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(nóng)村建設(shè)的關(guān)鍵時期，但在農(nóng)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(gòu)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(guān)鍵問題。
由北京建筑大學(xué)等單位組成的研究團(tuán)隊對國內(nèi)外現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)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(gòu)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(shù)體系，形成了多點、多途徑、多功能的雨污水資源化利用技術(shù)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(guān)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(shè)速度、開發(fā)強(qiáng)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(nèi)澇與水污染問題并存，已成為新農(nóng)村建設(shè)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(shù)研究起步較晚，存在建設(shè)、運行費用高，維護(hù)管理復(fù)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(shù)研究相對滯后。
現(xiàn)有技術(shù)多針對村鎮(zhèn)的污水治理的達(dá)標(biāo)技術(shù)，缺少基于地下水補(bǔ)給、養(yǎng)殖、農(nóng)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(shù)。
“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(fù)責(zé)人，北京建筑大學(xué)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(shù)應(yīng)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(shè)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(fù)荷沖擊的問題，是生態(tài)處理技術(shù)能否成功用于村鎮(zhèn)雨污水深度處理與資源化利用的關(guān)鍵。”袁冬海說。
2. 有效解決了村鎮(zhèn)雨水污染問題
據(jù)了解，該項目由北京建筑大學(xué)、中國環(huán)境科學(xué)研究院以及相關(guān)環(huán)境公司聯(lián)合組成“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)盟，進(jìn)行系統(tǒng)研究與工程實踐。研究團(tuán)隊開展了關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，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(jìn)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(qiáng)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(shù)難題。”袁冬海說。
項目團(tuán)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(fù)開發(fā)前自然條件下的雨量產(chǎn)流狀態(tài)為目標(biāo)，對我國近200個地區(qū)30年的日降雨量進(jìn)行了統(tǒng)計，基于對24小時降雨量的氣象統(tǒng)計學(xué)與可實施性分析，繪制了設(shè)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(yīng)的設(shè)計降雨量值關(guān)系，開發(fā)了以年徑流總量控制率為目標(biāo)的雨污水處理和利用設(shè)施的設(shè)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(shù)體系，通過增加對徑流雨水的滲透和滯留，從而減小到達(dá)合流制管道時的徑流峰值流量，延緩徑流到達(dá)合流制管道的時間，并減少進(jìn)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(jù)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(shè)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(shè)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(shù)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(shù)問題。
針對村鎮(zhèn)雨污水峰值流量高、瞬時水力負(fù)荷沖擊大、末端生態(tài)凈化難度高的問題，研發(fā)了3項強(qiáng)化滲透減排技術(shù)，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(zhì)凈化的方法，并構(gòu)建了植生透水生態(tài)混凝土破岸穩(wěn)定凈化技術(shù)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(shù)和生物滯留處理技術(shù)。
3.全新生態(tài)體驗
據(jù)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)模化推廣與應(yīng)用，發(fā)揮了示范引領(lǐng)、輻射帶動作用，解決了約50萬戶農(nóng)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(yù)處理、多級微型、分質(zhì)回用、增溫越冬等復(fù)合多介質(zhì)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(qiáng)化增滲減排技術(shù)、生物滯留技術(shù)，微創(chuàng)式多介質(zhì)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(shù)，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(shù)模式，推廣了8000套處理設(shè)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(yán)重等問題，研發(fā)了微米級透水材料、多介質(zhì)高效凈化功能材料，并以該材料為基礎(chǔ)研發(fā)出系列生態(tài)透水產(chǎn)品、裝置，開發(fā)出系列基于多功能回用的復(fù)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(nóng)村建設(shè)過程中鋪裝成功推廣，年節(jié)水量達(dá)400余萬立方米。
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