研發(fā)高效截污技術(shù) 提升滇池治污效能 減少污染改善水質(zhì)
.jpg)
.jpg)
.jpg)
課題組部分成員。
滇池是云貴高原上的一顆明珠，具有防洪、供水、旅游、漁業(yè)、水上運輸及調(diào)節(jié)氣候等多種功能，是維持滇池盆地生態(tài)平衡的核心，是支撐云南省昆明市國民經(jīng)濟建設(shè)和社會事業(yè)發(fā)展的生態(tài)基礎(chǔ)。滇池水環(huán)境保護已成為昆明市可持續(xù)發(fā)展的重大需求。
2008年昆明市政府做出了提速滇池治理的重大戰(zhàn)略決策，提出實施“環(huán)湖截污、環(huán)湖公路、環(huán)湖生態(tài)、入湖河道治理、底泥疏浚、外流域引水”六大工程措施。實施滇池環(huán)湖截污工程面臨的設(shè)計邊界條件十分復(fù)雜，既要投資有限滿足“百年工程”適當(dāng)超前，又要在滇池周邊土地價值高、生態(tài)塘庫建設(shè)規(guī)模受限的條件下，滿足近遠期不同水質(zhì)水量匯流—輸移交替，即近期以農(nóng)村農(nóng)業(yè)面源混流污染負荷控制為主、遠期以城市市政污水及城市初期雨水污染負荷控制為主。同時，滇池環(huán)湖截污干渠面臨近期匯流超設(shè)計服務(wù)范圍的截污和由此導(dǎo)致的水質(zhì)凈化廠低濃度運行。如何保證工程設(shè)計目標的實現(xiàn)，是國內(nèi)湖泊截污最復(fù)雜的工程，迫切需要技術(shù)支撐。
2012年，國家重大水專項“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合運用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范課題2012ZX07102001”獲得原環(huán)境保護部立項批復(fù)。在昆明滇池投資有限責(zé)任公司、昆明滇池水務(wù)股份有限公司的領(lǐng)導(dǎo)下，中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司課題負責(zé)人蔡松柏教授的帶領(lǐng)下，昆明市環(huán)境科學(xué)研究院、云南省環(huán)境科學(xué)研究院、重慶大學(xué)約90余位專業(yè)人員持續(xù)6年的攻堅克難，完成了“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合運用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范課題”，編制“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)指南”填補了在環(huán)湖截污工程方面國家規(guī)劃設(shè)計指導(dǎo)文件的空白，“混合污水截污工程優(yōu)化設(shè)計規(guī)劃軟件包”提高了環(huán)湖截污的設(shè)計水平和設(shè)計效率，“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用運行規(guī)程”指導(dǎo)滇池環(huán)湖截污工程近遠期運行，“滇池環(huán)湖截污工程水質(zhì)水量調(diào)查及效能評估”支撐解決滇池環(huán)湖截污配套需求，通過集成初期雨水、農(nóng)村農(nóng)業(yè)面源高效截留技術(shù)、水質(zhì)水量雙錯峰技術(shù)，交互式污水處理廠和水質(zhì)凈化廠調(diào)度技術(shù)，建設(shè)的環(huán)湖截污治污體系智能化控制平臺示范，形成了環(huán)湖截污治污“分類分質(zhì)、高效截流，聯(lián)合運行、達標排放，智能控制、智慧管理”，從降雨到高效截污，到污水處理廠調(diào)度的全流程模型控制調(diào)度全覆蓋的技術(shù)體系，具備推廣至整個滇池環(huán)湖截污工程的應(yīng)用條件，支撐了滇池環(huán)湖截污工程目標的實現(xiàn)和進一步提高，確保滇池環(huán)湖截污工程充分發(fā)揮投資環(huán)境效益。
現(xiàn)狀調(diào)查找準問題，評估現(xiàn)狀截污治污體系效能，應(yīng)用SWMM模型解析滇池環(huán)湖截污工程截留目標
1
在滇池環(huán)湖截污工程設(shè)計時，為快速推進“一湖四片”建設(shè)，提速滇池治理，為牛欄江調(diào)水保駕護航，按批復(fù)的“滇池環(huán)湖生態(tài)保護規(guī)劃”，將2030年遠期規(guī)劃目標農(nóng)村面源截留率為30%、城市初期雨水截留率為50%，點源截留率為90%作為近遠期目標。
滇池環(huán)湖截污東岸及南岸干渠（不包括？诙蔚沫h(huán)湖截污干管）的整個設(shè)計服務(wù)范圍（面積約為232.6平方公里），同時考慮到現(xiàn)狀雨季上游部分山區(qū)徑流會隨溝渠或河道進入干渠，將模型構(gòu)建區(qū)域擴大到環(huán)湖截污系統(tǒng)整個匯水區(qū)域，面積約為462.33平方公里，分別利用SWMM模型對設(shè)計服務(wù)范圍和整個匯水區(qū)域范圍兩種情景下的環(huán)湖截污系統(tǒng)運行效能進行模擬驗證。
區(qū)域現(xiàn)狀排水系統(tǒng)除新建城區(qū)外主要為合流制排水體制，污水通過市政雨污水管道、溝渠以及河道截污管截流進入環(huán)湖截污干渠，經(jīng)末端污水處理廠處理達標后排入滇池。以區(qū)域遙感影像、數(shù)字地形模型（DEM）、河流溝渠矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合區(qū)域特征、道路網(wǎng)絡(luò)、河流溝渠分布進行區(qū)域排水方向分析，利用GIS軟件將環(huán)湖截污整個匯水區(qū)域劃分為772個子匯水區(qū)域，同時對研究區(qū)排水系統(tǒng)進行概化，刪除對研究影響不大的支次管（渠）將排水系統(tǒng)概化為340條管（渠）、294個節(jié)點。利用同樣的方法將設(shè)計服務(wù)范圍劃分為488個子匯水區(qū)域，將設(shè)計服務(wù)范圍內(nèi)的排水系統(tǒng)概化為292條管（渠）、240個節(jié)點。
模擬驗證結(jié)論：近期，以最不利全籠罩降雨情景模擬計算，在設(shè)計232.6平方公里服務(wù)范圍，在設(shè)計降雨條件下，以污水處理廠和水質(zhì)凈化廠規(guī)模為約束條件，滇池截污干渠的現(xiàn)狀總截留率為79.23%，高于工程目標截留量。同樣，以最不利全籠罩降雨情景模擬計算，以匯流服務(wù)范圍462.33平方公里模擬，在設(shè)計降雨條件下，滇池截污干渠的截留率為48.23%，低于工程目標。而2030年規(guī)劃期，以最不利全籠罩降雨情景模擬計算，在設(shè)計232.6平方公里服務(wù)范圍，在設(shè)計降雨條件下，滇池截污干渠東岸和南岸的規(guī)劃期總截留率為79.23%和89.4%，高于工程目標截留量。此時和設(shè)計的要求一致，根據(jù)城市化的進程，擇機根據(jù)進水水質(zhì)的變化，調(diào)整水質(zhì)凈化廠工藝，擴建污水處理廠和水質(zhì)凈化廠規(guī)模。
農(nóng)業(yè)面源“高水高收高用”新理念，顛覆環(huán)湖傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)“抽清排污”灌溉模式，構(gòu)建農(nóng)業(yè)面源截留創(chuàng)新理論
2
傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式，一方面從湖泊抽取清水進行灌溉，另一方面又將灌溉的回歸水排入湖泊。其結(jié)果就是，大量的農(nóng)業(yè)面源進入湖泊并帶來電耗和水資源大量消耗。因此，提出“農(nóng)業(yè)面源高水高收高用理念”，即建設(shè)并聯(lián)串聯(lián)的多塘系統(tǒng)收集距離湖泊較高較遠的農(nóng)村面源，主要有農(nóng)田徑流、農(nóng)業(yè)灌溉回歸水，按農(nóng)業(yè)灌溉標準進行處理回用，有效節(jié)約水資源和提灌能耗。
同時利用已建的農(nóng)業(yè)灌溉系統(tǒng)，在非灌溉期間，特別是汛期，采用多塘聯(lián)動循環(huán)減少入湖污染負荷，有效地為解決滇池環(huán)湖截污現(xiàn)狀面臨的“小城市大農(nóng)村超服務(wù)面積范圍截留農(nóng)村面源”問題提供技術(shù)支撐。根據(jù)此理念，大理環(huán)湖截污二期生態(tài)塘庫工程可行性研究通過專家論證，云南省發(fā)改委批復(fù)規(guī)；茝V應(yīng)用。
農(nóng)村面源高效截流技術(shù)、污水處理廠與水質(zhì)凈化廠交互運行及干渠清空模式，有效提高進水廠水質(zhì)濃度，保證水質(zhì)凈化廠運行達標排放
3
課題組多次對滇池周邊進行深入而細致的現(xiàn)場調(diào)查工作，系統(tǒng)調(diào)查了滇池環(huán)湖截污工程周邊溝渠、河道、村莊污水在旱季和雨季與截污干渠的接入情況，并對溝渠、河流、村莊污水進行了采樣監(jiān)測分析工作，調(diào)查期間同步進行水樣采集，完成了典型匯水區(qū)雨污水匯流—輸移過程的詳細監(jiān)測及典型匯水區(qū)水質(zhì)水量過程分析。通過調(diào)查全面掌握了滇池東、南岸環(huán)湖截污干渠周邊河道、溝渠和村莊現(xiàn)狀，明確了溝渠與東岸環(huán)湖截污干渠的關(guān)系、溝渠的水質(zhì)水量及污水匯流—輸移規(guī)律。標識了各溝渠的水質(zhì)水量范圍，根據(jù)農(nóng)村面源水質(zhì)峰值均化的特點，采用時間控制，選擇性截入干渠，有效減少入湖污染負荷。同時，根據(jù)超服務(wù)范圍及分流范圍小導(dǎo)致的入渠水質(zhì)濃度低的現(xiàn)狀，研究滇池環(huán)湖截污干渠超長停留時間產(chǎn)生的沉淀效應(yīng)，提出干渠達標清水回用、灌溉或進入濕地運行模式，有效應(yīng)對截留超服務(wù)范圍導(dǎo)致的水質(zhì)凈化廠低進水水質(zhì)濃度。根據(jù)進水碳源不足，研究提出通過進水提升泵站將農(nóng)村面源與污水混合調(diào)度至水質(zhì)凈化廠增加碳源的技術(shù)措施，保證水質(zhì)凈化廠處理達標排放，減少碳源的投加量。
城市初期雨水高效截流，干渠——污水處理廠聯(lián)合運行，減少入湖污染負荷，提升滇池環(huán)湖截污治污體系效能
4
隨著“一湖四片”城市化進程，滇池環(huán)湖截污工程由服務(wù)“小城市大農(nóng)村”逐步轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;大城市小農(nóng)村”，環(huán)湖截污治污體系收集截流處理的污水水量與水質(zhì)及匯流-輸移將發(fā)生質(zhì)的變化。課題組研究開發(fā)了高效截流、聯(lián)合運行技術(shù)。
截污治污體系高效截流技術(shù)，實現(xiàn)分質(zhì)高效截流
根據(jù)電導(dǎo)率—營養(yǎng)鹽水質(zhì)高度相關(guān)的特性，研發(fā)城市初期雨水快速檢測響應(yīng)技術(shù)，構(gòu)建高效的截流城市初期雨水控制模式和極限截流半徑控制技術(shù)，支撐遠期環(huán)湖截污干渠快速收集、高效截流的技術(shù)需求。
截污治污體系有機協(xié)同，實現(xiàn)雨季聯(lián)合運行達標排放
研究證實，初期雨水自源頭至1公里內(nèi)初期沖刷效應(yīng)顯著，參考國外的初期雨水“半英寸”法則，在新區(qū)規(guī)劃有條件時，根據(jù)污水處理廠可能承擔(dān)的沖擊水量負荷，初期雨水的初期部分采用源頭撇流進入污水管控制，初期雨水的后期部分采用雨水管直接規(guī)劃與截污干渠銜接及常規(guī)雨水管布置應(yīng)用SWMM與ArcGIS軟件建立的2030年截污干渠雨水/污水渠的水質(zhì)水量實時動態(tài)模型，驗證環(huán)湖截污干渠截流污水的能力，對進入環(huán)湖截污干渠的節(jié)點污染負荷進行了預(yù)測排序，控制干渠的錯峰/削峰技術(shù)，提升了干渠的污染物總量截流能力；針對干渠收集截流的雨季城市混合污水濃度低水量大的特點，開展低濃度及沖擊負荷進水對污水處理廠正常運行的影響研究，研發(fā)了工藝參數(shù)調(diào)控、營養(yǎng)鹽補加、生物—化學(xué)協(xié)同除磷等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了截污干渠—污水處理廠聯(lián)合運行，雨季穩(wěn)定達標排放。
建設(shè)環(huán)湖截污治污體系智能化控制平臺，集成自降雨到污水處理廠及水質(zhì)凈化廠交互運行全流程關(guān)鍵調(diào)度技術(shù)示范應(yīng)用
5
課題組在示范區(qū)利用配套資金建設(shè)環(huán)湖截污治污體系智能化控制平臺。其關(guān)聯(lián)水質(zhì)凈化廠降雨監(jiān)測站，與氣象預(yù)報進行通訊聯(lián)系，內(nèi)置基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，污染HYSWMM5.0模型，農(nóng)村面源、初期雨水高效截留模型，截污干渠水質(zhì)水量雙錯峰及干渠清空模型，污水處理廠及水質(zhì)凈化廠交互運行調(diào)度模型，實現(xiàn)自降雨到交互式運行的雨季全流程調(diào)度控制。示范的智能化控制平臺具備擴展至東岸環(huán)湖截污干渠和南岸截污干渠的全環(huán)湖截污調(diào)度功能、數(shù)據(jù)修正功能、統(tǒng)計績效考核功能，保證滇池環(huán)湖截污工程的近遠期工程目標的實現(xiàn)，最大限度地截留入湖污染負荷。
6
滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)指南填補了國內(nèi)環(huán)湖截污指導(dǎo)文件空白，混合污水截污工程優(yōu)化設(shè)計規(guī)劃軟件包提高規(guī)劃設(shè)計效率，滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用運行規(guī)程有效指導(dǎo)系統(tǒng)運行
課題組研究分析并總結(jié)昆明滇池環(huán)湖截污工程、大理洱海環(huán)湖截污工程、成都黑龍灘環(huán)湖截污工程規(guī)劃設(shè)計運行的經(jīng)驗和教訓(xùn)，采用課題的研究成果，編制完成滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)指南，填補國內(nèi)環(huán)湖截污規(guī)劃設(shè)計空白。
混合污水截污工程優(yōu)化設(shè)計規(guī)劃軟件包是在鴻業(yè)排水軟件的基礎(chǔ)上，采用課題的研究成果，編制完成的針對環(huán)湖截污工程規(guī)劃設(shè)計的軟件，是滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)指南的配套軟件，極大地提高環(huán)湖截污規(guī)劃設(shè)計效率。
滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用運行規(guī)程是在總結(jié)環(huán)湖截污運行的特點和面對運行存在的問題基礎(chǔ)上，采用課題研究成果，編制完成的指導(dǎo)環(huán)湖截污運行的規(guī)程。
滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)指南、混合污水截污工程優(yōu)化設(shè)計規(guī)劃軟件包、滇池環(huán)湖截污治污體系運行規(guī)程構(gòu)成環(huán)湖截污完整的規(guī)劃設(shè)計運行體系，有效指導(dǎo)環(huán)湖截污體系的規(guī)劃設(shè)計運行。
結(jié)束語
在十分復(fù)雜設(shè)計邊界條件下實施的滇池環(huán)湖截污干渠工程，受到社會的極大關(guān)注。在國家重大水專項的支持下，參與攻關(guān)的多家單位持續(xù)的不斷努力，“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合運用關(guān)鍵技術(shù)及工程示范課題”通過對農(nóng)村面源產(chǎn)生及輸移過程的研究，提出“高水高收高用”農(nóng)村農(nóng)業(yè)面源截留模式創(chuàng)新理論，顛覆了傳統(tǒng)的“抽清排污”農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，解決了環(huán)湖截污工程設(shè)計服務(wù)區(qū)域外基本同等面積的農(nóng)村面源混流截入環(huán)湖干渠的問題，保證了滇池環(huán)湖截污工程目標的實現(xiàn)，同時也在大理環(huán)湖截污二期塘庫工程進行規(guī)模化推廣實際應(yīng)用。
課題組提出的城市初期雨水高效截留模式、農(nóng)村農(nóng)業(yè)面源高效截留模式、水質(zhì)水量雙錯峰模式、干渠清水模式技術(shù)集成的環(huán)湖截污治污體系智能化控制平臺，有效地應(yīng)對目前滇池塘庫工程不足、混流截留的現(xiàn)狀，保證工程目標的實現(xiàn)并進一步提升了環(huán)湖截污近遠期工程目標。編制完成的“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用技術(shù)指南”“混合污水截污工程優(yōu)化設(shè)計規(guī)劃軟件包”“滇池環(huán)湖截污治污體系聯(lián)合應(yīng)用運行規(guī)程”一整套完整技術(shù)理論體系，不僅填補了國內(nèi)環(huán)湖截污規(guī)劃設(shè)計理論和運行指導(dǎo)性文件的空白，而且為滇池環(huán)湖截污工程的有效運行提供技術(shù)支撐，為滇池湖泊水體由工程完成前2012年劣Ⅴ類轉(zhuǎn)化為Ⅴ類，實現(xiàn)全湖水環(huán)境企穩(wěn)向好的歷史性轉(zhuǎn)變做出了貢獻，有效發(fā)揮了滇池環(huán)湖截污工程投資環(huán)境效益。
蔡松柏張玉徐曉梅張智
課題負責(zé)人及主要課題骨干：
課題負責(zé)人：蔡松柏
子課題負責(zé)人：羅萬申張玉徐曉梅張智趙磊
中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司：劉長興程弋然
昆明市環(huán)境科學(xué)研究院：葉海云
重慶大學(xué)：陽春付國楷曾曉嵐姚娟娟馬華張勤
云南省環(huán)境科學(xué)研究院：王俊松
平臺和軟件：陳赤峰谷德性
課題組成員研究工作。
提取樣本
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環(huán)保網(wǎng)”
