“我的家在东北松花江上,那里有森林煤矿,还有那满山遍野的大豆高粱。……”蜿蜒绵长的松花江奔腾在沃野千里的黑土地上。松花江是我国七大河流之一,是黑龙江和吉林两省的母亲河,是东北老工业基地生存和发展的命脉。长期以来,流域环境污染随着流域经济的快速增长和人口的增加而加剧,污染事故频发,沿江工农业生产发展受到影响,饮用水安全受到威胁,渔业资源和生物多样性遭到严重破坏,沿江人群身体健康受到危害。松花江的环境污染已成为制约流域老工业基地发展的重要因素之一。松花江汇入中俄界河黑龙江,其水质安全对维护国家利益、中俄两

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突破多项关键技术 支撑松花江流域“水质改善”

2014-11-26 11:09 来源: 中国环境报 作者: 刘晓星

“我的家在东北松花江上,那里有森林煤矿,还有那满山遍野的大豆高粱。……”蜿蜒绵长的松花江奔腾在沃野千里的黑土地上。松花江是我国七大河流之一,是黑龙江和吉林两省的母亲河,是东北老工业基地生存和发展的命脉。长期以来,流域环境污染随着流域经济的快速增长和人口的增加而加剧,污染事故频发,沿江工农业生产发展受到影响,饮用水安全受到威胁,渔业资源和生物多样性遭到严重破坏,沿江人群身体健康受到危害。松花江的环境污染已成为制约流域老工业基地发展的重要因素之一。

松花江汇入中俄界河黑龙江,其水质安全对维护国家利益、中俄两国关系和边境地区经济发展具有重要战略意义。作为中国的老工业基地,松花江沿岸分布大量能耗高、排污严重的石化、化工等典型高事故风险污染源,属于高风险河流。

谈及松花江流域水污染的特点,黑龙江环境保护厅厅长李平介绍说,“与其他河流相比,松花江流域污染程度相对较轻并带有区域性的特点。过去一段时期内,松花江流域沿岸石化、化工等企业长期以来排放大量有毒有机污染物,导致渔业资源和生物多样性遭到严重破坏。同时,流域水污染事故频发,严重影响了沿江工农业生产和饮用水安全,影响了本地区的可持续发展。”

多年来,松花江流域以有毒有机污染为基本特征,工业废水是有机毒物污染主要来源。数据显示,石化、化工、煤化工、造纸、制药等对松花江有毒有机物的累计贡献率超过80%。松花江是冰封期长达5个月的河流,由于冰封期水量变小,有机物降解能力差等原因,水环境污染加剧,有机污染十分突出,严重影响其使用功能。同时,流域水污染事故频发,严重影响了沿江工农业生产和饮用水安全。

国家和地方政府高度重视松花江流域污染防治工作,2007年将松花江流域水污染防治工作提高到更高的战略位置,提出让松花江流域“休养生息”,促进全流域的可持续发展与和谐稳定。

国家水体污染控制与治理科技重大专项(以下简称“水专项”)紧密结合松花江流域水污染治理重大科技需求,围绕“高风险污染源较多、冰封期水质污染加剧、跨国界”流域核心问题,系统研究松花江的水环境污染特征,开发松花江风险污染物控制与治理、高风险水污染源管理、水环境质量风险监控与管理等方面关键技术,建立松花江水环境风险管理体系,为松花江水污染防治规划的落实提供关键技术,为实现松花江的水质安全与水生生态安全以及跨界水环境管理提供技术支持。

水专项松花江项目负责人王业耀介绍说,水专项紧密结合松花江流域重大治理行动,实现了“专项实施支撑流域规划实施”、“技术突破与应用示范”、“治理技术与管理技术”、“上游统筹与出境控制”相结合,突破了松花江流域风险污染物削减和风险管理技术瓶颈,支撑流域“水质改善”和“风险防控”,在松花江流域水污染治理中发挥了重要的科技支撑和引领作用,取得了显著成效。

构建流域水污染防治与水质安全保障技术体系

突破重点行业有毒物质减排与污染负荷削减技术瓶颈,构建高风险河流水污染防治与水质安全保障技术体系,实现控源减排稳定达标。

“传统的离子交换工艺,存在离子交换容量低和需要大量水反冲洗等固有缺陷,且树脂使用一段时间后需要消耗酸、碱进行活化,这些酸碱最终变成盐进入废水,造成污染,且难于处理,严重制约了玉米深加工行业清洁生产水平。” 长春大成新资源集团有限公司项目技术负责人刘康锐向记者详细介绍了玉米深加工过程中令人头疼的“瓶颈”问题。

针对玉米加工行业资源消耗高、污染排放强度大、污染控制成本高等制约行业可持续发展的三大技术瓶颈,水专项突破“赖氨酸清洁生产-高盐有机废水处理-双膜脱盐”集成技术,在长春大成实业集团有限公司建设了示范工程。

长春大成实业集团有限公司清洁生产示范工程通过示范工程水分级和分质利用,年减少新鲜水用量180万吨,减排污水150万吨,减少COD排放超过5000吨。每年为公司创造价值1301万元,并显著降低松花江长春段的环境压力。

中科院过程工程研究所谢勇冰博士介绍说,这项脱盐技术的工作机理是:电渗析装置由阴、阳离子选择透过性膜有序排列组装,在电场作用下离子通过选择性跨膜迁移后形成脱盐室和盐浓缩室,流经脱盐室的溶液被脱盐,流经盐浓缩室的溶液则含盐量增高。糖溶液流经脱盐室,而让另一载体水溶液流经盐浓缩室。在电场的作用下,阴阳离子通过电渗析膜发生迁移,糖溶液的盐分得以脱除。糖溶液可一次脱盐85%以上,也可循环脱盐达到更高的脱盐率。

刘康锐介绍说,通过示范工程对水进行分级和分质利用,年减少新鲜水用量180万吨,减排污水150万吨,减少COD排放量超过5000吨,每年为公司创造价值1301万元。随后,新技术在大成集团内全面推广,实现减排COD 3.3万吨,显著降低了松花江长春段的环境压力。

石化、化工、粮食深加工、制药、造纸等行业COD排放量超过全流域工

业COD排放总量的90%,工业废水排放是松花江主要有机毒物来源,长达5个月的冰封期使其高环境风险加剧。针对以上特点,水专项突破重污染行业污染物减排及松花江冰封期水质安全保障关键技术36项,形成高环境风险河流水污染防治与水质安全保障技术体系。

针对化纤(腈纶)废水中有毒和难降解污染物减排存在的技术问题,水专项突破了化纤废水有毒有机物减排关键技术,基本解决了松花江DMAC特征污染物污染问题。研发了化纤废水 “高分子聚合物截留-A/O生物膜-氧化混凝”集成工艺,在目前中国第二大、世界第五大腈纶纤维生产企业吉林奇峰化纤股份有限公司(《松花江流域水污染防治“十一五”规划》重点监控企业)进行应用,实现了DMAC、丙烯腈等有毒及难降解有机物的稳定去除,每年能够减排特征有机污染物N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)38吨、丙烯腈5吨,削减率93.8%,基本解决了松花江DMAC特征污染物污染问题,并且废水处理成本降低30%以上,为松花江流域化纤行业有毒有机物减排提供了技术支撑。

图为化纤废水“高分子聚合物截留-A/O生物膜-氧化混凝”集成工艺在吉林奇峰化纤应用的示范工程

针对石化丙烯腈废水中高氨氮、高氰化物现有技术处理成本高的问题,水专项研发了组合处理工艺,处理成本大大降低。研究并优化了丙烯腈生产废水“膜分离-辐射分解-生物处理”组合工艺,氰化物回收率82%~90%,丙烯腈、丁二腈、吡唑等有毒有机物明显去除。吨水运行成本为80~120元,低于传统焚烧处理工艺的200~300元,运行成本降低超过50%,处理出水达到《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)三级标准。这一成果可为高氨氮、高氰化物、高有毒有机物废水的处理提供技术支撑。

针对煤化工行业废水成分复杂、浓度高、毒性强等特点,水专项研发了煤化工废水深度处理的技术和设备,在全国进行产业化推广。分别在七台河宝泰隆煤化工有限公司和中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司建设示范工程。实现直接减排废水170万立方米/年,减排COD 13500吨/年以上,苯并呋喃等有毒有机物在生产过程中得以去除,显著减少了排入松花江的污染物,减轻了流域的污染负荷,每年可为两家示范工程企业创造经济效益5825万元。目前,这项成套技术被鞍钢、武钢、攀钢、沈煤、丹东煤气化等单位选用,成为国内首套可以低成本深度处理焦化废水的产业化技术。

针对松花江冰封期沿江污水处理厂不能稳定达标排放的问题,水专项在低温菌剂构建和工艺集成方向取得技术突破,形成寒冷区域城市污水厂低温期稳定运行技术体系。以沿江污水厂入江污染物负荷削减为目标,开展冰封期沿江污水处理厂生物强化及工艺优化技术研究与工程示范。

立足于“生物强化”和“工艺优化”两个方面,开展城市污水厂低温期污染物强化去除的技术研究,在低温菌剂构建和工艺集成方向取得技术突破,研发出6套城市污水处理厂功能升级工艺优化技术,示范工程处理总水量38万吨/天,冰封期出水水质稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准,年削减氨氮 2646.25吨,降低了流域冰封期氨氮生态风险,为全流域污水处理厂的提标改造和冰封期水质稳定达标提供了技术支撑。

集成流域风险和跨界河流管理技术

针对高风险污染源,构建风险源管理信息系统,集成松花江流域风险和跨界河流管理技术,为流域风险防控提供有效支撑。

多年来,松花江流域以有毒有机污染为基本特征,而工业废水是有机毒物污染的主要来源。水专项基于综合指标评分排序法发展了适合松花江流域水体优先污染物的排序模型及方法,建立了一套生态风险评价指标体系,提出了包括多环芳烃类、氯代苯类、氯酚、硝基苯和阿特拉津等50种污染物的松花江生态风险污染物名录及优先序。筛选使用松花江流域合适的暴露模型,研究了代表性污染物的剂量-效应关系,评估其风险。

众所周知,松花江流域风险主要来自于沿岸的高风险源突发性事故引起的大宗有毒化学品向河流排放。

水专项建立了水环境风险源识别指标体系,提出了水环境风险源识别评价阈值确定方法及风险等级划分方法。在此基础上,研发了水环境风险源管理信息系统、松花江水环境污染事故时空模拟系统以及面向水污染突发事件的松花江流域干流水库群联合调度决策支持系统,为松花江流域水环境风险源的管理提供了有效手段。研发了松花江水环境污染事故时空模拟系统,开发了面向水污染突发事件的松花江流域干流水库群联合调度决策支持系统。构建了松花江干流及主要支流风险管理水动力和水质模型,识别了松花江流域内水污染突发事件的六大高风险区域,明确了发生事故后的34处取水口及11个重要断面的保护目标,设置了210种水污染突发事件情景方案,共生成975个应急调度方案,对每种方案下污染团的迁移过程进行了模拟,组成了面向不同水污染突发事件的应急调度方案集。为松花江流域水质评价、预警、污染事故应急响应和指挥决策提供了重要技术保障。

水专项还研究了基于跨国界影响的松花江水质管理目标,提出中俄界河分阶段水质目标建议值,提出了中俄水环境管理框架技术体系,构建中俄界河及松花江出境河段水环境监控与预警系统。

为流域环境管理提供有效支撑

揭示松花江流域污染特征,制定松花江污染治理路线图,推动了流域规划实施,休养生息成果显著。

水专项项目形成的一系列标准、方案、政策建议、管理平台的应用和部署运行,有效支撑了松花江流域环境管理。随着流域沿岸风险源风险防控体系和流域监控预警体系的构建,突发性环境事故得到控制,干流没有发生污染事故,整个流域事故发生风险降低;流域风险污染物浓度呈现降低趋势,污染物生态风险降低。研发的关键技术解决了规划项目的技术瓶颈问题,通过示范工程建设,支撑COD年减排总计5.06万吨。

正如吉林省环保厅副厅长王林溪所言:“水专项项目研究成果与地方管理需求紧密结合,有效支撑了流域水环境管理,为松花江流域水环境风险防范提供了依据。部分研究成果为《松花江流域水污染防治规划(2011-2015年)》所采纳,为推动松花江流域从‘水质目标’向‘水生态目标’管理转变提供了技术支持。”

黑龙江环境保护厅厅长李平介绍说,水专项紧密结合松花江流域水污染治理重大科技需求,围绕“高风险、跨国界”等流域水环境特征,研发流域有毒有机物削减、风险防控和跨界水环境管理等关键技术,建立流域水环境管理决策支持平台,为松花江流域水质与水生态安全以及跨界水环境管理提供技术支持。由于国家和地方政府的重视,随着水专项推动、流域污染防治规划的实施,目前松花江流域水质趋于好转,总体为轻度污染。

来自黑龙江省环保厅的数据显示,松花江高锰酸盐指数等常规指标逐渐得到控制,达标断面数量逐年上升。Ⅰ~Ⅲ类水质断面由2006年的24.0%上升到2012年的58.0%;劣Ⅴ类水质断面由2006年的21.0%下降到2012年的5.7%。断面总体水质由2006年中度污染转变为2012年的轻度污染。

李平介绍说,从调研的资料来看,松花江野生鱼类种群得到恢复,处在食物链高端的凶猛鱼类数量增多、体重增大,一些珍贵鱼类重回松花江;水鸟数量呈逐年增加趋势,东方白鹳等珍稀水禽在松花江入黑龙江口的湿地已有稳定的种群栖息。

“十一五”以来,松花江流域水污染治理取得了关键性进展,流域有毒有机污染逐渐减轻,水生态逐步恢复,部分珍贵鱼类重回松花江,为流域“休养生息”和生态文明建设奠定了坚实的基础。在全面建设生态文明流域的新阶段,松花江流域面临着风险有效防控和生态完整性恢复的新任务和目标。有毒有机物污染控制、生态完整性恢复任重道远。

正如李平所言,目前松花江流域水质趋于好转,总体为轻度污染,溶解氧上升,水生态系统初步得到恢复,为河流水生态修复奠定了基础。但是,目前松花江流域仍然存在一些突出水环境问题。主要表现为:一是干流各主要江段均检出有毒有机物,沿岸现存及拟建设的“千亿吨级”石化产业基地、“千万吨级”油气生产基地仍是潜在重大风险源;二是部分支流污染严重,阿什河、伊通河、饮马河和呼兰河部分断面水质为劣Ⅴ类;三是作为国家粮食增产计划主产区,流域农业非点源污染存在加剧的趋势;四是流域水质季节性变化明显,融雪期“桃花汛”污染严重。

对于“十二五”的水专项工作,李平建议:一是分阶段推进松花江流域水污染治理和水生态保护;二是严格控制有毒有机物排放,降低流域水环境风险;三是控制流域非点源污染,推进流域水质持续改善;四是完善流域水环境管理与监控预警体系,确保出境水质安全。

据了解,“十二五”期间,水专项将继续完善风险源防控管理平台,建设风险源监控预警系统,形成较完善的风险防控技术体系。从松花江流域“十二五”发展规划来看,石化、煤化工、粮食深加工等行业是流域经济增长的主导行业,拟建的“千亿吨级”石化产业基地、“千万吨级”油气生产基地属于高事故风险污染源,易向环境排放有毒有机污染物。

“十二五”期间,工业点源控制依然是有毒有机物控制的关键。由于流域没有制定相应的特征污染物的排放限值,无法考核这些工业企业特征有毒有机物的排放影响,建议制定流域特征有毒有机物排放限值,严格控制有毒有机物的排放,降低流域生态风险。

结合污染源分析数据,在重要水源地、跨界和出境等典型断面开展生物综合毒性监测试点,推广流域试点开展的水生态监测。开展流域部分典型特征污染物基准值研究,为流域“一河一策”水质标准制定奠定技术基础。

溶解氧作为重要的水质和水生态衡量指标,近几年在松花江流域干流浓度基本在5mg/L以上,流域已经具备了水生态恢复的基础。水专项提出将在流域开展水生态完整性评价与恢复研究工作,分河段、分阶段制定松花江流域水生态完整性恢复技术方案,为政府资源管理和环境保护工作提供技术支撑。同时,研发珍稀鱼类栖息地、水生生物及重要生境生态恢复关键技术,并进行示范研究。

原标题:向水生态目标管理转变底气渐足

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