本发明涉及水污染治理与农村生态治理
技术领域：
，具体涉及一种用于消除农村区域黑臭水体的治理方法。
背景技术：
：过去30年，我国集约化农业生产模式在利用占世界9％耕地成功解决了占世界总人口20％的13亿国人的吃饭问题，到2013年实现粮食产量“十连增”辉煌的同时，也付出了高昂的代价：这30年间，化肥、农药用量递升，牲畜粪便、秸秆等废弃物剧增，已造成农村和农田的广泛面源污染和土壤肥力下降等严重问题。根据2010年第一次全国污染源普查结果，农业污染源排放的化学需氧量(COD)占全国排放总量的43.7％(1324万吨)；农田排放的氮、磷分别占总量的57.2％和67.4％(270万吨和28万吨)；重金属排放主要集中在铜2452吨、锌4862吨。这些面源污染物通过地表径流与地下渗漏的方式进入水体环境，是水体富营养化与地下水污染的最主要的污染源。与此同时，随着城市发展过程中部分工业企业外迁到农村区域，在农村区域形成农业面源与工业点源共同污染区域水体的局面，水体黑臭状况同样突出。技术实现要素：有鉴于此，本发明的目的在于提出一种用于消除农村型黑臭水体的治理方法，以消除黑臭水体。基于上述目的，本发明提供的用于消除农村型黑臭水体的治理方法包括以下步骤：将流域划分为若干个控制单元；计算各个控制单元的入河负荷量、河道内源和流域的入河负荷总量、河道内源总量，其中，所述入河负荷量包括入河工业点源负荷量和入河农业面源负荷量之和；计算各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量；计算各个控制单元的污染负荷拟定削减量和流域的污染负荷拟定削减总量；实施控源减排工程；实施流域智慧水务运行管理与保障工程；通过以上步骤实现水体的化学需氧量、氨氮、溶解氧和河流流量的指标达标。在本发明的一些实施例中，所述控源减排工程是以流域污染总量消减方案为核心，分别从工业点源、农业面源、河道内源三个方面实施实现控源减排措施，实施工业点源控制工程、农业面源综合控制工程、河道淤泥无害化与资源化处置工程。在本发明的一些实施例中，所述将流域划分为若干个控制单元的步骤包括：根据流域管理主体、水系结构、污染源分布和产流汇流过程，确定影响河流水质的污染源分布区域，将污染源分布区域划分为若干个控制单元。在本发明的一些实施例中，所述计算各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量的步骤中，采用模型估算方法计算各个控制单元的水环境容量，计算方法如下：其中，Cs为水质目标，C0为断面起始浓度，C0为河流流量，u为平均流速，K为综合降解系数，x为第m个污染源距控制断面的距离，qm为第m个污染源的流量。一般地，NH3-N降解系数为0.5，COD降解系数为0.3。在本发明的一些实施例中，在所述计算各个控制单元的污染负荷拟定削减量和流域的污染负荷拟定削减总量的步骤中，通过各个控制单元的污染负荷总量减去各个控制单元的水环境容量得到各个控制单元的污染负荷拟定削减量。在本发明的一些实施例中，在所述计算各个控制单元的污染负荷拟定削减量和流域的污染负荷拟定削减总量的步骤中，将计算得到的污染负荷拟定削减总量乘以安全系数，作为最终的污染负荷拟定削减总量，所述安全系统为115-120％。在本发明的一些实施例中，所述工业点源控制工程以流域工业点源污水直排控制为目标，结合区域工业企业分布状况，因地制宜的构建截污管网将工业污水通过支干、主干网络全部收集进入管网系统，收集污水进入污水处理厂集中处置；农业面源综合控制工程：该工程包括农村生活污水源头消减工程、农田面源末端生态控制工程和农村垃圾处置工程三类措施：农村生活污水源头消减工程以临河农村与边远农村为控制目标，对临河农村污水治理实施旱厕改造、村内生态排水沟渠与村外库塘湿地净化相结合的三级处理系统；对边远农业污水处理采用分散型污水处理措施的方式控制，保障污水就地消纳不汇入河流系统；农田面源末端生态控制工程以农业种植过程中氮磷控制为目标，通过化肥减量控制、增施有机肥与农田生态沟渠建设等措施构建减源－拦截-修复一体化控制系统；农村垃圾处置工程以村落点垃圾收集与集中处理为核心，构建“集中清运+长效管理”的市场运作的ppp运行模式；内源污染控制工程：以流域河道、湖库淤积的底泥为控制目标，开展底泥清淤与无害化处置工程，清淤前需评估淤泥中重金属风险，，清理的淤泥现场实施脱水减容工程并对存在重金属风险的淤泥采用添加重金属钝化剂的方法将重金属固定消除其生态风险。在本发明的一些实施例中，所述水生态健康重建工程以构建水域健康生态系统为目标，在河流、湖库及两侧的绿线范围内建设具有净化功能的表流、潜流等湿地系统，发挥对污染物的过滤、吸附、植物吸收与微生物分解的作用，库-塘-湿地与生态治理工程可实现污染负荷消减5-10％的能力。在本发明的一些实施例中，所述流域智慧水务运行管理与保障工程通过水环境监测网络、智能管理系统与日常维护管理模式的构建，完成流域长效管控方案的建立，保障流域水环境稳定、景观功能持续提升。在本发明的一些实施例中，直至化学需氧量、氨氮、溶解氧和河流流量达到以下参数要求：化学需氧量<30mg/L；氨氮<2mg/L；溶解氧>5mg/L；总氮<5mg/L；总磷<1mg/L；河流流量≥0.4m3/s。从上面所述可以看出，本发明提供的用于消除农村区域黑臭水体的治理方法以典型农村区域工业点源、农业面源、河道内源污染为核心要素，以最小的经济投入分别实施控源截污、农业综合防控与河流生态系统构建工程，实现区域水体黑臭消除与现代工、农业协调发展。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。与城市建成区黑臭水体的治理以管网截污、污水处理厂提标改造及河道生态清淤与修复等工程为核心单元逐步实施的思路不同，农村区域黑臭水体的治理应从农业增产稳产和水环境安全的长期需求出发，以保障粮食安全前提下面源污染负荷削减为核心目标，结合农业面源污染自身特点，制定出适宜农村区域黑臭水体的治理方法。本发明提供的用于消除农村区域黑臭水体的治理方法以农村区域黑臭水体为主要目标，并考虑经济投入因素，分别控制各项核心指标的参数，分步实施污染源控源与水体修复工程，以提高黑臭水体的消除效果。作为本发明的一个实施例，提供的用于农村型消除黑臭水体的治理方法包括以下步骤：1)将流域划分为若干个控制单元具体地，根据流域管理主体、水系结构、污染源分布、产流汇流过程来确定影响河流水质的污染源分布区域，将污染源分布区域划分为若干个控制单元。一般划分一级控制单元3-5个，在每个一级控制单元中划分二级控制单元，二级控制单元总共5-12个。将所述流域划分为一级控制单元和二级控制单元以利于对整个流域进行准确计算和准确控制，从而提高对流域的治理效果。2)计算各个控制单元的入河负荷量、河道内源和流域的入河负荷总量、河道内源总量在空间单元划分的基础上通过排污口现场监测与污染源调查核算出各控制单元的入河负荷量、河道内源以及河流内源总量、河道内源总量。其中，入河负荷量可以包括入河工业点源负荷量和入河农业面源负荷量之和。需要说明的是，所述流域的入河负荷总量是指各个一级控制单元或者二级控制单元的入河负荷量之和。进一步地，在本发明中，入河负荷量是指污染物的入河负荷量，其可以包括COD入河负荷量和氨氮入河负荷量。在本发明中，所述工业点源是指大、中企业在小范围内的大量污水经管渠输送到明显的排污口，所述农业面源是指分散的农村居民及农业种植在大面积上的少量水污染的分散排放，所述内源主要指流域水体内淤泥存量。在该步骤中，可以先计算二级控制单元的入河负荷量和河道内源，继而求得二流域的入河负荷总量和河道内源总量。3)计算各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量所述环境容量指在黑臭消除的水质目标条件下各控制单元可容纳的污染物量。可选地，可以采用模型估算方法计算各个控制单元的水环境容量，计算方法如下：其中，Cs为水质目标，C0为断面起始浓度，C0为河流流量，u为平均流速，K为综合降解系数，x为第m个污染源距控制断面的距离，qm为第m个污染源的流量。一般地，NH3-N降解系数为0.5，COD降解系数为0.3。4)计算各个控制单元的污染负荷拟定削减量和流域的污染负荷拟定削减总量通过各个控制单元的污染负荷总量(入河工业点源负荷量与入河农业面源负荷量的总和)减去各个控制单元的水环境容量得到各个控制单元的污染负荷拟定削减量。优选地，为保障黑臭消除的可靠性，消除污染监测与负荷模型计算的偏差以及其他不确定性，需增加污染负荷拟定削减总量，提高水质目标的安全系数，可以将上述计算得到的污染负荷拟定削减总量乘以安全系数，作为最终的污染负荷拟定削减总量。在本发明的一些实施例中，该安全系统一般可以选择为15-20％，将上述计算得到的污染负荷拟定削减总量乘以115-120％，作为最终得到拟定消减总量，从而完成各个控制单元和流域的污染负荷拟定削减总量的计算。5)控源减排工程以流域污染总量消减方案为核心，分别从工业点源、农业面源、河道内源三个方面实施实现控源减排措施，实施3大类工程：工业点源控制工程，农业面源综合控制工程与河道淤泥无害化与资源化处置工程，于此同时配套防洪安全保障工程，保障流域水体的黑臭消除。在本发明的一些实施例中，①工业点源控制工程：以流域工业点源污水直排控制为目标，结合区域工业企业分布状况，因地制宜的构建截污管网将工业污水通过支干、主干网络全部收集进入管网系统，收集污水进入污水处理厂集中处置。污水处理厂的布置工程应兼顾2个方面，第一，选择以膜处理技术为主的工业污水处理工艺，污水处理标准要提高，一般建议选择北京地标B排放标准，污水厂部分出水作为工业回用水回用；第二，污水处理厂建设选址不建议放置在流域下游建设一个大型污水处理厂，建议在流域上、中、下游分散建设小型污水处理厂，可保障流域河道存在稳定生态需水量。该截污管网构建与污水厂提标改造工程可实现工业点源污染负荷消减80-90％的能力，属重点部署工程。②农业面源综合控制工程：该工程包括农村生活污水源头消减工程、农田面源末端生态控制工程和农村垃圾处置工程三类措施：农村生活污水源头消减工程以临河农村与边远农村为控制目标，对临河农村污水治理实施旱厕改造、村内生态排水沟渠与村外库塘湿地净化相结合的三级处理系统。对边远农业污水处理采用分散型污水处理措施的方式控制，保障污水就地消纳不汇入河流系统；农田面源末端生态控制工程以农业种植过程中氮磷控制为目标，通过化肥减量控制、增施有机肥与农田生态沟渠建设等措施构建减源－拦截-修复一体化控制系统，实现农田面源污染负荷50-60％的有效控制；农村垃圾处置工程以村落点垃圾收集与集中处理为核心，构建“集中清运+长效管理”的市场运作的ppp运行模式。③内源污染控制工程：以流域河道、湖库淤积的底泥为控制目标，开展底泥清淤与无害化处置工程，清淤前需评估淤泥中重金属风险，建议底泥清淤深度约30-50cm即可，清理的淤泥现场实施脱水减容工程并对存在重金属风险的淤泥采用添加重金属钝化剂的方法将重金属固定消除其生态风险。6)水生态健康重建工程：该工程以构建水域健康生态系统为目标，在河流、湖库及两侧的绿线范围内建设具有净化功能的表流、潜流等湿地系统，发挥对污染物的过滤、吸附、植物吸收与微生物分解的作用，库-塘-湿地与生态治理工程可实现污染负荷消减5-10％的能力。在高温期重点突出库-塘-湿地工程，充分发挥该工程的末端净化作用，实现入河污染物的原位消减。7)流域智慧水务运行管理与保障工程：该工程通过水环境监测网络、智能管理系统与日常维护管理模式的构建，完成流域长效管控方案的建立，保障流域水环境稳定、景观功能持续提升。8)工程评估：通过以上7个步骤实现水体的化学需氧量、氨氮、溶解氧和河流流量等核心控制指标达标，具体参数控制如下：控制指标名称控制指标阈值化学需氧量(COD)<30mg/L氨氮(NH3-N)<2mg/L溶解氧(DO)>5mg/L总氮<5mg/L总磷<1mg/L河流流量≥0.4m3/s采用本发明提供的方法达到的黑臭水体的治理效果：第1阶段(初效阶段)：1)河流水质达到一般景观水体标准，主要水质指标上覆水DO≥5；COD≤40mg/L；氨氮≤3mg/L。2)保障河流水安全及基本流量，无垃圾、无漂浮物，基本消除黑臭。3)透明度适中，浅水区域(水深≤1米)透明度见底，深水区域透明度达到1米左右。第2阶段(达标阶段)：1)河流水质达到地表水IV～V类标准，上覆水DO≥5mg/L；COD≤30mg/L；氨氮≤2)mg/L。2)保障河流水安全及基本流量，彻底消除黑臭，河道生态景观良好。3)水体清澈，浅水区域(水深≤1米)透明度见底，深水区域透明度达到1米以上。第3阶段(巩固阶段)：1)河流水质稳定达到地表水IV类标准，上覆水DO≥6mg/L；COD≤30mg/L；氨氮≤1.5mg/L。2)保障河流水安全及基本流量，河流、湖泊生态服务功能健全，生态景观优美。实施例：长春市镜水河流域黑臭水体治理工程(农村型)长春市镜水河为伊通河中游左侧一级支流，西珲乌高速以东的乔家窝堡屯、东至绕城高速以北的兰家镇谢家店屯，流域面积73.84km2，河长18.5km,平均河宽5米，途径红旗水库，共有16条支沟汇入，河道平均坡度1‰，流域总面积73.84km2，其中城市建成区10.42km2，占流域总面积的14.11％；农田55.64km2，占75.34％。根据现场监测数据显示：干流水体COD范围为20-120mg/L，60％以上的监测点位属于劣V类水质，自上而下随沿线支流汇入呈上升趋势。氨氮污染程度与COD呈现相似的变化趋势，主干流范围为0.2-10mg/L，主要受沿途支流污染汇入影响，自上游至下游逐步升高。流域水体中TN、TP范围分别为0.69-72.1mg/L，0.353-76.65mg/L，有80％以上的样点比例超过了V类标准因此COD、氨氮耗氧物质的严重超标造成全流域氧亏严重，水体溶氧不足引起FeS、MnS等黑色沉积、产生了大量H2S、硫醇、氨等恶臭物质造成全流域黑臭问题突出，因此镜水河流域黑臭水体的消除纳入《长春市落实水污染防治行动计划工作方案》。具体地，采用本发明提供的用于消除黑臭水体的治理方法对长春市镜水流域进行黑臭水体的消除。一、将流域划分为若干个控制单元：根据流域管理主体、水系结构、污染源分布、产流汇流过程来确定影响河段水质的污染源分布区域。分3个控制单元合心镇工业园区、中游农村区域、兰家镇工业园区、下游农业区域。二、计算流域的入河负荷总量和各个控制单元的入河负荷总量：在控制单元划分的基础上，通过现场监测与模型估算计算出各个控制单元的入河负荷量。入河工业点源负荷COD主要集中在合心镇工业区以及中部农业分区中侯家子营的屠宰、塑料回收等点源，占流域输入量的75.74％。氨氮污染主要集中在兰家镇工业园区输入，输入负荷量占考核断面输入量的67.84％，具体见表1。入河农业面源在时间尺度上，面源负荷主要集中丰水期，COD和氨氮负荷量分别为2044.38和95.98t/a。空间尺度上，入河面源负荷主要集中在农业区域与兰家镇工业园区，COD负荷量为1941.69t/a；氨氮负荷量为67.13t/a，具体见表2。内源污染主要集中红旗水库，水域面积约5.4万m2，淤泥累积约3.24万m3。表1各个控制单元的入河点源负荷量表2基于控制单元的面源污染负荷估算三、计算各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量：计算在黑臭消除的水质目标条件下该流域可容纳的污染物量，利用模型计算出各个控制单元的水环境容量和流域的水环境总容量(总计区域水环境容量COD642.17t/a，氨氮34.79t/a)。各个控制单元的水环境容量参见表3。表3各个控制单元的水环境容量四、计算各个控制单元的污染负荷拟定削减量和流域的污染负荷拟定削减总量：通过各个控制单元的污染负荷总量(入河点源负荷量与入河面源负荷量的总和)减去各个控制单元的水环境容量得到各个控制单元的污染负荷拟定削减量。为实现黑臭消除的水质目标，经计算，各个控制单元的负荷拟定消减量参见表4。表4各个控制单元的负荷拟定消减量五、控源减排工程：以流域的污染负荷拟定削减总量为核心，分别从工业点源、农业面源、河道内源三个方面实施实现控源减排措施，实施3大类工程：工业点源控制工程，农业面源综合控制工程与河道淤泥无害化与资源化处置工程，于此同时配套防洪安全保障工程，保障流域水体的黑臭消除，具体工程布局如下：工业园区的治理侧重于截污纳管与污水处理提标改造，主要实施沿河截污主干工程与合心、兰家污水厂建设工程，达到消除工业点源的母的；农业区域侧重于农村生活源、面源的源头防控和过程控制，主要实施农村生活污水源头消减工程、农田面源末端生态控制工程和农村垃圾处置工程，实现农村面源的控制；下游红旗水库则侧重于内源的清淤和资源化，实施淤泥无害化与资源化处置工程。最终实现工业点源、农业面源和内源的共同消减。六、水生态健康重建工程：以流域水体水生态健康重建为核心，分别实施库-塘-湿地多级水系统构建工程，最终实现该区域水体环境呈现水清岸绿，河河有鱼，具体工程布局如下：先看库-塘-湿地多级湿地系统构建工程，该工程的目的在于整个镜水河流域的水质提升和水生态的恢复。具体的工程措施为分别构建三种水生态系统：湖库型湿地、塘-湿地系统和生态河岸带。生态河岸带的设计目的在于改造现有支流生态环境，减少支流污染，恢复水生植被。塘-湿地系统利用现有水塘沟渠，改造支流入河口，形成浅水-深潭湿地系统，总共设置4个湿地系统。湖库型湿地的设计目的在于利用高家水库、红旗水库的库容及周围生态，清淤扩容，滨岸带恢复。七、流域智慧水务运行管理与保障工程：该工程通过水环境监测网络、智能管理系统与日常维护管理模式的构建，完成流域长效管控方案的建立，保障流域水环境稳定、景观功能持续提升。由此可见，本发明提供的用于消除农村区域黑臭水体的治理方法以典型农村区域工业点源、农业面源、河道内源污染为核心要素，以最小的经济投入分别实施控源截污、农业综合防控与河流生态系统构建工程，实现区域水体黑臭消除与现代工、农业协调发展。所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 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