胡洪營在指導(dǎo)工程

        奧林匹克森林公園位于北京市市區(qū)北部，屬于2008年奧運會的核心區(qū)域，是一個山水相間的生態(tài)公園。公園水系的補充水源為清河污水處理廠的再生水。再生水中含有一定數(shù)量的氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)以及有機污染物。清華大學(xué)自主研發(fā)的“全天候式水質(zhì)生態(tài)凈化與保持技術(shù)”，將新型、安全的水處理生態(tài)技術(shù)與自然景觀有機融合，成功地應(yīng)用于奧林匹克森林公園可持續(xù)發(fā)展教育中心，對補給再生水進行深度處理，向公園主湖提供高品質(zhì)補給水，為國內(nèi)城市公園中的首創(chuàng)。為了了解這項工程中運用的最新水處理技術(shù)，本刊記者采訪了該工程凈水工藝的設(shè)計者之一、清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系副主任胡洪營教授。

        詮釋綠色奧運

        記者：這項工程如何體現(xiàn)綠色奧運的理念？
        胡洪營：為了體現(xiàn)“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的宗旨，在選擇補充水水質(zhì)凈化技術(shù)時，避免了采用常規(guī)的水處理技術(shù)，而選擇低能耗、生態(tài)協(xié)調(diào)、環(huán)境友好的實用型生態(tài)水處理技術(shù)。為此，在森林公園南區(qū)建設(shè)了一個水處理技術(shù)的展示工程，即可持續(xù)發(fā)展教育中心，以展示多種先進的生態(tài)水處理技術(shù)。
        另一方面，在滿足水質(zhì)凈化要求的同時，設(shè)置景石等自然造景要素，建設(shè)假山、浮島等景觀，種植各種水生植物，投放魚類等水生動物，構(gòu)建了完整的水生生態(tài)系統(tǒng)，提供了游人了解生態(tài)系統(tǒng)功能、接受環(huán)境保護教育的場所。該工程集科學(xué)性、觀賞性與教育性于一體，是現(xiàn)代水質(zhì)凈化工程的創(chuàng)新，為城市景觀水體的水質(zhì)凈化與保持提供了樣板。
        記者：工程總體規(guī)模有多大？
        胡洪營：該工程的計劃水源為清河污水處理廠的再生水，水量為600m3/天，工程占地面積約2000 m2。
        記者：工程要求出水水質(zhì)達到什么標(biāo)準(zhǔn)？
        胡洪營：根據(jù)奧林匹克森林公園主湖的景觀定位、實際使用功能以及來水水源的特點，將補充水的水質(zhì)定在《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）的III類和IV類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間。要求主湖水質(zhì)指標(biāo)盡量控制在III類水平，對難以控制的污染物指標(biāo)，如總氮（TN）、總磷（TP），允許超出III類限值，但要控制在IV類以內(nèi)。

        工程難點和重點

        記者：這項工程的難度體現(xiàn)在哪些方面？
        胡洪營：由設(shè)計要求可知，出水氨氮（NH3-N）和總氮（TN）要達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）中IV類水體水質(zhì)的要求，出水TP要達到III類水體水質(zhì)的要求，而出水化學(xué)需氧量（COD）和生化需氧量（BOD5）要達到III類和IV類水體水質(zhì)之間的水平。Ⅲ類水體主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級保護區(qū)、魚蝦類越冬場、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；Ⅳ類水體主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)。由此可知，本工程要求的處理程度是非常嚴格的，采用常規(guī)的水處理技術(shù)是不可能達到的。
        記者：工程的重點是什么？
        胡洪營：氮和磷是造成水體富營養(yǎng)化的重要因素，在進行景觀水體水質(zhì)凈化與保持工程的設(shè)計時，應(yīng)該選擇對氮和磷有較好去除效果的處理技術(shù)。
        根據(jù)提供的再生水水質(zhì)指標(biāo)可知，再生水中BOD/N為0.75，遠低于常規(guī)生物脫氮系統(tǒng)所要求的BOD/N>4～5，因此利用再生水中的有機物作為碳源不能實現(xiàn)有效脫氮；如采用人為方法向水中補加有機物作為碳源，不但會造成運行費用增加，而且還有可能會影響到有機物的去除效果，不能達到預(yù)期的處理要求。
        本工程出水中TP要達到0.2mg/L的水平。這一要求是常規(guī)的水處理工藝所不可能達到的，只有采用化學(xué)沉淀除磷的方法。一般的化學(xué)沉淀除磷都需要向水中投加化學(xué)沉淀劑，這不但增加了運行費用，還有可能向水體中引入新的污染物，造成二次污染，這不符合“綠色奧運”的宗旨。
        因此本示范工程需要采用對氮和磷有特殊凈化效果的生態(tài)處理技術(shù)。
        記者：這項工程有什么示范意義？
        胡洪營：2008年奧運會不僅是一次體育盛會，也是一次向全世界展示我國綜合國力、科技實力的盛會。本工程計劃采用的水質(zhì)凈化技術(shù)都具有“低耗高效、生態(tài)協(xié)調(diào)、環(huán)境友好”的特點。這些新型的水質(zhì)凈化生態(tài)技術(shù)對未來水處理技術(shù)的發(fā)展將起到示范作用，同時能夠展示我國在環(huán)境保護方面的技術(shù)實力，充分體現(xiàn)了“科技奧運”的宗旨。

凈水溫室內(nèi)景



凈水溫室外景

        匯聚多種最新技術(shù)

        記者：這項工程應(yīng)用了哪些關(guān)鍵技術(shù)？
        胡洪營：再生水補水的再次深度處理和水質(zhì)穩(wěn)定化是景觀水體長效保持的前提。該工程應(yīng)用了清華大學(xué)環(huán)境系研發(fā)的“水質(zhì)生態(tài)凈化與保持技術(shù)”， 主要包括生態(tài)脫氮水質(zhì)凈化技術(shù)、高效除磷技術(shù)、植物化感抑藻技術(shù)等。該技術(shù)具有高效除磷脫氮作用；不需要投加任何化學(xué)藥品，也不產(chǎn)生污泥，不存在二次污染的問題；具有良好的生態(tài)效果和景觀效果。
        記者：生態(tài)脫氮水質(zhì)凈化技術(shù)有哪些優(yōu)越性？
        胡洪營：生態(tài)脫氮水質(zhì)凈化（生物固碳/供碳脫氮水質(zhì)凈化）技術(shù)單元由生物固碳、強化脫氮人工濕地和水生植物凈化組成。對低碳氮比的污水（如再生水和受面源污染的雨水），碳源的缺乏成為濕地脫氮的主要限制因子。采用常規(guī)的人工濕地技術(shù)不能實現(xiàn)有效脫氮。本技術(shù)提供的碳源來自于水生植物本身，不需人為添加。通過對自然條件下水生植物光合作用的人工模擬和強化，在植物體內(nèi)合成大量有機物，并通過根系向水中排出一些有機代謝產(chǎn)物，可以作為反硝化的碳源；另外植物殘體也可以作為反硝化的碳源。
        強化脫氮人工濕地技術(shù)是通過采用高效的脫氮填料、特殊的水生植物（能夠高效吸收水中的氮，并產(chǎn)生較多能夠被反硝化菌利用的有機物），以及優(yōu)化操作條件等方式來提高人工濕地的脫氮效果。另外，還可通過種植各種水生植物，投放適量的微型水生動物和魚類，以建立完善的水生生態(tài)系統(tǒng)。利用食物鏈關(guān)系有效去除水中的氮、磷、有機物等污染物，取得水質(zhì)的凈化、資源化和景觀效果等良好的綜合效益。
        記者：高效除磷技術(shù)包括哪幾種技術(shù)？
        胡洪營：該技術(shù)包括復(fù)合人工濕地和強化除磷技術(shù)。經(jīng)過生態(tài)脫氮單元的處理，水中的大部分氮以及一部分有機物和磷等污染物被去除。隨后采用復(fù)合濕地技術(shù)對磷等污染物進行進一步的凈化處理，使其達到更高的水質(zhì)要求。復(fù)合濕地系統(tǒng)是由除磷高效復(fù)合多功能填料、濕地植物和微生物組成的。該濕地通過填料的過濾、吸附、化學(xué)沉淀等實現(xiàn)磷的高效去除。
        記者：植物化感抑藻技術(shù)有什么特點？
        胡洪營：由于再生水回用的景觀水體比天然河流、湖泊更易發(fā)生富營養(yǎng)化。而傳統(tǒng)的化學(xué)除藻技術(shù)雖能立竿見影，但將不可避免地破壞生態(tài)平衡并造成二次環(huán)境污染，物理技術(shù)和傳統(tǒng)的生物技術(shù)則存在著操作時間長、難度大、費用高等缺點。因此，該工程采用了植物“化感作用”來抑制景觀水系藻類的生長。
“化感作用（allelopathy）”是指一種植物通過向環(huán)境中釋放化學(xué)物質(zhì)影響其他生物生長的現(xiàn)象。這類化學(xué)物質(zhì)稱為化感物質(zhì)。多種生活類型的水生植物對藻類具有生長抑制作用。本課題組在國際上首次發(fā)現(xiàn)蘆葦（Phragmites communis Trin）具有很強的抑藻作用，并從蘆葦中分離鑒定出強抑藻化感物質(zhì)2-甲基乙酰乙酸乙酯（ethyl 2-methylacetoacetate，EMA），它對于銅綠微囊藻（Microcystis aeruginosa）和蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）具有很強的化感抑制作用，半效應(yīng)濃度（EC50）值分別為0.65 mg/L和0.49 mg/L，其抑藻能力是市售殺藻劑的50倍以上。該化感物質(zhì)使藻細胞內(nèi)過氧化酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化氫酶（CAT）等抗氧化體系酶活性降低，導(dǎo)致細胞內(nèi)活性氧濃度升高。過量的活性氧濃度使細胞膜磷脂脂肪酸被氧化，從而導(dǎo)致細胞膜選擇透性被破壞，最終導(dǎo)致細胞結(jié)構(gòu)被破壞而死亡。

        城市景觀凈水樣板

        記者：這項工程具有什么社會意義？
        胡洪營：水質(zhì)生態(tài)凈化與保持技術(shù)作為一種“綠色環(huán)?！钡乃幚砑夹g(shù)，具有良好的生態(tài)效果和景觀效果，運行費用低。工程建設(shè)在溫室之內(nèi)，克服了常規(guī)生態(tài)技術(shù)的處理效果易受季節(jié)變化影響的缺點，可以在全年內(nèi)實現(xiàn)高效和穩(wěn)定的運行。
        該工程將為游人提供一個了解自然生態(tài)系統(tǒng)功能和接受環(huán)境保護教育的機會，具有重要的社會意義。此外該工程還能夠為城市水系統(tǒng)的維護和各種城市景觀水體水質(zhì)凈化與保持系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。