上海面源污染最佳管理措施研究

在接下來的20世紀(jì)或30年代，污染在發(fā)達(dá)國家引起了廣泛關(guān)注。許多國家對城市環(huán)境污染和控制進(jìn)行了深入研究，制定了規(guī)章制度和技術(shù)體系。其中最具代表性的是美國的最佳管理措施BMPs(BestManagementPractices)。我國城市面源污染控制研究起步較晚在當(dāng)前的面源污染管理的規(guī)劃與實(shí)施過程中需要學(xué)習(xí)和吸收發(fā)達(dá)國家的經(jīng)驗(yàn)。1bmps過程城市面源污染由于其時空范圍廣,不確定性大,成分過程復(fù)雜,因而控制的難度較點(diǎn)源污染更高。美國在20世紀(jì)60年代開始重視面源污染,于70年代末提出了城市雨水資源管理和雨水徑流污染控制的BMPs,隨后進(jìn)行了不斷的改進(jìn)和完善。BMPs是自源頭起控制城市面源污染的一整套思想與方法的代表,已經(jīng)在其他各國相繼得到應(yīng)用和發(fā)展。BMPs是一個或幾個措施的組合,目的是防治和削減進(jìn)入受納水體的面源污染物,使之符合水質(zhì)目標(biāo),并要求在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上切實(shí)可行。USEPA把BMPs定義為“任何能夠減少或預(yù)防水資源污染的方法、措施或操作程序,包括工程、非工程措施的操作和維護(hù)程序”。其中非工程性措施包括法律法規(guī)措施、污染源控制等;工程性措施包括調(diào)蓄設(shè)施、滲透設(shè)施、植被控制和過濾設(shè)施等。2控制措施的篩選與選擇由于面源污染的控制措施種類繁多,所以決策過程可以分為兩步:第一步根據(jù)應(yīng)用區(qū)域的實(shí)際情況對各種控制措施進(jìn)行篩選,確定適用的面源控制措施;第二步則根據(jù)先前篩選的結(jié)果建立面源控制的可行性方案,然后對方案進(jìn)行分析和比選,最終確定適合當(dāng)?shù)厍闆r的最優(yōu)方案。2.1工程性措施的篩選原則非工程性措施的內(nèi)容和作用、效果難以定性和定量,因此篩選就比較困難并且偏重于經(jīng)驗(yàn)判斷。篩選過程中應(yīng)根據(jù)應(yīng)用區(qū)域的特點(diǎn)有針對性地選擇。非工程性措施的實(shí)施有賴于政府部門特別是地方政府部門的職能,所以相關(guān)部門必須盡快制定和執(zhí)行強(qiáng)制性的法律法規(guī)。非工程性措施的實(shí)施需要公眾參與,因此相關(guān)措施必須考慮能夠被公眾接受。工程性措施則更為具體和有針對性,同時也具有更多的局限性,因此其篩選過程應(yīng)該更為詳細(xì)和精確。工程性措施的篩選主要考慮如下因素:(1)污染物的去除。所采用的控制措施對目標(biāo)污染物必須能夠達(dá)到期望的去除效率。(2)占地面積。由于城市土地資源緊缺,必須考慮處理措施的占地面積,而一些占地面積較大的地面工程性措施往往會受到限制。(3)服務(wù)面積。每種工程性措施均有一定的服務(wù)范圍,所選用的措施必須能夠服務(wù)于整個相關(guān)排水區(qū)域,對于較大的排水區(qū)域在執(zhí)行控制措施時應(yīng)當(dāng)進(jìn)行分割。(4)土壤特性。不同的工程性措施對土壤有不同的要求。滲透設(shè)施一般適用于透水性的土壤,而滯留設(shè)施一般適用于不透水性土壤,在執(zhí)行過程中必須熟悉應(yīng)用區(qū)域的土壤條件(5)地下水位。排水區(qū)域的地下水位對工程性措施的應(yīng)用有較大的影響。一般來說較高的地下水位會限制滲透和過濾設(shè)施的使用,而人工濕地等措施則需要較高的地下水位。(6)可行性。所選用的控制措施必須在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上可行。對以上評價標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行細(xì)化并且進(jìn)一步量化或者分級,從而建立較為詳細(xì)的篩選標(biāo)準(zhǔn),對擬采用的控制措施進(jìn)行打分,縮小可選控制措施的范圍,最終確立符合條件的面源污染控制措施。2.2面源污染控制方案根據(jù)以上篩選結(jié)果對控制措施進(jìn)行有機(jī)組合以確定面源控制方案。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況不同,方案可以是單個的控制措施,但是更廣泛的應(yīng)用則是包括法規(guī)控制、源頭控制和工程性措施的綜合方案。確定方案的常用方法有以下兩種:(1)針對已知的城市面源污染問題和污染物削減要求確定方案。例如,為了控制水體富營養(yǎng)化,必須選用針對營養(yǎng)類物質(zhì)的控制措施的組合。該方法的結(jié)果可能會側(cè)重于工程性措施的應(yīng)用,但是非工程性措施(如建立法規(guī)控制含磷洗衣粉的使用等)同樣需得到重視。(2)對于一般的綜合性控制目標(biāo),可以建立不同等級的面源污染控制方案。例如,可以根據(jù)污染物去除效率將方案分為低、中、高三個等級。最低等級的控制方案采用最簡單、最經(jīng)濟(jì)的方法對主要的污染問題進(jìn)行控制;第二等級的控制方案可以在最低等級方案的基礎(chǔ)上,通過增加其他的控制措施或者擴(kuò)大原有措施的規(guī)模來實(shí)現(xiàn)更高的控制目標(biāo);最高等級的控制方案可以在第二等級的控制方案基礎(chǔ)上進(jìn)一步擴(kuò)充,以達(dá)到更高的控制要求。建立了若干控制方案之后,可以選擇某種分析方法,如整體性分析、費(fèi)用效益分析等對方案進(jìn)行綜合分析,以期得出合理的結(jié)果。3上海城市環(huán)境污染防治計劃3.1徑流污染調(diào)查上海市雨量充沛,多年平均降雨量為1200mm左右,雨水徑流攜帶大量污染物進(jìn)入城市水體。為掌握城區(qū)面源污染的負(fù)荷與污染物出流規(guī)律,2003年—2005年上海市水務(wù)局在市科委的支持下對上海市地表徑流和雨天泵站排江雨(污)水進(jìn)行了連續(xù)監(jiān)測初步掌握了上海市區(qū)特別是蘇州河沿岸徑流雨水的水質(zhì)特性與污染負(fù)荷。監(jiān)測結(jié)果表明市區(qū)地表徑流污染相當(dāng)嚴(yán)重,而受雨污混接的影響,蘇州河沿岸3座分流制泵站出流雨水的污染程度不僅大大超過地表徑流,甚至略高于合流制泵站的溢流雨(污)水,這一點(diǎn)與國外相關(guān)調(diào)查的報道結(jié)果有明顯差異。為著手解決由歷史原因造成的分流制系統(tǒng)雨污混接的嚴(yán)重問題,對蘇州河沿岸的芙蓉江和劍河排水系統(tǒng)內(nèi)的混接情況開展了詳細(xì)調(diào)查。調(diào)查結(jié)果顯示芙蓉江泵站6.93km2的服務(wù)區(qū)域存在各類混接點(diǎn)482個;劍河泵站約2km2服務(wù)區(qū)域內(nèi)存在各類混接點(diǎn)62個。作為推動面源污染控制的前期基礎(chǔ)工作,正在進(jìn)行的研究工作還有分流制、合流制排水系統(tǒng)污染特性的對照,地面徑流量削減技術(shù)(透水性地面、低草坪)、溢流雨水就地處理工程性試驗(yàn)等。3.2污染負(fù)荷+人口稠密上海市具有地下水位高、土地資源高度緊缺、城區(qū)人口稠密、面源污染負(fù)荷高等區(qū)域特點(diǎn)。按照上述措施篩選方法并結(jié)合上海城區(qū)的特點(diǎn),篩選出適合于上海市區(qū)的主要非工程性和工程性措施如表1所示。3.3雙雨水排放高效措施上海市通過合流污水治理一期和二期工程使城區(qū)生活污水和工業(yè)廢水的截流輸送比例>70%,污水經(jīng)過竹園、白龍港、石洞口污水處理廠處理后外排,有效地控制了城區(qū)點(diǎn)源污染負(fù)荷,但是市區(qū)多數(shù)水體仍未達(dá)到水功能區(qū)劃的要求。通過實(shí)施調(diào)水工程蘇州河的黑臭問題基本得到解決但是水體仍不能穩(wěn)定地達(dá)到景觀水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。為了解決蘇州河雨天溢流引起的短時水質(zhì)惡化,目前以削減蘇州河沿岸泵站雨天的排江水量為目標(biāo),制定并實(shí)施了面源污染管理方案。在非工程性措施方面,改變以防汛為中心的觀念,一方面降低泵站運(yùn)行水位以充分利用系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)蓄容積;另一方面實(shí)行晴天與雨天兩種不同的運(yùn)行管理模式:降雨前使用截流泵預(yù)先抽空管道,提高排江泵的開、停車水位,延長截流泵開車時間等。為保證上述措施的實(shí)行,并為今后實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制打下基礎(chǔ),建立了泵站運(yùn)行狀況SCADA系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過無線傳輸,每5min發(fā)送一組降雨量、前池水位與水泵運(yùn)行狀況數(shù)據(jù),以便控制中心對數(shù)十座泵站統(tǒng)一調(diào)度和管理。采取上述措施后,已有效地減少了蘇州河沿岸泵站雨天的排江水量。在工程性措施方面,改造了少數(shù)尚無污水截流設(shè)施的合流制系統(tǒng),建造了旱流期間水泵試車的回流設(shè)施。而最受關(guān)注的是調(diào)蓄池的建設(shè),上海市為了削減蘇州河沿岸泵站雨天的排江量,投入大量資金建造了5座地下調(diào)蓄池以控制合流制系統(tǒng)雨天溢流(見表2)。其中夢清園和成都泵站調(diào)蓄池已通過驗(yàn)收,其余3座均在建設(shè)中。從上海城區(qū)面源污染控制的長期目標(biāo)出發(fā),可以考慮采用第二種確定方案的方法:從時間和區(qū)域兩個不同的角度建立面源污染控制方案,逐步實(shí)現(xiàn)面源污染綜合治理的目標(biāo)。從時間角度上說,要同時重視近期和遠(yuǎn)期的污染控制目標(biāo)和控制方案規(guī)劃,將上述篩選出來的控制措施根據(jù)條件分階段實(shí)施,逐步提高面源污染的控制目標(biāo)。從區(qū)域的角度來說可以對不同的區(qū)域按照實(shí)際情況確定合理的控制方案。對于一般的區(qū)域,可以從非工程性的管理措施入手,如加強(qiáng)道路清掃、管道清淤、雨水口清撈等有效的控制措施;而對于環(huán)境要求高的敏感區(qū)域,除了采用上述非工程性措施外,還可以直接采用雨水調(diào)蓄池等見效快的工程性措施。除上述5座用于合流制系統(tǒng)溢流控制調(diào)蓄池之外,已經(jīng)通過審批的上海市2010年世博會世博園區(qū)雨水專業(yè)規(guī)劃,擬投資3249萬元為世博園浦東片區(qū)3個分流制雨水系統(tǒng)分別修建初期雨水調(diào)蓄池,總調(diào)蓄容積達(dá)到18050m3,調(diào)蓄雨水量達(dá)到30m3/hm2,以減少初期雨水對世博園區(qū)黃浦江敏感河段的污染。對世博園區(qū)新建永久性建筑,采用地下存儲池存儲屋面清潔雨水,供戶外市政雜用,存儲池容量約為30L/m2屋面。城市雨水的資源化利用,不僅節(jié)省了寶貴的城市水資源,還可削減城市面源污染負(fù)荷,是構(gòu)建上海城市雨水綜合管理方案的重要措施之一。此外,上海市正在規(guī)劃對超過污水廠處理能力的雨天混合污水實(shí)行適度集中的就近處理,目前正在進(jìn)行工程性試驗(yàn)。4面源污染控制措施BMPs是為國外實(shí)踐證明行之有效的削減城市面源污染的綜合管理措施。由于面源污染的復(fù)雜性和多樣性,城市面源污染控制方案必須是非工程性和工程性控制措施的結(jié)合。面源污染是每個城市發(fā)展過程中都將遇到的問題,對面源污染控制措施要進(jìn)行仔細(xì)篩選和合理組合以確定最適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的綜合控制方案。