科技创新赋能城市社区环境治...以城市水体富营养化治理为例_刘朵朵 (1).pdf

第 44 卷第 3 期宁夏师范学院学报2023 年 3 月No 3 Vol 44Journal of Ningxia Normal UniversityMar 2023科技创新赋能城市社区环境治理路径研究 以城市水体富营养化治理为例刘朵朵1，梁宝瑞2(1 东北大学 文法学院，辽宁 沈阳 110169;2 东北大学 机械工程与自动化学院，辽宁 沈阳 110169)摘要:推动科技创新赋能城市社区环境治理是加强和创新社会治理的重要内容。在城市水体富营养化问题治理过程中，提升生活污水处理技术这一重要问题尚未引起足够重视。引入生物质硫基混合营养反硝化技术推动城市污水处理效能提升的案例表明，在社区环境治理体系中重视科技创新赋能的重要作用，将会从治理理念、治理结构、治理技术对社区治理模式进行全方位重塑，从整体上提升社区环境治理效能。本研究为解决城市社区水体污染问题提供了科学依据与基础数据，对于推动水体脱氮技术的应用与发展以及基层社会环境治理模式的创新具有理论和实践价值。关键词:科技赋能;社区环境治理;城市水体富营养化;反硝化技术中图分类号:D632文献标识码:A文章编号:1674 1331(2023)03 0107 06收稿日期:2023 01 30作者简介:刘朵朵(1995)，女，宁夏银川人，东北大学文法学院博士，主要从事社区治理与公共政策研究;梁宝瑞(1989)，男，宁夏银川人，东北大学机械工程与自动化学院博士，主要从事城镇污水处理与资源化回收研究。一、问题的提出党的二十大报告明确要求“提升环境基础设施建设水平，推进城乡人居环境整治”，水污染防治作为生态文明建设的基本手段之一，是推进国家治理体系和治理能力现代化的重要战略任务。近年来，城市水体富营养化成为关注的焦点，其大范围地影响了水生系统质量，对居民的健康安全造成了极大威胁。城市水体富营养化主要是指由于城市小微水体和地表水中的氮、磷等营养物的含量过多而造成的污染现象。水质污染大致可以分为面源污染和点源污染，面源污染是由暴雨引发的径流冲刷地面所产生的污染物通过地表被带入江河所造成的;而点源污染主要是由工业废水和城市生活污水的集中排放造成的1。点源污染是引起居民生活用水污染的主要因素，点源污染治理也是本文主要讨论的内容。随着城市化进程的加快，社区居民生活方式也在逐渐发生变化，使用各种洗涤剂所产生的大量生活污水、垃圾和废气进入水体，导致水体环境中营养盐的输入和输出失去平衡，容易引起水体中氮超标，从而造成水生态系统物种分布失衡，严重时甚至会使整个水生态系统逐渐走向灭亡。针对这一环境问题，党和国家高度重视，出台了一系列水污染防治的政策，全国各省市也根据自身实际情况设定了城镇污水处理排放的标准。随着城市生活用水污染形势的加剧，社区居民委员会以知识宣传、法律帮助、技术推广等方式进行了一系列城市水污染防治宣传活动，积极调动社会资源增强社区居民的水资源保护意识，并且在一定程度上也推动了相关政策的拟定和修正。但由于社区自身能力有限，社会组织等力量对社区701环境问题的增益效果并不明显，难以从根本上推进城市生活用水污染问题的治理。通过梳理研究动态发现，学界关于科技赋能社区环境治理的既有研究主要集中于探讨大数据驱动下所催生的社会治理新路径如何推动治理模式向精准化2、网络化3、整体协同化转变4，信息技术的发展如何颠覆性地重塑社会信用体系5、凝聚社会治理共识6，人工智能技术如何辅助规避社会治理中的风险、提升治理水平和治理效率7。可以看出，既有研究大多是从理论层和应然视角解读科技创新如何推动社区治理的模式和路径创新，鲜有研究立足科学技术创新的具体实践进行实然性探析，难以从根本上对社会治理中产生的具体问题提供有效矫治策略。基于此，为进一步强化科技创新赋能社区环境治理方面的实证研究，本文在汲取现有研究的基础上，尝试将社区治理理论和生活污水处理的创新技术相结合，即引入生物质硫基混合营养反硝化(Biomass sulfur based mixotrophic denitrification，BSMD)技术对城市社区生活污水治理的前因后果进行推演，尝试解答在新时代中国推进国家治理体系和治理能力现代化的实践中，现代科技创新的嵌入如何能够从经验事实层面支持社区环境治理并提升社会治理效能。二、案例呈现引入创新科学技术嵌入城市社区生活污水治理的过程，能够很好地呈现破解城市小水体富营养化控制的新思路，助力城市社区生态文明建设，作为本文的研究案例具有较高的外部效度和借鉴意义。本文将从造成社区居民生活用水污染的原因、城市生活污水治理政策以及引入生物质硫基混合营养反硝化技术赋能城市生活污水处理三个方面，探讨现代科技的嵌入如何为社区环境治理增效赋能。(一)导致城市水体富营养化的成因目前城市水体富营养化治理已经成为世界性难题，富营养化水体中异常含量的硝酸盐氮具有较高的溶解性和迁移性，因此每滴污水将会对数倍乃至于数十倍的水体造成污染8。随着城市水体富营养化的情况愈发严重，硝酸盐氮浓度不断增加，而硝酸盐氮能够在人体中进行转化，直接或间接地损害人体健康9。从城市社区环境治理的角度来看，导致城市水体富营养化的因素主要有以下几方面。第一，社会经济的高速增长导致城市环境压力加剧。改革开放以来，随着我国经济社会的持续快速发展，城市化进程逐渐加快，环境污染问题也随之而来。人类活动对生态环境产生的影响主要取决于人口数量、技术能力以及消费增长间的相互作用。在人口方面，城市化进程加快必然会促使大量的人口涌入城市，而人口数量的激增无疑需要资源环境容量支持。在技术方面，高排放、高消耗的工业生产工艺必定会产出大量工业废水，工业废水以及含氮固废在地表的淋下渗，是导致地下水中硝酸盐氮浓度升高的主要原因，而低效高耗的污水处理手段也使环境污染的挑战更加严峻。与此同时，消费主义日趋盛行带动了工业发展的同时也对城市社区环境治理形成叠加压力。例如，上海作为一个城市人口密集、工业体系复杂、经济总量大的特大型城市，尽管地处长江三角洲前缘，依托黄浦江和长江等大水体，拥有丰沛的河网资源，但已然成为一座水质型缺水的城市。近年来，生活污水的大量排放已然成为上海市水质污染的“元凶”。从上海市经济发展状况来看，造成这一现象的根源在于产业结构的大幅度调整，第三产业的长足进步推动了大量餐饮、宾馆、商业、服务等行业的崛起，这些行业运转所产生的废水主要以生活废水为主，并且占比越来越大。此外，随着城市化进程的持续推进，城镇路面逐渐扩张，而城镇路面建设大多为不透水地面，由人类活动产生的生活污水、生活垃圾以及工业废水中所携带的氮磷营养物比较容易随着地表径流进入地表水中。第二，城市社区居民生活方式变迁。改革开放以来，城市生活方式受到外来文化的影响，居民生活方式的变迁呈现加速发展的趋势，居民物质和精神生活得到较大满足的同时也加剧了环境的恶化。一是城市社区居民的生活条件有了大幅改801善，大部分家庭都配备了完善的生活配套设施。其中，洗衣机所使用的含磷洗衣粉对水质所造成的污染是最直接的。含磷洗衣粉中主要以磷酸盐作为助剂，使用洗衣粉洗涤衣物后的污水直接排放到河流湖泊中会导致水体中的磷含量升高，水体趋向富营养化，从而致使水中的水草、藻类大量滋生，严重时会造成水体缺氧，鱼虾等水生物难以生存。二是随着居民生活态度和价值观念的变迁，各式各样的家用电器推陈出新，大大便利居民生活的同时也伴随着更高的用电需求。电厂的发电过程需要燃烧大量矿物燃料，而燃料燃烧过程中所形成的氮化合物能够直接沉积在水体中或储存在土壤里，再随着雨水的冲刷间接地进入水体中。未被回收的废旧电池中锌、汞、锰等重金属成分随渗液溢出到土壤中，造成对地下水的间接污染。另外，在城郊社区，居民耕种所使用的合成氮肥也是流入沿海水域营养物质的主要来源之一。在某些降水量较多的地区，合成氮肥直接流入沿海水域的高达 30%。第三，污水处理技术难以满足当下废水处理的紧迫需要。与严重的城市水体污染情况相反，城市的纳污能力不足、污水处理技术低效致使城市社区水环境污染治理所面临的考验愈发严峻。尽管现有工业企业在工业生产中积极推行节水技术，一定程度上提高了水资源的回收利用率并建造了废水处理装置，但由于城市污水的处置设施和管理都相对滞后，仍有大量的生活废水未经处理便被直接排入城市水体中。(二)城市水污染环境治理政策执行情况社会经济的高速发展已经对城市水环境造成严重影响，而城市水环境污染也反过来阻碍了我国经济社会的可持续发展。针对上述情况，党和国家出台了一系列水污染防治政策，其中2015 年颁布的水污染防治行动计划(简称“水十条”)是我国第一次在污水防治政策中协同控制农业、工业、城镇生活和交通业，第一次统筹推进水环境、水生态以及水资源的保护防治，第一次统筹部署地表水、地下水以及江河湖海的治理工作。随着政策自上而下落实到基层，各城市社区都结合本社区实际开展了各式各样的水环境保护宣传活动。例如，苏州市 L 社区在社区水环境治理中充分发挥了党建引领作用，定期组织社区网格员和志愿者开展巡河活动，重点关注河流及河道两岸的卫生情况、河面是否有明显的垃圾淤积等情况。对于活动过程中发现的污染问题，及时拍照上报到相关部门进行处理。济南市 X 街道办事处加大对保护水环境的宣传和管控力度，派遣环保网格员进入社区，为居民普及节水常识、发放“爱水净水”倡议书，引导社区居民自觉成为水污染防治的实践者，呼吁居民在自身提高环境保护意识的同时，主动监督身边人不乱排污水、不乱丢垃圾。这些措施在充分调动辖区内居民自觉参加生态环境保护积极性的同时，还深入推进了水污染防治以及水生态修复工作，营造了节水、护水、爱水的社会氛围。另外，各省根据自身实际情况提升了市政污水处理排放的标准。例如，山东省提出全省范围内的城市污水处理厂要达到准 IV 类排放标准，也就是将水中的总氮控制在 10 12 mg/L。江苏省出台了 关于加快推进城市污水处理能力建设全面提升污水集中收集处理率的实施意见，要求制定和实施更严格的城镇污水处理污染物排放标准是该政策的一大创新亮点。随后，江苏省颁布了 城镇污水处理厂污染物排放标准，要求自该标准实施之日起，新建的城镇污水处理厂都必须对标长三角及国内最严格的污染物排放标准，而位于重点区域的现有污水处理厂要执行比国家一级 A 类更严格的排放标准。从目前的情况看，污水处理政策提标的背后是对原有污水处理技术的考验，因为这导致了更多化学药剂的使用并增加了处理成本。而很多污水处理厂对于政策标准的执行仅仅停留在指标上，并未充分考虑所在地区的水量、水质以及受纳水体的环境容量。以 G 地区为例，建造一个符合当地排污标准的 4 万吨污水处理厂需要投入 8 亿元的资金，并且还要设计成地下污水处理厂，极大地提升了污水处理流程的复杂性。污水处理政策的提标不但显著增加了能耗和设备运行费用，还有可能挤占污泥、管网等城市污水处理系统的资金投入，进而对城市水环境治理形成叠加压力。901由此可见，宏观的政策整体统筹亟须微观层面的技术支持，政策执行效果难以达到预期的根本原因在于技术储备不足。为补齐水污染治理的技术短板，提升城市社区水环境治理效能，真正需要关注的是如何提升污水预处理、二级处理和后期高标准排放的技术。基于此，本研究在现有水体硝酸盐氮脱除技术上，提出生物质硫基混合营养反硝化技术(BSMD)，聚焦城市小水体关键水质因子的高效控制，为破解城市小水体富营养化控制提供新的思路。(三)科学技术创新赋能城市社区水污染治理近十几年来，关于水环境中硝酸盐氮脱除的相关研究受到国内外学者的广泛关注10。反硝化脱氮技术是指在微生物的驱使下，水体中的硝酸盐氮被还原成气态氮的过程，这种技术能够有效缓解水体富营养化，是当前去除浅水湖泊中氮素的主要手段11。目前学界所采用的技术多为异养反硝化技术，但是其处理成本高，且在处理过程中易产生二氧化碳，造成碳排放量增加。而自养反硝化作为一种替代工艺，由于在反硝化过程中污泥产量低且不产生二氧化碳，有利于“双碳目标”的实现，在近些年被更多关注12。在自养反硝化工艺当中，硫自养反硝化由于其反应速度较快、成本低而被科研和工程人员广泛关注