上海面源污染最佳管理措施研究

上海面源污染最佳管理措施研究

在接下来的20世纪或30年代，污染在发达国家引起了广泛关注。许多国家对城市环境污染和控制进行了深入研究，制定了规章制度和技术体系。其中最具代表性的是美国的最佳管理措施BMPs(BestManagementPractices)。我国城市面源污染控制研究起步较晚在当前的面源污染管理的规划与实施过程中需要学习和吸收发达国家的经验。1bmps过程城市面源污染由于其时空范围广,不确定性大,成分过程复杂,因而控制的难度较点源污染更高。美国在20世纪60年代开始重视面源污染,于70年代末提出了城市雨水资源管理和雨水径流污染控制的BMPs,随后进行了不断的改进和完善。BMPs是自源头起控制城市面源污染的一整套思想与方法的代表,已经在其他各国相继得到应用和发展。BMPs是一个或几个措施的组合,目的是防治和削减进入受纳水体的面源污染物,使之符合水质目标,并要求在经济和技术上切实可行。USEPA把BMPs定义为“任何能够减少或预防水资源污染的方法、措施或操作程序,包括工程、非工程措施的操作和维护程序”。其中非工程性措施包括法律法规措施、污染源控制等;工程性措施包括调蓄设施、渗透设施、植被控制和过滤设施等。2控制措施的筛选与选择由于面源污染的控制措施种类繁多,所以决策过程可以分为两步:第一步根据应用区域的实际情况对各种控制措施进行筛选,确定适用的面源控制措施;第二步则根据先前筛选的结果建立面源控制的可行性方案,然后对方案进行分析和比选,最终确定适合当地情况的最优方案。2.1工程性措施的筛选原则非工程性措施的内容和作用、效果难以定性和定量,因此筛选就比较困难并且偏重于经验判断。筛选过程中应根据应用区域的特点有针对性地选择。非工程性措施的实施有赖于政府部门特别是地方政府部门的职能,所以相关部门必须尽快制定和执行强制性的法律法规。非工程性措施的实施需要公众参与,因此相关措施必须考虑能够被公众接受。工程性措施则更为具体和有针对性,同时也具有更多的局限性,因此其筛选过程应该更为详细和精确。工程性措施的筛选主要考虑如下因素:(1)污染物的去除。所采用的控制措施对目标污染物必须能够达到期望的去除效率。(2)占地面积。由于城市土地资源紧缺,必须考虑处理措施的占地面积,而一些占地面积较大的地面工程性措施往往会受到限制。(3)服务面积。每种工程性措施均有一定的服务范围,所选用的措施必须能够服务于整个相关排水区域,对于较大的排水区域在执行控制措施时应当进行分割。(4)土壤特性。不同的工程性措施对土壤有不同的要求。渗透设施一般适用于透水性的土壤,而滞留设施一般适用于不透水性土壤,在执行过程中必须熟悉应用区域的土壤条件(5)地下水位。排水区域的地下水位对工程性措施的应用有较大的影响。一般来说较高的地下水位会限制渗透和过滤设施的使用,而人工湿地等措施则需要较高的地下水位。(6)可行性。所选用的控制措施必须在技术和经济上可行。对以上评价标准应进行细化并且进一步量化或者分级,从而建立较为详细的筛选标准,对拟采用的控制措施进行打分,缩小可选控制措施的范围,最终确立符合条件的面源污染控制措施。2.2面源污染控制方案根据以上筛选结果对控制措施进行有机组合以确定面源控制方案。根据实际应用情况不同,方案可以是单个的控制措施,但是更广泛的应用则是包括法规控制、源头控制和工程性措施的综合方案。确定方案的常用方法有以下两种:(1)针对已知的城市面源污染问题和污染物削减要求确定方案。例如,为了控制水体富营养化,必须选用针对营养类物质的控制措施的组合。该方法的结果可能会侧重于工程性措施的应用,但是非工程性措施(如建立法规控制含磷洗衣粉的使用等)同样需得到重视。(2)对于一般的综合性控制目标,可以建立不同等级的面源污染控制方案。例如,可以根据污染物去除效率将方案分为低、中、高三个等级。最低等级的控制方案采用最简单、最经济的方法对主要的污染问题进行控制;第二等级的控制方案可以在最低等级方案的基础上,通过增加其他的控制措施或者扩大原有措施的规模来实现更高的控制目标;最高等级的控制方案可以在第二等级的控制方案基础上进一步扩充,以达到更高的控制要求。建立了若干控制方案之后,可以选择某种分析方法,如整体性分析、费用效益分析等对方案进行综合分析,以期得出合理的结果。3上海城市环境污染防治计划3.1径流污染调查上海市雨量充沛,多年平均降雨量为1200mm左右,雨水径流携带大量污染物进入城市水体。为掌握城区面源污染的负荷与污染物出流规律,2003年—2005年上海市水务局在市科委的支持下对上海市地表径流和雨天泵站排江雨(污)水进行了连续监测初步掌握了上海市区特别是苏州河沿岸径流雨水的水质特性与污染负荷。监测结果表明市区地表径流污染相当严重,而受雨污混接的影响,苏州河沿岸3座分流制泵站出流雨水的污染程度不仅大大超过地表径流,甚至略高于合流制泵站的溢流雨(污)水,这一点与国外相关调查的报道结果有明显差异。为着手解决由历史原因造成的分流制系统雨污混接的严重问题,对苏州河沿岸的芙蓉江和剑河排水系统内的混接情况开展了详细调查。调查结果显示芙蓉江泵站6.93km2的服务区域存在各类混接点482个;剑河泵站约2km2服务区域内存在各类混接点62个。作为推动面源污染控制的前期基础工作,正在进行的研究工作还有分流制、合流制排水系统污染特性的对照,地面径流量削减技术(透水性地面、低草坪)、溢流雨水就地处理工程性试验等。3.2污染负荷+人口稠密上海市具有地下水位高、土地资源高度紧缺、城区人口稠密、面源污染负荷高等区域特点。按照上述措施筛选方法并结合上海城区的特点,筛选出适合于上海市区的主要非工程性和工程性措施如表1所示。3.3双雨水排放高效措施上海市通过合流污水治理一期和二期工程使城区生活污水和工业废水的截流输送比例>70%,污水经过竹园、白龙港、石洞口污水处理厂处理后外排,有效地控制了城区点源污染负荷,但是市区多数水体仍未达到水功能区划的要求。通过实施调水工程苏州河的黑臭问题基本得到解决但是水体仍不能稳定地达到景观水体的水质标准。为了解决苏州河雨天溢流引起的短时水质恶化,目前以削减苏州河沿岸泵站雨天的排江水量为目标,制定并实施了面源污染管理方案。在非工程性措施方面,改变以防汛为中心的观念,一方面降低泵站运行水位以充分利用系统内的调蓄容积;另一方面实行晴天与雨天两种不同的运行管理模式:降雨前使用截流泵预先抽空管道,提高排江泵的开、停车水位,延长截流泵开车时间等。为保证上述措施的实行,并为今后实现实时控制打下基础,建立了泵站运行状况SCADA系统。该系统通过无线传输,每5min发送一组降雨量、前池水位与水泵运行状况数据,以便控制中心对数十座泵站统一调度和管理。采取上述措施后,已有效地减少了苏州河沿岸泵站雨天的排江水量。在工程性措施方面,改造了少数尚无污水截流设施的合流制系统,建造了旱流期间水泵试车的回流设施。而最受关注的是调蓄池的建设,上海市为了削减苏州河沿岸泵站雨天的排江量,投入大量资金建造了5座地下调蓄池以控制合流制系统雨天溢流(见表2)。其中梦清园和成都泵站调蓄池已通过验收,其余3座均在建设中。从上海城区面源污染控制的长期目标出发,可以考虑采用第二种确定方案的方法:从时间和区域两个不同的角度建立面源污染控制方案,逐步实现面源污染综合治理的目标。从时间角度上说,要同时重视近期和远期的污染控制目标和控制方案规划,将上述筛选出来的控制措施根据条件分阶段实施,逐步提高面源污染的控制目标。从区域的角度来说可以对不同的区域按照实际情况确定合理的控制方案。对于一般的区域,可以从非工程性的管理措施入手,如加强道路清扫、管道清淤、雨水口清捞等有效的控制措施;而对于环境要求高的敏感区域,除了采用上述非工程性措施外,还可以直接采用雨水调蓄池等见效快的工程性措施。除上述5座用于合流制系统溢流控制调蓄池之外,已经通过审批的上海市2010年世博会世博园区雨水专业规划,拟投资3249万元为世博园浦东片区3个分流制雨水系统分别修建初期雨水调蓄池,总调蓄容积达到18050m3,调蓄雨水量达到30m3/hm2,以减少初期雨水对世博园区黄浦江敏感河段的污染。对世博园区新建永久性建筑,采用地下存储池存储屋面清洁雨水,供户外市政杂用,存储池容量约为30L/m2屋面。城市雨水的资源化利用,不仅节省了宝贵的城市水资源,还可削减城市面源污染负荷,是构建上海城市雨水综合管理方案的重要措施之一。此外,上海市正在规划对超过污水厂处理能力的雨天混合污水实行适度集中的就近处理,目前正在进行工程性试验。4面源污染控制措施BMPs是为国外实践证明行之有效的削减城市面源污染的综合管理措施。由于面源污染的复杂性和多样性,城市面源污染控制方案必须是非工程性和工程性控制措施的结合。面源污染是每个城市发展过程中都将遇到的问题,对面源污染控制措施要进行仔细筛选和合理组合以确定最适合当地实际情况的综合控制方案。