胡洪营在指导工程

        奥林匹克森林公园位于北京市市区北部，属于2008年奥运会的核心区域，是一个山水相间的生态公园。公园水系的补充水源为清河污水处理厂的再生水。再生水中含有一定数量的氮磷等营养物质以及有机污染物。清华大学自主研发的“全天候式水质生态净化与保持技术”，将新型、安全的水处理生态技术与自然景观有机融合，成功地应用于奥林匹克森林公园可持续发展教育中心，对补给再生水进行深度处理，向公园主湖提供高品质补给水，为国内城市公园中的首创。为了了解这项工程中运用的最新水处理技术，本刊记者采访了该工程净水工艺的设计者之一、清华大学环境科学与工程系副主任胡洪营教授。

        诠释绿色奥运

        记者：这项工程如何体现绿色奥运的理念？
        胡洪营：为了体现“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的宗旨，在选择补充水水质净化技术时，避免了采用常规的水处理技术，而选择低能耗、生态协调、环境友好的实用型生态水处理技术。为此，在森林公园南区建设了一个水处理技术的展示工程，即可持续发展教育中心，以展示多种先进的生态水处理技术。
        另一方面，在满足水质净化要求的同时，设置景石等自然造景要素，建设假山、浮岛等景观，种植各种水生植物，投放鱼类等水生动物，构建了完整的水生生态系统，提供了游人了解生态系统功能、接受环境保护教育的场所。该工程集科学性、观赏性与教育性于一体，是现代水质净化工程的创新，为城市景观水体的水质净化与保持提供了样板。
        记者：工程总体规模有多大？
        胡洪营：该工程的计划水源为清河污水处理厂的再生水，水量为600m3/天，工程占地面积约2000 m2。
        记者：工程要求出水水质达到什么标准？
        胡洪营：根据奥林匹克森林公园主湖的景观定位、实际使用功能以及来水水源的特点，将补充水的水质定在《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的III类和IV类水体水质标准之间。要求主湖水质指标尽量控制在III类水平，对难以控制的污染物指标，如总氮（TN）、总磷（TP），允许超出III类限值，但要控制在IV类以内。

        工程难点和重点

        记者：这项工程的难度体现在哪些方面？
        胡洪营：由设计要求可知，出水氨氮（NH3-N）和总氮（TN）要达到《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中IV类水体水质的要求，出水TP要达到III类水体水质的要求，而出水化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD5）要达到III类和IV类水体水质之间的水平。Ⅲ类水体主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅳ类水体主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区。由此可知，本工程要求的处理程度是非常严格的，采用常规的水处理技术是不可能达到的。
        记者：工程的重点是什么？
        胡洪营：氮和磷是造成水体富营养化的重要因素，在进行景观水体水质净化与保持工程的设计时，应该选择对氮和磷有较好去除效果的处理技术。
        根据提供的再生水水质指标可知，再生水中BOD/N为0.75，远低于常规生物脱氮系统所要求的BOD/N>4～5，因此利用再生水中的有机物作为碳源不能实现有效脱氮；如采用人为方法向水中补加有机物作为碳源，不但会造成运行费用增加，而且还有可能会影响到有机物的去除效果，不能达到预期的处理要求。
        本工程出水中TP要达到0.2mg/L的水平。这一要求是常规的水处理工艺所不可能达到的，只有采用化学沉淀除磷的方法。一般的化学沉淀除磷都需要向水中投加化学沉淀剂，这不但增加了运行费用，还有可能向水体中引入新的污染物，造成二次污染，这不符合“绿色奥运”的宗旨。
        因此本示范工程需要采用对氮和磷有特殊净化效果的生态处理技术。
        记者：这项工程有什么示范意义？
        胡洪营：2008年奥运会不仅是一次体育盛会，也是一次向全世界展示我国综合国力、科技实力的盛会。本工程计划采用的水质净化技术都具有“低耗高效、生态协调、环境友好”的特点。这些新型的水质净化生态技术对未来水处理技术的发展将起到示范作用，同时能够展示我国在环境保护方面的技术实力，充分体现了“科技奥运”的宗旨。

净水温室内景
净水温室外景

        汇聚多种最新技术

        记者：这项工程应用了哪些关键技术？
        胡洪营：再生水补水的再次深度处理和水质稳定化是景观水体长效保持的前提。该工程应用了清华大学环境系研发的“水质生态净化与保持技术”， 主要包括生态脱氮水质净化技术、高效除磷技术、植物化感抑藻技术等。该技术具有高效除磷脱氮作用；不需要投加任何化学药品，也不产生污泥，不存在二次污染的问题；具有良好的生态效果和景观效果。
        记者：生态脱氮水质净化技术有哪些优越性？
        胡洪营：生态脱氮水质净化（生物固碳/供碳脱氮水质净化）技术单元由生物固碳、强化脱氮人工湿地和水生植物净化组成。对低碳氮比的污水（如再生水和受面源污染的雨水），碳源的缺乏成为湿地脱氮的主要限制因子。采用常规的人工湿地技术不能实现有效脱氮。本技术提供的碳源来自于水生植物本身，不需人为添加。通过对自然条件下水生植物光合作用的人工模拟和强化，在植物体内合成大量有机物，并通过根系向水中排出一些有机代谢产物，可以作为反硝化的碳源；另外植物残体也可以作为反硝化的碳源。
        强化脱氮人工湿地技术是通过采用高效的脱氮填料、特殊的水生植物（能够高效吸收水中的氮，并产生较多能够被反硝化菌利用的有机物），以及优化操作条件等方式来提高人工湿地的脱氮效果。另外，还可通过种植各种水生植物，投放适量的微型水生动物和鱼类，以建立完善的水生生态系统。利用食物链关系有效去除水中的氮、磷、有机物等污染物，取得水质的净化、资源化和景观效果等良好的综合效益。
        记者：高效除磷技术包括哪几种技术？
        胡洪营：该技术包括复合人工湿地和强化除磷技术。经过生态脱氮单元的处理，水中的大部分氮以及一部分有机物和磷等污染物被去除。随后采用复合湿地技术对磷等污染物进行进一步的净化处理，使其达到更高的水质要求。复合湿地系统是由除磷高效复合多功能填料、湿地植物和微生物组成的。该湿地通过填料的过滤、吸附、化学沉淀等实现磷的高效去除。
        记者：植物化感抑藻技术有什么特点？
        胡洪营：由于再生水回用的景观水体比天然河流、湖泊更易发生富营养化。而传统的化学除藻技术虽能立竿见影，但将不可避免地破坏生态平衡并造成二次环境污染，物理技术和传统的生物技术则存在着操作时间长、难度大、费用高等缺点。因此，该工程采用了植物“化感作用”来抑制景观水系藻类的生长。
“化感作用（allelopathy）”是指一种植物通过向环境中释放化学物质影响其他生物生长的现象。这类化学物质称为化感物质。多种生活类型的水生植物对藻类具有生长抑制作用。本课题组在国际上首次发现芦苇（Phragmites communis Trin）具有很强的抑藻作用，并从芦苇中分离鉴定出强抑藻化感物质2-甲基乙酰乙酸乙酯（ethyl 2-methylacetoacetate，EMA），它对于铜绿微囊藻（Microcystis aeruginosa）和蛋白核小球藻（Chlorella pyrenoidosa）具有很强的化感抑制作用，半效应浓度（EC50）值分别为0.65 mg/L和0.49 mg/L，其抑藻能力是市售杀藻剂的50倍以上。该化感物质使藻细胞内过氧化酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）等抗氧化体系酶活性降低，导致细胞内活性氧浓度升高。过量的活性氧浓度使细胞膜磷脂脂肪酸被氧化，从而导致细胞膜选择透性被破坏，最终导致细胞结构被破坏而死亡。

        城市景观净水样板

        记者：这项工程具有什么社会意义？
        胡洪营：水质生态净化与保持技术作为一种“绿色环保”的水处理技术，具有良好的生态效果和景观效果，运行费用低。工程建设在温室之内，克服了常规生态技术的处理效果易受季节变化影响的缺点，可以在全年内实现高效和稳定的运行。
        该工程将为游人提供一个了解自然生态系统功能和接受环境保护教育的机会，具有重要的社会意义。此外该工程还能够为城市水系统的维护和各种城市景观水体水质净化与保持系统的设计提供参考。