水質(zhì)指紋污染溯源特征分析圖譜
2023年，生態(tài)環(huán)境部等5部門聯(lián)合印發(fā)《重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》。《規(guī)劃》提出，要構(gòu)建“三水統(tǒng)籌”的系統(tǒng)治理新格局，到2025年，主要水污染物排放總量持續(xù)減少，水生態(tài)環(huán)境持續(xù)改善，在面源污染防治、水生態(tài)恢復(fù)等方面取得突破，水生態(tài)環(huán)境保護(hù)體系更加完善，水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等要素系統(tǒng)治理、統(tǒng)籌推進(jìn)格局基本形成。
治理水污染、保護(hù)水環(huán)境、建立水生態(tài)是一項(xiàng)長(zhǎng)久而系統(tǒng)的工程。近年來(lái)，合肥通過科技創(chuàng)新解決水環(huán)境治理的難點(diǎn)與痛點(diǎn)，一批“黑科技”應(yīng)運(yùn)而生，不僅讓污染物無(wú)所遁形，也提升了水生態(tài)環(huán)境治理體系和治理能力的現(xiàn)代化水平。
監(jiān)測(cè)
水質(zhì)也能測(cè)“指紋”
長(zhǎng)期以來(lái)，河道水污染物來(lái)源點(diǎn)多線長(zhǎng)面廣，水質(zhì)污染源頭難鎖定、超標(biāo)責(zé)任難界定，是困擾水環(huán)境治理的突出難題。在清華大學(xué)合肥公共安全研究院，有一種“黑科技”——水質(zhì)指紋污染溯源技術(shù)，被譽(yù)為水環(huán)境治理領(lǐng)域的“福爾摩斯”。該技術(shù)能從被污染的水質(zhì)中輕松提取水質(zhì)的“指紋”，讓水污染無(wú)所遁形。
水環(huán)境污染問題在水里，根源在岸上。昨日，在清華大學(xué)合肥公共安全研究院的實(shí)驗(yàn)室里，科研人員正在對(duì)幾份剛采集來(lái)的不同污染源的廢水樣本進(jìn)行檢測(cè)。
“水質(zhì)指紋污染溯源技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于給重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域內(nèi)的污染源建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，將工業(yè)園區(qū)、飲用水水源地、地表水體、地下水等水質(zhì)多特征數(shù)據(jù)納入數(shù)據(jù)庫(kù)中。一旦發(fā)生污染事件，我們就可以將異常水樣的特征數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)中水質(zhì)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而判斷出水污染來(lái)自于哪里，達(dá)到快速準(zhǔn)確鎖定污染源頭的目的。”清華大學(xué)合肥公共安全研究院環(huán)境安全研究中心曹毅告訴記者。
在現(xiàn)場(chǎng)記者看到，設(shè)備屏幕上出現(xiàn)一個(gè)水質(zhì)多源光譜信息和相應(yīng)的溯源比對(duì)結(jié)果，從外觀上看，與人的指紋有幾分相似。曹毅進(jìn)一步解釋道，“鑒于不同廢水樣本中化學(xué)成分的千差萬(wàn)別，每一種廢水都攜帶著其特有的熒光光譜與紫外光譜‘指紋’。我們正是通過捕捉這些水樣中的熒光、紫外等特征光譜信息，如同解鎖密碼一樣，助力我們迅速鎖定污染源頭。這一技術(shù)不僅是實(shí)現(xiàn)‘源頭治污、精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污、依法治污’理念的重要基石，更是推動(dòng)環(huán)境保護(hù)邁向智能化、精細(xì)化的關(guān)鍵一步。”
據(jù)悉，水質(zhì)指紋污染溯源技術(shù)具有高選擇性、操作簡(jiǎn)便、試劑耗量少、測(cè)量精度高、檢測(cè)快速等優(yōu)點(diǎn)。目前，該技術(shù)可識(shí)別包括生活污水、城市雨水、農(nóng)業(yè)面源、養(yǎng)殖廢水、印染廢水、電子廢水、造紙廢水和電鍍制造廢水等十余種類型的污水。該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)入河入海排污口的溯源，迅速鎖定污染排放行業(yè)，并通過與污染源車間排放口、總排口、雨水排口以及周邊地表水上下游進(jìn)行采樣比對(duì)，進(jìn)一步鎖定污染點(diǎn)位，確認(rèn)污水流動(dòng)路徑，整體過程高效準(zhǔn)確。
實(shí)踐表明，該技術(shù)在安徽省與合肥市生態(tài)環(huán)境部門日常環(huán)境執(zhí)法和突發(fā)環(huán)境污染事件應(yīng)急中發(fā)揮了重要作用。在去年合肥經(jīng)開區(qū)的一起涉水生態(tài)環(huán)境案件中，憑借該技術(shù)，清華大學(xué)合肥公共安全研究院協(xié)助生態(tài)環(huán)境部門迅速鎖定了污染源頭，進(jìn)而成功破獲了合肥經(jīng)開區(qū)首例涉水生態(tài)環(huán)境損害案件。
除了水質(zhì)“指紋”溯源，還有一項(xiàng)技術(shù)可以監(jiān)測(cè)水質(zhì)，那就是“AI水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)”，它也被稱為水環(huán)境診治“醫(yī)生”。
在安徽中科智慧環(huán)境檢測(cè)技術(shù)服務(wù)有限公司，有一個(gè)AI水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室。這個(gè)實(shí)驗(yàn)室是無(wú)人化的水質(zhì)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)室，一臺(tái)設(shè)備一天最多可以檢測(cè)400個(gè)水樣品。而這些水就有部分是來(lái)自于巢湖重要的兩條入湖河流——南淝河和十五里河。通過這個(gè)設(shè)備，可以檢測(cè)90多項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，這些也將作為合肥生態(tài)環(huán)境部門治理巢湖的重要參考指標(biāo)。
治理
治湖先治河
治湖先治河，這是合肥治水的原則之一。
要把河湖治理好，必須先找出污染源頭，因此溯源成為治水的第一步。“我們運(yùn)用一種叫‘三色法’河流污染源調(diào)查技術(shù)，對(duì)城市以點(diǎn)源污染為主的流域進(jìn)行溯源。”安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司環(huán)境河湖院生態(tài)修復(fù)所所長(zhǎng)韓梓流介紹，通過采用管網(wǎng)內(nèi)窺鏡及機(jī)器人溯源技術(shù)，結(jié)合排口、排水戶水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)手段，找出污染來(lái)源。“通過紅、黃、綠三種不同顏色的可視化表示方法，精準(zhǔn)識(shí)別污染源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，紅色顯示區(qū)域就表示污染嚴(yán)重。”在合肥的塘西河、徐河、派河等流域都利用過這一技術(shù)進(jìn)行污染溯源排查。
巢湖流域總面積13545平方公里，涉及杭埠河、白石天河、派河、西兆河、十五里河-塘西河、南淝河、烔煬河、柘皋河、雙橋河和裕溪河等十條主要支流。面對(duì)這些入湖河流，又該如何治理呢？
“這里就是我們的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，可以看到底泥空間污染分布的情況。”該院環(huán)境專業(yè)總工程師李堃告訴記者。這是一種叫做“城市中小河流底泥生態(tài)清淤關(guān)鍵技術(shù)”，該技術(shù)獲得了安徽省科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。
技術(shù)人員采用研發(fā)的智能污泥探測(cè)儀，對(duì)河流內(nèi)的底泥污染物進(jìn)行普查，通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，對(duì)底泥空間污染分布進(jìn)行評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，從而“因地制宜”地提出污染水體不同區(qū)域的清淤方案。這種儀器可同時(shí)測(cè)定液位、密度、土阻力，精確確定底泥分層，解決了城市中小河流生態(tài)清淤測(cè)量技術(shù)難題。此外，他們還可以對(duì)底泥進(jìn)行生態(tài)處理和綜合利用。“比如處理后可以作為園林的種植土，或者用來(lái)制磚等建材利用。”李堃說(shuō)道，“目前該技術(shù)在包河區(qū)塘西河、徐河流域水環(huán)境綜合治理工程，以及廬江縣河、東大河上游小流域綜合治理工程中都有應(yīng)用。”
在南淝河支流二十埠河的道路旁，有一小片濕地。安徽省城建設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司環(huán)境河湖院院長(zhǎng)劉志剛告訴記者，這里是為南淝河水治理專門建造的一個(gè)生態(tài)濕地空間，南淝河河道旁路凈化工程，運(yùn)用的是“新型組合濕地技術(shù)”。“這種技術(shù)通過濕地生境打造保障流域藍(lán)綠生態(tài)空間格局，在這里種植許多適宜的濕地植物和水生動(dòng)物，構(gòu)建多濕地類型的濕地生態(tài)系統(tǒng)，強(qiáng)化濕地水質(zhì)凈化的功能與效果。”劉志剛介紹道，這也是一種低運(yùn)營(yíng)、高收益的可持續(xù)發(fā)展循環(huán)生態(tài)治理模式。
水生態(tài)
完善城市水環(huán)境生態(tài)理念
無(wú)論是水質(zhì)監(jiān)測(cè)，還是水污染治理，最終城市發(fā)展的水環(huán)境還得落在生態(tài)修復(fù)和合理利用上。這就離不開先進(jìn)的水環(huán)境生態(tài)設(shè)計(jì)理念。
合肥翡翠湖及周邊公園是市民一處重要的休閑娛樂共同空間，而城市里長(zhǎng)期的生產(chǎn)生活卻導(dǎo)致其連通的王建溝河道存在面源污染、水環(huán)境容量不足、水質(zhì)不達(dá)標(biāo)等問題。“我們通過地下沉淀池、生態(tài)濾地和濕地的建設(shè)，對(duì)翡翠湖排口進(jìn)行末端治理，嚴(yán)格控制和處理來(lái)自市政排水和周圍流域的面源污染，顯著改善了翡翠湖的水質(zhì)。”負(fù)責(zé)王建溝上游生態(tài)修復(fù)工程的德國(guó)漢諾威水有限公司副總經(jīng)理劉苑告訴記者，與其說(shuō)是對(duì)湖泊進(jìn)行治理，倒不如說(shuō)是引入了一種低影響開發(fā)和海綿城市的先進(jìn)理念，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展的需求。“一方面采用植草溝、雨水花園、生態(tài)岸線等小型分散式海綿措施收集、凈化和利用雨水，逐步恢復(fù)城市開發(fā)前的水文狀態(tài)和自然風(fēng)貌；另一方面通過生態(tài)水處理和水循環(huán)設(shè)計(jì)，構(gòu)筑一個(gè)可以自我修復(fù)的生態(tài)體系，利用較小的投資來(lái)獲得持續(xù)低維護(hù)成本的回報(bào)，節(jié)約資源。”這樣一來(lái)，翡翠湖水系統(tǒng)可得到整體良好運(yùn)行。
水生態(tài)環(huán)保理念不僅可以用在污染治理上，還可以在城市待建設(shè)區(qū)域，從最開始的規(guī)劃設(shè)計(jì)入手，構(gòu)建一個(gè)全新的城市水系統(tǒng)，有效避免未來(lái)城市建設(shè)對(duì)水環(huán)境的影響。
劉苑告訴記者，在合肥空港國(guó)際小鎮(zhèn)的建設(shè)中，他們就將這一理念運(yùn)用其中。在設(shè)計(jì)時(shí)，有效利用雨水資源作為生態(tài)補(bǔ)水，例如利用場(chǎng)地內(nèi)的坡地地形，進(jìn)行地表與地下水的交換，根據(jù)不同降雨強(qiáng)度和污染程度設(shè)置雨水分流路徑，將污染雨水進(jìn)行不同體量的調(diào)蓄，采用生態(tài)設(shè)施進(jìn)行凈化處理，最終緩慢補(bǔ)充進(jìn)入湖體，維持區(qū)域內(nèi)天然水循環(huán)過程。此外，協(xié)調(diào)區(qū)域防洪、治澇，最終形成包含排水、水系、污染控制、生態(tài)廊道等內(nèi)容的完整生態(tài)水系統(tǒng)綜合規(guī)劃成果。“這種設(shè)計(jì)集經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益、社會(huì)效益于一體，實(shí)現(xiàn)‘生態(tài)融城，與水共生’的美好愿景。”
近年來(lái)，合肥在“治水”上妙招頻出，集“先進(jìn)理念”與“科技創(chuàng)新”于一體。2023年以來(lái)，巢湖水質(zhì)穩(wěn)定保持在Ⅳ類，上半年達(dá)到Ⅲ類；全年合肥市20個(gè)國(guó)考斷面全部達(dá)標(biāo)，其中18個(gè)斷面達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類以上，6個(gè)斷面優(yōu)于考核標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)優(yōu)良率達(dá)90%，創(chuàng)歷史新高。全市分類整治6243個(gè)入河排污口，完成農(nóng)村黑臭水體治理38條，完善藍(lán)藻防控95個(gè)三級(jí)網(wǎng)格化管理體系，連續(xù)三年實(shí)現(xiàn)藍(lán)藻不聚集、無(wú)異味。
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