長(zhǎng)春市東新開河流域黑臭水體污染現(xiàn)狀及綜合治理研究

趙嵩穎，徐建光，王雨亮，王夢(mèng)娜

(1.吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118； 2.吉林省城鄉(xiāng)規(guī)劃研究院，長(zhǎng)春 130000)

1 概 述

隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，大量未經(jīng)處理的污水排入河道，水體中的COD、氨氮、總磷等污染物嚴(yán)重超標(biāo)，導(dǎo)致河流水體黑臭[1-2]。2015年，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》明確要求，到2020年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)[3-4]。東新開河屬于伊通河中游的一級(jí)支流，流域面積為98.12 km2，河長(zhǎng)16.5 km，河道平均坡度1.5‰，是長(zhǎng)春市的重要水體，主要由東新開河、西稗子溝、大稗子溝、稗子溝、葦子溝、金錢溝等干支流組成。目前，流域內(nèi)水體水質(zhì)總體較差，COD、氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽嚴(yán)重超標(biāo)，屬于劣V類水體，是典型的黑臭水體，嚴(yán)重影響沿岸居民生活質(zhì)量，長(zhǎng)春市河流污染控制和治理工作迫在眉睫。針對(duì)東新開河流域水體污染成因，基于水質(zhì)目標(biāo)開展制定該流域合理的水污染綜合治理方案，可解決新東開河的水體污染問題，同時(shí)可推進(jìn)海綿城市的建設(shè)，為吉林省更多污染河流提供借鑒，因此東新開河流域黑臭水體污染綜合治理意義重大。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集與分析方法

采樣工作于2016年3月進(jìn)行，對(duì)東新開河干流及主要支流水樣及沉積物進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集，共采集了29個(gè)樣點(diǎn)的表層水樣和沉積物，樣點(diǎn)分布見圖1 。樣品采集過程中，選用YSI水質(zhì)儀等便攜式水質(zhì)分析儀對(duì)表層水溫、pH、ORP、電導(dǎo)率、DO等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定；表層沉積物采用自重力柱狀采樣器進(jìn)行采集，沉積物分析指標(biāo)包括含水率、有機(jī)質(zhì)含量、粒徑、重金屬含量，其中粒徑分布特征由激光粒徑分析儀測(cè)定，重金屬含量利用冷凍干燥機(jī)冷凍干燥，經(jīng)微波消解后，用電感耦合等離子體-發(fā)射光譜ICP-OES測(cè)定[5-6]。

2.2 水質(zhì)分析及沉積物分析

表層水水質(zhì)分析及沉積物分析結(jié)果見表1。從表1的檢測(cè)結(jié)果可以看出，表層水COD范圍在13～222 mg/L，平均含量為106.9 mg/L；葦子溝和大稗子溝的COD含量相對(duì)較高，平均值為166 和148 mg/L，分別超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)V類水的4倍和5倍。東新開河主干流的COD有82%的樣點(diǎn)比例超過V類標(biāo)準(zhǔn)；水體NO3-N含量范圍為0.04～5.83 mg/L，各河段的NO3-N沿河流均呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，稗子溝的平均含量最高；兩條支流水體葦子溝和大稗子溝的氨氮平均含量分別為36和13.1 mg/L，東新開河主干流水體氨氮含量出現(xiàn)明顯的空間差異，水體下游分布較均勻，所有樣點(diǎn)均超過V類標(biāo)準(zhǔn)，分析原因是城市和村鎮(zhèn)排放的工業(yè)廢水、生活污水所致；東新開河各段水體中TN含量范圍為4.61～107.7 mg/L，均超過V類水標(biāo)準(zhǔn)，TN最大值出現(xiàn)在W1樣點(diǎn)，超過V類水標(biāo)準(zhǔn)53倍，可見各段河流水體氮素污染嚴(yán)重；TP均值為2.4 mg/L，超過V類水標(biāo)準(zhǔn)中總磷濃度限值(0.4 mg/L)6倍以上；整個(gè)河段SRP均值為2.26 mg/L，表明河流各段水體磷主要以溶解態(tài)為主，平均值84%，其中主干流體的SRP比例超過90%以上。

從表1的檢測(cè)結(jié)果可以看出，整個(gè)河流的表層沉積物TP含量平均值為613.03 mg/kg，遠(yuǎn)超過國(guó)際上沉積物TP閾值范圍500 mg/kg；整個(gè)河流表層沉積物TN含量平均值為1 951.3 mg/kg，遠(yuǎn)超過國(guó)際上沉積物TN閾值范圍1 000 mg/kg，且具有潛在的釋放風(fēng)險(xiǎn)；所有表層沉積物樣品中TC出現(xiàn)顯著差異，百分比范圍為0.27%～6.6%，極大值出現(xiàn)在W3樣點(diǎn)，支流河段空間分布波動(dòng)較大；TS能夠反映沉積物中的污染組分，平均0.113%，極大值也出現(xiàn)在8號(hào)樣點(diǎn)和B1樣點(diǎn)，空間分布波動(dòng)較?。粺Я?LOI)表征沉積物加熱分解的氣態(tài)產(chǎn)物和有機(jī)質(zhì)含量的多少，整個(gè)河流表層沉積物有機(jī)質(zhì)出現(xiàn)明顯差異，極大值出現(xiàn)在6號(hào)樣點(diǎn)和B2樣點(diǎn)，說明TC和LOI有相近的污染源。

2.3 水環(huán)境問題綜合診斷

東新開河流水體以好氧污染為主，COD和氨氮為首控污染物。通過表層水相關(guān)指標(biāo)分析可以看出，表層水營(yíng)養(yǎng)鹽指標(biāo)污染嚴(yán)重，表層水NH3-N、TN、TP和COD的平均超標(biāo)倍數(shù)為7.3倍、13.6倍、5.8倍和2.6倍。針對(duì)河水體污染現(xiàn)狀及污水管網(wǎng)的建設(shè)情況進(jìn)行分析，產(chǎn)生黑臭的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1) 經(jīng)排查，該河流流域面積98.12 km2，其中農(nóng)業(yè)用地63.02 km2，占流域面積64.2%，農(nóng)業(yè)面源污染占污染負(fù)荷的70%，農(nóng)村散排污水占污染負(fù)荷的 5%，是東新開河流域水體污染的主要來源之一，東新開河流域面源污染負(fù)荷見表2。

表1 表層水水質(zhì)分析及沉積物分析結(jié)果

表2 東新開河流域面源污染負(fù)荷

2) 流域無污水處理廠。本流域尚未規(guī)劃建設(shè)污水廠，主要污水經(jīng)管網(wǎng)收集后輸入下游北郊污水處理廠，造成東新開河中下游流量無法保障，旱季成為干河。

3) 雨水徑流污染沖擊嚴(yán)重。目前，東新開河流域雨污合流導(dǎo)致暴雨期污水溢流突出，造成雨洪期河道垃圾泛濫。

4) 河道生態(tài)退化，河流自凈能力極弱。該流域生態(tài)空間不足，河道內(nèi)非法亂占灘地耕種，亂建建筑物，導(dǎo)致行洪河道變窄，嚴(yán)重影響區(qū)域防洪行洪能力和水資源調(diào)蓄、河道自凈化能力及景觀效果，這是嚴(yán)重影響東新開河流域生態(tài)空間的主要問題。

3 綜合治理方案及概預(yù)算

3.1 綜合治理方案

基于東新開河水體黑臭原因的分析結(jié)果，該河流域受農(nóng)業(yè)面源污染影響較大，結(jié)合污染現(xiàn)狀分節(jié)特點(diǎn)，制定截污控源、內(nèi)源消除、生態(tài)建設(shè)的治理方案。該方案主要包括五大工程，分別是污水廠建設(shè)、海綿城市建設(shè)工程、垃圾治理與河道淤泥清理工程、臨河農(nóng)村水污染治理工程以及河流濕地構(gòu)建工程。

1) 開展內(nèi)源清淤措施及河道垃圾清除工程，本項(xiàng)目清淤工程46.4 km，可有效減少底泥污染釋放，增加河道行洪能力。清除的底泥通過五級(jí)混凝沉淀池實(shí)現(xiàn)泥水分離，經(jīng)晾曬處理后進(jìn)行填埋。

2) 針對(duì)東新開河流域建成區(qū)徑流系數(shù)(0.7)、地表徑流顯著增加、水質(zhì)受地表徑流污染影響突出以及生態(tài)系統(tǒng)受阻等問題，開展流域海綿城市建設(shè)工程。在東新開河金錢溝支流上游構(gòu)建濕地公園0.8 km2、下游構(gòu)建5.4 km2，恢復(fù)自然水系、濕地等對(duì)城市地表徑流污染的滯留、調(diào)蓄、凈化功能，削減上游流域面源污染負(fù)荷，保障東新開河生態(tài)流量；在中游葦子溝流域建設(shè)海綿城市試點(diǎn)工程4.7 km2，實(shí)現(xiàn)地表徑流污染負(fù)荷50%～75%的削減。

3) 針對(duì)該流域已有82個(gè)坑塘進(jìn)行增容改造為塘-濕地系統(tǒng)。為完成流域水量保持和水質(zhì)凈化，完成關(guān)鍵濕地建設(shè)，共建庫(kù)型濕地2處、坑塘濕地3處、河口濕地1處及污水廠尾水人工強(qiáng)化濕地1處，濕地具體面積、蓄水量、污染消減量見表3，位置見圖2。

4) 利用提升泵站將城鎮(zhèn)污水送至污水處理廠進(jìn)行渠中處理。新建1×104t·d-1污水處理廠1座，采用A/A/O工藝，出水水質(zhì)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，完善配套的截污管網(wǎng)。

5) 針對(duì)東新開河流域農(nóng)村散排污水的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)開發(fā)一種生活污水與雨水利用、凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)由雨水和污水收集器、污水凈化器、生態(tài)水池組成，可以對(duì)生活污水與雨水分別進(jìn)行收集、凈化，充分利用水資源，凈化達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，可進(jìn)入地表，從而補(bǔ)充地下水資源。

表3 新東開河流域塘-濕地多級(jí)水系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)表

圖2 塘-濕地、流域海綿分布圖

3.2 工程概預(yù)算

項(xiàng)目總投資費(fèi)用26.2億元，工程內(nèi)容及工程量投資見表4。

表4 流域治理主要工程量及投資

續(xù)表4

4 結(jié) 論

本文對(duì)新東開河流域表層水及沉積物的進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析。分析結(jié)果表明，東新開河流水體以好氧污染為主，COD和氨氮為首控污染物，針對(duì)新東開河流域水體污染成因，基于截污控源、內(nèi)源消除、生態(tài)建設(shè)的治理理念，開展實(shí)施新東開河流域合理的水污染綜合治理方案。項(xiàng)目總投資概預(yù)算費(fèi)用約為26.2億元，治理后可解決東新開河的水體污染問題，同時(shí)可推進(jìn)海綿城市的建設(shè)，為吉林省更多污染河流提供借鑒，因此其意義重大。