海綿城市下雨時像海綿一樣吸收雨水，需要的時候能將雨水“吐”出來。海綿鄉(xiāng)村，借助自然力量排水，“源頭分散”“慢排緩釋”，就近收集、存蓄、滲透、凈化雨水，讓鄉(xiāng)村如同生態(tài)“海綿”般舒暢地“呼吸吐納”。
海綿城市并不是城市的專屬，廣大的鄉(xiāng)村也同樣需要。目前我國正處在城鄉(xiāng)一體化、新村鎮(zhèn)和新農村建設的關鍵時期，但在農村城鎮(zhèn)化過程中，面臨著水污染加劇、水資源短缺、水生態(tài)環(huán)境惡化等突出問題。因此，如何提高雨污水資源化水平，構建可持續(xù)的水循環(huán)模式已成為村鎮(zhèn)快速發(fā)展亟待解決的關鍵問題。
由北京建筑大學等單位組成的研究團隊對國內外現(xiàn)有技術進行了突破和創(chuàng)新，建立了在線無動力分離—滲蓄滯留減排—生態(tài)凈化回用的村鎮(zhèn)雨污水處理新模式，構建了村鎮(zhèn)雨污水分區(qū)分級處理與資源化利用的集成技術體系，形成了多點、多途徑、多功能的雨污水資源化利用技術體系，有效地支撐了海綿鄉(xiāng)村的建立。
1.可持續(xù)的水循環(huán)已成村鎮(zhèn)發(fā)展的關鍵
新型村鎮(zhèn)是國家新型城鎮(zhèn)化戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)，村鎮(zhèn)地區(qū)建設速度、開發(fā)強度空前，但與此同時伴隨著資源、能源的快速消耗和生態(tài)環(huán)境惡化等問題，內澇與水污染問題并存，已成為新農村建設和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的瓶頸問題。
我國村鎮(zhèn)雨污水技術研究起步較晚，存在建設、運行費用高，維護管理復雜，截污和資源化水平低等問題，且小型或微型的水污染治理技術研究相對滯后。
現(xiàn)有技術多針對村鎮(zhèn)的污水治理的達標技術，缺少基于地下水補給、養(yǎng)殖、農灌、景觀等多功能回用的村鎮(zhèn)雨污水深度處理與資源回用的技術。
“生態(tài)處理系統(tǒng)是解決村鎮(zhèn)雨污水資源化利用的有效途徑。”項目負責人，北京建筑大學教授袁冬海說。
但村鎮(zhèn)雨污水具有顆粒物含量高、粒徑范圍廣、峰值流量大等特征，給生態(tài)技術應用帶來了巨大的挑戰(zhàn)，往往一場大雨過后的生態(tài)處理設施就會發(fā)生致命性的堵塞，系統(tǒng)功能完全失效。
“如何解決村鎮(zhèn)雨污水中顆粒物及瞬時水力負荷沖擊的問題，是生態(tài)處理技術能否成功用于村鎮(zhèn)雨污水深度處理與資源化利用的關鍵。”袁冬海說。
2. 有效解決了村鎮(zhèn)雨水污染問題
據了解，該項目由北京建筑大學、中國環(huán)境科學研究院以及相關環(huán)境公司聯(lián)合組成“產學研”聯(lián)盟，進行系統(tǒng)研究與工程實踐。研究團隊開展了關鍵技術攻關，在開發(fā)高效的徑流控制與雨污水資源化利用裝置方面取得了重大突破，有效解決了城市化進程中村鎮(zhèn)徑流污染、水資源流失和生態(tài)環(huán)境破壞等突出問題。
“針對村鎮(zhèn)的開發(fā)強度以雨水源頭控制與資源利用實現(xiàn)雨污的分流，建立了基于生態(tài)凈化與回用的不完全分流制新型村鎮(zhèn)排水體系，解決村鎮(zhèn)雨污水分流的技術難題。”袁冬海說。
項目團隊針對傳統(tǒng)雨污分流建成成本高，后期管理難度大，以恢復開發(fā)前自然條件下的雨量產流狀態(tài)為目標，對我國近200個地區(qū)30年的日降雨量進行了統(tǒng)計，基于對24小時降雨量的氣象統(tǒng)計學與可實施性分析，繪制了設計雨量等值線圖，提出了各區(qū)域年徑流總量控制率及其對應的設計降雨量值關系，開發(fā)了以年徑流總量控制率為目標的雨污水處理和利用設施的設計新方法。
基于低影響開發(fā)，建立了“在線無動力分離—滲蓄滯留減排—生態(tài)凈化回用”的村鎮(zhèn)雨污水三級處理技術體系，通過增加對徑流雨水的滲透和滯留，從而減小到達合流制管道時的徑流峰值流量，延緩徑流到達合流制管道的時間，并減少進入合流制系統(tǒng)的徑流總量，最終實現(xiàn)減少合流制溢流的發(fā)生頻率和溢流量，將合流制溢流污染降低到最小，通過源頭控制與資源化，實現(xiàn)了雨污水的水量、污染物排放總量的雙減量。
依據村鎮(zhèn)不同類型下墊面雨污水顆粒物粒徑的分布特征與沉降性能，研發(fā)了針對初期雨水大粒徑顆粒物比例高的初期雨水棄流設施、村鎮(zhèn)地區(qū)道路雨水徑流的多級集成化流體動力旋流分離裝置、庭院雨污水一體化凈化設施及屋面雨水高速在線過濾裝置4套雨污水徑流在線無動力分離技術及裝備，系統(tǒng)解決了初期雨污水中顆粒物含量高、難處理的技術問題。
針對村鎮(zhèn)雨污水峰值流量高、瞬時水力負荷沖擊大、末端生態(tài)凈化難度高的問題，研發(fā)了3項強化滲透減排技術，研制了新型人工分子篩和生態(tài)混凝土材料、基于吸附材料制備生態(tài)混凝土及用于水質凈化的方法，并構建了植生透水生態(tài)混凝土破岸穩(wěn)定凈化技術系統(tǒng)、地表漫流生物處理系統(tǒng)和處理方法、新型植被淺溝雨水徑流處理技術和生物滯留處理技術。
3.全新生態(tài)體驗
據袁冬海介紹，項目成果已在北京、深圳、寧夏、江蘇、上海、湖北、河北、山西等11個省市得到規(guī)?；茝V與應用，發(fā)揮了示范引領、輻射帶動作用，解決了約50萬戶農村居民雨水、生活污水生態(tài)處理與安全回用問題。
在西北寒旱地區(qū)，建立了村鎮(zhèn)低耗預處理、多級微型、分質回用、增溫越冬等復合多介質生態(tài)處理與回用系統(tǒng)，年治理污水3000萬立方米。
針對長三角地區(qū)人口密度大、土地資源緊張的特點，在上海、江蘇等地區(qū)系統(tǒng)集成了強化增滲減排技術、生物滯留技術，微創(chuàng)式多介質開挖地下滲濾系統(tǒng)等雨污水生態(tài)處理與資源回用技術，建立了“節(jié)能、節(jié)地”村鎮(zhèn)雨污水生態(tài)處理與資源回用技術模式，推廣了8000套處理設施與裝備。
針對華北城郊村鎮(zhèn)水資源短缺、水污染并存，地下水超采、雨污水污染嚴重等問題，研發(fā)了微米級透水材料、多介質高效凈化功能材料，并以該材料為基礎研發(fā)出系列生態(tài)透水產品、裝置，開發(fā)出系列基于多功能回用的復合人工濕地出水安全回用裝置，在北京、河北、山西等省市新農村建設過程中鋪裝成功推廣，年節(jié)水量達400余萬立方米。
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