劉翔教授 | 城市水環(huán)境綜合整治工程原理與系統(tǒng)方法

水處理網(wǎng)訊:研究背景

城市水環(huán)境綜合整治是我國(guó)水環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的重要工作，也是許多城市面臨的重大問題。我國(guó)2015年出臺(tái)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(“水十條”)就明確提出治理城市黑臭水體的目標(biāo)，要求到2020年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)；到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。習(xí)近平總書記在2018年全國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上強(qiáng)調(diào)：“要深入實(shí)施水污染防治行動(dòng)計(jì)劃，基本消滅城市黑臭水體，還給老百姓清水綠岸、魚翔淺底的景象”。為促進(jìn)城市黑臭水體治理工作全面推進(jìn)，2018年，生態(tài)環(huán)境和住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部聯(lián)合開展專項(xiàng)督察工作；財(cái)政部、住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部共分三批確定了60個(gè)城市為黑臭水體治理示范城市；同時(shí)，在推進(jìn)我國(guó)海綿城市建設(shè)的任務(wù)中，也明確提出了關(guān)于城市水環(huán)境整治的具體目標(biāo)要求。上述行動(dòng)都表明了我國(guó)開展城市水環(huán)境綜合整治工作的迫切性和重要性。

一般而言，城市水環(huán)境整治任務(wù)總體可以分為3類：污染治理、水質(zhì)改善和生態(tài)恢復(fù)，三者各有側(cè)重又有關(guān)聯(lián)，也可以說是代表了城市水環(huán)境管理的3個(gè)階段。污染治理主要是針對(duì)城市高強(qiáng)度、超負(fù)荷的污染排放引起的城市水體嚴(yán)重污染問題，通過控源減排等工程措施實(shí)現(xiàn)減輕水體污染狀況的目的，這類任務(wù)以城市黑臭水體治理為典型；水質(zhì)改善是在開展污染治理的前提下，輔以水體凈化、補(bǔ)水活水等技術(shù)手段進(jìn)一步改善水質(zhì)，以期達(dá)到較好水環(huán)境質(zhì)量的目標(biāo)，這類任務(wù)目前多以滿足一定水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為特征；生態(tài)恢復(fù)則是在實(shí)現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量改善的基礎(chǔ)上，借助水生態(tài)修復(fù)和重構(gòu)等綜合方法，逐步恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)和提升城市水環(huán)境的景觀效果，實(shí)現(xiàn)城市水體的親水、娛樂功能，這類任務(wù)則以創(chuàng)建城市水生態(tài)文明為標(biāo)志。

通過解析城市水體污染的原因，探索城市水環(huán)境整治的工程原理和技術(shù)路線，梳理水環(huán)境整治技術(shù)的實(shí)用性和有效性，進(jìn)而提出城市水環(huán)境綜合整治的系統(tǒng)方案編制方法和適用技術(shù)體系，可為科學(xué)、合理、客觀地編制城市水環(huán)境綜合整治系統(tǒng)方案提供參考。

一 摘 要

通過對(duì)城市水環(huán)境綜合整治目標(biāo)與需求的梳理，從宏觀尺度上分析了城市水環(huán)境整治的工程原理，提出了解決城市水環(huán)境整治的工程途徑和技術(shù)方法，根據(jù)各類治理技術(shù)的對(duì)象和功能，構(gòu)建了城市水環(huán)境整治技術(shù)體系，為不同適用技術(shù)的選擇提供了理論指導(dǎo)，并基于工程原理與解決途徑提出了城市水環(huán)境綜合整治系統(tǒng)性方案的編制方法。

二 城市水體污染治理工程原理

城市水體污染主要問題

城市水體作為城市生態(tài)空間的構(gòu)成要素和城市水循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵載體，也是城市污染物排放的主要受納體。引起城市水體污染的主要問題有：

高密度的人口聚居、高速度的城市發(fā)展、高強(qiáng)度的城市生活與工業(yè)生產(chǎn)是產(chǎn)生高通量污染負(fù)荷的根本來源。

城市水環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃與建設(shè)滯后于城市發(fā)展的需求，導(dǎo)致城市污水收集與處理的能力不足，部分污水未經(jīng)處置直接排放。

城市雨污水管網(wǎng)長(zhǎng)期疏于維護(hù)管理，管網(wǎng)功能性和結(jié)構(gòu)性缺陷問題嚴(yán)重，導(dǎo)致污水實(shí)際收集效能遠(yuǎn)低于表觀數(shù)據(jù)，同時(shí)也大大降低了污水處理設(shè)施的實(shí)際減負(fù)效果。

城市雨水徑流排放缺乏合理有效的組織和管理，未能充分發(fā)揮綠色設(shè)施的減排作用，致使城市面源污染問題未得到有效控制。

城鄉(xiāng)結(jié)合部和城中村的生活污染問題未引起足夠的重視，缺乏有效的管理和處置而成為分散式污染源，而且負(fù)荷通常都很高。

寬水面、大水深的傳統(tǒng)型城市河道整治和水景觀建設(shè)方式，導(dǎo)致水體流動(dòng)性差、生態(tài)基流嚴(yán)重不足，致使水體自凈能力大幅減弱。

河床和堤岸硬化以及梯級(jí)閘壩攔截阻斷了水生和陸生生態(tài)系統(tǒng)的聯(lián)系，導(dǎo)致水體生態(tài)功能嚴(yán)重退化甚至喪失。

水體流動(dòng)遲緩甚至滯流，水動(dòng)力條件極差，局部水域易產(chǎn)生污染累計(jì)，同時(shí)導(dǎo)致淤積問題嚴(yán)重，是水體內(nèi)源污染的來源。

上述問題在我國(guó)許多城市中是普遍存在的，也是困擾城市水環(huán)境綜合整治的難題。這些問題的交織并存也決定了城市水污染控制和水環(huán)境整治工作的復(fù)雜性和長(zhǎng)期性。

水體治理工程原理與解決途徑

從本質(zhì)上說，城市水體遭受污染而引起水質(zhì)惡化的根本原因是域內(nèi)進(jìn)入水體的污染負(fù)荷總量超過了水環(huán)境的現(xiàn)狀承受能力，即剩余環(huán)境同化容量(residual water environmental assimilative capacity，本文中簡(jiǎn)稱“環(huán)境余量”)，因而治理城市水體污染問題進(jìn)而恢復(fù)良性水環(huán)境狀況的工程原理則是保證輸入水體的污染物負(fù)荷量不超過水體的環(huán)境余量，從而使得水體的水質(zhì)狀態(tài)保持平衡，并維持健康而穩(wěn)定的水環(huán)境質(zhì)量。那么，當(dāng)輸入的污染物負(fù)荷總量超出水體環(huán)境余量時(shí)就會(huì)導(dǎo)致水體的水質(zhì)惡化，根據(jù)式(1)所提出的物質(zhì)平衡原理，城市水體整治的實(shí)施的3種途徑的平衡狀態(tài)示意圖見圖1所示。

圖1 城市水環(huán)境整治工程原理與解決途徑示意

三 城市水環(huán)境整治適用技術(shù)

根據(jù)城市水環(huán)境整治工程原理與實(shí)施途徑分析，適用于城市水體整治工作的技術(shù)方法可以分為兩類：能夠削減污染物輸入負(fù)荷量的控源減負(fù)技術(shù)和可以提升水體環(huán)境余量的提質(zhì)增容技術(shù)。

2015年8月，由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部和生態(tài)環(huán)境部(原環(huán)保部)聯(lián)合發(fā)布的《城市黑臭水體整治工作指南》中列舉了4大類12項(xiàng)適用技術(shù)，其中的控源截污和內(nèi)源治理2大類為控源減負(fù)技術(shù)屬性，而生態(tài)修復(fù)和其他(活水保質(zhì))2大類則為提質(zhì)增容技術(shù)屬性。

控源減負(fù)技術(shù)

輸入城市水體的污染物可以根據(jù)其來源分為點(diǎn)源、面源和內(nèi)源三類，而控源減負(fù)技術(shù)削減水體污染物輸入負(fù)荷的方式則可以分為在源頭控制污染物的產(chǎn)生和在過程中阻止污染物排放進(jìn)入水體兩種。針對(duì)污染物產(chǎn)生的來源和污染負(fù)荷削減的方式，城市水環(huán)境整治控源減負(fù)技術(shù)匯總?cè)绫?所示。

提質(zhì)增容技術(shù)

水體環(huán)境同化容量的核算是一項(xiàng)復(fù)雜而困難的任務(wù)，受到水體水文特征、水力學(xué)特性、水生態(tài)環(huán)境、地理和氣候因素、季節(jié)變化、人工干擾以及水體控制目標(biāo)設(shè)定等因素的影響，通常會(huì)因某些因素的變化而發(fā)生變化；而環(huán)境余量是指水體針對(duì)某類污染物在現(xiàn)狀濃度水平之上達(dá)到與目標(biāo)控制濃度相平衡狀態(tài)還可合理容納多余該類污染物輸入的量值。