課題背景

　　松花江哈爾濱控制單元（以下簡(jiǎn)稱控制單元）內(nèi)的主要水系構(gòu)成為“三溝一河”（即馬家溝、何家溝、信義溝、阿什河）�？刂茊卧�水質(zhì)的全面提升，是實(shí)現(xiàn)松花江干流水質(zhì)在“十二五”規(guī)劃期間達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)的重要前提。

　　“松花江哈爾濱市市轄區(qū)控制單元水環(huán)境質(zhì)量改善技術(shù)集成與綜合示范”課題組針對(duì)控制單元水環(huán)境問(wèn)題，開展技術(shù)集成與綜合示范，最終實(shí)現(xiàn)控制單元出口斷面(大頂子山國(guó)控監(jiān)測(cè)斷面)水質(zhì)全年達(dá)到Ⅲ類的總體目標(biāo)。

　　以點(diǎn)帶面，提升何家溝典型行業(yè)廢水污染控制與治理科技水平

　　松花江一級(jí)支流何家溝流域兩岸分布100余家工廠，是典型的點(diǎn)源工業(yè)污染區(qū)。其中制藥廢水排放量巨大，是這一流域廢水處理的難點(diǎn)和關(guān)鍵。課題針對(duì)何家溝典型制藥廢水，開展了制藥廢水高效水解快速脫毒預(yù)處理研究，開發(fā)了微生物電輔助強(qiáng)化制藥廢水處理新工藝及裝置，形成了制藥廢水特征污染物深度削減菌群增強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)。通過(guò)技術(shù)綜合集成，實(shí)現(xiàn)制藥廢水中特征污染物的深度削減與高效穩(wěn)定去除。

　　制藥行業(yè)生產(chǎn)工藝原料利用率和提煉純度低，導(dǎo)致制藥廢水中殘留著大量高毒性、難降解有機(jī)物，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染�，F(xiàn)有制藥廢水以生物處理法為主，但傳統(tǒng)生物處理對(duì)制藥廢水的毒性去除能力弱，廢水中的毒性物質(zhì)可抑制微生物活性，從而影響生物處理單元效能的正常發(fā)揮。此外，制藥廢水具有較強(qiáng)的生物難降解性，廢水中的難降解物質(zhì)可穿透生物處理工藝而排入水體，其長(zhǎng)期存在于環(huán)境中，將會(huì)引發(fā)環(huán)境中細(xì)菌等微生物出現(xiàn)抗性基因，進(jìn)而對(duì)人群及其他水生生物產(chǎn)生毒害作用。

　　高效水解-微生物電輔助耦合技術(shù)首先在傳統(tǒng)水解酸化技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)了污泥循環(huán)型高效水解裝置，實(shí)現(xiàn)制藥廢水中難降解物質(zhì)向小分子揮發(fā)酸的定向水解，使廢水的可生化性大幅提高；其次，微生物電輔助技術(shù)通過(guò)外加電壓，為反應(yīng)裝置提供降解污染物所需要的氧化還原電位，打破污染物降解能壘，附著在電極表面的噬電微生物以廢水中有機(jī)物質(zhì)為電子供體，在高效水解裝置產(chǎn)生的大量小分子揮發(fā)酸作為共基質(zhì)的條件下，快速降解水中難降解及有毒有害污染物。

　　在理論研究和技術(shù)開發(fā)基礎(chǔ)上，課題組采用“高效水解—微生物電輔助—厭氧EGSB—好氧MBBR菌群增強(qiáng)”組合工藝技術(shù)，設(shè)計(jì)中試裝置并處理發(fā)酵類抗生素生產(chǎn)廢水，此工藝可有效降低發(fā)酵類抗生素生產(chǎn)廢水中的COD、氨氮和總氮，實(shí)現(xiàn)對(duì)特征污染物的深度去除，在滿足制藥廢水達(dá)標(biāo)排放的同時(shí)降低了能耗，縮短了廢水停留時(shí)間，為流域制藥廢水處理水平的提高提供技術(shù)支持。

　　重點(diǎn)突破，解決馬家溝污水處理廠建設(shè)限地瓶頸，改善流域綜合水質(zhì)

　　馬家溝上游新增多家企業(yè)及居民小區(qū)，污水量增大，污染物復(fù)雜，其斷面水質(zhì)遠(yuǎn)超出地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，且水質(zhì)水量波動(dòng)較大，而馬家溝污水處理廠建設(shè)用地僅2.8萬(wàn)m2，遠(yuǎn)小于常規(guī)工藝用地。因此，課題組需要研發(fā)不同季節(jié)、變負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行的污水處理技術(shù)及高節(jié)地型污水處理工藝。

　　在此情況下，課題合理調(diào)研、設(shè)計(jì)了以“污水—預(yù)處理—厭氧池—缺氧池—深井曝氣池—脫氣池—深度處理—出水”為主體工藝的水質(zhì)提升工藝。此工藝具有良好的處理效果及抗沖擊負(fù)荷能力。且工藝中的深井曝氣技術(shù)相比于傳統(tǒng)活性污泥法，不僅能有效減少工藝占地面積達(dá)50%以上，而且反應(yīng)速率和出水效果均有顯著提升。在以實(shí)際馬家溝污水為處理對(duì)象的實(shí)際操作中，課題通過(guò)參數(shù)調(diào)控，確定最優(yōu)的工藝運(yùn)行參數(shù)，達(dá)到最佳出水水質(zhì)，即在保證磷高效去除率的前提下，提高總氮去除率。此工藝為提高低溫變負(fù)荷污水的脫氮除磷效率提供了一種新的方式和思路。

　　示范工程以課題所研發(fā)的污染物深度削減技術(shù)為技術(shù)支撐，大幅削減了馬家溝流域內(nèi)的污染物。既解決了馬家溝截流管線在用水高峰期極易發(fā)生的污水溢流問(wèn)題，又可以為馬家溝提供清水水源。

　　長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，此技術(shù)可用于改善同流域水體水質(zhì)，達(dá)到改善流域水體環(huán)境、保證用水安全的目的。特別是對(duì)于北方的特定低溫水體，本課題成果技術(shù)前景廣闊，將得到廣泛應(yīng)用。

　　同時(shí)，針對(duì)馬家溝下游的哈爾濱污泥處理廠，課題組研發(fā)了“基于生物預(yù)發(fā)酵的瀝浸污泥好氧堆肥優(yōu)化技術(shù)”。此技術(shù)可以將生物瀝浸深度脫水工藝與好養(yǎng)堆肥工藝有機(jī)結(jié)合，縮短發(fā)酵單元的升溫周期，降低調(diào)理劑用量，減少污泥處理成本，為流域城鎮(zhèn)污水污泥處理水平的提高提供支持。馬家溝高節(jié)地型城鎮(zhèn)污水深度減排示范工程進(jìn)一步改善了馬家溝水體的水質(zhì)，改善了居民的生活水平，滿足國(guó)家的戰(zhàn)略需要和馬家溝上游地區(qū)的發(fā)展需要。

　　聚焦重點(diǎn)，突破阿什河流域重金屬及發(fā)酵廢水污染控制及資源回收技術(shù)

　　阿什河是松花江干流南岸支流，近年來(lái)，隨著阿什河流域水污染防治規(guī)劃項(xiàng)目的實(shí)施，阿什河水體水質(zhì)逐漸好轉(zhuǎn)。然而，以重金屬加工及酵母生產(chǎn)為主的工業(yè)園區(qū)的規(guī)劃建設(shè)，將顯著增加阿什河流域的入河負(fù)荷，進(jìn)而影響其水體水質(zhì)。

　　針對(duì)重金屬加工及酵母生產(chǎn)行業(yè)廢水水質(zhì)特點(diǎn)，課題組有針對(duì)性地開展了以污染控制及資源回收為核心的廢水處理技術(shù)攻關(guān)。結(jié)合重金屬生產(chǎn)廢水的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合污染特點(diǎn)，提出水質(zhì)分質(zhì)預(yù)處理與生物強(qiáng)化處理相結(jié)合的處理對(duì)策。針對(duì)含鉻廢水波動(dòng)大、銅鎳廢水沉淀效率差及有機(jī)物與重金屬絡(luò)合度大的技術(shù)難題，研發(fā)出基于ORP控制的高價(jià)鉻還原、序批重金屬高效沉淀及微電解/類芬頓聯(lián)合破絡(luò)的預(yù)處理技術(shù)；針對(duì)含重金屬有機(jī)廢水生物單元處理效能低的技術(shù)問(wèn)題，研發(fā)出水解強(qiáng)化的復(fù)合水解-PACT膜生物處理技術(shù)。

　　為解決生物處理單元抗沖擊負(fù)荷能力弱及生物活性受重金屬影響大的問(wèn)題，課題組通過(guò)解析污泥受重金屬抑制的規(guī)律，研發(fā)出粉末碳及功能菌劑投加的強(qiáng)化處理技術(shù)，提出了有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合污染重金屬?gòu)U水物化生化協(xié)同處理穩(wěn)定運(yùn)行策略，系統(tǒng)集成了分質(zhì)預(yù)處理、生物強(qiáng)化處理及吸附/多級(jí)膜分離單元，形成兩套適應(yīng)不同水質(zhì)要求的有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合污染重金屬?gòu)U水處理與回用技術(shù)體系，分別應(yīng)用于綏化及哈爾濱的電鍍廢水處理工程。

　　對(duì)于阿什河流域新增工業(yè)園區(qū)內(nèi)的高濃度發(fā)酵廢水，研發(fā)高濃度發(fā)酵廢液中有用組分的定向分離技術(shù)及基于“物化-生物”優(yōu)化耦合的高濃度發(fā)酵廢水有效處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)其資源化利用及達(dá)標(biāo)排放。研發(fā)的膜蒸餾-納濾/反滲透組合工藝可實(shí)現(xiàn)高濃度食品酵母生產(chǎn)廢液有用組分的回收與剩余廢水的凈化，使酵母生產(chǎn)廢液中的蛋白質(zhì)及其他有用組分（P、K、Fe、Mg等）得到富集濃縮，作為生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的原料進(jìn)行后續(xù)資源化利用，并使膜蒸餾產(chǎn)水得到深度處理，轉(zhuǎn)化為優(yōu)質(zhì)凈化水。與國(guó)內(nèi)外常用多效蒸發(fā)來(lái)處理高濃度發(fā)酵廢液的傳統(tǒng)技術(shù)相比，這一技術(shù)可實(shí)現(xiàn)酵母生產(chǎn)廢液的全部資源化利用，同時(shí)具有能耗低、占地小、操作簡(jiǎn)便、易于自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，可為目前我國(guó)發(fā)酵行業(yè)產(chǎn)生高濃度有機(jī)廢水的處理與資源化利用提供重要的技術(shù)支撐。同時(shí)，針對(duì)酵母生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的一般性發(fā)酵廢水（如洗灌水等）的水質(zhì)特點(diǎn)，提出了EGSB+A/O二級(jí)MBBR生物組合工藝處理高硫酸鹽、高氨氮發(fā)酵廢水關(guān)鍵技術(shù)，為有效削減阿什河的污染物入河量提供了有力支撐。

　　因地制宜，促進(jìn)農(nóng)業(yè)面源污染控制與廢物資源化技術(shù)應(yīng)用

　　海溝河屬阿什河支流，其周邊畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，大量畜禽糞便混入水體，增加了水體的COD及氨氮負(fù)荷，給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)高度壓力，相關(guān)化肥替代技術(shù)與清潔生長(zhǎng)技術(shù)的缺乏，亦加重了周邊環(huán)境負(fù)擔(dān)。因此，哈爾濱市市轄區(qū)優(yōu)控單元水污染防治形勢(shì)嚴(yán)峻，優(yōu)控單元農(nóng)業(yè)面源污染防控工作一直受到各級(jí)政府的高度重視。

　　本課題以畜禽糞便高效處置安全和還田技術(shù)為核心，通過(guò)好氧堆肥發(fā)酵、堆肥環(huán)境因子監(jiān)控以及農(nóng)田安全高效應(yīng)用等途徑，將畜禽糞便和農(nóng)作物秸稈等易造成環(huán)境污染的廢棄資源無(wú)害化，轉(zhuǎn)化為可利用的有機(jī)肥。并將有機(jī)堆肥與化肥配施，實(shí)現(xiàn)化肥替代并解決種養(yǎng)脫節(jié)問(wèn)題。

　　課題同步優(yōu)化集成了水土流失與農(nóng)田退水生態(tài)阻控技術(shù)以及農(nóng)田清潔生產(chǎn)技術(shù)，通過(guò)農(nóng)業(yè)綜合示范區(qū)示范推廣，實(shí)現(xiàn)海溝河支流水環(huán)境持續(xù)改善及松花江干流水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

　　在充分考慮控制單元的資源環(huán)境和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展現(xiàn)狀的前提下，項(xiàng)目建設(shè)符合國(guó)家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策，符合新農(nóng)村建設(shè)的發(fā)展方向和趨勢(shì)，符合生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的要求。課題為畜禽糞便和作物秸稈肥料化提供了技術(shù)路徑，并持續(xù)改善流域生態(tài)系統(tǒng)，有利地促進(jìn)了區(qū)域社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

　　課題提出了松花江流域農(nóng)業(yè)面源污染防控理念：種養(yǎng)結(jié)合、清潔生產(chǎn)、因地制宜、循環(huán)發(fā)展。并以此理念為指導(dǎo)，聯(lián)合養(yǎng)殖企業(yè)、種植合作社、農(nóng)機(jī)合作社、肥料企業(yè)、農(nóng)資經(jīng)銷商以及帶地入社農(nóng)戶，構(gòu)建事業(yè)發(fā)展共同體，遵照清潔生產(chǎn)導(dǎo)則和技術(shù)規(guī)程生產(chǎn)加工，打造水稻生產(chǎn)+加工+品牌銷售一體化產(chǎn)業(yè)鏈，踐行綠色生態(tài)水稻清潔種植，推動(dòng)農(nóng)牧循環(huán)發(fā)展。

　　目前，哈爾濱市市轄區(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，并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(chǎng)區(qū)，購(gòu)買設(shè)備儀器，辦理有機(jī)肥臨時(shí)登記證；推動(dòng)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)部門合作，清理、收集露天堆放牛糞，試生產(chǎn)有機(jī)肥，并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(guó)家農(nóng)業(yè)示范園區(qū)和鑫福成農(nóng)機(jī)合作社等單位示范農(nóng)業(yè)面源污染治理技術(shù)。

　　同時(shí)，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了技術(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)，指導(dǎo)大慶地區(qū)林甸縣碧野農(nóng)業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司生產(chǎn)食用菌基質(zhì)、苗床營(yíng)養(yǎng)土和育苗秧盤/缽。

　　綜合考量，多尺度修復(fù)松花江哈爾濱市段周邊生態(tài)系統(tǒng)

　　近年來(lái)，松花江干流哈爾濱市段周邊具有水源涵養(yǎng)功能的林地逐年減少、區(qū)域破碎，且隨著建設(shè)用地大幅增加，水陸交錯(cuò)帶亦隨之減少，由生態(tài)破壞和底泥內(nèi)源污染而導(dǎo)致的水生態(tài)問(wèn)題十分嚴(yán)峻。

　　課題以控制單元生態(tài)恢復(fù)為著眼點(diǎn)，以生態(tài)工程技術(shù)為落腳點(diǎn)，以保護(hù)、恢復(fù)和提高流域生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)、水土保持、凈化水質(zhì)等生態(tài)功能和景觀效能為主要目標(biāo)，立足技術(shù)的自主創(chuàng)新，強(qiáng)化技術(shù)的集成和示范，突破控制單元生態(tài)恢復(fù)存在的技術(shù)瓶頸，提升技術(shù)創(chuàng)新能力和科技應(yīng)用水平，實(shí)現(xiàn)控制單元生態(tài)功能顯著增強(qiáng)，區(qū)域水環(huán)境明顯改善，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展。

　　課題研發(fā)了植物生活史組裝技術(shù)和種子庫(kù)水分激活技術(shù)等水陸交錯(cuò)帶擬生態(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、SS去除率高的濕地植物4種（蘆葦/香蒲+小葉章+早熟禾）。通過(guò)以上4種植物構(gòu)建水陸交錯(cuò)帶濕地植被搭配模式，延長(zhǎng)植被生長(zhǎng)周期8天~10天，有效提高了植被蓋度，對(duì)徑流懸浮物SS的去除率有效提高。

　　種子庫(kù)水分激活技術(shù)研究不同水分梯度和不同土壤深度的種子密度，確定不同種子庫(kù)密度與水分的關(guān)系。通過(guò)對(duì)優(yōu)控單元水陸交錯(cuò)帶土壤種子庫(kù)研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)積水條件下土壤種子庫(kù)特種數(shù)最高，為38種，表層0cm~5cm土壤中無(wú)積水條件下物種數(shù)最多，為34種。同時(shí)，無(wú)積水條件下種子庫(kù)密度達(dá)1284粒/m2，其中0cm~10cm土層中種子密度占全部的80%以上，因此，在濕地生態(tài)修復(fù)工程中，確定以激活無(wú)積水條件下的0cm~10cm土層種子為首要目標(biāo)。此技術(shù)通過(guò)不同水分的調(diào)控，激活濕地土壤種子庫(kù)中響應(yīng)水分因子的植物種子萌發(fā)、生長(zhǎng)，修復(fù)植被組成結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物群落向頂級(jí)群落演替。采用不同時(shí)間不同頻次噴灌，控制土壤含水量為50%~70%，逐步恢復(fù)退化典型草甸，使其最終含水量為70%；到季節(jié)性積水期，恢復(fù)退化沼澤化草甸，控制地表水位4cm~10cm，進(jìn)一步恢復(fù)退化沼澤。

　　創(chuàng)新引領(lǐng)，驅(qū)動(dòng)控制單元水環(huán)境綜合信息數(shù)據(jù)庫(kù)與管理平臺(tái)建設(shè)發(fā)展

　　控制單元水環(huán)境信息獲取技術(shù)單一，水環(huán)境數(shù)據(jù)尚不完善。其中點(diǎn)源在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)未有效利用，自動(dòng)監(jiān)測(cè)站覆蓋率及監(jiān)測(cè)頻率低，點(diǎn)源管理未與河流水質(zhì)目標(biāo)管理建立響應(yīng)關(guān)系；面源污染水體的數(shù)據(jù)存在不全面、未考慮動(dòng)態(tài)變化等問(wèn)題。此外，當(dāng)前水環(huán)境管理平臺(tái)不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)在線監(jiān)測(cè)設(shè)備、海量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、水環(huán)境設(shè)備空間數(shù)據(jù)的共享與應(yīng)用，這嚴(yán)重阻礙了水環(huán)境管理平臺(tái)在控制平臺(tái)的有效利用與普及。

　　基于此，課題對(duì)控制單元的污染物排放數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析并建立重點(diǎn)源排放的時(shí)間序列函數(shù)。根據(jù)控制單元內(nèi)水容量分析結(jié)果，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉用水、城鎮(zhèn)生活用水、工業(yè)生產(chǎn)用水及生態(tài)環(huán)境用水調(diào)查數(shù)據(jù)，分析控制單元水資源供給及需求，利用水資源信息化技術(shù)完成對(duì)流域水資源信息的監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)采集和信息存儲(chǔ)管理，結(jié)合GIS空間管理以及水文模型的分析與仿真推演，對(duì)流域水資源的時(shí)空分布規(guī)律進(jìn)行有效判別，為控制單元水資源管理相關(guān)決策和規(guī)劃制定提供指導(dǎo)。

　　建立由物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、水質(zhì)智能化軟件、三維虛擬仿真服務(wù)集成的，用于專網(wǎng)應(yīng)用、面向互聯(lián)網(wǎng)公眾應(yīng)用及移動(dòng)專網(wǎng)發(fā)布的控制單元水環(huán)境發(fā)布系統(tǒng)。從數(shù)據(jù)服務(wù)、模型庫(kù)及決策支持3個(gè)層次構(gòu)建控制單元水環(huán)境決策平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)流域環(huán)境信息要素、水環(huán)境演變、水質(zhì)、水量、排污企業(yè)、污水處理廠、農(nóng)業(yè)面源污染和生態(tài)修復(fù)設(shè)施的綜合管理。

　　針對(duì)流域控制單元內(nèi)水體服務(wù)功能惡化以及長(zhǎng)效的污染排放管理手段不足的狀況，課題組結(jié)合黑龍江省省情，構(gòu)建了排污權(quán)交易和生態(tài)補(bǔ)償框架。針對(duì)化學(xué)需氧量和氨氮核算排污權(quán)交易一級(jí)市場(chǎng)分配總量、價(jià)格、期限和二級(jí)市場(chǎng)，構(gòu)建了流域排污權(quán)交易制度框架設(shè)計(jì)體系。從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，開展流域單元框架下的制度設(shè)計(jì)，構(gòu)建了控制單元污染補(bǔ)償機(jī)制方案。在方案實(shí)施過(guò)程中，課題組注意將科研成果與黑龍江省環(huán)境管理政策制定緊密結(jié)合，為《黑龍江省訥謨爾河和倭肯河流域跨行政區(qū)界水環(huán)境生態(tài)補(bǔ)償辦法（試行）》（黑財(cái)建〔2017〕272號(hào)）制度的出臺(tái)提供了較好的技術(shù)支持，課題成果為黑龍江省實(shí)行全面的流域生態(tài)補(bǔ)償工作進(jìn)行了有益的探索。

　　左薇 唐聰聰 劉曉星