第二講：北方缺水型城市景觀水體

生態修復潘濤研究員北京市環境保護科學研究院

主要內容國內外水體富營養化現狀及發展趨勢一

水體富營養化基礎二流域水環境管理與污染防治規劃三案例A——泃河試點項目四案例B——寬溝生態修復項目五案例C——漢石橋水質改善工程六案例D——北京會議中心水質改善工程七案例E——北京大觀園水質改善工程八國內水體富營養化情況

國外水體富營養化情況一、國內外水體富營養化現狀及發展趨勢流動水體：河流緩流水體：湖泊、水庫、河口大型湖泊營養鹽濃度超過富營養化發生界限，其中太湖、巢湖及滇池等已經發生嚴重富營養化；中型湖泊已具備富營養化的營養鹽條件；城市湖泊富營養化嚴重，表現為營養鹽濃度異常，透明度低，水體葉綠素含量高。國內水體富營養化情況滇池太湖巢湖北京壩河中國主要湖泊富營養狀況變化趨勢70年代末~80年代中80年代后期制定湖泊富營養化控制規劃控制沿湖工業污染源控制沿湖城市生活污水排放治理湖內污染源開展農業面源的控制工作和湖泊及流域的生態恢復工作我國政府已采取的政策和措施國外富營養化發生情況主要集中在美國、西歐、日本等經濟發達國家和地區據1996年美國全國水質調查報告,有40%的河流、51%的湖泊和53%的河口正受到富營養化的負面影響。

主要原因是農業排污,其次是地方政府的污水處理廠,大雨時的城市污水溢流和大氣沉降等非點源污染源。高營養中高營養正常中低營養低營養美國河口富營養化發生情況

《1972年聯邦水污染控制法修正案》(1972PL92-500號)，(通常稱為《清潔水法》)被確立為水環境基本法,被認為是一部劃時代的法律,旨在:采取各種措施以維持不同水域的水質適合于浴場、水上娛樂及野生生物、魚類和甲殼類動物的生存；全面預防污染物進入水體。

《清潔水法》實施以來,歷屆政府都與當地居民以及私有公司合作,實施了各種提高水資源質量的計劃。一些計劃是根據《聯邦水污染控制法》、《海岸管理法》、《農業土地法(1990年)》,《農業土地法(1996年)》以及其他法律實施的。美國防治富營養化的主要措施美國防治富營養化的主要措施制定水質目標排放許可證NPDES進行水質監測是否達標采取保護措施制定控制計劃（303d）最大日負荷（TDML）實施計劃法規309，401和404節各州周轉資金（SRF）《清潔水法》實施總體概念NY通過執行這些計劃,水污染程度得以顯著降低。但是,美國各地仍然存在著嚴重的水污染問題,對美國公民的生活質量產生了很多負面影響,如休閑娛樂機會的減少、地方經濟發展停滯,以及飲用水供應和公共健康方面的危機等。富營養化仍然是美國最普遍的問題,長久以來一直引起人們的關注。美國防治富營養化的效果嚴重惡化輕微惡化無變化略微好轉明顯好轉美國河口富營養化的前景預測“磷”排放量不斷減少歐盟通過三級法律措施來防止富營養化，即：第一級，20世紀70~80年代的水相關法律系統；第二級，營養物防治策略的法律修正案；第三級，更新的水策略的框架性指標。歐盟減排營養鹽措施及效果定義及特征危害機理藻類影響因素治理對策二、水體富營養化基礎水體富營養化(eutrophication)是指在人類活動的影響下，生物所需的氮、磷等營養物質大量進入湖泊、河口、海灣等緩流水體，引起藻類及其他浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧量下降，水質惡化，魚類及其他生物大量死亡的現象。

在自然條件下，湖泊也會從貧營養狀態過渡到富營養狀態，不過這種自然過程非常緩慢。而人為排放含營養物質的工業廢水和生活污水所引起的水體富營養化則可以在短時間內出現。水體出現富營養化現象時，浮游藻類大量繁殖，形成水華。因占優勢的浮游藻類的顏色不同，水面往往呈現藍色、紅色、棕色、乳白色等。這種現象在海洋中則叫做赤潮或紅潮。富營養化的定義和特征富營養化給水環境和水資源造成了十分嚴重的危害，主要表現在：水質惡化，水華頻發，影響飲用水源供水與工農業用水；湖泊景觀受到破壞，妨礙旅游業的發展；水體水產養殖功能下降；生態系統失調或破壞。

除此之外，富營養化造成的水華可能帶來致癌的三鹵甲烷。富營養化的危害富營養化的機理富營養化的藻類藍藻門微囊藻魚腥藻顫藻席藻貧營養中營養富營養備注總磷含量（mg/L）<0.010.01~0.02>0.02美國EPA<0.0020.010.05我國巢湖地表水II類TP≤0.025，地表水III類TP≤0.05（湖庫）富營養化常用評判指標：

營養鹽濃度、葉綠素A濃度、透明度、指數法營養鹽濃度：磷控制or氮控制評判指標貧營養中營養富營養備注Chla（mg/m3）平均值<2.52.5~88~25最大值<88~2525~75SD（m）平均值>63~61.5~3最小值>31.5~30.7~1.5富營養化指數：chla、TP、TN、SD、CODMn綜合指數TLI（∑） TLI（∑）＜30

貧營養（Oligotropher）

30≤TLI（∑）≤50

中營養（Mesotropher）

TLI（∑）>50 富營養(Eutropher)

50＜TLI（∑）≤60

輕度富營養(lighteutropher)

60＜TLI（∑）≤70

中度富營養(Middleeutropher)

TLI（∑）>70

重度富營養(Hypereutropher)葉綠素A濃度、透明度：評判指標富營養化的發生受到以下因素影響：無機營養鹽溫度光照水力條件酸堿度影響因素清潔生產措施：從源頭控制污染物入流，可同時針對點源和面源污染；環境工程措施：末端治理減排，一般適合于點源；生態工程措施：生態規劃與調控，強調依賴生物群落的同化作用；管理規劃措施：產業結構，產品使用，環境整治等。治理對策污染狀況調研水環境問題分析水環境功能區劃分數學模型模擬水環境管理規劃污染治理方案三、流域水環境管理與污染防治規劃污染狀況調研：污染源、水質、自然及社會經濟污染狀況調研：污染源、水質、自然及社會經濟流域水環境歷史、現狀及趨勢評價；流域的污染負荷狀況及主要成因；污染負荷的空間分布情況；流域水文特征的影響，需水量及環境容量分析；流域重點污染源分析篩選；水環境監測、執法、管理、監督存在的不完善因素；其它水環境問題。水環境問題分析水環境功能區劃分水質模型是一個用于描述物質在水環境中的混合、遷移過程的數學方程，即描述水體中污染物與時間、空間的定量關系。在一個較綜合的河流水質模型中，有許多影響河流水質的因素，如物理學的、化學的、水力學的、生物學的以及氣象學的因素。水質模擬預測是順利實現水環境規劃管理、水污染綜合防治等任務不可缺少的基礎工作。模型建立步驟水質模型水質模型規劃的目標、原則、依據、方法；規劃的期限，規劃重點；現狀及問題診斷；規劃對策：水源保護、污染防治、水質修復、生態建設、管理措施；規劃的可行性分析，與社會經濟發展戰略銜接；規劃的實施與管理；結論與建議。水環境管理規劃污染治理方案研究背景技術路線污染現狀水質模型治理措施四、案例A——北京泃河試點項目10km海子水庫泃河洳河金雞河泃河洳河金雞河泃河為薊運河上游支流之一，屬薊運河水系，使北京五大水系之一。泃河發源于河北省興隆縣的茅山和跑馬廠，經泥河村流入我市平谷區境內，東向西流經平谷城南，在前芮營村經洳河匯入后折向東流，于東店村流入河北省三河縣，于天津市九王莊與洲河匯合后流入薊運河，向南流入渤海。泃河全長206公里，其中平谷區境內66公里，匯水面積1712.3平方公里。研究背景泃河出境斷面為國家環保部對北京市政府考核的三個出入境水質斷面之一。2006年平均COD濃度141mg/L，2007年平均COD濃度為79.67mg/L，與V類水體的要求相比分別超標2.5倍和1倍。研究背景技術路線污染源調查初級即時行動計劃完善的ILCA計劃落實ILCA計劃2008年水質目標落實綜合水域管理規劃2010年水質目標數據收集水質監測水質初步模型完善的數學模型綜合水環境管理規劃IRBMC示范工程SCADA系統數據社會經濟分析污染源類型估計COD產量(噸/年)估計COD當前削減量

(噸/年)COD殘余量(噸/年)殘余COD百分比（%）養殖(尤其是養豬場)3100003100070.5%工業3150022500900020.5%生活8500450040009.0%合計700002700044000100%COD排放總量及組成污染現狀污染現狀——水質監測5月份數據偏高原因是平谷污水處理廠停產檢修水質監測數據主要污染問題平谷污水處理廠入口上游的污水溢流平谷縣城未處理污水直排平谷縣城沿岸水流停滯污染帶河道滯留段養殖污水（主要指養豬場）農村散戶生活污水直排工廠污泥處理設備沒有常規運行流域內點源/面源污染水質模型——原理水質模型——數據庫工業活動區域一般數據WWTP一般數據備注生活污水畜禽養殖河道里程面源污染水排放量

WWTP一般數據排放量WWTP一般數據排放量

WWTP動物一般信息類型泃河項目數據庫水質模型——初步效果圖泃河水質模型的用途：可以模擬整個泃河流域的污染狀況；可模擬水質變化趨勢，預測控制斷面污染物濃度；便于制定COD削減的分配方案；可驗證各項減排治污措施，便于采取最合理措施；便于水環境管理。治理措施干預類型方案估算COD削減量（噸／年）成本與COD削減量比值（元/噸/年COD）方案實施所需估算時間（月）IT.1平谷污水處理廠增容和改造方案1–增加一套集中處理設備2,5002,2006IT.2沿受污滯流河段建立人工濕地濕地n.11,20018,83324濕地n.26203,71024濕地n.36402,65624濕地n.433016,06124濕地n.533016,25024濕地n.69208,37024IT.3養殖污水、生活及工業污水污泥在農業中的可持續合理利用方案1–改善畜禽污水處理和養殖方法24,0005006方案2–改善農村地區和零散村莊的基本生活污水處理設施1,3003,00024方案3–改進工業污水處理74021,62212總計32,2502,574-平谷污水處理廠內增加一套特別處理設備，該設備利用密實技術使污水絮凝澄清，可用于處理農村地區產生的污泥及部分明渠的污水溢流。最終目的是產生使用于農業堆肥的穩定污泥，進行農業堆肥的。

平谷污水處理廠新的處理單元位置試點項目一改造平谷污水處理廠參數CODBODTNTP輸入濃度(mg/l)771717.00.95平均輸出濃度(mg/l)641115.70.79去除率(%)17%34%8%9%區域ID號總面積(公頃)參考監測站河流河流平均流量(m3/天)341金雞泃河匯流前泃河133300試點項目二修建3#濕地

形成有效的監管機制，包括政策立法、責罰、和監察等各個環節，保證國家排放標準（COD<400mg/L）的達標。當然整套的監管機制應同時充分參考意大利方面的有關經驗和中國當地的國情；針對COD<400mg/L的排放物，對于離河較近的養豬場采取進一步的深度處理（氧化塘）使排放物得到進一步凈化；同時針對各養豬場推廣生態養殖方法（麥秸/稻草鋪墊）。氧化塘戶外生態養豬試點項目三改造高污染養殖場研究背景主要污染問題技術路線工藝參數選擇工藝流程處理效果五、案例B——寬溝生態修復項目北京市政府寬溝招待所位于京郊懷柔區，緊臨懷柔水庫，是北京市的一處重要會議場所，經常有國家高級領導人來此參加會議。北京市政府寬溝招待所人工湖景觀水體面積為5500m2，富營養化問題比較突出，影響了招待所的整體形象。項目背景主要污染源為：無排污口進入寬溝人工湖，污染類型為面源污染，主要污染物為徑流中的營養鹽；游客在釣魚過程中投喂大量餌料也是污染源之一；底泥沉積物中有大量氮磷，內源釋放也是重要污染。主要污染問題富營養化原因分析：前期水樣分析表明，寬溝人工湖的補水為淺層地下水，總磷濃度為0.03mg/L、總氮濃度為0.8mg/L；寬溝人工湖的湖水總氮濃度為4~6mg/L，總磷濃度為0.07~0.11mg/L。寬溝人工湖的補水含氮磷濃度雖然不高，但湖水中的氮磷含量較高，特別是總氮已經屬于劣V類水質。在這一水質情況下，由于流動性不足，在日照和溫度條件適宜的情況下，就造成了藻類大量滋生，并爆發“水華”現象。主要污染問題寬溝人工湖的主要污染物是總氮和總磷。控制水中氮、磷營養元素的含量，是防止富營養化的關鍵。盡管氮、磷同為生物的重要營養物質，但藻類等水生生物對磷更為敏感。當水體中磷處于低濃度時，即使氮濃度能滿足藻類等水生生物的需要，其生產能力也會大受遏制。當水體中的氮不足時，往往可由許多固氮的微生物來補充，而磷則不能。顯然，控制水體中的磷含量，比控制氮含量更有實際意義。事實上，水中藻類生長的控制因素就是磷。為了防止景觀水體發生富營養化，必須切實控制水中磷的含量。因此，在示范工程設計中，以總磷為限制性因素。技術路線——確定限制因素化學沉淀法除磷，運行費用高，且會產生大量的化學污泥；生化法除磷，工程投資高，工藝復雜，運行管理要求高。

與傳統的除磷方法相比，人工濕地具有生態性、景觀性、經濟性等特點。人工濕地除磷，是在一般的人工濕地系統的基礎上，通過人為的控制措施，優化系統達到以除磷為主要目標的廢水處理技術。人工濕地是一種自然除磷凈化系統，它可通過吸附、絡合、化學沉淀、植物吸收和物理沉積等過程將磷去除。技術路線——處理工藝比較工藝參數選擇——濕地類型填料：石灰石——與高爐鐵渣相比，使用石灰石在經濟上具有更多優勢，因為北京地區的石灰石來源較廣、價格低廉。植物：蘆葦——最為常用的人工濕地植物；生物量生長迅速、根系發達、除磷效果好；景觀效果較好；成本低廉、維護管理簡便。工藝參數選擇——其它參數平面布置A系統濕地2號人工湖1號人工湖集水池自流自流溢流循環泵提升流量控制補水澆灌綠地和溢流中水工藝流程——A系統——1號和2號人工湖B系統濕地3號人工湖自流溢流循環泵提升地下水補水工藝流程——B系統——3號人工湖流程圖用于凈化以中水為補水水源的南北1號2號池。潛流濕地、集水池、循環系統、補水系統。設計循環流量900t/d，補水量15t/d，水力負荷0.58m/d。三塊濕地并聯，每塊23×21m。A系統濕地用于凈化以清水為補水水源的西部3號池。潛流濕地、循環系統、補水系統。設計循環流量800t/d，水力負荷1.2m/d。單塊濕地，35×20m。B系統濕地工程建設工程調試工程運行地表水II類地表水III類地表水IV類清水本底值中水原水濕地出水垂釣池內T-P（mg/L）0.0250.050.20.0350.3~0.5<0.020.02~0.04COD（mg/L）<151520<15<25<15<15處理效果——水質比較處理效果——總磷去除率處理效果——透明度提高率工藝A出水口工藝B出水口處理效果——濕地出水處理效果——感官效果對比處理效果——感官效果對比處理效果——感官效果對比領導視察研究背景主要污染問題技術路線工藝參數選擇工藝流程處理效果六、案例C——漢石橋水質改善工程漢石橋濕地位于順義區東部，距順義城區約13公里，控制流域面積57平方公里。漢石橋濕地是由1958年修建的一座滯洪水庫淤積演化而成的，是北京地區濕地系統的重要組成部分，被稱為京郊“小白洋淀”。近年來漢石橋濕地正面臨著迅速退化的威脅。自1999年以來，由于連年干旱，濕地上游的兩條河流已基本斷流，濕地物征植物得以生長的區域以及水面面積比以前都有大幅度的縮減。漢石橋濕地周邊的楊鎮地區的污水一直沒有進行處理，直接進入了濕地，成為濕地最大的污染源之一。研究背景一期：6500m3/d（2010年排水量）二期：1.35×104m3/d（2020年排水量）位置和水量項目設計進水水質設計出水水質執行（《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002一級A標準）CODCr（mg/L）≤50050BOD5（mg/L）≤25010懸浮物SS（mg/L）10總氮（以N計mg/L）≤4015氨氮（以N計mg/L）5總磷（mg/L

mg/L）≤30.5色度（稀釋倍數）30pH6～9進出水水質工藝流程粗格柵破碎機曝氣池曝氣計量原水吸水池加壓泵過濾潛流濕地Al反洗排水曝氣池（WWRR）技術是美國S&R公司基于生態學原理、循環經濟思想開發的一種全新理念的污水再生與回用生態技術，具有以下特點：處理過程中無異味產生運行成本低污泥產量少工藝簡潔、操作管理簡單出水水質好，運行穩定抗沖擊能力強運行靈活，處理能力在較大的范圍內可調，適合發展中的城市曝氣塘工藝人工濕地的進水為再生水廠處理出水，出水水