煙以及模型模擬等方法，對片區(qū)內(nèi)雨污水管線以及河道各個排污口的數(shù)量、位置坐標、水量、水質(zhì)、時間段等情況進行了全面排查和分析。
經(jīng)過細致排查，他們對治理片區(qū)內(nèi)的污染來源、構(gòu)成等做到心里有數(shù)。科研團隊系統(tǒng)地開展了城市降雨徑流面源污染控制、非常規(guī)水資源（雨水徑流、再生水）的水質(zhì)凈化與安全利用，以及收納雨水徑流和以再生水為主要補充水源的城市景觀水體的水質(zhì)改善關鍵技術和核心設備的研究。
科研團隊重點突破了城市面源從源頭產(chǎn)生、輸送過程、到最終排放入河等關鍵環(huán)節(jié)的控制技術以及入河污染源控制、補水水質(zhì)提升、河道自凈能力恢復、水體生態(tài)修復、河水應急處理等水體修復關鍵技術，形成了“源頭削減—過程控制—末端凈化”的城市面源污染全過程治理，以及“補水水質(zhì)提升—水體水動力改善—河水水質(zhì)凈化—水體生態(tài)修復”的景觀水體水質(zhì)綜合改善的技術體系。
據(jù)了解，科研團隊開發(fā)了管網(wǎng)溢流控制、初期雨水分時收集、雨水旋流—快濾組合處理等城市面源控制成套技術和對氮磷有高效截留/去除作用的專用濾料。技術實施對城市徑流產(chǎn)生的面源污染SS、COD、NH3-N、TN和TP的去除率分別達到95%、50%、80%、30%和70%，比現(xiàn)有同類技術有大幅度的提高。
此外，針對雨水徑流、再生水補水、分散式直排污水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等污染源，開發(fā)了堤岸式滲濾、功能型人工濕地、真空截污、旁路凈化槽等污染控制技術。各項技術在工程中的實施效果比現(xiàn)有技術水平均有較大幅度的提升。
課題組還開發(fā)了濕地恢復、堤岸生態(tài)修復、水體多元生態(tài)構(gòu)建、人工增氧造流、底泥消化抑制劑、水體透析等水體凈化與修復技術。“該類技術可以有效控制河水黑臭、能夠適用于不同條件及要求的水體修復。”劉翔說。
同時，課題組還研究出了城市垃圾分散收集和封閉管理的實用技術，開發(fā)了垃圾滲濾液的收集和快速處理技術？傆袡C負荷去除達90%以上，氨氮和總磷也得到了較好的控制，大幅度降低了城市面源產(chǎn)生的污染物濃度和負荷總量，為后續(xù)面源控制與管理創(chuàng)造了有力條件。
萬頃綠波惠民生
隨著緊鑼密鼓的治理，京城的河湖水系正變得越來越潔凈，越來越靚，越來越宜人。
劉翔告訴記者，課題組在北京市實施應用工程6項，先后在中關村環(huán)？萍紙@和海淀區(qū)東埠頭溝開展了城市面源污染控制與雨水再利用、再生水品質(zhì)提升與河道生態(tài)修復等工程示范，在海淀、懷柔、大興、通州等地的溫榆河、涼水河、雁棲湖和稻香湖等小流域綜合整治與水環(huán)境改善工程中得到推廣應用。
其中應用了“旋流—快濾”“滲透性堤岸過濾”“功能型人工濕地”“水動力調(diào)控”“多元生態(tài)構(gòu)建”等7項核心技術，整治河道100公里，修復水體600公頃。工程實施后城市面源污染得到有效控制、水體消除黑臭現(xiàn)象、水質(zhì)得到顯著改善，為實現(xiàn)首都“三環(huán)碧水繞京城、十區(qū)清川映新城、萬頃綠波惠民生”的水環(huán)境整治總體目標，特別是北京市上游地區(qū)—海淀山后地區(qū)和懷柔區(qū)的水環(huán)境改善提供了強有力的技術支撐，取得了顯著的社會效益和環(huán)境效益。
據(jù)了解，海淀北部新區(qū)水環(huán)境改善技術集成與示范工程實現(xiàn)面源負荷削減30%—50%，河道水質(zhì)由地表水劣Ⅴ類提升至基本滿足IV類標準。稻香湖再生水廠靠近翠湖濕地，是海淀北部的“生態(tài)綠心”，經(jīng)深度處理和濕地處理的再生水作為景觀補水就近回用。雁棲湖位于北京郊區(qū)懷柔城北，承擔開展包括APEC峰會在內(nèi)的許多大型活動及旅游業(yè)，項目恢復上游濕地，污染物總量削減30％—70％。
這項成果不僅僅造福北京一方，還在全國各個地區(qū)，如常州、南寧、沈陽等城市得到了推廣應用，取得了顯著的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益，也為我國城市面源污染治理和景觀水體修復提供了成套技術方案和工程實踐經(jīng)驗。
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