四個減排、一個提升、一個公平的高速都市化區(qū)域水污染系統(tǒng)控制高速都市化區(qū)域水污染系統(tǒng)控制技術(shù)體系研究以東江流域深圳龍崗區(qū)為例

四個減排、一個提升、一個公平的高速都市化區(qū)域水污染系統(tǒng)控制高速都市化區(qū)域水污染系統(tǒng)控制技術(shù)體系研究以東江流域深圳龍崗區(qū)為例

中國的首都對于該市的首都具有特別重要的意義。蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)獎得主斯蒂格利茨（sttigritz）指出，“在19世紀(jì)，除了高科技，中國的城市化”。2011年，中國的市場份額超過50%。僅用了30年的城市化過程。近50年，日本和韓國花了近50年，西方國家花了100年。隨著城市化的快速發(fā)展，區(qū)域水污染問題日益嚴(yán)重和突出，已成為制約中國城市發(fā)展的主要瓶頸之一。國內(nèi)外發(fā)表的報告主要集中在城市水環(huán)境的壓力、發(fā)展和主要影響因素上，或基于流域水污染控制理論和技術(shù)方法的快速發(fā)展。然而，關(guān)于快速市場地區(qū)廢水系統(tǒng)控制技術(shù)體系的研究很少。因此，該系統(tǒng)總結(jié)了中國水污染管理的實踐經(jīng)驗，充分考慮了“經(jīng)濟(jì)與社會環(huán)境”大系統(tǒng)的水質(zhì)變化、規(guī)劃布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、管理制度、技術(shù)技術(shù)和環(huán)境正義等變量。該地區(qū)的廢水系統(tǒng)科學(xué)控制技術(shù)體系建設(shè)尤為重要。東江是珠江三角洲地區(qū)及香港特別行政區(qū)的主要水源,香港地區(qū)消耗的淡水80%來自東江供水,東江流域是廣東省經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和水環(huán)境保護(hù)工作的重中之重.深圳龍崗區(qū)作為東江流域新興的工業(yè)區(qū),一直保持著16%~17%的經(jīng)濟(jì)增長速度,是典型的“高強(qiáng)度開發(fā)、高速發(fā)展、高速都市化”區(qū)域,也是水環(huán)境問題敏感的集中排水區(qū),其污染負(fù)荷占東江污染負(fù)荷的35%~40%.龍崗區(qū)嚴(yán)重的水污染不但對本區(qū)域可持續(xù)發(fā)展形成明顯的瓶頸性制約,而且威脅東江干流乃至香港的水質(zhì)安全.為實現(xiàn)“都市出清流、保障東江優(yōu)質(zhì)水質(zhì)”的目標(biāo),確保該區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,解決類似高速都市化區(qū)域的水污染難題,亟需建立該類區(qū)域水污染系統(tǒng)控制技術(shù)體系.1區(qū)域生態(tài)環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)狀況1.1馬龍河流域及大工業(yè)園區(qū)地區(qū)東江流域包括龍崗河、坪山河、觀瀾河和平湖地區(qū).本研究包括龍崗河流域及大工業(yè)區(qū),其中龍崗河是典型的雨源型排水河道,流域面積為360.2km2.1.2煙臺市經(jīng)濟(jì)規(guī)模近年來,龍崗區(qū)GDP年增速基本保持15%以上,1999~2010年間GDP增長了10倍,人均GDP增長了近3倍,2010年人均GDP達(dá)84818元;城市建設(shè)用地快速擴(kuò)張,農(nóng)田面積逐年減少,人類活動面積僅占29.3%,其中建成區(qū)為14.4%.1.3產(chǎn)城融合程度較高,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整較好龍崗區(qū)可利用水資源和土地資源非常有限,41%的供水來自東部供水工程調(diào)水補(bǔ)給;而環(huán)境資源則更加有限;區(qū)域人口密度和開發(fā)強(qiáng)度非常高,城市化率為51%,勞動密集型產(chǎn)業(yè)布局特點明顯;人均受教育年限較低、剩余可利用土地面積有限,研發(fā)投入比例低,高新技術(shù)產(chǎn)品在工業(yè)中比重約31.7%;具有良好的區(qū)位條件,發(fā)展定位清晰,通過增加研發(fā)投入提高技術(shù)水平,具有較大的發(fā)展?jié)摿涂臻g.2水環(huán)境特點、發(fā)展規(guī)律及系統(tǒng)控制關(guān)系2.1分析污染源和文獻(xiàn)價值污染COD、NH3-N、TP負(fù)荷主要產(chǎn)生于生活污水及城市面源;水污染性質(zhì)主要是可降解的有機(jī)污染物(表1).2.2安全生產(chǎn)問題(1)高速都市化導(dǎo)致產(chǎn)排污總量不斷增加,點源強(qiáng)度大,污徑比高(平均3:1).龍崗河、坪山河占淡水河污染負(fù)荷75%~85%,占東江惠洲段35%~40%.(2)不合理的排水收集管網(wǎng)系統(tǒng)和設(shè)施導(dǎo)致高速都市化面源(初期雨水)問題愈發(fā)突出.(3)河道水污染和水生態(tài)問題愈加嚴(yán)重.部分地區(qū)水土流失嚴(yán)重,干、支流淤積嚴(yán)重,河流生態(tài)需水難以保證,水生生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重退化.(4)跨界復(fù)合污染問題嚴(yán)重,水體中農(nóng)藥、含氯化合物、生物激素等生物毒害物質(zhì)以及持久性有害物質(zhì)的檢出種類持續(xù)增多,毒害污染問題開始顯現(xiàn),對東江干流存在潛在風(fēng)險.2.3污染負(fù)荷遠(yuǎn)大于河流的環(huán)境承載力龍崗區(qū)水污染久治不愈、日益惡化的根本原因是治理設(shè)施的減污速度長期跟不上污染負(fù)荷的增長速度,導(dǎo)致污染負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過河流的環(huán)境承載力;深層次根源則是極度貧乏的自然稟賦、粗放的發(fā)展方式以及急待提高的環(huán)境管理能力和國民素質(zhì).因此,需要科學(xué)平衡經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境的關(guān)系,從區(qū)域布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)減排、工程技術(shù)、管理措施、生態(tài)改善等環(huán)節(jié)進(jìn)行“分類、分區(qū)、分級、分期”的深入研究與系統(tǒng)控制.3規(guī)劃污染主要控制制度評價富裕城市地區(qū)的廢水3.1減少非點源計劃3.1.1開發(fā)區(qū)功能區(qū)劃根據(jù)《國務(wù)院關(guān)于編制全國主體功能區(qū)規(guī)劃的意見》(國發(fā)21號)和《國務(wù)院關(guān)于落實科學(xué)發(fā)展觀加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)的決定》(國發(fā)39號)的原則,以及《深圳市生態(tài)市建設(shè)規(guī)劃》(2006年)和《深圳市龍崗區(qū)生態(tài)區(qū)建設(shè)規(guī)劃》(2007年)的要求,制訂三類主體功能區(qū)劃.(1)禁止開發(fā)區(qū):嚴(yán)格保持下墊面不受人為開發(fā)改變并恢復(fù)生態(tài),包括飲用水源區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)、自然保護(hù)區(qū)、基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)、城市綠地和坡度大于20度的山地等區(qū)域,合計219.2km2,占流域面積的52.2%.(2)限制開發(fā)區(qū):保障全區(qū)有一定的區(qū)域用于商品化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)(商品化農(nóng)業(yè)、林業(yè)、漁業(yè)、牧業(yè)等),逐步限制直至禁止在農(nóng)業(yè)區(qū)設(shè)置工業(yè)發(fā)展區(qū),并逐步清退現(xiàn)有的工業(yè)企業(yè),最終轉(zhuǎn)變成自然下墊面,合計58.79km2,占流域面積的14.0%.(3)優(yōu)化開發(fā)區(qū):為具有集約發(fā)展的社會人文條件、利于經(jīng)濟(jì)聚集的發(fā)展基礎(chǔ)與優(yōu)勢區(qū)位的可開發(fā)的土地資源,合計141.93km2,占流域面積33.8%.3.1.2生態(tài)功能區(qū)劃結(jié)果龍崗區(qū)60%的面積屬于基本生態(tài)控制范圍(圖1),根據(jù)3.1.1中主體功能區(qū)劃結(jié)果、《深圳市基本生態(tài)控制線》及《深圳市龍崗區(qū)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》,從提高可操作性角度對部分內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化,對龍崗區(qū)生態(tài)功能依重點保護(hù)區(qū)、開發(fā)區(qū)和重點開發(fā)區(qū)進(jìn)行劃分(圖2).3.2區(qū)域產(chǎn)業(yè)調(diào)整與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的研究3.2.1工業(yè)前期階段19941998年目前,龍崗區(qū)按實際居住人口計算的人均GDP為3.7萬元,按照Chenery的經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段劃分標(biāo)準(zhǔn),處于工業(yè)化中期末段,正向工業(yè)化成熟期轉(zhuǎn)變.全區(qū)工業(yè)增加值中技術(shù)密集型和勞動密集型各占約35%,資本密集型所占比例約為20%,污染型工業(yè)所占比例約為10%.勞動密集型企業(yè)及污染型工業(yè)正是龍崗區(qū)廢污水排放總量的最大貢獻(xiàn)者.龍崗建區(qū)以來三次產(chǎn)業(yè)的發(fā)展可以劃分為兩個階段:工業(yè)化初期(1993~1998年),以加工貿(mào)易起步,逐步建立起以電子、紡織、服裝、塑膠、家具等勞動密集型產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)體系,第一產(chǎn)業(yè)所占比例下降至2.1%,第二產(chǎn)業(yè)所占比例上升至70.8%,第三產(chǎn)業(yè)所占比例上升至27.2%;工業(yè)化中期(1999年至今),伴隨著深圳整個高科技產(chǎn)業(yè)的崛起,一些高新技術(shù)企業(yè),如華為、比亞迪、神舟等逐步發(fā)展壯大,成為龍崗經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)力量.第一產(chǎn)業(yè)所占持續(xù)下降至0.05%,第二產(chǎn)業(yè)所占比例在69.5%與64.8%之間窄幅波動,第三產(chǎn)業(yè)所占比例平緩上升至32.21%(圖3).耗水量大、污染嚴(yán)重的主要為工業(yè)制造業(yè)等第二產(chǎn)業(yè).第三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值從2007年開始超過第二產(chǎn)業(yè),而其產(chǎn)生的影響結(jié)果是龍崗區(qū)的廢水排放總量開始下降.因此,發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)有利于節(jié)水和環(huán)保.龍崗區(qū)多年來第三產(chǎn)業(yè)占33%左右,距離發(fā)達(dá)國家60%~70%的水平仍相距甚遠(yuǎn).2000~2010年,區(qū)域人口總數(shù)、用水量、GDP均不斷增加,盡管經(jīng)過不斷的工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、產(chǎn)業(yè)升級,萬元GDP用水量降至13.70t/萬,但與發(fā)達(dá)國家或地區(qū)相比,萬元GDP用水量是其2~3倍,還有很大的差距.這一點,對于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整尤其具有參考價值(圖4).3.2.2污染減排約束下的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整建議與方向鑒于區(qū)域高污染粗放型發(fā)展模式阻滯經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展、勞動密集型行業(yè)比重過大導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境日趨惡化、產(chǎn)業(yè)布局不合理和集約化水平低妨礙資源利用率提高的環(huán)境壓力現(xiàn)狀,提出污染減排約束下的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整思路與方向(表2).3.2.3工業(yè)污水處理設(shè)施的建設(shè)(1)近期(2010年)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整減排方案依本研究制訂的方案,2008年6月底前,所有超標(biāo)企業(yè)已完成整改治理或依法關(guān)停;2009年底前,員工超過100人或日排放生活污水超過30t且未納入污水處理廠收集管網(wǎng)的項目,已要求建設(shè)生活污水處理設(shè)施,出水按照深圳市環(huán)境保護(hù)局的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行一級A標(biāo)準(zhǔn);2010年底前,約12萬t/d的工業(yè)廢水由達(dá)標(biāo)直排轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)入集中污水處理系統(tǒng),電鍍企業(yè)已引進(jìn)園區(qū)生產(chǎn).上述措施,已新增工業(yè)COD、氨氮和總磷日削減量約10.77t、1.24t和0.17t,實現(xiàn)了比2007年新增20%的工業(yè)污染總量削減要求.(2)中期(2015年)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整減排方案根據(jù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策,提出2015年畜禽養(yǎng)殖場清退清單;在2010年的基礎(chǔ)上,繼續(xù)清退部分“兩高兩低”水污染企業(yè).根據(jù)污水截排管網(wǎng)建設(shè)計劃,到2015年將新增3萬t/d的工業(yè)廢水由達(dá)標(biāo)直排轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)入集中污水處理系統(tǒng).預(yù)計上述措施可新增工業(yè)COD、NH3-N和TP削減量約2.1t、0.25t和0.023t,實現(xiàn)比近期新增10%的工業(yè)污染總量削減目標(biāo).3.3通過研究流域工程的廢物排放和水質(zhì)改善3.3.1水污染防治規(guī)劃2015年城鎮(zhèn)污水處理率達(dá)到90%,化學(xué)需氧量排放總量1.13萬t以下,各河流水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn),集中式生活飲用水水源地和近岸海域水質(zhì)維持全部達(dá)標(biāo);到2015年底,恢復(fù)河流的工業(yè)和景觀用水功能,生態(tài)有所恢復(fù),龍崗河深惠交界斷面的水質(zhì)基本達(dá)到IV類;2020年污水處理率達(dá)95%,化學(xué)需氧量排放總量控制在1.07萬噸以下,水質(zhì)進(jìn)一步凈化,各河流水質(zhì)達(dá)到相應(yīng)功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn),集中式生活飲用水水源地和近岸海域水質(zhì)維持全部達(dá)標(biāo).到2020年底,流域水體水質(zhì)基本滿足功能要求,生態(tài)基本恢復(fù),龍崗河深惠交界斷面基本達(dá)到Ⅲ類,實現(xiàn)“遠(yuǎn)期達(dá)標(biāo)交接”.(2)工程減排能力預(yù)測與情景分析針對水污染防治規(guī)劃總體目標(biāo),進(jìn)行工程減排能力預(yù)測與情景分析,結(jié)果見表3.(3)水污染防治工程規(guī)劃污水處理工程規(guī)劃:全面推進(jìn)污水處理廠的建設(shè),優(yōu)先污水收集管網(wǎng)的配套完善,不斷提高污水收集能力和污水處理設(shè)施運行效率,保證污水處理廠投入運行后的實際處理負(fù)荷(圖5).河流污染治理規(guī)劃:采取沿河截污措施,攔截各片區(qū)原直排入河污水,輸送至污水處理廠處理達(dá)標(biāo)排放.充分利用污水處理廠的污水再生利用作為市政雜用和河道生態(tài)補(bǔ)水.對橫崗、華為等污水處理廠建設(shè)深度處理工程,建成后對所在的流域進(jìn)行河流生態(tài)補(bǔ)水,滿足河道景觀、生態(tài)需水要求.結(jié)合河道防洪、截污工程,開展河岸生態(tài)化改造工程,塑造河道生態(tài)景觀.3.3.2基于區(qū)域高功能水質(zhì)目標(biāo)的水污染治理技術(shù)在系統(tǒng)總結(jié)歸納區(qū)域現(xiàn)有大規(guī)模治污工程所取得成效與存在問題的基礎(chǔ)上,研究分析高強(qiáng)度開發(fā)背景下基于區(qū)域高功能水質(zhì)目標(biāo)的水污染治理工程缺口技術(shù),主要包括:高效截流、截污技術(shù),低耗節(jié)地型城鎮(zhèn)污水處理技術(shù),污廢水深度處理與回用技術(shù),低耗高效河道水質(zhì)凈化技術(shù),河道水質(zhì)保障維持與生態(tài)流量調(diào)控技術(shù).3.4通過流域環(huán)境管理和污染負(fù)荷減少方案的研究主要包括設(shè)置總量控制與準(zhǔn)入條件、強(qiáng)化重點污染源監(jiān)管、推進(jìn)清潔生產(chǎn)審核和加強(qiáng)監(jiān)控監(jiān)察能力建設(shè),主要措施如表4所示.4基于gis的流域水污染控制總體框架我國近三十年來的治水實踐表明,水污染問題表面上是環(huán)保問題,實際上是環(huán)境與經(jīng)濟(jì)、社會大系統(tǒng)綜合出現(xiàn)的問題.區(qū)域水環(huán)境的改善必須綜合考慮引起水質(zhì)變化的因變量與自變量,采用水污染系統(tǒng)控制的理論和方法,才能實現(xiàn)“都市出清流”的科學(xué)發(fā)展目標(biāo).鑒于此,根據(jù)相關(guān)研究成果,提出“四個減排、一個提升、一個公平”為核心的高速都市化區(qū)域水污染控制總體框架,即布局減排、結(jié)構(gòu)減排、管理減排、工程減排、生態(tài)承載力提升和環(huán)境公平(圖6).環(huán)境問題不僅僅是自然科學(xué)和技術(shù)科學(xué)的問題,其已成為社會問題.在可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略確立和生態(tài)主義中心論發(fā)展的背景下提出的環(huán)境公平原則,主要包括代內(nèi)公平(包括國內(nèi)環(huán)境公平、國際環(huán)境公平)和代際公平.環(huán)境公平實現(xiàn)行業(yè)、區(qū)域、城鄉(xiāng)、階層和代際之間的所有人都享受清潔環(huán)境而不遭受不利環(huán)境傷害的權(quán)利,以及環(huán)境破壞的責(zé)任與環(huán)境保護(hù)的義務(wù)相對稱.高速都市化區(qū)域以及經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)尤其需要在居民意識、區(qū)域布局、經(jīng)濟(jì)模式、公眾參與、環(huán)境問責(zé)、政府考核、環(huán)境立法和生態(tài)補(bǔ)償?shù)确矫孀裱h(huán)境公平原則及承擔(dān)相應(yīng)義務(wù).經(jīng)系統(tǒng)控制,可有效實現(xiàn)河道水質(zhì)的持續(xù)改善(表5),中、遠(yuǎn)期河道各斷面平均污徑比與方案實施前相比可分別降低約35%和45%.為保證和提高