2013年中国环境科学-城市水资源与水环境可持续发展对策

“中国梦”习近平总书记指出：“实现中华民族伟大复兴，就是中华民族近代以来最伟大的梦想”“中国梦”的内涵是实现国家富强、民族复兴、人民幸福、社会文明“中国梦”归根到底是人民的梦，为人民造福是我们的责任第一页，共38页。第一页，共38页。水是一切问题的核心能源粮食环境健康人居水水21世纪人类生存六大热点科学问题第二页，共38页。第二页，共38页。经济持续快速增长城市化进程加快城市人口密集工业集中水资源严重匮乏4亿人饮用不合格水环境容量超出极限生态环境严重恶化国家重大需求人均水资源拥有量仅为世界平均值1/4地表水水质状况90%以上城市水源受到不同程度污染随着社会经济快速发展，水环境问题日益严峻，资源环境约束加剧第三页，共38页。第三页，共38页。我国的生存压力与发展瓶颈——总体资源大国，人均资源小国0510152025中国主要资源占世界总量比例（%）人口国土面积耕地水资源森林面积草地面积石油天然气煤可再生资源承载基础不可再生能源国土面积：17％为世界屋脊；33％是干旱荒漠区；35％土壤侵蚀和荒漠化；55％不宜生活和生产国家重大需求第四页，共38页。第四页，共38页。国家重大需求━资源型缺水严重我国淡水资源：世界人均的1/470%的城市供水不足，约20%的城市严重缺水水资源分布严重不均每年因缺水造成损失2000-3000亿元用水紧张警戒线1700缺水警戒线1000严重缺水警戒线500第五页，共38页。第五页，共38页。根据2005-2011年《中国环境状况公报》，尽管国家“十一五”投入大量资金，七大水系水体环境污染尚未得到有效的控制。如图水质类别比例In2007In2009In2011In2005历年环保投入国家重大需求─污染型缺水突出第六页，共38页。第六页，共38页。难降解工业废水处理─世界性难题随着社会经济快速发展，水环境问题日益严峻化工、印染、制药等行业高浓度、难降解废水，污染危害触目惊心，是水生态破坏的主要污染源污染重威胁健康损失巨大毒性大中国涉工业水污染“癌症村”上虞化工企业排放污水淮河水污染第七页，共38页。第七页，共38页。2013中国可持续发展战略报告━中科院报告主题为“未来十年的生态文明之路”。当前，我国各类污染物排放量均居世界首位，并远超自身环境容量第八页，共38页。第八页，共38页。2013中国可持续发展战略报告━中科院报告认为，我国在经济增长的背后付出了惨重的环境代价“先污染后治理”路径并未摆脱，重蹈了西方发达国家的覆辙作为一个发展中国家，中国还是将经济发展作为第一要务，终因发展与环保难以两全，造成了今天环境问题依然严峻的局面在高速工业化和城市化的进程中，环境治理速度赶不上污染排放的速度，所取得的成绩被污染排放和生态破坏所淹没由于发展阶段的限制，我们面临着观念、技术、资金、管理的系统性障碍我国经济整体处于全球产业链的低端，以资源、能源和污染密集型产业及产品为主，加大了资源环境压力和治理难度

第九页，共38页。第九页，共38页。城市水包含着水的自然循环和社会循环“大系统”，并且两者之间相互制约、相互依存。“城市水”内涵与任务自来水厂达标排放水饮用水水源城市取水供水排水城市水社会循环污水处理厂水体水自然循环每年有机污染物排放总量为2500万吨，运行费60亿元第十页，共38页。第十页，共38页。“城市水”内涵与任务自来水厂达标排放水饮用水水源城市取水供水排水回用水集中点源污染物资源能源污染物城市水社会循环污染物资源分散面源污染物(农药等)2000前现在将来污水处理厂第十一页，共38页。第十一页，共38页。“城市水”内涵与任务城市水资源和水环境永续发展的城市水健康循环A城如何改善我国城市水资源与水环境（水生态）？是否污水排放标准越高，环境与生态质量越好？第十二页，共38页。第十二页，共38页。关键问题第十三页，共38页。第十三页，共38页。日本琵琶湖治理启示琵琶湖是日本第一大淡水湖，位于京都附近。随着湖边工业发展和人口增长，大量污水排放导致水质恶化，水体富营养化1984年制定湖泊法后，采取了完善污水处理设施、提高排放标准并严格执行，但水质没有改善，为什么？第十四页，共38页。第十四页，共38页。环境容量有限，即使全部“达标排放”环境也无法承载城市水资源与水环境改善根本开源与节流改善目标助推资源化如何改善我国城市水资源与水环境(水生态)？第十五页，共38页。第十五页，共38页。自来水厂饮用水水源城市达标排放水取水供水排水回用水城市水社会循环达标排放水取水供水排水Ⅲ类水体标准COD≤20mg/LⅠ级A排放标准COD≤50mg/L开源与节流改善措施年份人口规模(万人)最高日用水量(万吨)节水后预期日用水量(万吨)Ⅰ级A标准排出COD(吨/天)201030010579（24%）3.9201535012374（40%）3.7202040714257（60%）2.9哈尔滨市主城区发展规模状况预测表污水处理厂第十六页，共38页。第十六页，共38页。水生态与环境改善的关键：减排是非常重要的措施━━开源与节流节流：减少用水量→减少排污量开源：开辟非常规水资源━如污水开源与节流节流节约用水清洁生产控源减排开源其他非常规水污水回用污水梯级利用开源与节流改善措施清洁生产污水回用控源减排第十七页，共38页。第十七页，共38页。赖氨酸提取工艺：离子交换脱盐→直接结晶，节约大量新鲜水实现工艺系统污水和污染物近乎零排放开源与节流改善措施━清洁生产长春大成集团：

2万吨/年赖氨酸高效发酵-直接结晶工程节水减排----玉米深加工企业清洁生产━年减排污水30万吨，减排有机污染物1725吨。节约数千吨液氨和盐酸第十八页，共38页。第十八页，共38页。城市节水减排：哈尔滨市案例哈市主城区350万人，日供水量当前为79.3万吨，日节水量>15万吨哈市城市污水结构改变：工业/生活污水由6:4→4:6，工业节水显著━━《哈尔滨市（市区）节水型社会建设规划》（2009-2020）开源与节流改善措施━污水回用年份200720112015(预测)2020(预测)工业用水回用比率62%78.1%82%88%万元GDP产值水耗（m3）59433325哈尔滨市区节水型城市建设存在较大潜力（发达国家10.4m3/万元）第十九页，共38页。第十九页，共38页。污水处理厂技术开发和升级改造问题：启动难、稳定运行难、能耗高冰封期沿江支流城市污水处理厂强化减排削减松花江支流排污总量保障冰封期松花江水体水质安全开源与节流改善措施━控源减排北方寒冷地区点源污染强化减排是难题，我们承担了国家水重大专项，针对黑龙江和吉林两省沿松花江流域污水处理厂，开发各项技术冰封期重工业基地变负荷废水处理氮磷去除技术━嫩江-齐齐哈尔污水处理厂工程示范低温菌剂强化启动及温度运行/CASS污水处理工程示范冰封期工业园区型复合污染高效去除技术集成━蜚克图河-宾西城市污水处理厂工程示范污染信息库建立/泥膜复合生物处理技术工程示范冰封期混合废水处理低温稳定运行技术集成━大庆安肇新河-大庆污水处理厂工程示范寒地膜生物反应技术工程示范/寒地两级BAF技术的工程示范第二十页，共38页。第二十页，共38页。松花江流域年度环境状况近3年，Ⅰ-Ⅲ类水体断面从23%提高到45%，而Ⅴ-劣Ⅴ类从21%减少到12%━2004年-2011年《中国环境环境状况公报》特别是目前松花江流域哈尔滨江段水质改善显著，Ⅲ类水质断面比例至2010年达到100%；冰封期冰层下溶解氧高达7mg/L以上“十一五”松花江流域在黑龙江和吉林努力下，在清洁生产、污水回用、控源减排等方面取得显著成效哈尔滨江段Ⅰ-Ⅲ类水体断面第二十一页，共38页。第二十一页，共38页。改善目标城市水资源与水环境改善根本开源与节流助推资源化如何改善我国城市水资源与水环境(水生态)？第二十二页，共38页。第二十二页，共38页。碳源磷回收氮回收硫回收矿物资源能源污水产氢污水产电污水产甲烷商品碳源生物塑料内部碳源污水资源化污水中污染物也是重要的可再生、可利用的资源，在污水达标处理过程中回收碳源、能源和矿物资源，并可产生可观的经济效益，为污染物减排起到助推作用第二十三页，共38页。第二十三页，共38页。可回收的资源1m3污水的含量市场价格（欧元）1m3污水的价值(欧元)有机肥0.1kg0.2欧元/kg0.02甲烷0.14m30.338欧元/m3甲烷0.05氮0.05kg1.0欧元/kg0.05磷0.01kg0.7欧元/kg0.04水1m30.25欧元/m30.25总计0.41欧元/m3水$$$$$$━WillyVerstrate，欧洲的统计数字污水中碳源及矿物组分资源化潜在价值巨大处理1吨水可以回收水资源、有机肥、甲烷、氮、磷等，其价值约0.41欧元污水资源化第二十四页，共38页。第二十四页，共38页。我国年排放污水量约600亿吨，可回收的潜在资源价值巨大80亿m3甲烷气280万吨氮资源60万吨磷资源100万吨硫资源570万吨有机肥~360亿吨水潜在价值:

2280亿元，经济、生态双重效益，具有战略价值污水资源化第二十五页，共38页。第二十五页，共38页。党的十八大精神：“要把资源消耗、环境损害、生态效益纳入经济社会发展评价体系，建立体现生态文明要求的目标体系、考核办法、奖惩机制。建立国土空间开发保护制度，完善最严格的耕地保护制度、水资源管理制度、环境保护制度。”政府决策、依法行政、企业见效、科学发展激励、调动企业经济效益最大化的积极性是实现流域水环境改善的重要因素Clicktoedittextstyles污水回用（水价机制等）清洁生产（降低水资源和原料消耗）污染物资源利用（产品效益）流域水环境改善经济效益生态文明制度建设企业意愿第二十六页，共38页。第二十六页，共38页。生态文明制度建设党的十八大精神：“加强生态文明宣传教育，增强全民节约意识、环保意识、生态意识，形成合理消费的社会风尚，营造爱护生态环境的良好风气。”提高公众节水意识是一项长期工作（难）Clicktoedittextstyles我们一定要更加自觉地珍爱自然，更加积极地保护生态，努力走向社会主义生态文明新时代。第二十七页，共38页。第二十七页，共38页。“城市水”内涵与任务自来水厂达标排放水饮用水水源城市取水供水排水回用水集中点源污染物资源能源污染物污染物资源分散面源污染物(农药等)污水处理厂通过资源循环，最大限度地减少污水排放量（污染物排放量）第二十八页，共38页。第二十八页，共38页。关键问题第二十九页，共38页。第二十九页，共38页。城市水循环模式自来水厂饮用水水源城市污水处理厂装备、土建材料供应电耗、药剂装备、土建材料供应电耗、药剂水处理是耗能产业！污水处理—达标排放的“环境代价”是否污水排放标准越高，环境与生态质量越好？第三十页，共38页。第三十页，共38页。污水处理—达标排放的“环境代价”环境风险转嫁——大气污染、气候变化节能减排——难以实现水厂运行材料、装备、发电等生产运输采矿CO2、NOx等生命周期净水气候变化污水处理仅仅是为了达标排放？非科学耗能耗财第三十一页，共38页。第三十一页，共38页。国家地表水和污水处理排放标准基本控制项目一级标准二级标准三级标准A标准B标准1化学需氧量(COD)50601001202生化需氧量(BOD5)

102030603悬浮物(SS)

102030504氨氮(以N计)5825-5总磷(以P计)0.5135污水处理基本控制项目最高允许排放浓度（日均值）单位mg/L基本控制项目三类五类1化学需氧量(COD)20402生化需氧量(BOD5)

4103氨氮(以N计)124总氮(以N计)

125总磷(以P计)0.2（湖0.05）0.4（湖0.2）地表水环境质量标准上限值单位mg/L

第三十二页，共38页。第三十二页，共38页。能耗温室气体污泥排放标准能源消耗(0.25-0.35kWh/m3

oftreatedwastewater)剩余污泥(0.3%-0.5%oftreatedwastewater)温室气体

(1.2kgCO2/kgCOD；CH4

andN2O)X.Wangetal.,ES&T,2012(46),5542单纯依靠制定更严格的排放标准，难以完成“节能减排”的目标，综合环境效应甚至可能随之恶化！逐级提高的城市污水排放标准综合环境效应Ⅰ级AⅠ级BⅡ级污水处理—达标排放的“环境代价”生命周期第三十三页，共38页。第三十三页，共38页。污水资源的科学使用和管理污水生活生产生态农业净水污水处理