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關鍵詞地下水 修復技術 應用
中圖分類號:P641.13 文獻標識碼:A
一、國內地下水環境質量現狀
1.1地下水資源分布和開發利用狀況
我國地下水資源地域分布不均。據調查,全國地下水資源量多年平均為8218億立方米,其中,北方地區(占全國總面積的64%)地下水資源量2458億立方米,約占全國地下水資源量的30%;南方地區(占全國總面積的36%)地下水資源量5760億立方米,約占全國地下水資源量的70%??傮w上,全國地下水資源量由東南向西北逐漸降低。
近幾十年來,隨著我國經濟社會的快速發展,地下水資源開發利用量呈迅速增長態勢,由20世紀70年代的570億立方米/年,增長到80年代的750億立方米/年,到2009年地下水開采總量已達1098億立方米,占全國總供水量的 18%,三十年間增長了近一倍。北方地區65%的生活用水、50%的工業用水和33%的農業灌溉用水來自地下水。全國655個城市中,400多個以地下水為飲用水源,約占城市總數的61%。地下水資源的長期過量開采,導致全國部分區域地下水水位持續下降。2009年共監測全國地下水降落漏斗240個,其中淺層地下水降落漏斗115個,深層地下水降落漏斗125個。華北平原東部深層承壓地下水水位降落漏斗面積達7萬多平方公里,部分城市地下水水位累計下降達30-50米,局部地區累計水位下降超過100米。部分地區地下水超采嚴重,進一步加大了水資源安全保障的壓力。
1.2地下水質量分類與監測
(1)地下水質量分類
《地下水質量標準---GB/T14848-93》依據我國地下水水質現狀、人體健康基準值及地下水質量保護目標,并參照了生活飲用水、工業、農業用水水質最高要求,將地下水質量劃分為五類。
Ⅰ類 主要反映地下水化學組分的天然低背景含量。適用于各種用途。
Ⅱ類 主要反映地下水化學組分的天然背景含量。適用于各種用途。
Ⅲ類 以人體健康基準值為依據。主要適用于集中式生活飲用水水源及工、農業用水。
Ⅳ類 以農業和工業用水要求為依據。除適用于農業和部分工業用水外,適當處理后可作生活飲用水。
Ⅴ類 不宜飲用,其他用水可根據使用目的選用。
(2)地下水水質監測
各地區應對地下水水質進行定期檢測。檢驗方法,按國家標準GB 5750《生活飲用水標準檢驗方法》執行。
各地地下水監測部門,應在不同質量類別的地下水域設立監測點進行水質監測,監測頻率不得少于每年二次(豐、枯水期)。
監測項目為:pH、氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽、揮發性酚類、氰化物、砷、汞、鉻(六價)、總硬度、鉛、氟、鎘、鐵、錳、溶解性總固體、高錳酸鹽指數、硫酸鹽、氯化物、大腸菌群,以及反映本地區主要水質問題的其它項目。
1.3地下水環境質量狀況
根據 2000-2002年國土資源部“新一輪全國地下水資源評價”成果,全國地下水環境質量“南方優于北方,山區優于平原,深層優于淺層”。按照《地下水質量標準》(GB/T 14848-93)進行評價,全國地下水資源符合Ⅰ類-Ⅲ類水質標準的占63%,符合Ⅳ類-Ⅴ類水質標準的占37%。南方大部分地區水質較好,符合Ⅰ類-Ⅲ類水質標準的面積占地下水分布面積的 90%以上,但部分平原地區的淺層地下水污染嚴重,水質較差。北方地區的丘陵山區及山前平原地區水質較好,中部平原區水質較差,濱海地區水質最差。根據對京津冀、長江三角洲、珠江三角洲、淮河流域平原區等地區地下水有機污染調查,主要城市及近郊地區地下水中普遍檢測出有毒微量有機污染指標。2009年,經對北京、遼寧、吉林、上海、江蘇、海南、寧夏和廣東等8個?。▍^、市)641 眼井的水質分析,水質Ⅰ類-Ⅱ類的占總數 2.3%,水質Ⅲ類的占23.9%,水質Ⅳ類-Ⅴ類的占73.8%,主要污染指標是總硬度、氨氮、亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮、鐵和錳等。2009年,全國202個城市的地下水水質以良好-較差為主,深層地下水質量普遍優于淺層地下水,開采程度低的地區優于開采程度高的地區。根據《全國城市飲用水安全保障規劃(2006-2020年)》數據,全國近20%的城市集中式地下水水源水質劣于Ⅲ類。部分城市飲用水水源水質超標因子除常規化學指標外,甚至出現了致癌、致畸、致突變污染指標。
1.4地下水環境質量變化趨勢
據近十幾年地下水水質變化情況的不完全統計分析,初步判斷我國地下水污染的趨勢為:由點狀、條帶狀向面上擴散,由淺層向深層滲透,由城市向周邊蔓延。南方地區地下水環境質量變化趨勢以保持相對穩定為主,地下水污染主要發生在城市及其周邊地區。北方地區地下水環境質量變化趨勢以下降為主,其中,華北地區地下水環境質量進一步惡化;西北地區地下水環境質量總體保持穩定,局部有所惡化,特別是大中城市及其周邊地區、農業開發區地下水污染不斷加重;東北地區地下水環境質量以下降為主,大中城市及其周邊和農業開發區污染有所加重,地下水污染從城市向周圍蔓延。
二、地下水污染防治法規及規劃
2.1國內外地下水保護法規
(1)國內地下水保護法規
目前, 我國并沒有地下水保護的專門法律,有關地下水資源保護的相關法律制度主要在《中華人民共和國水污染防治法》、《水污染防治法實施細則》、《中華人民共和國水法》等中有著不同程度的規定。《取水許可和水資源費征收管理條例》規定了對地下水開采實施總量控制同時通過水資源費征收機制控制地下水的開采;《飲用水水源保護區污染防治管理規定》專章規定了生活飲用水地下水源保護區的劃分和防護。此外, 一些關于保護地下水的地方性立法, 如《河北省取水許可制度管理辦法》、《北京市城市自來水廠地下水源保護管理辦法》、《關于在蘇錫常地區限期禁止開采地下水的決定》等。
(2)國外地下水保護法規
英國地下水資源保護的主要法律法規, 如下:
2.2我國地下水污染防治規劃
(1)規劃目標
到2015年,基本掌握地下水污染狀況,全面啟動地下水污染修復試點,逐步整治影響地下水環境安全的土壤,初步控制地下水污染源,全面建立地下水環境監管體系,城鎮集中式地下水飲用水水源水質狀況有所改善,初步遏制地下水水質惡化趨勢。
到2020年,全面監控典型地下水污染源,有效控制影響地下水環境安全的土壤,科學開展地下水修復工作,重要地下水飲用水水源水質安全得到基本保障,地下水環境監管能力全面提升,重點地區地下水水質明顯改善,地下水污染風險得到有效防范,建成地下水污染防治體系。
(2)主要任務
開展地下水污染狀況調查
保障地下水飲用水水源環境安全
嚴格控制影響地下水的城鎮污染
強化重點工業地下水污染防治
分類控制農業面源對地下水污染
加強土壤對地下水污染的防控
有計劃開展地下水污染修復
建立健全地下水環境監管體系
三、地下水修復技術
根據其主要工作原理地下水修復技術可大致歸并為4類,即物理技術、化學技術、生物技術和復合技術。物理技術包括水動力控制法、流線控制法、屏蔽法、被動收集法等;化學技術包括有機粘土法和電化學動力修復技術;生物修復的方法有包氣帶生物曝氣、循環生物修復、生物注射法、地下水曝氣修復、抽提地下水系統和回注系統相結合法、生物反應器法等;復合法修復技術兼有以上2種或多種技術屬性,例如抽出處理法同時使用了物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術,綜合各種技術優點,在修復地下水時更加有效。
3.1物理修復法
物理法修復技術是以物理規律起主導作用的技術,主要包括以下幾種方法:水動力控制法、流線控制法、屏蔽法、被動收集法、水力破裂處理法等。其中屏蔽法、被動收集法多數應用在地下水污染物治理初期,作為一種臨時控制方法。
水動力控制法
其原理是建立井群控制系統,通過人工抽取地下水或向含水層內注水的方式,改變地下水原來的水力梯度,進而將受污染的地下水體與未受污染的清潔水體隔開。井群的布置可以根據當地的具體水文地質條件確定。因此,又可分為上游分水嶺法和下游分水嶺法。上游分水嶺法是在受污染水體的上游布置一排注水井,通過注水井向含水層注入清水,使得在該注水井處形成一個地下分水嶺,從而阻止上游清潔水體向下補給已被污染水體;同時,在下游布置一排抽水井將受污染水體抽出處理。下游分水嶺法則是在受污染水體下游布置一排注水井注水,在下游形成一個分水嶺以阻止污染羽向下游擴散,同時在上游布置一排抽水井,將初期抽出的清潔水送到下游注入,最后將抽出的污染水體進行處理。
流線控制法
流線控制法沒有一個抽水廊道、一個抽油廊道(沒在污染范圍的中心位置)、兩個注水廊道分布在抽油廊道兩側。首先從土面的抽水廊道中抽取地下水,然后把抽出的地下水注入相鄰的注水廊道內,以確保最大限度地保持水力梯度。同時在抽油廊道中抽取污染物質,但要注意抽油速度不能高,要略大于抽水速度。
屏蔽法
屏蔽法是在地下建立各種物理屏障,將受污染水體圈閉起來,以防止污染物進一步擴散蔓延。常用的灰漿帷幕法是用壓力向地下灌注灰漿,在受污染水體周圍形成一道帷幕,從而將受污染水體圈閉起來。
被動收集法
被動收集法是在地下水流的下游挖一條足夠深的溝道,在溝內布置收集系統,將水面漂浮的污染物質如油類污染物等收集起來,或將所有受污染的地下水收集起來以便處理的一種方法。
3.2化學法修復技術
有機粘土法
這是一種新發展起來的處理污染地下水的化學方法,有機粘土可以擴大土壤和含水層的吸附容量,從而加強原位生物降解,因此可以利用有機粘土有效去除有毒化合物。利用土壤和蓄水層物質中含有的粘土,注入季銨鹽陽離子表面活性劑,使其形成有機粘土礦物,用來截住和固定有機污染物,防止地下水進一步污染,并配合生物降解等手段,永久地消除地下水污染。
電化學動力修復技術
電化學動力修復技術是利用土壤、地下水和污染電動力學性質對環境進行修復的新技術,它的基本原理是將電極插入受污染的地下水及土壤區域,通直流電后,在此區域形成電場。在電場的作用下水中的離子和顆粒物質沿電力場方向定向移動,遷移至設定的處理區進行集中處理;同時在電極表面發生電解反應,陽極電解產生氫氣和氫氧根離子,陰極電解產生氫離子和氧氣。近年來電化學動力修復技術開始用以去除地下水中的有機污染物,這種方法用于去除吸附性較強的有機物效果也比較好。電化學動力修復技術非常適合作為一項現場修復技術,安裝和操作容易,既可用于飽和土壤水層,也可用于含氣層土壤,不受深度限制,不破壞現場生態環境。
加藥法
通過井群系統向受污染水體灌注化學藥劑,如灌注中和劑以中和酸性或堿性滲濾液,添加氧化劑降解有機物或使無機化合物形成沉淀等。
滲透性處理床
滲透性處理床主要適用于較薄、較淺含水層,一般用于填埋滲濾液的無害化處理。具體做法是在污染羽流的下游挖一條溝,該溝挖至含水層底部基巖層或不透水粘土層,然后在溝內填充能與污染物反應的透水性介質,受污染地下水流入溝內后與該介質發生反應,生成無害化產物或沉淀物而被去除。常用的填充介質有:a.灰巖,用以中和酸性地下水或去除重金屬;b.活性炭,用以去除非極性污染物和CCl4、苯等;c.沸石和合成離子交換樹脂,用以去除溶解態重金屬等。
沖洗法
對于有機烴類污染,可用空氣沖洗,即將空氣注入到受污染區域底部,空氣在上升過程中,污染物中的揮發性組分會隨空氣一起溢出,再用集氣系統將氣體進行收集處理;也可采用蒸汽沖洗,蒸汽不僅可以使揮發性組分溢出,還可以使有機物熱解;另外,用酒精沖洗亦可。在理論上,只要整個受污染區域都被沖洗過,則所有的烴類污染物都會被去除。
3.3生物法修復技術
生物修復是指利用天然存在的或特別培養的生物(植物、微生物和原生動物)在可調控環境條件下將有毒污染物轉化為無毒物質的處理技術。微生物修復利用土著的、引入的微生物及其代謝過程,或其產物進行的消除或富集有毒物的生物學過程。
生物修復的方法有包氣帶生物曝氣、循環生物修復、空氣注射法、地下水曝氣修復、抽提地下水系統和回注系統相結合法、生物反應器法等。由于深埋于地下,地下水生物修復技術的實施一般應結合污染的具體情況,采取不同的方法。
循環生物修復
對于受污染的地下水,可以向地下水層鉆井注入空氣,提供氧氣,同時利用回收井,抽取地下水,進行循環,通過滲透,提供微生物需要的各種營養。從水井抽提地下水,還可以控制污染帶的遷移。
地下水曝氣修復
對于飽和帶或者地下水,將壓縮氣體注入地下水飽和區,由于密度差等原因,空氣會穿透地下水飽和區上升到非飽和區中,在上升過程中可使揮發性污染物進入壓縮空氣并被壓縮空氣帶到非飽和區排出。
空氣注射法
它主要是將加壓后的空氣注射到污染地下水的下部,氣流加速地下水和土壤中有機物的揮發和降解,這種方法主要是抽提、通氣并用,并通過增加及延長停留時問促進生物降解,提高修復效率。
植物修復技術
植物修復技術是利用天然植物生長代謝原理吸收和降解水或土壤中的污染物,因其具有成本低、不破壞地質結構、適于大范圍修復等優點,廣泛用于土壤及地下水中的有機物、重金屬、微量元素的降解。由于特定的超累積植物生長速度慢,受到氣候、土壤等環境條件限制,很難得到廣泛應用、目前大量研究集中在基因轉移技術與植物修復的結合與應用以及植物修復的影響因素和植物修復的機理上。影響植物修復的因素主要有環境因素、污染物濃度、性質和根系分布等。
3.4復合法修復技術
復合法修復技術是兼有以上兩種或多種技術屬性的污染處理技術,其關鍵技術同時使用了物理法、化學法和生物法中的兩種或全部。
(1)抽出處理修復技術
在處理抽出水時同時使用了物理法、化學法和生物法,是最常規的污染地下水治理方法。該方法根據多數有機物由于密度小而浮于地下水面附近,參照地下水被污染的大致范圍,通過抽取含水層中地下水面附近的地下水,把水中的有機污染物質帶回地表,然后用地表污水處理技術處理抽取出的被污染的地下水,為了防止由于大量抽取地下水而導致地面沉降,或海(成)水入侵,還要把處理后的水注入地下水中,同時可以加速地下水的循環流動,從而縮短地下水的修復時間。
(2)滲透性反應屏修復技術
PRB(permeable reactive wall technology,可滲透反應墻技術)是近年來迅速發展的一種地下水污染的原位修復技術,它正在逐步取代運行成本高昂的抽出-處理(P/T)技術,成為地下水修復技術發展的新方向。目前在歐美已進行了大量的工程及試驗研究,已開始商業化應用,并逐步取代運行成本高昂的抽出處理技術,成為目前地下水修復技術最重要的發展方向之一。
從廣義上來講,PRB是一種在原位對污染的羽狀體進行攔截、阻斷和補救的污染處理技術。它將特定反應介質安裝在地面以下,通過生物或非生物作用將其中的污染物轉化為環境可接受的形式,但不破壞地下水流動性和改變地下水的水文地質??蓾B透反應墻如圖1所示。
圖1 可滲透反應墻示意圖
PRB主要由透水的反應介質組成。通常置于地下水污染羽狀體的下游。與地下水流相垂直。污染物去除機理包括生物和非生物兩種.污染地下水在自身水力梯度作用下通過PRB時,產生沉淀、吸附、氧化還原和生物降解反應,使水中污染物能夠得以去除,在PRB下游流出處理后的凈化水。它要求捕捉污染羽狀體的污染物的“走向”,即把可滲透反應墻安裝在含有此污染物羽狀體地下水走向的下游地帶含水層,從而使污染物順利進入可滲透反應墻裝置與反應材料進行有效接觸,使其污染物能轉化為環境可接受的另一種形式,實現使污染物濃度達到環境標準的目標。此法可去除地下水溶解的有機物、金屬、放射性物質及其他的污染物質。
(2)注氣-土壤氣相抽提(AS-SVE)技術
注氣-土壤氣相抽提技術室空氣擾動技術及土壤氣相抽提技術的結合,空氣擾動技術(或稱空氣注入技術,air sparging,AS),其作用介質是飽和區土壤,通過將空氣或氧氣注入到受污染的含水層中,被注入的空氣在土體縫隙中發生水平或垂直移動,使污染物與土壤發生剝離反應,從而通過揮發作用清除掉土壤中的揮發性和半揮發性有機物。注入的空氣會將污染物擴散到非飽和區,因此常結合土壤氣相抽提技術(soil vapor extraction,SVE)去除包氣帶中的氣相污染物。土壤氣相抽提技術是通過特制的抽提井,利用抽真空產生的動力迫使土壤氣體發生流動,從而將土壤中的揮發性和半揮發性有機物驅出,達到清除土壤氣體中的揮發性有機物的目的。對于以揮發性有機物為主要污染物的場地,SVE是應用最為廣泛的工程修復技術,可進行原位或異位處理。
目前, 發達國家已經將其與相關的修復技術結合起來, 形成了互補的增強技術。國內研究起步較晚, 實驗室土柱通風實驗的研究目前已做了不少工作, 但對場址調查、現場試驗性測試、中試研究工作做的不夠。
(3)各復合修復法的優缺點
四、地下水修復工程典型案例
4.1國外地下水修復工程實例
(1) Regenesis公司工程實例
加利福尼亞洲的一個名為Regenesis的基礎公司研制出一系列從地下水中快速降解和分離污染物的產品,其降解速度遠大于固有衰減。其中最有名的產品是氧釋放化合物(ORC)和氫釋放化合物(HRC),它們能有效地促進燃料、溶劑和許多其它類型地下水污染物的固有衰減。在世界范圍內已有9000多個項目正在使用這兩種產品。
Regenesis公司產品的優勢在于,通過使用工業標準鉆機和設備可進行場地修復??赏ㄟ^使用不同的技術進行場地修復,如直接推進注入和鉆孔回填。其它方法包括坑道和過濾保護套應用,最普遍的使用方法是直接注入。這種應用過程包括用中空鉆桿把液態ORC和HRC化合物直接泵入處理區。該方法簡單、快捷、有應用價值并可在多個位置使用。使用直接注入法可把ORC和HRC化合物應用于更難達到的位置,包括一些裂隙基巖或鄰近大型建筑物的地下污染區。在這些位置常需要特殊的設備,如定向鉆進鉆機和在有效位置使用雙層封隔器。實際上,在水平/定向鉆進應用中也可把ORC化合物用作鉆探泥漿。
在美國華盛頓第四平原服務站,由于其地下石油儲蓄罐泄漏而產生了大量BTEX化學物質,包括易揮發的單芳香碳氫化合物、甲苯、苯乙烷和二甲苯,通常在汽油和其它石油產品中可發現這些化學物質。地下含水層主要由沙子和礫石組成,這表明在這些污染物中進行的自然生物降解速度會很慢,通過提供額外的氧可加速自然生物降解過程。最高管理者決定使用ORC化合物來增強生物降解速度,因為ORC化合物在6個月內預期的降解了含水層中超過50%的污染物。在此修復過程中通過15個土壤鉆孔用ORC化合物對污染羽進行降解。每個鉆孔被回填60磅的ORC漿液,150天后整個BTEX污染羽被降解58%。使用ORC化合物的成本為4萬美元,而使用常規的泵抽-處理系統需要約25萬美元。
在美國加利福尼亞洲Hollister的一個軍工廠,其地下含水層受到多種化合物的污染。其中主要污染物為高氯酸鹽-火箭推進劑的主要成分,從健康角度來看它能損壞甲狀腺功能;六價鉻(鉻-6),它是一種人們公認的致癌物;冷卻劑1,1,2—三氯—1,2,2—三氯甲烷,它是一種能損耗大氣臭氧層的環境污染物。其含水層主要由粉砂組成,地下水以每天約0.07英尺的速度向西北方向流動。在探索研究中通過25個注入點把600磅的HRC化合物注入污染區。取樣網覆蓋面積約為1200平方英尺。對其監測79天后發現高氯化物濃度被減弱88%,而六價鉻幾乎被完全降解。
一個由俄勒岡州環境質檢部門管理的清潔區,其地下水中PCE濃度達到10萬微克/每升,這表明在該地區存在DNAPLs殘留物,在該位置通過5個定向注入點把700磅的HRC-X注入地面,通過水井JEMW-4來監測HRC-X化合物的影響效果,結果清楚地表明HRC-X化合物促進了PCE的降解速度和原位吸附。使用HRC-X化合物處理DNPALs殘留物的總費用為2萬美元,通過使用直接注入技術把HRC-X化合物注入含水層。無需昂貴的現場設備、相關工作和維修與保養費用。目前,在英國和一些歐洲國家已有很多項目正在使用Regenesis公司的產品,它能有效地促進或加速自然衰減過程。當使用正確時能有效地加速降解速度。
(2)Orica公司澳大利亞 Botany地下水處理項目
Orica公司采用抽出處理修復技術建立地下水污水處理廠對地下水進行處理,利用空氣吹脫法去除氯代烴類,并用熱氧化技術處理尾氣;吹脫后的污水采用常規污水處理法進行處理,部分出水采用反滲透技術對出水進行回用。該項目建設期兩年,總花費1.67億美元,每天處理水量為6000m3。該項目于2007年正式運營,其基本流程見下圖:
該處理工藝的核心——地下水污水處理廠平面布置圖如下圖所示:
其工藝流程圖如下:
4.2國內地下水修復工程實例
(1)常化廠地塊污染場地土壤及地下水修復工程項目
項目建設地點位于常州市天寧區南部中吳大道以南,和平中路以東,大通河以北,龍游河以西,投資總額1億元人民幣,項目總占地面積100公頃,其中需要修復的兩個區域是原常化廠廠區和原實驗工廠廠區,共需修復土壤面積24600平方米,污染土壤總量13.7萬噸,需修復地下水面積71300平方米,共需抽取污染地下水總量為62萬立方米。
該項目2009年至2010年上半年開始實地調研,對土地進行分區布點,提取土壤和地下水樣本,摸清土地污染程度和范圍。在完成科學實驗后,制定出相應的治理方案。2010年9月正式啟動常化廠污染場地土壤及地下水修復工程,工程實施過程中首先掘地2-6米,把污染區約33萬噸的土壤全部移走后,重新以優質的新土填充。其次,抽出60萬立方地下水,進行深度處理后,再回灌地下,確保不影響地質結構,2012年底修復工程結束。
(2)廣華新城地下水污染治理工程項目
2012年8月6日,五建承建的國家首例地下水污染治理工程——中央國家機關公務員住宅建設服務中心廣華新城地下水污染治理工程項目開工。此次地下水污染治理項目是我國嘗試性大面積地下水污染治理的先河,工程施工工期為730天,目前尚未完工。
五、地下水與地表水的聯合運用
5.1水資源的聯合運用
為促進一個流域、地區或灌區的水資源供需平衡,對地表水和地下水進行合理的統一開發利用和管理。在農田灌溉中,聯合運用的主要形式是井渠結合。有些地區興建了大規模的引水、調水工程,與原有的井灌區聯成一個系統;而在一些大型自流灌區,由于地表水資源不足,又在灌區進行機井建設。美國加利福尼亞州的中央河谷、巴基斯坦的印度河平原、印度的恒河平原和中國的黃淮海平原,都是大面積地表水和地下水聯合運用的地區。
水資源聯合運用的優點
①調蓄地表徑流。利用含水層的蓄水功能,蓄存豐水時期的多余地表水量,供枯水時期使用。
②改善地下水質。調蓄地表徑流水量,對含鹽量較高的地下水可以起到稀釋作用。巴基斯坦和以色列的一些灌區,曾采用這樣的方法減少地下水的含鹽量。中國黃淮海平原的黑龍港地區,對淺層礦化地下水也進行過"抽咸換淡"。在荷蘭,還把夏天溫度較高的水回灌地下,到冬天抽出灌溉對水溫要求較高的溫室花卉和蔬菜。
③調控地下水位。大型水庫和灌區的興建,增加了對地下水的補給,引起地下水位升高,導致灌溉土地漬澇和次生鹽堿化。在這些地區,開采利用地下水可降低地下水位,配合地面排水,進行旱、澇、鹽堿綜合治理;但地下水超量開采會引起地下水位下降,使水井建設費用和抽水費用增加。長期超采會形成大面積地下水位降落漏斗,招致地面沉陷和濱海地區海水入侵等危害。在這種情況下可引進地表水,以減少地下水開采量,并對地下水進行回灌,以調控地下水位。
5.2水污染物總量聯合控制
流域水污染物總量控制作為水資源保護管理的重要途徑,正逐漸受到廣泛重視。地表水與地下水作為水資源系統的重要組成部分,兩者之間相互轉化,密切聯系,即要實現地表水與地下水污染防治的密切結合,做到統籌規劃,統一評價,整體保護。開展地表水與地下水污染物總量聯合控制應用研究,對從整體上保護流域水資源和水環境具有重要意義。
廣東省環境科學研究院以鄭州市為研究對象,從地表水與地下水聯合水功能區劃分、環境容量核算、污染物總量聯合控制、水污染防治對策與措施4個方面入手,把地表水系統與地下水系統聯合起來開展水污染物總量控制研究。研究認為:地表水與地下水作為水資源系統的重要組成部分,兩者之間相互轉化,密切聯系,需要統一管理和保護,為保障鄭州市水污染物總量控制目標的實現,須采取工程與非工程措施進行有效控制。
參考文獻
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優美環境成“奢侈品”
當前,我國發展中不平衡、不協調、不可持續的矛盾依然突出,發達國家一兩百年工業化過程中分階段出現的環境問題,在我國30多年來的快速發展中集中暴露,并呈現出明顯的結構型、壓縮型、復合型特征。近年來雖然我國局部地區的環境治理也取得了一定成效,但周生賢認為從總體上看,環境質量的改善與公眾的期待仍然有較大的差別,優美的生態環境已成為人們的新期待。
眾所周知,今年年初,我國中東部地區出現了長時間大范圍的霧霾天氣。周生賢介紹,此次霧霾覆蓋面積達270萬平方公里,影響6億多人口,最嚴重的時候北京小時PM2.5濃度達到680微克/立方米,石家莊接近1000微克/立方米。按照新的空氣質量標準(年均值為35微克/立方米,日均值為75微克/立方米),全國有70%的城市不達標。其中京津冀、珠三角、長三角等地區PM2.5污染嚴重,一些城市的灰霾天氣達到100天以上,個別城市超過200天。10年來我國城市能見度下降了2公里。
與此同時,水污染問題依然嚴重。周生賢強調,2012年我國十大流域中劣V類水質占10%,61個重點湖(庫)中24個劣于Ⅲ類標準,地下水飲用水源地水質10%不達標,農村仍有2.98億人口飲水不安全,地下水污染呈現出條帶形向面狀擴散,由淺層向深層滲透,由城市向周邊蔓延的趨勢。2012年全國198個地市開展地下水檢測,綜合評價結果顯示,水質呈較差和極差的監測點占57.3%,個別監測點存在重金屬超標的問題。
生態保護和農村環保亟待加強。生態系統退化,非法采砂泛濫,水土流失嚴重,目前,我國水土流失面積達290萬平方公里,占國土面積的30%;年均土壤侵蝕總量45億噸,約占全球土壤侵蝕總量的1/5。全國4萬個鄉鎮、近60萬個行政村大部分沒有環保基礎設施,每年產生生活污水90多億噸,生活垃圾2.8億噸。污染源普查結果顯示,農業源排放的化學需氧量、總氮、總磷分別占全國排放總量的44%、57%和67%。
環境風險不斷凸顯。全國排查的4萬多家化學品企業中,12%距離飲用水水源保護區等環境敏感區不足1公里。電子廢物、工業廢物、醫療廢物和危險廢物產生量持續增加,全國耕地土壤污染顯現。種種跡象表明,我國環境保護形勢依然嚴峻,狀況不容樂觀。
環境保護仍是薄弱環節
造成環境問題的原因是多樣的,但其中很重要的一點是,沒有調節好經濟發展與環境保護的關系。周生賢指出,環境問題究其本質是一種經濟結構、生產方式和消費模式,縱觀世界環境保護的歷史,每一次重大環境事件的發生,都會推動環境與經濟關系的重新調整。正確的經濟政策就是正確的環境政策。一些地方GDP掛帥,在發展中片面地追求經濟增長,環境保護給經濟讓路,抓經濟硬、抓環保軟,環境保護成為口頭環保、口號環保,說起來重要,做起來次要,甚至不惜犧牲環境來換取經濟增長?!凹纫狦DP的高速度增長,又要干凈的環境質量,是不可能的。必須要把當前發展速度放得慢一點,騰出一定空間來治理環境,調整結構。如果發展的結果使健康人變成了不健康的人,變成了瘸子、跛子,這是對發展的一種諷刺。這種發展是沒有任何意義的?!?/p>
據周生賢介紹,“十二五”時期,我國把鋼鐵作為重點產業發展的省區達26個,石油化工25個,有色金屬20個,火電12個;西部12個省區當中有11個把化工、鋼鐵、有色金屬作為重點產業來發展。如今,我國已成為能源、鋼鐵、氧化鋁、銅、鉛、鋅、水泥等消耗最大的國家之一,對外依存度逐年提高,2012年煤炭消耗量超過了世界其他國家的總和,我國重化工等行業單位能耗明顯高于世界先進水平。高耗能、高污染、低產力、低效率的粗放型工業模式尚未更改,資源能源過度消耗必將帶來嚴重的環境污染,我國生態環境也將會面臨更大的壓力和風險。
同時,我國的環境生態體制還需進一步改革。一方面不同部門之間相互制約,“水里和陸地的不是一個部門管,一氧化碳和二氧化碳不是一個部門管”;另一方面,部門內部職能交叉重疊,據悉,我國環保工作的40%由環保部負責,這其中的60%分散在9個部門,21項工作有交叉。對此,周生賢表示制度的互相制約,沒有像樣的制度,靠人們的覺悟環保工作取得的成效是有限的,目前,環境保護仍是經濟社會發展中的薄弱環節。
優先解決損害群眾健康的突出問題
談到當前和今后一個時期環境保護的重點任務時,周生賢強調,要正確處理經濟發展與環境保護的關系,決不能走西方發達國家“先污染后治理、犧牲環境換取經濟增長”的老路。要探索一條代價小、效益好、排放低、可持續的環境保護新路,以最小的資源環境代價支撐更大規模的經濟社會發展,使經濟社會活動對生態環境的損害降低到最小程度;密切關注和從嚴控制“兩高一資”、低水平重復建設和產能過剩項目,優先解決PM2.5、飲用水、土壤、重金屬、化學品等損害群眾健康的突出環境問題。
在PM2.5治理方面,著重推進產業結構優化升級,壓縮過剩產能。嚴格控制高耗能、高污染行業新增產能,加快淘汰落后產能,提前一年完成鋼鐵、水泥、電解鋁、平板玻璃等21個重點行業“十二五”淘汰任務;認真清理產能嚴重過剩行業違規在建項目,鼓勵企業兼并重組,支持退出產能過剩行業的企業轉型發展。其次,加快調整能源結構,提高清潔能源比重,控制煤炭消費總量,推進煤炭高效清潔利用,提高原煤入洗率,推廣使用潔凈煤。與此同時,嚴格治理機動車污染,提升燃油品質,大力發展新能源汽車。北京、上海等特大城市要嚴格控制機動車保有量,實施機動車國五標準;加快淘汰黃標車,到2015年底,京津冀、長三角、珠三角等區域實現500萬輛基本淘汰,到2017年底,全國1500萬輛基本淘汰;加快車用燃油低硫化步伐,到2017年底,全國供應國五車用燃油,京津冀、長三角、珠三角等區域內重點城市提前兩年供應。此外,還要強化綜合治理,采取燃煤電廠脫硫脫硝除塵、工業鍋爐窯爐污染治理、揮發性有機物綜合整治、揚塵環境管理、餐飲油煙污染治理、北方采暖季節污染控制等綜合措施,實施多污染物協同控制。
關鍵詞:供水安全;水污染;污染控制;環境保護
水是基礎性的自然資源和戰略性的經濟資源,對維系人類生存、保障經濟建設和維護社會發展及生態環境平衡具有中心作用和綜合作用。然而隨著工業化、城市化加快,水資源短缺、污染嚴重的問題越來越突出。在我國,也面臨著水污染尚未得到有效遏制,水環境持續惡化與改善城市人居環境,保證安全供水,提高公共健康水平的要求日益迫切的矛盾。水的問題對我國經濟社會可持續發展的限制、對人民健康和社會穩定的潛在威脅越來越明顯。
1我國水污染的狀況
我國是一個水資源短缺的國家,人均水資源量僅相當于世界平均水平的四分之一,并且時空分布不均衡,開發利用難度大。隨著社會經濟的發展,對用水的要求會更高,缺水威脅還可能加重。加之,水污染的問題日益突出,已經嚴重影響到了社會發展和人民生活。
(1)地表水體污染。我國污水的年排放總量已達600多億噸,其中80%以上是沒有經過任何處理就直接排入水域的污水。污水排放量的加快,使地表水體環境質量急劇惡化,江河湖海普遍受到污染,全國7大河流經過的主要大城市的河段,大部分水質污染嚴重,75%的湖泊出現了不同程度的富營養化,有的已經不適宜作為飲用水源。尤其是2007后6月,無錫太湖水源地藍藻暴發,引發水質污染,導致自來水發臭,給當地城鄉居民飲用水造成了嚴重影響。
(2)地下水體污染。地下水污染的特點“三氮”污染,硬度升高,酚、氰化物、砷、汞、鉻、氟等有毒有害物質含量升高。這類物質不易分解,不易沉淀,并且容易被生物體富集轉化成毒性更強的有機化合物,對人體健康有嚴重危害。同時,在遷移循環過程中遍布水體、土壤和作物,污染環境,危害生態。
(3)降水酸化日趨突出。全國已有不少地區降落酸雨,并呈由北向南擴展之勢。近年來,全國降水年平均PH值低于5.6,導致酸雨地區城市地下水的PH值也明顯下降。水質酸化造成地下水總硬度增加、重金屬污染和有機物污染加劇。
(4)飲用水安全問題日益凸顯。按照國家衛生部頒布的《生活飲用水水質規范》和國家建設部頒布的行業標準《城市供水水質標準》,我國有近一半的城市居民在使用不合格的飲用水。飲用水安全問題嚴重威脅到居民身體健康,成為急需解決的重大問題。
2水污染的影響
水污染已成為我國社會經濟可持續發展和建設小康社會的極為重要的制約因素。日趨嚴峻的水污染使水質惡化,破壞了水體的正常功能,降低了水的使用價值,加劇了原本匱乏的水資源供給矛盾。水污染的影響主要表現在三個方面。一是對工業的影響。絕大多數的工業生產離不開水,水質會直接影響工業產品的質量。如造紙、印染等工業產品,使用不潔凈的水會造成產品的色澤晦暗;釀酒、食品等使用不衛生的水會導致飲料和食品的衛生質量不合格,直接危害人們的身體健康。二是對農業的影響。用污染的水灌溉農田,會造成土壤質量降低,農作物減產、變質,甚至顆粒不收;污水對漁業造成的危害也非常大,可使水生生物緩慢中毒,出現畸形的或是帶有怪味的魚蝦,嚴重時一夜之間成百上千的魚死亡。三是對居民生活的影響。未經處理或處理不當的工業廢水和生活污水排入水中,當數量超過水體自凈能力時,就會造成水體污染,對人體健康產生影響。如甲醛汞中毒(水侯病)、鎘中毒、砷中毒、氰化物中毒、農藥中毒、多氯聯苯中毒等。鉛、鋇、氟等也可對人體造成危害。這些急性和慢性中毒,是水污染對人體健康危害的主要方面。
3加強水污染控制的對策思考
(1)加強全民的環保教育。環境保護是我國的一項基本國策,是世世代代持續發展的戰略工程。應該采取多種形式,通過多種途徑,加大環保宣傳力度,進一步增強水憂患意識,養成節約用水的良好習慣,積極投身防治水污染的偉大實踐。特別是政府要進一步增強環保意識,堅持實施節流優先、治污為本、多渠道開發水資源的可持續發展戰略,把污水作為一種穩定可靠的水資源進行再生利用,形成良性循環,努力實現經濟建設與水污染控制的協調發展。
(2)加強工業廢水的源頭治理。按照節能、降耗、減污和提高生產效率的原則,全面推行廢水排放量最小化清潔生產。一是加強對工業企業的執法力度。堅持有法必依、執法必嚴、違法必究,強化對工業企業的監管,嚴肅查處違法排污現象。根據污染產生的影響及損失決定處罰及賠償的金額,提高企業違法排污的成本。二是嚴格工業項目環保審批。對于新建基本建設項目,嚴格實行環境影響報告書制度、排污申報登記制度和排放許可證制度,堅持做到生產線設計與污染治理設計、生產線施工與污染治理設施建設、生產線建成投資與污染治理設備啟用“三同時”,嚴格杜絕對環境產生新的污染。三是調整優化工業結構。加大技術改造力度,引進環保生產工藝,生產綠色產品,從根本上解決污染問題。對于污染嚴重的小制革、小煉焦、小化工、小印染、小造紙警“五小工業”,要按照國家的產業政策,堅決實行關、停、并、轉;凡危害城鎮飲用水源的企業,必須一律實行關停。四是大力推行清潔生產。從源頭削減污染,清潔生產包括合理選擇原料和進行產品的生態設計、改革生產工藝和更新生產設備、提高水的循環使用和重復使用率,以及加強生產管理,減少和杜絕跑冒滴漏。五是提高工業廢水處理及利用的水平。引導企業樹立工業廢水是流失資源的思想,盡量采用有效技術回收利用,在減量化、資源化的基礎上使其無害化。
(3)加強城市廢水污染的控制。一是科學編制城市水資源利用的整體規劃。堅持可持續發展戰略,根據城市經濟社會發展實際,制定好城市的近期、中期、遠期水資源綜合利用整體規劃和水污染控制規劃。水污染控制規劃應該具有超前性,綜合考慮治水、排水、污水處理、污水回用等因素,堅持排漬、減污、分流、凈化、再用的原則,按照城市水城功能區的要求和水環境容量,確定水質控制的目標和區域水污染防治的實施方案。二是抓好城市排水管網建設和改造。我國城市大多數屬于綜合性城市,居住、商貿、工業混雜在一起,城市建設欠債太多,排水系統不健全,管道質量差,且雨污合流,不利于對污水進行處理。城市污水處理系統建設必須與城市建設同步實施,協調發展,決不能半途而廢或打亂總體部署。應堅持“先地下、后地上”和“雨污分流”的原則,建設好市政排水管網,并為污水回用預留管網空間。同時,進一步完善城區排水設施建設、逐步實現雨污分流,與城市污水處理廠建設銜接。三是籌劃建設城市污水處理廠。城市污水處理廠是水污染控制的骨干工程。應逐步建立面向市場的環境保護融資機制,積極鼓勵企業、社會和外國資本投資興建城市污水處理基礎設施,進一步加快城市污水處理廠建設步伐,以最短的時間實現水污染控制陽治理。要根據城市規模和污水水質實際情況,科學論證引進污水處理高效低耗成套工藝、技術和設備,防止出現部分處理建筑物和設備閑置的問題,使有限的建設資金發揮出更大的社會、環境效益。污水處理廠建設也要注重消除自身對環境的影響,成為無污染的綠色工程。
參考文獻
[1]孫希君,水污染及污水處理[J],哈爾濱學院學報,2002,8.
我國的環境管理和環境治理問題已經成為社會迫切需要解決的重點問題。作為繼互聯網之后的又一次信息技術革命,物聯網在環保領域也有著重要的應用價值。在生態文明和建設“美麗中國”的道路指引下,“環境監測信息化”已經從概念闡釋進入到政策落實階段。目前環保物聯網已經成為推動中國環境管理升級、解決經濟發展與環境保護的矛盾、培育和發展戰略性新型環保產業的重要手段。此外,環保物聯網對促進我國環保領域公共事業管理的改革也具有重要且深遠的意義。
物聯網技術應用提高環境監測水平
中國社會正步入一個特殊的環保敏感期,由環境問題引發的也不斷增多,這些問題處理不好,就會影響經濟發展、社會和諧。
我國的環境問題已經處于集中爆發的時期。其中尤以大氣污染和水污染最為典型。數據顯示,2013年全國平均霧霾天數達29.9天,霧霾發生頻率之高、波及面之廣、污染程度之嚴重前所未有。同時,中國的水污染狀況也不樂觀。中國地質科學院完成的《華北平原地下水污染調查評價》顯示,華北平原淺層地下水綜合質量整體較差,未受污染的地下水僅占采樣點的55.87%,遭受不同程度污染的地下水高達44.13%。
建設美麗中國順應人民群眾追求美好生活的期待,也是中華民族永續發展的客觀要求。要想提高環境質量,首要的工作就是控制污染源頭。要控制污染源頭,則首先要對污染排放量進行監測。
在這個時候,物聯網在環境監測上的優勢就顯現出來了。
物聯網環境監測主要通過運用各種物聯網技術,對影響環境質量因素代表值進行實時在線測定,確定環境質量(或污染程度)及其變化趨勢,預警和管控環境質量的物聯網行業應用。那么其監測范圍如何呢?
據悉,物聯網環境監測應用主要分為生態環境監測和污染監測,其中生態環境監測可細分生態環境監測、水質監測、大氣監測、噪聲監測、降水監測、土壤監測、電磁輻射監測、排污監控、森林植被防護等;污染監測則可細分為廢氣污染源監測、廢水污染源監測以及固體廢物在線監管等。
以大氣監測為例,通過把在線監測儀器、有毒或有害氣體傳感器布置在污染源、人群密集或敏感地區。當某監測點大氣發生異常變化時,傳感器通過傳感節點將數據上傳至傳感網,最后交給應用層程序進行處理,應用層程序會根據事先制定的事故應急預案執行處理。對于污染單位排放超標,物聯網可通知環保執法單位、污染單位對污染事故進行處理。
而水質監測系統則包括飲用水監測和水污染監測。飲用水監測在水源安裝傳感器、攝像頭等設備,將水質的PH、SO2、鋁、鐵、錳、銅等指標值實時上傳到水質監測中心,實現對飲用水的監測和報警。水污染監測是在污水排放單位安裝污水自動分析儀器和攝像頭,對污水的CODcr、BOD5、TOC、NH3-N、流量等指標實施實時監控,并將污染信息發送到排污單位、監測中心,對污染事故做出及時有效的處理,防止重大污染事故的出現。
物聯網應用到環境監測,不僅為環境管理、污染治理、防災減災等提供可靠信息支持,還具有支持科學研究、環境量化考評、安全保障等服務和智能化信息管理、處理機制;并且監測目標范疇也由單純的環境信息和污染指標擴展到環境、氣候、物及人的活動。目前,物聯網的相關技術已經應用到了污染源監控、環境在線監控和環境衛星遙感等方面,極大地提高了我國環境監測手段。
環保物聯網三套系統分工合作
環境保護的范圍涉及到人類經濟活動和社會行為的各個領域,由于環境系統本身就是一個復雜、龐大的整體,所以對其進行保護不僅包含對環境要素的認識和理解,更包含著對資源和社會經濟活動的綜合管理能力。
總體來看,我國環保物聯網的體系結構組織可以分為三大塊:即對整體環境質量的監測、對污染源的監測以及對突發事件的處理,按照這樣的邏輯,環保物聯網的監測任務分別指向了重點監測地區、企業和應急事件,也就形成了覆蓋不同領域的三套系統,即環境質量綜合監測管理系統、企業污染源綜合監控系統和環境突發事故應急處理系統。
那么,這三套系統之間是如何分工合作的呢?
首先來看環境質量綜合監測管理系統。該系統主要用污染源自動監測設備來感知和識別環保監控數據信息。主要應用范圍既包括環境敏感區域,如環境質量監測點、環境功能區、水源保護區、自然生態保護區等,也包括城市污水處理廠、城市垃圾處理廠等環保企業。
目前,我國已經在北京市南部郊區、天津市和河北省石家莊、唐山、邢臺、邯鄲以及山東省德州、濟南及河南省豫北平原等地區推進建設地下水重金屬和有機物污染物聯網監測體系,目的就是“到2015年底,初步建立華北平原地下水質量和污染源監測網,基本掌握地下水污染狀況;加快華北平原地下水重點污染源和重點區域地下水污染防治。”(環境保護部、國土資源部聯合印發的《華北平原地下水污染防治工作方案》)
除了水環境質量監測體系之外,我國還在多個地區部署建設了對環境質量水、氣、聲、沙塵等監測數據的統一監管體系。比如易發生沙塵暴天氣的內蒙古就在全區建設了20個沙塵暴自動監測站,以監測空氣中總懸浮顆粒物和可吸入顆粒物最大小時濃度。中國環境監測總站在新疆、甘肅、寧夏、內蒙古、山西、河北和北京等地區建立了沙塵暴監視網。通過監測總懸浮顆粒物、PM10、濕度、溫度、氣壓、風向、風速等來綜合反應我國的沙塵暴發生規律。
另外一套系統是針對污染源的企業污染源綜合監控系統。
環保行業系統復雜,需要監控的點數量比較多,位置也比較分散。傳統的企業污染源監控主要靠放置檢驗檢測裝置收集數據,由于監管不定期,所以在實際操作上弊病明顯。而企業污染源綜合監控系統則是無人值守自動運行的,該系統以圖像監控為主、數據監控為輔,結合多種報警功能,可針對所轄區域重點企業(如印染廠、造紙廠、水泥廠、火電廠、垃圾填埋廠等)廢氣、廢水的排污情況、環境安全參數監測(溫度、壓力、氣體濃度、液位等)、環境污染參數監測(CO、有機物濃度等)進行實時監控,實時、直接地了解和掌握各個污染源現場的情況,及時對發生的事件做出反應,操作上簡單方便,對預防重大事故發生起到重要的預防作用。比如建設的污染企業綜合監控管理系統實現了對全區399家企業的838個點位的自動監控,219家企業的262個點位的視頻監控。
第三套系統則是環境突發事故應急處理系統。
隨著中國工業化、城鎮化的加速推進和自然資源開發強度的不斷增加,我國也進入了突發環境事件的多發期。比如我國環境污染事件、生物物種安全事件、輻射事件、海上石油勘探開發溢油事件、海上船舶、港口污染等環境突發事故逐年增多。如何應對突發環境事件,建立和完善突發環境事件的防范機制,已成為各級政府和的熱點問題之一。
環境突發事故應急處理系統則在具體應用層面上顯示出其價值。環境突發事故應急處理系統利用物聯網、“云計算”、以及衛星支持的3S等信息技術手段有效地支持環境應急工作開展。
比如以“中國環境一號”A、B衛星為代表的光學衛星擁有熱紅外相機、超光譜成像儀等多種遙感探測設備,具有中高空間分辨率(相機空間分辨率達到米)、較高時間分辨率和高光譜分辨率,環境一號衛星在沙塵暴檢測、區域生態環境動態變化檢測、地震、泥石流等環境風險排查方面發揮了重要作用。
一旦發生險情,突發事故應急處理系統結合距離事發地最近的環境質量自動監測站數據,根據系統內置的多種污染源擴散模型算法,模擬事故發生時污染物擴散趨勢,用以支持環境監測點部署及應急指揮的業務需求。這樣就可以落實突發環境事件應急預案,提高處理突發環境事件的快速反應能力。
環保物聯網建設熱潮涌現
環境污染問題是關系到一個國家和民族前途和命運的問題。無論是西方還是東方,綠色環保理念越來越深入人心。環保物聯網作為推動環境信息資源高效、精準的傳遞,支持污染源監控、環境質量監測監督執法及管理決策等環保業務的綜合系統,正在贏得世界廣泛的認可。
目前,環保物聯網在世界已經有了很多應用案例,例如美國開發的用于實時監測城市環境污染數據的“CITY SENSE”監測系統,用于監測大鴨島海鳥棲息情況的生態監測系統、澳大利亞用于監測蟾蜍分布情況的生態監測系統等。此外,瑞士巴塞爾大學、蘇黎世大學與蘇黎世聯邦理工學院聯合啟動的“PERMA SENSE” 項目,目的在于應用物聯網對阿爾卑斯山地質和環境狀況進行大范圍深層次長期監控。
香港科技大學和中國海洋大學聯合開展無線傳感網絡平臺Ocean Sense,用于海洋環境監測。該平臺設置20個監測節點,用于采集和分析處理溫度、光強、信號強度等海洋環境參數。清華大學、香港科技大學、西安交通大學、浙江農林大學等高校聯合開展的“綠野千傳(Green Orbs)”森林生態物聯網,則部署了1000多節點,主要用于監測森林的溫度、電壓、光照等生態指標。
科研只有最終服務于社會,才會真正實現它的價值。雖然以上的應用案例目前大多屬于科研應用,但正是這些科研應用項目帶動了環保物聯網在污染防治、生態保護等領域落地項目的實施。
近兩年來,隨著環保物聯網技術的發展,成都、無錫、山東等先后被確立為國家環保物聯網示范省、市,并且已經有了許多環保物聯網技術的應用案例。
例如江蘇省打造了基于物聯網技術的“1831”生態環境監控系統,實現了對全省飲用水水源地、水環境、空氣環境、輻射環境等各種環境監控要素的“全生命周期”監管;建設了基于物聯網理念的環保監控平臺,在全國首創實現了對污染源自動監控、環境質量監控及環境風險監控的統一集成整合,全面提升了全區的環境監管能力。此外,還有我國在無錫部署的太湖水環境監測示范工程,山西省的污染源自動監控管理系統,正在建設中的南水北調中線工程水源地及沿線水質監測預警關鍵技術研究與示范工程,以及計劃實施的湖南“智慧湘潭”工程等。
按照《國家環境監管能力建設“十二五”規劃》,環保物聯網建設內容包括環境質量、污染源、危廢轉移、環境監管物聯網四類,通過物聯網、云計算和大數據分析等技術的結合,助推環境管理能力的提升。隨著環保物聯網技術的不斷成熟和應用規模的不斷擴大,一個集監測、監控和監管三位一體的全國智慧環保物聯網應用體系初步形成。
環保物聯網已成為現階段鞏固污染減排成果的有效手段。2014年7月,國家環境保護部公告稱,同意建設國家環境保護物聯網技術研究應用(無錫)工程技術中心。該中心將通過應用物聯網海量集成技術、細化污染源監控系統全方位架構、強化數字環境管理,帶來環境管理模式的重大轉變。這對探索中國特色環保監控管理新道路、確保污染減排取得實效具有十分重要的意義和應用價值。
環保物聯網的體系結構需要重新梳理
環境問題從來都不是孤立的問題。環境事故的發生,涉及到社會管理、環境規劃、技術支持、司法立法等眾多領域。同樣,環境保護工作也需要環境監督、環境監測、環境決策、環境規劃、環境立法、環境評價等工作的協同配合。
目前,我國的環保物聯網建設已經基本實現了環境監督、環境監測這兩個功能,對促進污染源的監管和建立新的管理模式起到了積極作用。但如果要實現環保物聯網的第三個功能,即環境服務功能,我國依然面臨很多挑戰。
因為如果以“服務理念”為出發點,環保物聯網就需要承載更多的功能。比如通過對各類環境數據的有效整合和集約共享,進行環境變化趨勢預測、環境承載能力分析,來輔助政府進行環境管理決策;通過實時監測企業污染排放和生產工況,輔助企業進行生產工藝優化、節能減排決策;通過環保物聯網和其他領域物聯網關聯,輔助交通運輸、城市管理、風險防范等其他領域的管理和服務等。
[關鍵詞]新建 垃圾處理場 地下水 環境影響
[中圖分類號] X52 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X(2015)-9-308-2
擬建生活垃圾場所需要的地質、水文條件是很高的,尤其是對地下水環境的影響。由于修建的地方不同,修建處理場對環境條件、水文地質的條件也是有所差異的,本文以昌邑市的新建場區為例,談談擬建垃圾場對地下水環境的影響。
1項目工作類別判定
1.1確定項目等級
根據建設項目對地下水的影響特征,確定為Ⅰ類建設項目。本項目區內項目在建設及運營過程中,都會有生產污水、生活污水的產生,本區域地處濰北沖積平原水文地質亞區,淺層地下水含水層主要為第四紀松散巖類孔隙水含水層,含水層巖性主要為粉土、粉質粘土、粗砂,地下水水位埋深較淺,如果發生污水泄漏,若防滲不及時、不到位,地表污水可能對地下水水質造成污染。根據項目的具體情況,確定為Ⅰ類建設項目,指在項目建設、生產運行和服務期滿后的各個過程中,可能造成地下水水質污染的建設項目。
1.2評估排污性能
Ⅰ類建設項目對場地包氣帶防污性能,場地建設含水層易污染特征、建設項目場地的地下水環境敏感程度、建設項目污水排放量、項目水質復雜程度等關系在項目評價等級中的影響經過論證和計算,擬建垃圾處理場對地下水環境的影響不大。
2擬建場地地質水文特征
2.1結構特征
本區主要地下水類型為松散巖類孔隙水,該項目影響地下水環境對象主要為淺層地下水。主要補給來源為大氣降水入滲,其次為農田灌溉回滲及地表水體的滲漏補給,總體自西南向東北徑流。排泄途徑主要為徑流排泄和人工開采排泄。水化學類型以復雜,礦化度、總硬度偏高,水質較差。
2.2評價區水文地質特征
地下水環境質量現狀。評價區淺層地下水水化學類型復雜。溶解性總固體、總硬度總體偏高,水質較差,污染物指標未超過《地下水質量標準》三類的臨界值,特征因子中侯富莊村南的C16取樣點COD指標超過《地下水質量標準》三類的臨界值。
據實地調查,由于評價區地下水基本為微咸水,附近農村居民生活用水采用自來水供水管網供水,評價區內地下水的開采以農田灌溉用水為主,屬季節性開采。本區農業種植以小麥、玉米、棉花為主,少量蔬菜及其它農作物,農田灌溉用水開采均為淺層地下水,井深一般20~50m。根據調查資料,區內農田灌溉用水多集中于4、5月份。評價區外地下水開采主要為第一、第二水源地生活用水開采和城區北部的工業用水開采。第一水源地開采水量為1.4萬m3/d,開采井深度120m。第二水源地開采水量為3.0萬m3/d。開采井深度36m。城區北部地下水開采用于工業用水,現開采量為3.6萬m3/d,開采井深度45m。
2.3擬建區地下水環境質量狀況
本次評價還結合本項目情況,針對本次項目污染物特征因子,對評價區采集分析地下水全分析水樣10件,污染分析3件,污染物特征因子專項分析3件。以全面地了解淺層地下水環境質量現狀。評價區淺層地下水水化學類型復雜。根據本次全分析水質化驗結果顯示,地下水水質指標總硬度、溶解性總固體普遍超標,氯化物、硫酸鹽部分超標,半數取樣點F-超標。位于評價區西部遠東莊村北的C17取樣點NO3-超標,侯富莊村南的C6取樣點NO2-、NO3-超標,超標的原因可能受阜康河污染所致??傊?,評價區內水質總體較差。
3地下水環境影響預測
本次評價遵循安全性原則,預測的范圍、時段、內容和方法均根據評價工作等級、工程特征與環境特征,結合當地環境功能和環保要求確定,主要預測項目建設及生產運行時期引起的地下水環境質量變化情況,同時給出污染物正常排放和事故排放兩種工況的預測結果,并根據預測結果進行地下水環境影響評價。
(1)對防污性能進行分析。對評價區包氣帶防污性能情況分析,在30m深度內,評價區巖土層的滲透系數均大于1×10-4cm/s,評價區附近水位埋深4.0~26.1m,包氣帶巖性多為粉土及粉質粘土,入滲性能較好,防滲、防污性能較差,且淺部不存在良好的天然隔水層,對照《環境影響評價技術導則 地下水環境》(HJ 610-2011)中Ⅰ類建設項目包氣帶防污性能分級標準,場區包氣帶防污性能弱,淺層地下水較易受到地表污染物的影響,不能作為天然防滲層,應進行必要的防滲處理。本區未有古河道帶分布,區內淺層地下水主要補給來源為大氣降水入滲,其次為農田灌溉回滲及地表水體的滲漏補給。總體自南向北徑流。由于受城北集中工業區大量開采淺層地下水影響,已形成以城北集中工業區為中心的淺層地下水降落漏斗,淺層地下水流場以向漏斗中心匯聚為主,全部為工業開采,無生活飲用水。該區域處于深層地下水第一水源地排泄區(下游),深層地下水流向由南向北,淺層地下水開采漏斗對深層地下水流場無影響。
(2)地下水環境敏感性區分。地下水環境污染敏感性是地下水含水層抵御污染的能力。它由眾多因素決定,包括地質、水文地質、污染物排放條件及物理化學性質等。地下水污染敏感性分區是相對的,是本區地下水含水層對地表污染源相對的抵御能力。對照《環境影響評價技術導則 地下水環境》(HJ 610-2011)中Ⅰ類建設項目地下水環境敏感性分級標準,評價區無集中式飲用水水源地(包括已建成的在用、備用、應急水源地,在建和規劃水源地)準保護區;無集中式飲用水水源地以外的國家或地方政府設定的與地下水環境相關的其他保護區;無集中式飲用水水源地(包括已建成的在用、備用、應急水源地,在建和規劃水源地)準保護區以外的補給徑流區;無特殊地下水資源保護區以外的分布區以及分散式居民飲用水源等。因此,綜合確定評價區淺層地下水環境敏感程度不敏感。
(3)擬建場區,正常情況下落實嚴格的防滲措施,并保證飽和滲透系數≤10-7cm/s,采取相應的防滲措施后對地下水的影響較??;非正常工況條件下,擬建工程項目污水進行污水處理站應急處理,只要地面防滲措施不出現問題,輸送管線不發生滲漏,各易滲漏環節防滲措施到位,對地下水造成污染的風險較低,對地下水環境的影響較小;因此,本次地下水環境影響預測主要針對事故工況條件下地下水環境影響進行預測分析。填埋庫區、污水處理站調節池及場區內排污管道任一點瞬時泄漏情況發生后,污染物特征因子20年內在地下水中影響的最大距離為990m。影響范圍內對地下水環境造成污染,COD和氨氮出現不同程度超標,Pb濃度達到地下水Ⅲ類標準。
4地下水污染防治措施
4.1嚴格按照要求進行施工,確保質量
在場區垃圾填埋庫區及滲瀝液調節池底部均采用人工防滲工程,包括水平防滲、地下水收集及導排系統、沼氣收集系統、封場系統,為保護地下水環境本次雙層HDPE土工膜防滲系統。認真落實相關制度。在場區內分別建立雨、污收集管網,實行雨污分流制。雨水經排水溝排出場區外,垃圾滲瀝液及生產污水經污水管網收集后進入滲瀝液調節池;滲瀝液經收集后進入滲瀝液處理站,采用“UASB+二級A/O+超濾+納濾+反滲透+紫外線消毒”工藝,廢水經處理達標后排入昌邑市城北污水處理廠深度處理后,排入堤河。
4.2做好安全預案
關鍵詞:城市污水處理;回用技術;處理工藝
城市污水處理是指改變污水性質,使其對環境水域不產生危害而采取的措施。城市污水處理要根據地域、城市等方面進行有針對性的處理。城市污水處理往往不同于工業廢水。城市污水處理具有規模大、占地大、設施尺寸大、單元多等特點,它往往具有堅固的結構,同時運行效果相對較穩定。對于我國當前的國情來說,我國污水排放量與城市缺水量大體相當,所以合理的運用污水處理技術以及污水回用技術是當前緩解城市水資源緊缺的重中之重。
1 水污染控制的發展歷程
隨著社會的不斷發展,人類已經慢慢地開始注意到發展與環境二者之間的關系。由最初的先發展后治理到現在邊治理邊發展的道路上。在過去的幾十年里,由于我國對于污染防治工作一直有所欠缺,同時實際結果并不理想。水污染控制是指用法律、經濟、行政、技術等手段和措施,為保護水體質量,對污染水體的污染物排放量進行監督和管理的行為。我國在水污染治理探索的道路上已經走出了很遠,經歷了一個相對漫長的發展歷程。我國是一個水資源極度緊缺的國家解決城市污水處理回用的問題始于20世紀60年代,自80年代以來,隨著我國城市建設快速發展,城市水污染問題日益突出,水資源緊缺的矛盾日益加劇,污水處理回用也逐漸被提上了日程。但是,隨著科學的不斷發展,無論是用什么方法所進行的污水治理都有著一定的局限性。由此可見,我國的水污染治理還需要不斷的加強,對應的水污染控制技術的革新已經呼之欲出。
2 污水處理技術以及污水的回用
隨著社會的不斷進步,人類的環保意識已經不斷的得到提升。單就污水處理問題來看,過去人們往往采用的是簡單、粗暴的處理方式,這樣的方式往往不能夠很好的將污水凈化。這樣的處理方式往往消費較少,這正是一些不法商家所需要的。而現如今,受可持續發展觀的影響,人類慢慢的意識到資源再利用的重要性。
與此對應的,污水處理與再利用技術登上了現代社會的舞臺。
2.1 污水處理技術
近些年水污染的話題一直被人們提起,在這當中地下水污染更是尤為突出。根據《2013-2017年中國污水處理行業市場前瞻與投資戰略規劃分析報告》指出,中國13億人口中,有70%引用地下水,660多個城市中有400多個城市以地下水為飲用水源。但是據介紹,全國90%的城市地下水已經受到污染。污水處理技術大體上可以分為三種,物理法、化學法和生物法等。污水處理工藝是指對城市生活污水和工業廢水的各種經濟、合理、科學、行之有效的工藝方法。在實際操作當中我們應該根據處理當地的水質情況制定相應的污水處理工藝,選擇出既經濟又有可操作性的污水處理流程。
2.2 污水回用技術
中國是一個貧水國家,在國際上中國是世界十二個貧水國家之一,人均水資源占有量僅為2400m3,這種情況在中國北方更為明顯,人均占有量僅為200~400m3。在一定程度上說中國的水資源緊缺已經限制了中國工業、農業的發展。大部分城市工業用水對水質的要求不高,這就降低了污水處理的成本以及難度。在城市污水處理廠的設計當中,應該把污水回用的可能性放在首要地位,主要根據當地對水質的要求制定相應的處理方案,進行廠區總面積布置時,應考慮污水回用的處理用地。污水回用的范圍很廣,大體上包括工業上的重復利用和生活上的重復利用。污水回用既可以用有效節約和利用有限的和寶貴的淡水資源,又可以減少污水的排放量,減輕對環境的污染。污水回用是指將廢水或污水經二級處理和深度處理后回用于生產系統或生活雜用。污水回用的范圍很廣,從工業上的重復利用水體的補給水和生活用水。污水回用既可以有效地節約和利用有限的和寶貴的淡水資源,又可以減少污水或廢水的排放量,減輕水環境的污染,還可以緩解城市排水管道的超負荷現象,具有明顯的社會效益、環境效益和經濟效益。
2.3 處理工藝
污水處理的方法相對比較多,在處理污水時往往要根據回用的需求制定相應的污水處理流程。污水處理工藝是指對城市生活污水和工業廢水的各種經濟、合理、科學、行之有效的工藝方法。在處理之前要提前對污水的性質作出判斷,以此來界定應采用什么處理方法。在實際的操作當中,我們就應該按照回用水質的要求對水處理單元進行多種組合,以此來選定經濟適用又具有較強操作性的污水處理流程。污水處理廠的設計進行水質,應該在市區選擇幾個有代表性的排污口,定期的進行污水水質、污水排量的測定。同時要根據不同城市產業結構的差異,千萬不要生搬現抄。這就要求要對污水處理后所排放地區的生態環境有一定的了解,同時要做足前期的需求情況調查。在確定進水水質的問題上,我們應事先在城區選擇幾個有代表性的排污口,然后對其進行定期的檢測,并用加權平均的方法計算出其水質的濃度。對于確定進水水質的問題,優先選擇具有代表性的污水排放口,然后對其進行定期檢測,并對其使用平均算法計算出污水的平均濃度。目前,迫于法律和行政部門的壓力城市中的許多污水處理廠大多采用了二級生物處理工藝,也就是用生物處理法將污水中各種復雜的有機物氧化降解為簡單的物質。這種處理方法相對簡單,處理后的排放物較為清潔,對環境污染小可利用價值高?;赜霉に囋u價:由于生態用水對水質的要求較高,該工程在利用生物活性炭濾池的生物氧化和活性炭吸附作用去除有機物之前,采用曝氣生物濾池對污水進行了預處理,不僅進一步提高了懸浮有機物和其它有毒物質的去除效率。同時曝氣也提高了污水的可生化性,通過生物活性炭的富集和生物氧化作用使得出水水質穩定,優于南山再生水廠的水質,達到生態用水的各項指標。
3 結 語
現階段我國的污水處理技術相對的在起步期,同時也再有條不紊的進行當中。然而,目前就我國的基本國情來看,只有將污水的回用與污水處理技術的開發放在首要的開發地位,我們才能解決實際問題。
參考文獻
[1]張明鳳,陳寅山,許友勤.《福州市內河水質評價》,《福建師范大學學報》(自然科學版),2003,19(4):56~61.
日益嚴重的污染事件
上世紀90年代末,中國的工業發展所帶來的重金屬污染問題早已出現,這些污染產生于上世紀五六十年代,甚至更早,然而卻很少有人愿意花費重金治理。
到了2004年前后,中國的土壤污染問題以讓人措手不及的方式突然爆發出來,2004年,北京宋家莊地鐵站所在地原為一家農藥廠舊址,在施工中3名工人急性中毒,“由此,北京市開始對場地(土壤)污染重視起來?!北本┦协h保局固體廢物和化學品管理中心官員說,“2005年,北京市就開展了潛在污染場地調查工作?!?004 2006年間,重慶等地方政府也針對污染場地出臺了一系列地方政策……
然而這些舉措依然不能扼制積重的污染擴張的速度。2007年夏,中國接連發生丁太湖、滇池、巢湖的藍藻爆發事件,這是一個標志——傳統的發展模式積累的環境成本已經到了臨界點。到了2011年,污染事件的發生速度更快、規模更大、影響范圍更廣泛。來自環保部的數字顯示,從1到8月,全國發生了11起重金屬污染事件,對周邊生態環境的影響范圍之廣對民眾生命健康的危害之大,引發了社會的高度關注。云南曲靖鉻污染事故尚未平息,廣西柳州的龍江河鎘污染事故再一次令觸目驚心。
環保部官員指出,目前的污染呈現三大特點,一是重金屬污染物產生和排放量大。根據第一次全國污染源普查結果,2007年全國廢水中鉛、汞、鎘、鉻、砷等五種重金屬產生量為2.54萬噸,排放量近900(897.3)萬噸。大氣中上述5種重金屬污染物排放量約9500噸。列入國家危險廢物名錄中含上述5種重金屬的危險廢物產生量為1690萬噸。其二是一些河流和土壤存在重金屬超標的問題;其三是重金屬污染的危害影響較為突出,這些重金屬污染物在土壤中移動性差,滯留時間長,大多數微生物不能使之降解。并可經水、植物等介質最終危害人類健康?,F在有些重金屬的污染直接導致兒童血鉛超標。
中國已在“十二五”規劃綱要中明確提出,要“加大環境保護力度,以解決飲用水不安全和空氣、土壤污染等損害群眾健康的突出環境問題為重點,加強綜合治理,明顯改善環境質量”,這也意味著環境修復,即污染場地、土壤和水體等污染治理與修復,已經被提升到國家戰略高度。
修復在艱難中前行
“從2010年開始,中央已經著手支持地方污染治理項目,主要實施三類污染治理項目,第一是工業企業的污染治理,包括廢水、廢氣;更為重點的是歷史遺留污染的治理,主要是廢渣項目;第二污染土壤治理項目;第三是河道、水體、底泥治理項目。國家發改委目前已經安排中央專項投資15億元投資支持地方40多個項目,其中有10多個土壤污染修復項目。土壤修復目前仍是難點?!眹野l改委環資司馬銘鋒博士說。
“土地污染到什么程度,我沒法描述,因為沒有技術標準,調查進展緩慢?!薄拔廴就恋匦璨恍枰迯?、要修復到什么程度,我很難回答,因為沒有技術標準。”在第三屆中國環境修復發展戰略論壇上,一些與會的環境修復公司負責人說道。
修復作為新興產業,其市場潛力正得到越來越多企業的關注,據業內人士介紹,近年來,各地新增的土地修復企業多得“數不過來”。但現實中,從污染土地的調查、監管到治理,整個產業鏈仍處于無序狀態。
一位不愿具名的專業人士說,幾年前一些地方就已陸續啟動污染土地的調查,但進展緩慢,因為國家相關的技術守則及管理辦法還在征求意見中,對污染土地的管理既沒有明確主管也沒有具體依據?!皩ν恋氐娘L險評估和治理方案應早于污染企業搬遷,現在不但先拆遷,甚至閑置多年,等到要開發利用了才想到修復治理,不但成本劇增,而且效果不好。呼吁管理部門早出臺管理辦法,早調查早治理。”
“這個行業我們很看好,已和國外不少行業龍頭企業建立了聯系和合作關系,但開拓國內市場仍感到茫然。”中晟環保有限公司的業務經理稱。
盡管國家“十二五”規劃中已經明確提出建立土壤環境質量評價和監測制度,開展污染土壤修復示范;搬遷企業必須做好原廠址土壤修復工作等,但修復產業在法律法規、技術標準、市場準入方面的確仍不完善。
作為項目審批方之一的國家發改委也深感頭疼:“地方申報的修復項目,因為沒有相關標準作為評審依據,我們目前只好委托專業咨詢公司對項目進行評估,但咨詢公司對此也感到很棘手。他們又向科技部、行業內的專家學者請教,結果發現地方申報的項目很少能夠獲得通過。不是治理方案、治理目標與國家現行要求有一定差距,就是前期調查中缺乏相應的技術標準;土壤污染調查和分析不足,污染物不確定,污染的濃度變化、空間分布、污染區域界線不清晰,后期結論難以有效支撐治理方案等等。項目無法通過審批,我們也很無奈?!?/p>
市場潛力巨大
據業內保守人士估計,“十二五”期間,中國僅在土壤修復市場的產值規模就將達到400億元人民幣。而這一判斷是與國家宏觀政策和產業導向密切相關的:2011年9月,《全國土壤環境保護“十二五”規劃》通過專家論證;10月,《全國地下水污染防治規劃(2011—2020年)》正式出臺;“十二五”期間,國家將把環境修復行業作為戰略性新興產業加以培育。
事實上,發達國家對于環境修復產業的支持和投入也是巨大的。美國在20世紀90年代用于污染場地修復方面的投資就達到近1000億美元;荷蘭在20世紀80年代已投資15億美元進行土壤污染的修復;德國在1995年一年就投資60億美元凈化污染土壤。
發達國家的環境修復產業起步較早,發展較快。早在幾十年前他們已開始土壤修復的研發工作,美國、日本等國家僅土壤修復產業就占到本國環保產業市場份額的30%~50%。在污染土壤修復治理方面,國外已經開發多種物理、化學、生物方面的技術,積累了大量寶貴經驗,形成一個成熟的產業。
在美國從事了10多年土壤修復工作的伊世特(ESD)中國有限公司董事總經理龔宇陽,盡管身在土壤修復行業,但2001年剛回國時龔曾是中國土壤修復的反對者?!叭绻迯褪钦駟危敃r中國并沒有國力支撐?!饼徲铌栒f,啟動這一市場需要慎重。
國內直到2007年,北京建工集團成立了國內首家環境修復公司,承接了國內首例土壤修復項目——宋家莊經濟適用房項目的土壤修復,之后他們又修復了原紅獅涂料廠受污染地塊、北京焦化廠南區污染地塊等。2011年,他們還承接了20余項場地調查及評價項目,土地修復工程項目數量位居全國同行之首。“接手工程越多,越發現這一新興產業亟待規范和引導,我們之所以促成了環境修復產業聯盟的建成,是希望不斷加強國際交流與合作,從政策、法規、市場、技術、責任、資金等多個方面研討環境修復行業發展的現狀及未來趨勢。”北京建工環境修復公司總經理高艷麗表示。
關鍵詞:節水 分級供水 雨水回收 水處理
近年來,水資源短缺及水環境污染問題不斷引起國家高度重視。2012年1月國務院頒發了《關于實行最嚴格水資源管理制度的意見》;2013年5月,國家環保部、環境保護部、國土資源部、住房和城鄉建設部以及水利部聯合印發《華北平原地下水污染防治工作方案》。這是中國為解決日益嚴重的地下水污染問題及水資源短缺邁出的重要一步。鋼鐵企業作為耗水大戶,節水任務仍十分艱巨。水資源短缺和水環境污染必將成為制約鋼鐵企業發展的瓶頸問題,鋼鐵工業的節水減排工作的核心是提高用水效率和效益,要與鋼鐵企業的節能減排和循環經濟緊密結合。
一、前鋼集團水資源利用存在問題
隨著水資源的日益匱乏,企業生產規模的日益擴大。水資源緊缺已經成為制約鋼鐵行業發展的瓶頸。河北前鋼集團水資源面臨的主要問題有:
1.水源單一,沒有合理挖掘其他水源的使用價值。如蒸汽冷凝水、雨水、廢水等,直接外排勢必造成水資源的浪費。
2.各環節對水質要求掌握不夠且沒有合理分級,存在高質低用現象;
3.耗水量大,水的循環利用率低,分廠雖有獨立的循環水系統,各系統排放的廢水不能很好的得到回用,水的循環使用率低,缺乏總體規劃。
4.缺乏有效的節水流程,如串級供水工藝,各系統水質超標后直接外排,優質排水沒能排向下一級用水點。造成水資源白白浪費。
二、前鋼集團節水減排措施
河北前鋼集團自建廠以來不斷摸索節約用水、循環利用的經驗和技術,本著高度的社會責任意識積極推進循環冷卻水高濃縮倍數運行、中水回用、分級供水、串級使用、雨水收集等一系列節水舉措開創了水循環利用的新模式,為實現工業用水零開采和廢水零排放奠定了基礎。
1.投建廢水深度處理系統,實施中水回用,減少地下水開采
2009年9月份前鋼集團投資建設廢水深度處理及綜合利用系統(工藝流程圖見圖1)兩套,利用勝芳鎮污水處理廠產生的符合《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18198-2002)一級B標準的中水經2000m3調節池均質殺菌后進入兩座處理水量1300m3/h的高密度澄清池進行絮凝沉淀,沉淀后自流進入氣水反沖洗快濾池,過濾后的水濁度在5NTU以下進入深度處理車間,首先經過過濾精度為100μm自清洗過濾器過濾后,進入超濾過濾掉水中懸浮的固體小顆粒和有機大分子,最后進入反滲透前的最后一道屏障保安過濾器。反滲透處理后產生優質除鹽水及附屬品濃鹽水。濃鹽水用于煉鐵和煉鋼的沖渣,深度處理車間共設超濾、反滲透機組各8套,單套除鹽水產能為90m3/h,其中一級分滲透機組6套,產生除鹽水540m3/h,產水電導率小于50μs/cm,作為二級反滲透進水以及煉鋼汽化煙道、軋鋼加熱爐等對水質要求較高的系統補水;二級反滲透機組2套,產生二級除鹽水180m3/h,產水電導率小于5μs/cm,用于燒結余熱鍋爐、煤氣發電鍋爐的補水。該項目可實現年回收利用中水570萬m3,產生一級除鹽水270萬m3,產生二級除鹽水143萬m3。該項目的建設大大減少了地下水開采,同時也為公司廢水回用奠定了基礎。
前鋼集團廢水深度處理項目設計進出水水質見表1,實際運行出水水質PH7.80~7.93、總硬度9.1~11mg/l、氯離子27~29 mg/l滿足《城市污水再利用 工業用水水質》(GB/T19923-2005)水質標要求。
2.實現分級供水、串級使用
2012年5月前鋼集團投資建設了分級供水及水循環利用項目,項目建設內容主要包括以下幾個方面。
2.1 鋪設分級供水及串級使用管網
將公司水源按水質質量差別劃分為六個級別:二級除鹽水、一級除鹽水、冷凝水、備用水、中水、濃鹽水、其他水(中亭河水、煉鋼廢水、雨水),各級別水水質指標見表2,分級供水管網鋪設涉及六種管道,一級除鹽水DN200主管架空1320米,DN150分支管架空420米;二級除鹽水DN150 UPVC管架空1080米;備用水管道DN400地埋4400米,DN300地埋5400米;預處理中水主管DN300碳鋼管架空1100米;濃鹽水南區沖渣管DN250襯膠架空800米、北區沖渣管DN300地埋1415米;蒸汽冷凝水DN200架空550米。各種管道閥門共計98臺。按各系統對水質的不同要求提供相應補水,避免高質低用。
二級除鹽水供余熱鍋爐、煤氣鍋爐;一級除鹽水供煉鋼凈環、煉鋼氣化冷卻、轉爐軟水及中寬帶加熱爐使用,中水供給燒結混合配料、燒結脫硫、燒結壓濾機、球團選礦、廠區廁所、燒結廠區預留其他接入點。濃鹽水供南北區煉鐵沖渣、煉鋼沖渣、燒結脫硫;汽化冷卻過程中蒸汽冷凝水供給燒結余熱發電使用。
分級供水管網的鋪設改變了原有供水模式,實現了合理分級,對于發電鍋爐等用戶供給優質除鹽水(二級除鹽水)提升了設備用水質量,有效避免了設備腐蝕結垢及事故發生,延長了設備使用壽命,對于反滲透系統附屬產物濃鹽水及中水進行了回收再利用,減少了地下水的開采量。
分級供水管網鋪設同時,對分廠內部循環水系統原有獨立的供水排水模式進行改造,盡可能的采用串級供水方式,高要求用戶排水至低要求用戶,以減少廢水的外排量。主要改造內容有:增加煉鐵廠凈環系統不合格水外排至煉鐵濁環系統管路(DN150),增加煉鋼凈環不合格水外排至濁環系統管路(DN100管道三棵),增加球團循環水不合格外排水至球團選礦管路。通過以上串級管路的鋪設,使得煉鐵凈環、煉鋼凈環、球團凈環水系統基本達到零排污,從而減少了廢水外排量。
2.2建設配套水處理設備的中心水泵房
12年底,建設配套水處理設備的中心水泵房(含化學除油器、一體化水處理設備和兩座20萬m3容積的平流池),提高水處理能力,實現集中供水,同時將凈環排水給層流,層流排水給濁環,濁環排水泵送至廢水深度處理及綜合利用項目處理后回用,實現工業用水的串級使用、循環利用。中心水泵房主要分為凈環供水系統、層流供水系統、濁環供水系統。凈環供水系統循環水量9000m3/h,層流供水系統處理水量4000m3/h,層流水主要用于打包機、軋輥、卷取機等的直接冷卻,其廢水中主要污染物為氧化鐵皮及油類。系統采用10套一體化高效污水處理設備,經處理后的水含油量在5mg/L以下,懸浮物5mg/L以下;軋鋼濁環水主要用于冷卻軋機軸輥軸承,廢水中均為乳化油,該系統水量大,采用10套化學除油器設施,處理量15000m3/h,通過在廢水中投加絮凝劑助凝劑,使油類懸浮物雜質聚凝沉淀在池底排出。經處理后,懸浮物可由50mg/L降至25mg/L以下,含油量可由100mg/L降至10mg/L以下。
2.3建立外排水回收水池
建立外排水回收水池3個:制氧380m3廢水池位于制氧循環水泵房地下,主要用于收集北區高爐凈環排水、制氧系統排水;煉鋼360 m3廢水池位于煉鋼5#平流池南側,主要用于收集煉鋼連鑄濁環、轉爐濁環系統排水;余熱發電480m3廢水池位于余熱發電循環水池內,主要收集燒結凈環及發電凈環系統排水廢水池污水通過管道輸送。三座外排水回收池總容積為1220m3,各系統排水集中收集后泵送至廢水深度處理及綜合利用項目處理回用。
上述分級供水及串級使用項目的實施,可實現減少地下水開采90萬m3/年,減少廢水排放量15萬m3/年,同時兩座平流沉淀池可回收雨水3.6萬m3/年。
3.實施雨水回收,建設雨水收集設施
2010年建設雨水回收設施一套,在鋼鐵行業率先實現建設雨水回收項目。前進鋼鐵雨水回收系統設計總收集面積為54萬m2,包括道路雨水收集系統和屋頂雨水收集系統。道路雨水收集系統通過雨水收集口及雨水收集井將雨水收集至格柵式雨水收集明渠,各條道路明渠最終將雨水匯集至雨水收集池。屋頂雨水收集系統,是廠房將屋頂雨水全部回收,使其匯流至屋頂下明渠中,所有明渠與馬路雨水收集明渠匯流后一起流至6000m3的雨水收集池。雨水處理過程包括:雨水池內收集的雨水經過雨水泵揚升至水處理調節池,與中水勾兌后,作為水處理原水,經廢水深度處理及綜合利用項目處理后作為廠區循環水補給水使用。以多年平均降雨量502.8mm/年計算,年可回收利用雨水18.9萬m3。
三、結論
前鋼集團節水減排新模式著重解決了河北前進鋼鐵集團水資源短缺及水資源不合理利用問題,同時提高了供水系統的自動化與一體化,提高供水效率及質量,進而更好的保證生產平穩運行。
通過以上節水措施的實施,優化了公司用水結構、構建了取水、用水、排水三位一體的節水體系,在實現保護地下水資源、回收處理污水的同時實現了工業園區水循環利用,開創了鋼鐵行業節約用水、減少廢水排放的創新模式。2012年公司噸鋼耗新水大大下降,生產廢水基本得到回收利用。前鋼集團節水減排新模式值得在同類鋼鐵企業推廣應用。
我國鋼鐵工業節水減排工作應注入新的理念,如開創多元化、少量化、資源化、無害化水處理技術等。節水減排是一項持續性工作,不斷挖掘企業節水減排潛力對于企業生存發展至關重要,后期可通過耗水設備及工藝方面進行節水規劃。
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【關鍵詞】城市污水污水廠 污泥處理處置技術新思路
中圖分類號:U664文獻標識碼: A 文章編號:
一.引言
我國在污泥建材利用發展方面有些落后,雖然在污泥制磚方面的研究確實不少,但缺乏實際的工程應用。總的來說,污泥建材利用在中國以及西方發達國家大多還處于研究及嘗試的階段,技術成熟和推廣應用還需要一段很長的時間。
二.主要問題分析
根據《中國城市建設統計年報(2005年)》,2005年全國661座城市共設有污水集中處理廠792座,設計能力5725萬立方米/日,其中二級以上污水處理廠694座,設計處理能力4791萬立方米/日(占總處理能力的83.7%)。由此每年排放的干污泥量大約為140萬噸,而且還以每年大于10%的速率增加。根據相關的調查分析,目前我國污泥處理處置主要方法中,污泥農用約占44.8%、陸地填埋約占31%、其它處置約10.5%、沒有處置約13.7%。而沒有得到任何處置的污泥給環境帶來的污染危害是巨大的,這部分污泥處于一種無序的、混亂狀態,大量污泥隨意堆放、填埋,造成地表水和地下水污染;尤其是污泥中的病原菌、重金屬和有毒有害有機物對人類健康和生存環境存在潛在的威脅。
污泥農用比例過大,存在風險。
我國污泥土地利用起步較早,如1961年高碑店污水處理廠的污泥被當地的農民施用于土地。接下來幾十年,隨著污水處理事業飛速發展,2003年污泥年產量已達900多萬噸(含水率80%),污泥農用的規模也逐步擴大。根據資料顯示,目前我國的污泥農用比例約44.8%,是主要的處理方式之一,污泥農用項目存在隱患和風險。而目前,我國關于污泥農用風險的研究體系尚不健全,對于污泥處置的風險研究主要涉及污泥土地施用對植物的影響、重金屬從土壤到植物的遷移和重金屬、氮、磷在土壤中的遷移,可用數據不充分,這些數據通常是基于短期(1-3年)的實驗獲得,而長期(10年以上)的田間實驗數據較為缺乏。若用短期的實驗數據預測長期的影響,其本身就存在一定的風險。此外,對于污泥土地施用后,周圍相關暴露人群的消費資料,可用數據幾乎為零。中科院南京土壤研究所的一項研究發現,在其試驗的土地上連續施用污泥達10年后,土壤中鎘、鋅、銅含量均很高,種植的水稻、蔬菜受到嚴重的污染。并且污泥施用越多,污染情況越嚴重。施用污泥的農田,雖然土壤有機質明顯增加,土壤酸度基本無變化,但土壤中的汞、鎘污染嚴重,能引起小麥、玉米的污染。目前,我國還沒有出臺污泥農用規范,對風險性缺乏研究,污泥農用可能造成的污染問題還沒引起應有的重視。多數研究表明,污泥的有害成分進入土壤后,一般不會立刻表現出其不利影響,但若長期大量使用,其負面效應就會明顯地表現出來。
污泥填埋環境問題比較多。
目前城市污水廠污泥填埋問題最突出。一是消耗大量土地資源,不少城市很難找到新的填埋場;二是產生大量滲瀝液,由于含水率較高,污泥加劇了垃圾填埋場滲瀝液的污染,大部分和垃圾混合填埋的垃圾場存在拒收污泥的現象;三是對填埋氣進行資源化利用的填埋場較少,填埋氣體污染大氣,并存在安全隱患。調查還表明,建設規范的無害化污泥單獨填埋場,投資并不如想象的節省。1座日處理垃圾1000t的污泥單獨填埋場(20a使用期),需投資0.5~2億元,每噸垃圾處理成本(含投資成本)達15-30元,而且對污泥填埋的后續環境管理與處理的成本還沒有考慮在內。
污泥綜合利用良莠不齊。
污泥建材利用是污泥資源化方式的一種,其內容包含了利用污泥及其焚燒產物制造磚塊、水泥、陶粒、玻璃、生化纖維板等。目前,污泥的建材利用已經被看作是一種可持續發展的污泥處置方式,并在日本以及歐美國家逐漸發展起來。相比較而言,我國在污泥建材利用發展方面有些落后,雖然在污泥制磚方面的研究確實不少,但缺乏實際的工程應用??偟膩碚f,污泥建材利用在中國以及西方發達國家大多還處于研究及嘗試的階段,技術成熟和推廣應用還需要一段很長的時間。
三.在處置污泥時應注意的問題。
1.在引進外來技術和專利的同時,充分發揮和利用我們現有的技術發明,并鑲入整體試點板塊。
2.在處置污泥的地點大力推行生活垃圾分類收集。
3.對污泥處置單位所取得的經濟收益進行綜合的考核。
4.在污泥和沼渣沼液的農用過程中,必須杜絕重金屬污染。
5.妥善解決老城區下水道經常發生窖井爆炸、著火等問題。
四.對新技術路線的反思。
多年來,我們的技術研究和資金投入著重在兩方面,一是在引進國外技術和設備的基礎上,進行必要改造和國產化,使之適用于中國污泥處理處置;二是強化末端污染的治理,使之達到環境標準的要求。在這樣思想下我們出現兩種不同的技術方向,并且直接影響到了后續的污泥處置工作成效:
一是以污泥消化為主導的技術方向,但是由于污泥消化設施設計和管理上的復雜性以及使用的規范和標準跟不上實際的發展需要,同時重污水處理,輕污泥處理處置,污泥技術的更新跟不上社會的發展,很多污泥消化設施被放棄使用。污泥消化工藝的應用在我國不能起到在污泥減量化、穩定化和無害化方面的主導地位。
二、以資源化為主導的技術方向。污泥資源化從技術上來說沒有太大的問題。在上個世紀中葉我國就開展了多種形式的資源化利用的方式,將污泥進行機械化堆肥和制磚,燒水泥等各類資源化工藝和技術,但受成本,污泥所含重金屬等因素影響,多數資源化的企事業單位不能持續運營。
從以上我國的污泥處理處置技術路線來看,我國借鑒國外經驗和加強污染治理是一種嘗試和摸索,原則上正確的。但是一味引進不消化吸收,不結合實際,一味強調污染的末端治理已經不符合當前國家的要求和實際的情況。我們當前的技術路線值得我們反思。
五.建議。
對于我國的污泥問題,不是一天兩天或者任何一種技術就可以解決的,污泥問題的解決更多的是人們觀念的轉變。在污泥處置問題上,建議做到以下幾個方面:
1.建議有關部門牽頭,召開專家座談會,其思路進行進一步的論證,多聽各方面的意見再進行深入論證,然后確定試點,統籌水污染治理的各項方案,把指標和治本的工作有條不紊的協調起來。
2.為了適應低碳經濟發展的形勢所需,要加強廣大干部對環境保護與污染治理方面的學習和培訓,并介紹國內外先進的理念與技術。
3.建立相關的政策,以確保污水處理及污泥處理能夠順利的實施。
4. 污泥處置以無害化為主,以資源化為輔應該是我們今后的方向。采用污泥焚燒無害化的方式處置污泥尤其是采用混合焚燒應該是我們提倡的思路。
5.積極利用目前現有的大規模的焚燒窯爐(如熱電廠焚燒系統)和水泥廠焚燒窯爐進行,利用廢棄的水泥焚燒窯爐焚燒污泥,既利用原有資料,又解決了污泥問題。
6.將污泥與垃圾、水泥以及熱電廠摻混焚燒應充分考慮余熱的回收利用。
7.充分利用現有的廢氣處理系統,使污泥焚燒達標排放。
8.對于污泥焚燒產生的廢渣以及飛灰按相關規定進行鑒別,如屬于危險廢物,則按危險廢物處理,如不屬于危險廢物,可按一般固體廢物處置或綜合利用。
六.結束語。
污泥可以制成園林有機肥,也可以作為新型建材的原材料,還可以制成燃料用于焚燒,產生一定的經濟價值。項目投產后,污泥污染環境問題將得到徹底妥善解決,利國利民,造福后代,產生良好的社會效益和環境效益,對城市的環境保護和可持續發展將起到重要的推動作用。
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