松花江哈爾濱市轄區(qū)控制單元(簡稱控制單元)是黑龍江省控制區(qū)內(nèi)的4個(gè)控制單元之一。水專項(xiàng)“松花江哈爾濱市轄區(qū)控制單元水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)集成與綜合示范”課題圍繞松花江流域國家水污染治理和水環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略目標(biāo)，首次從控制單元的角度開展技術(shù)集成及綜合示范，著力提高水環(huán)境質(zhì)量改善問題。通過大尺度、多方位的環(huán)境整治技術(shù)的實(shí)施，及區(qū)域內(nèi)水資源的有效調(diào)配和綜合管理，實(shí)現(xiàn)控制單元主要水質(zhì)指標(biāo)(COD、氨氮)總體達(dá)到Ⅲ類水質(zhì)。

課題涵蓋點(diǎn)源、面源等水污染防治典型問題，不僅對(duì)松花江流域水環(huán)境問題具有很強(qiáng)的針對(duì)性，對(duì)其他流域從控制單元角度解決水環(huán)境問題也具有一定借鑒性。課題兼顧控制單元水污染治理與水環(huán)境管理兩大技術(shù)體系，提供相應(yīng)數(shù)據(jù)與經(jīng)驗(yàn)支持，對(duì)推動(dòng)專項(xiàng)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)，意義重大。

典型行業(yè)廢水污染物深度削減工藝與

示范促進(jìn)控制單元水質(zhì)持續(xù)改善

按照松花江哈爾濱市轄區(qū)控制單元內(nèi)的環(huán)境污染特點(diǎn)以及環(huán)境質(zhì)量改善需求，課題組針對(duì)松花江哈爾濱市轄區(qū)控制單元流域食品深加工、發(fā)酵等行業(yè)污染類型復(fù)雜等問題，開展高氨氮工業(yè)廢水、發(fā)酵廢水、城市污水處理廠廢水深度削減技術(shù)研究。

針對(duì)傳統(tǒng)生物脫氮方法對(duì)于高氨氮廢水中的含氮污染物去除效率低及處理過程能耗高等情況，開展了高效、節(jié)能低耗的處理技術(shù)，研發(fā)了生物膜強(qiáng)化自養(yǎng)異養(yǎng)耦合脫氮技術(shù)，通過加入具有特殊結(jié)構(gòu)的懸浮填料及對(duì)曝氣方式、曝氣量的控制，改善活性生物膜中脫氮微生物種群結(jié)構(gòu)，強(qiáng)化自養(yǎng)及異養(yǎng)耦合生物脫氮過程，實(shí)現(xiàn)污染物降解與氨氮同步高效去除。通過技術(shù)集成，結(jié)合乳品廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，提出了采用以“多介質(zhì)膜水解——高負(fù)荷曝氣泥膜共生——?jiǎng)討B(tài)膜強(qiáng)化SNAD”為主體單元的處理工藝，該工藝具有良好的處理效果及創(chuàng)新性。將所研發(fā)的技術(shù)應(yīng)用于黑龍江完達(dá)山陽光乳業(yè)有限公司2000噸/日的示范工程，出水達(dá)到了《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978-1996)中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。相較于企業(yè)原有的處理工藝，該工藝大幅降低藥耗和能耗，處理效果穩(wěn)定，噸水處理成本節(jié)省40%以上，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益以及很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。

針對(duì)流域污水處理廠冰封期處理效率低、運(yùn)行效果差、污水處理廠不同季節(jié)變參數(shù)運(yùn)行技術(shù)缺乏、污水污泥過程減量技術(shù)薄弱、污水污泥資源化能力不足的現(xiàn)狀，課題組研發(fā)了基于多點(diǎn)進(jìn)水深井曝氣工藝復(fù)合泥膜共生系統(tǒng)的污染物深度削減工藝，構(gòu)建變壓力梯度下的高效功能菌群高生物量處理體系，富集變形菌門+擬桿菌門抗壓耐寒微生物，深度削減污染物。此外，課題組通過微型螺旋測流計(jì)測得的輻流式初次沉池內(nèi)速度分布情況，優(yōu)化進(jìn)水擋板布水流速及懸浮物濃度等沉淀池參數(shù);提出高壓曝氣強(qiáng)化污染物快速削減方法，通過提升曝氣壓力，提高溶解氧濃度，促進(jìn)微生物利用氧分子的效率，強(qiáng)化污染物降解能力。該工藝在哈爾濱市朝陽水質(zhì)凈化廠工程中得到應(yīng)用，出水穩(wěn)定達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)要求。

此外，課題針對(duì)污水污泥好氧發(fā)酵升溫周期長、調(diào)理劑用量大的問題，開發(fā)了基于生物預(yù)發(fā)酵的瀝浸污泥好氧發(fā)酵優(yōu)化技術(shù)，通過生物預(yù)發(fā)酵改善污泥微生物種群結(jié)構(gòu)，調(diào)整堆肥調(diào)理劑組成結(jié)構(gòu)，優(yōu)化好氧發(fā)酵通風(fēng)過程，改善篩分和熟料回流方式，促進(jìn)污泥中有機(jī)質(zhì)的降解和生物熱釋放。建設(shè)的污水污泥集中處置示范工程，將好氧發(fā)酵升溫周期縮短，減少了調(diào)理劑用量，可提高好氧發(fā)酵工藝效能。

完達(dá)山陽光乳業(yè)有限公司污水處理示范工程現(xiàn)場。

面源污染監(jiān)管控制集成體系增強(qiáng)控制單元廢物資源轉(zhuǎn)化

利用水文模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬是解決流域水循環(huán)過程和污染形式的最有效方法，但是水文模型在北方高緯度寒冷地區(qū)應(yīng)用較少，基于這方面的技術(shù)研究迫在眉睫。為解決控制單元內(nèi)面源污染的來源復(fù)雜、影響范圍廣泛、很難定量檢測與分析的特征難題，課題組研發(fā)并形成了一套集流域面源污染過程模擬診斷與流域規(guī)劃管理政策分析為一體的全流程面源污染監(jiān)管控制技術(shù)體系，構(gòu)建了流域內(nèi)的面源污染基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫，彌補(bǔ)了哈爾濱市轄區(qū)內(nèi)面源污染基礎(chǔ)數(shù)據(jù)零散、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不整齊的不足。課題開發(fā)了集人工降雨控制、坡度坡面控制、徑流數(shù)字自動(dòng)傳輸采集為一體的面源污染截留凈化平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)建設(shè)具有多條件降雨環(huán)境模擬、多條件地面環(huán)境模擬、水文及環(huán)境信息數(shù)字化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸采集的功能，可有效模擬自然條件下面源污染發(fā)生過程，科學(xué)定量的解析污染過程，為尺度放大和效果驗(yàn)證提供了技術(shù)保障。此外，采用GIS平臺(tái)的AVSWAT模型與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合的方法，課題開發(fā)了基于復(fù)雜下墊面地理?xiàng)l件的流域非點(diǎn)源污染模擬技術(shù)，可定量解析流域非點(diǎn)源污染的時(shí)空異質(zhì)性分布規(guī)律，通過對(duì)流域的非點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行定量化計(jì)算，完成具有寒冷地區(qū)特色的面源污染時(shí)空過程模擬，有效解決了面源污染擴(kuò)散過程復(fù)雜、難以有效計(jì)算與模擬控制的重要難題。

根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果可確定流域內(nèi)面源污染發(fā)生的關(guān)鍵路徑和關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，課題依此制定科學(xué)、有效的流域面源污染綜合管理方案。這種在定量解析基礎(chǔ)上提出的流域綜合管理方案，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字空間模擬預(yù)測技術(shù)與綜合管理規(guī)劃的有序承接，避免了流域管理過于粗放、與實(shí)際情況脫節(jié)的問題，因此可指導(dǎo)控制單元內(nèi)具體面源污染控制工程的科學(xué)實(shí)施。這個(gè)課題的實(shí)施一方面解決了流域環(huán)境治理工程沒有重點(diǎn)、選址缺乏科學(xué)論證的問題，顯著節(jié)約環(huán)保治理工程成本;另一方面可極大提高政府決策的科學(xué)水平，提高現(xiàn)有流域環(huán)境污染防治能力與效果，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。這項(xiàng)技術(shù)彌補(bǔ)了我國寒冷地區(qū)面源污染系統(tǒng)研究的空白，為相關(guān)部門和政府流域整體規(guī)劃提供定量化的科學(xué)指導(dǎo)，是適應(yīng)黑龍江省“千億斤糧食計(jì)劃”帶來的農(nóng)業(yè)面源污染壓力和滿足環(huán)境質(zhì)量提升需求的重要成果，同時(shí)可為全國其他以農(nóng)業(yè)發(fā)展為主的流域面源污染防治與綜合管理工作提供參考。

目前，課題組與黑龍江春雨智慧農(nóng)業(yè)科技有限公司簽訂協(xié)議進(jìn)行專利轉(zhuǎn)讓，依托哈爾濱三安環(huán)農(nóng)肥料有限公司和黑龍江省達(dá)豐科技開發(fā)有限責(zé)任公司開展示范工程建設(shè)，改建、擴(kuò)建和新建場區(qū)，在哈爾濱市轄區(qū)控制單元海溝河流域建立了綜合示范區(qū)和清潔生產(chǎn)基地，展開了一系列如購買設(shè)備儀器、辦理有機(jī)肥臨時(shí)登記證、清理收集露天堆放牛糞，試生產(chǎn)有機(jī)肥等有效措施。這一發(fā)展進(jìn)程繼續(xù)推動(dòng)了示范工程配套單位與哈爾濱市阿城區(qū)環(huán)保局等相關(guān)部門的合作。此外，在哈爾濱東日種植專業(yè)合作社、哈爾濱市佰億斤水稻種植專業(yè)合作社、哈爾濱國家農(nóng)業(yè)示范園區(qū)和鑫福成農(nóng)機(jī)合作社示范推行農(nóng)業(yè)面源污染治理技術(shù)，農(nóng)業(yè)面源污染治理技術(shù)輻射溢出，為松花江流域(黑龍江境內(nèi))大慶綏化控制單元畜禽糞污和作物秸稈綜合利用提供技術(shù)支撐，為黑龍江省畜牧養(yǎng)殖大縣糞污處理提供培訓(xùn)和技術(shù)指導(dǎo)。

水陸交錯(cuò)帶生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)引導(dǎo)控制單元生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)

近年來，森林質(zhì)量下降，天然林面積減少，濕地面積萎縮(約減少30%~50%)，生物多樣性降低，整體生態(tài)功能減弱。底泥高負(fù)荷污染物形成的二次內(nèi)源污染及采砂產(chǎn)生的廢棄物造成大量土地、林地資源廢棄，加劇了土地、水體、大氣等環(huán)境污染。流域自然生態(tài)系統(tǒng)受損嚴(yán)重，生態(tài)景觀缺失，導(dǎo)致降解污染物、保持水土、涵養(yǎng)水源及調(diào)節(jié)區(qū)域氣候等生態(tài)功能下降，威脅控制單元的生態(tài)安全。

課題針對(duì)控制單元存在的生態(tài)破壞和底泥內(nèi)源污染而導(dǎo)致的水生態(tài)問題，采用恢復(fù)生態(tài)學(xué)理念與工程技術(shù)措施相結(jié)合的生態(tài)工程設(shè)計(jì)方法，優(yōu)先恢復(fù)水陸交錯(cuò)帶系統(tǒng)合理的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，然后通過自組織機(jī)理和人為協(xié)助調(diào)控逐步恢復(fù)高效的系統(tǒng)功能，將裸露的庫岸帶恢復(fù)為景觀效果好、凈水能力強(qiáng)的健康水陸交錯(cuò)帶系統(tǒng)。

物候期是植物的生長、發(fā)育、活動(dòng)等規(guī)律與生物的變化對(duì)季節(jié)氣候的反應(yīng)，通過觀測和記錄一年中植物的生長榮枯，探索植物發(fā)育和活動(dòng)過程的周期性規(guī)律。課題研發(fā)了植物生活周期優(yōu)化技術(shù)和土壤水分控制技術(shù)等水陸交錯(cuò)帶生態(tài)修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)15種寒冷地區(qū)典型土著植物，篩選出返青期早、枯萎期晚、懸浮物去除率高的濕地植物4種，為蘆葦、香蒲、小葉章、早熟禾，其中小葉章對(duì)懸浮物去除率達(dá)80%以上，蘆葦、香蒲、早熟禾對(duì)懸浮物SS去除率達(dá)60%以上。以蘆葦/香蒲+小葉章+早熟禾為主構(gòu)建水陸交錯(cuò)帶濕地植被搭配模式，通過水陸交錯(cuò)帶植物配置，交錯(cuò)帶植被整體生長周期提前并延長。

濕地植被以水為生存空間，受水分梯度、生物競爭以及營養(yǎng)物質(zhì)等環(huán)境因子的影響。水位的變化會(huì)使?jié)竦刂参镌谏砗蜕鷳B(tài)等方面表現(xiàn)出不同的變化特征。隨著濕地水位的變化，植物群落的密度、豐富度都會(huì)呈現(xiàn)顯著變化。土壤種子庫是植物潛在種群，土壤種子庫特征對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和植被的結(jié)構(gòu)、功能、組成與動(dòng)態(tài)等更為重要。土壤水分的空間梯度變化是影響土壤種子庫的特征、空間分布格局、種子庫和地表植被的關(guān)聯(lián)性以及植物種子結(jié)實(shí)量等的主要原因之一。對(duì)控制單元水陸交錯(cuò)帶土壤種子庫研究發(fā)現(xiàn)，無積水條件下土壤種子庫特種數(shù)最高，表層0~5厘米土壤中無積水條件下物種數(shù)最多。同時(shí)，無積水條件下種子庫密度較高，其中0~10厘米土層種子密度占全部種子密度的80%以上。在確定以激活無積水條件下的0~10厘米土層種子為首要目標(biāo)后，采用水分灌溉的方式，激活種子庫。這項(xiàng)技術(shù)通過不同水分的調(diào)控，可激活濕地土壤種子庫中相應(yīng)水分因子的植物，利用這類植物種子的萌發(fā)與生長修復(fù)植被組成結(jié)構(gòu)，從而促進(jìn)植物群落向頂級(jí)群落演替。上述技術(shù)在哈爾濱市松花江干流陽明灘開展應(yīng)用，其示范區(qū)內(nèi)生物多樣性、植被覆蓋率及徑流中懸浮物去除率均有所提高。

水環(huán)境信息分布式數(shù)據(jù)響應(yīng)平臺(tái)為水環(huán)境管理提供技術(shù)支撐

松花江哈爾濱市轄區(qū)控制單元位于松花江流域中段。課題組針對(duì)控制單元水環(huán)境基礎(chǔ)信息尚不完善的現(xiàn)狀，突破傳統(tǒng)單純地面調(diào)查的水環(huán)境信息獲取方法，采用多源遙感技術(shù)與地面實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)合的方式，開展控制單元水環(huán)境基礎(chǔ)信息采集工作。通過環(huán)保管理部門污染源普查、統(tǒng)計(jì)、減排、排污申報(bào)及排污許可數(shù)據(jù)，建立控制單元水環(huán)境屬性數(shù)據(jù)庫。結(jié)合在線監(jiān)測獲取的水質(zhì)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，建立控制單元水環(huán)境數(shù)據(jù)綜合服務(wù)平臺(tái)，為水環(huán)境管理、規(guī)劃、治理提供數(shù)據(jù)支持和數(shù)據(jù)服務(wù)。

以水環(huán)境分布式數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，集成物聯(lián)網(wǎng)、傳感器技術(shù)，建立水環(huán)境深度感知系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)、污水處理廠和流域斷面的三級(jí)響應(yīng)管理。通過GIS系統(tǒng)的可視化動(dòng)態(tài)界面，對(duì)企業(yè)排水參數(shù)和污水處理廠進(jìn)水參數(shù)及時(shí)預(yù)警預(yù)報(bào)，以保證污水處理廠水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放，為大頂子山監(jiān)測斷面的水質(zhì)目標(biāo)提供輔助支持。綜合控制單元各示范區(qū)采取的污染物削減技術(shù)及生態(tài)修復(fù)手段，對(duì)控制單元未來水環(huán)境狀況進(jìn)行大尺度的三維推演與虛擬仿真，為控制單元污染物削減技術(shù)的預(yù)期效果提供直觀展示，并輔助控制單元的環(huán)境規(guī)劃和管理決策支持。

針對(duì)控制單元水質(zhì)管理需求，構(gòu)建由水動(dòng)力模型、水質(zhì)模型、污染源與水質(zhì)空間關(guān)系模型和水環(huán)境容量計(jì)算模型耦合的水質(zhì)模型系統(tǒng)，解決了控制單元水質(zhì)模型構(gòu)建未考慮冰封期、融冰期(桃花水期)、平水期和豐水期不同時(shí)間段中污染源(點(diǎn)源、融雪徑流、暴雨徑流和農(nóng)業(yè)面源)動(dòng)態(tài)變化情況，水動(dòng)力、水質(zhì)模型不能實(shí)現(xiàn)全時(shí)空精確模擬等問題，為水環(huán)境的可視化虛擬仿真提供計(jì)算基礎(chǔ)。通過應(yīng)用遙感與GIS技術(shù)與水質(zhì)模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)控制單元水質(zhì)模擬預(yù)測、水質(zhì)評(píng)價(jià)、污染物總量排放管理、水環(huán)境容量動(dòng)態(tài)模擬、水質(zhì)保障措施制定等業(yè)務(wù)化應(yīng)用。同時(shí)，以保證大頂子山出口斷面Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為前提，為控制單元水環(huán)境科學(xué)規(guī)劃提供預(yù)測數(shù)據(jù)，為區(qū)域環(huán)評(píng)、工農(nóng)業(yè)項(xiàng)目審批提供決策支持。課題成果“水環(huán)境生態(tài)補(bǔ)償框架”研究對(duì)黑龍江省流域水環(huán)境補(bǔ)償標(biāo)準(zhǔn)框架等進(jìn)行了有益探索，為黑龍江省相關(guān)政策制度的出臺(tái)和落地實(shí)施提出了實(shí)用性強(qiáng)的設(shè)計(jì)思路和策略，有效指導(dǎo)了區(qū)域內(nèi)水環(huán)境補(bǔ)償工作的具體開展。

基于生物預(yù)發(fā)酵的瀝浸污泥好氧發(fā)酵集成技術(shù)。

來源:中國環(huán)境報(bào)  作者:左薇 唐聰聰 劉曉星 

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