“海绵乡村”破解生态难题

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下雨时像海绵一样吸收雨水,需要的时候能将雨水“吐”出来。海绵乡村,借助自然力量排水,“源头分散”“慢排缓释”,就近收集、存蓄、渗透、净化雨水,让乡村如同生态“海绵”般舒畅地“呼吸吐纳”。

“海绵乡村”破解生态难题

如今,越来越多的乡村“颜值”更美,村民生活更方便、更舒心、更美好。

海绵城市并不是城市的专属,广大的乡村也同样需要。目前我国正处在城乡一体化、新村镇和新农村建设的关键时期,但在农村城镇化过程中,面临着水污染加剧、水资源短缺、水生态环境恶化等突出问题。因此,如何提高雨污水资源化水平,构建可持续的水循环模式已成为村镇快速发展亟待解决的关键问题。

由北京建筑大学等单位组成的研究团队对国内外现有技术进行了突破和创新,建立了在线无动力分离—渗蓄滞留减排—生态净化回用的村镇雨污水处理新模式,构建了村镇雨污水分区分级处理与资源化利用的集成技术体系,形成了多点、多途径、多功能的雨污水资源化利用技术体系,有效地支撑了海绵乡村的建立。在2016年北京市科学技术奖评选中,荣获二等奖。

可持续的水循环已成村镇发展的关键

新型村镇是国家新型城镇化战略的重要体现,村镇地区建设速度、开发强度空前,但与此同时伴随着资源、能源的快速消耗和生态环境恶化等问题,内涝与水污染问题并存,已成为新农村建设和城乡统筹发展的瓶颈问题。

我国村镇雨污水技术研究起步较晚,存在建设、运行费用高,维护管理复杂,截污和资源化水平低等问题,且小型或微型的水污染治理技术研究相对滞后。

现有技术多针对村镇的污水治理的达标技术,缺少基于地下水补给、养殖、农灌、景观等多功能回用的村镇雨污水深度处理与资源回用的技术。

“生态处理系统是解决村镇雨污水资源化利用的有效途径。”项目负责人,北京建筑大学教授袁冬海说。

但村镇雨污水具有颗粒物含量高、粒径范围广、峰值流量大等特征,给生态技术应用带来了巨大的挑战,往往一场大雨过后的生态处理设施就会发生致命性的堵塞,系统功能完全失效。

“如何解决村镇雨污水中颗粒物及瞬时水力负荷冲击的问题,是生态处理技术能否成功用于村镇雨污水深度处理与资源化利用的关键。”袁冬海说。

因此,开展村镇雨污水生态处理与资源化利用关键技术及实用装备研究,攻克系列技术难题,对保障国家新型城镇化战略稳步推进,实现海绵乡村建设具有重要的意义。

有效解决了村镇雨水污染问题

据了解,该项目由北京建筑大学、中国环境科学研究院以及相关环境公司联合组成“产学研”联盟,进行系统研究与工程实践。研究团队开展了关键技术攻关,在开发高效的径流控制与雨污水资源化利用装置方面取得了重大突破,有效解决了城市化进程中村镇径流污染、水资源流失和生态环境破坏等突出问题。

“针对村镇的开发强度以雨水源头控制与资源利用实现雨污的分流,建立了基于生态净化与回用的不完全分流制新型村镇排水体系,解决村镇雨污水分流的技术难题。”袁冬海说。

项目团队针对传统雨污分流建成成本高,后期管理难度大,以恢复开发前自然条件下的雨量产流状态为目标,对我国近200个地区30年的日降雨量进行了统计,基于对24小时降雨量的气象统计学与可实施性分析,绘制了设计雨量等值线图,提出了各区域年径流总量控制率及其对应的设计降雨量值关系,开发了以年径流总量控制率为目标的雨污水处理和利用设施的设计新方法。

基于低影响开发,建立了“在线无动力分离—渗蓄滞留减排—生态净化回用”的村镇雨污水三级处理技术体系,通过增加对径流雨水的渗透和滞留,从而减小到达合流制管道时的径流峰值流量,延缓径流到达合流制管道的时间,并减少进入合流制系统的径流总量,最终实现减少合流制溢流的发生频率和溢流量,将合流制溢流污染降低到最小,通过源头控制与资源化,实现了雨污水的水量、污染物排放总量的双减量。

依据村镇不同类型下垫面雨污水颗粒物粒径的分布特征与沉降性能,研发了针对初期雨水大粒径颗粒物比例高的初期雨水弃流设施、村镇地区道路雨水径流的多级集成化流体动力旋流分离装置、庭院雨污水一体化净化设施及屋面雨水高速在线过滤装置4套雨污水径流在线无动力分离技术及装备,系统解决了初期雨污水中颗粒物含量高、难处理的技术问题。

针对村镇雨污水峰值流量高、瞬时水力负荷冲击大、末端生态净化难度高的问题,研发了3项强化渗透减排技术,研制了新型人工分子筛和生态混凝土材料、基于吸附材料制备生态混凝土及用于水质净化的方法,并构建了植生透水生态混凝土破岸稳定净化技术系统、地表漫流生物处理系统和处理方法、新型植被浅沟雨水径流处理技术和生物滞留处理技术。

50万农户享受到全新生态体验

据袁冬海介绍,项目成果已在北京、深圳、宁夏、江苏、上海、湖北、河北、山西等11个省市得到规模化推广与应用,发挥了示范引领、辐射带动作用,解决了约50万户农村居民雨水、生活污水生态处理与安全回用问题。

在西北寒旱地区,建立了村镇低耗预处理、多级微型、分质回用、增温越冬等复合多介质生态处理与回用系统,年治理污水3000万立方米。

针对长三角地区人口密度大、土地资源紧张的特点,在上海、江苏等地区系统集成了强化增渗减排技术、生物滞留技术,微创式多介质开挖地下渗滤系统等雨污水生态处理与资源回用技术,建立了“节能、节地”村镇雨污水生态处理与资源回用技术模式,推广了8000套处理设施与装备。

针对华北城郊村镇水资源短缺、水污染并存,地下水超采、雨污水污染严重等问题,研发了微米级透水材料、多介质高效净化功能材料,并以该材料为基础研发出系列生态透水产品、装置,开发出系列基于多功能回用的复合人工湿地出水安全回用装置,在北京、河北、山西等省市新农村建设过程中铺装成功推广,年节水量达400余万立方米。(科技日报)

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