華中地區(qū)某黑臭水體整治工程案例

王慧娟，陳 威，王家樂，張丹丹，任宇亭

(武漢科技大學城市建設(shè)學院，湖北武漢 430081)

華中地區(qū)某城市隨著近十年經(jīng)濟的快速增長，城市化率相應(yīng)提高，城市人口迅猛增加，城市建設(shè)得到快速發(fā)展。然而，城市排水系統(tǒng)的不健全及居民的排水習慣，導(dǎo)致城區(qū)內(nèi)某河道水質(zhì)逐漸變差達到黑臭水體范疇。如何整治該河道已經(jīng)是一個迫在眉睫的問題。

1 項目概況

圖1 某河道河段區(qū)域鳥瞰圖Fig.1 Aerial View of a River Stretches Area

圖1為本次調(diào)查河道區(qū)域俯視圖，該河道西起A河堤，東至B渠，全河寬約為20 m，長約為2 800 m。該河道貫穿城市，將城市分割為兩部分，流經(jīng)村莊、農(nóng)田、工廠及商鋪。河道兩岸有原居民私建的房屋。河道下游無污水處理廠。為方便進行黑臭水體調(diào)查，將該河分為以下3段。

第1段：從1號路至B河道，長度約為600 m。

第2段：從2號路至1號路，長度約為800 m。

第3段：從A河堤至2號路，長度約為1 400 m。

2 調(diào)查結(jié)果分析

2.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

按照住建部發(fā)布的《城市黑臭水體整治工作指南》要求，對華中地區(qū)全長為2 800 m，回流區(qū)為5.6 km2的某河道進行排水體制檢測與水質(zhì)指標調(diào)查分級。在該河道每一段頭、中、尾各選取3個檢測點，每個檢測點均取河面下0.5 m深的水樣。其中，第一段檢測點命名為1、2、3；第二段檢測點命名為4、5、6；第三段檢測點命名為7、8、9。該河道水質(zhì)指標檢測結(jié)果如表1所示。

表1 某河道水質(zhì)檢測指標Tab.1 Water Quality Monitoring Indicators of the River

水質(zhì)指標檢測結(jié)果顯示，該河道水質(zhì)指標中，NH3-N與DO濃度含量超標，屬于輕度黑臭水體。說明該河道處于缺氧狀態(tài)，但水中COD含量較低，因此，推斷水體受到有機生物污染。該地區(qū)人口密度較小，由生活污水導(dǎo)致的污染相對較小，推斷該水體的污染來自于工業(yè)廢水。

在每一處水樣檢測點，均取部分底泥進行污染物檢測，其檢測結(jié)果如表2所示。

表2 底泥檢測指標Tab.2 River Sediments Detection Index

由表2可知，該河道底泥污染嚴重，主要污染物為TP和TN。部分取樣點TP和TN檢測濃度較高是由于該取樣點附近存在排污口，且該點處固體廢棄物較多。污水的直接排放與固體廢棄物的分解，導(dǎo)致底泥中TP和TN含量較高，需及時進行清淤處理。

2.2 實地調(diào)查結(jié)果

(1)點源污染

經(jīng)過實地調(diào)查，該河道沿岸現(xiàn)存大量排水口，其中，存在10個污廢水排放口與8個雨水排放口。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，其中，排水口CODCr產(chǎn)生量均值為127.63 mg/L、NH3-N均值為15.31 mg/L，而入河量CODCr均值為122.44 mg/L、NH3-N均值為13.29 mg/L。

(2)面源污染

該河道所在地區(qū)降雨充沛，水系發(fā)達，工業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)種植共存。管網(wǎng)混接導(dǎo)致下雨時會將排水管網(wǎng)中駐留污水帶入此河；下雨也會將農(nóng)藥與化肥一同帶入此河，造成面源污染。而經(jīng)過實地調(diào)查得到的CODCr入河量均值56.17 mg/L與NH3-N入河量6.04 mg/L也印證了這點。

3 黑臭水體成因分析

由于常年的污染物未經(jīng)處理而直接排入河道中，河道黑臭化。通過實地調(diào)研分析出該河道黑臭原因如下。

(1)水體流動性

該河道上游目前無匯入水體，河道內(nèi)水體主要為雨水與排放的污水。當?shù)卣块T為避免此河道污染B渠，在旱季時關(guān)閉河道入渠通道。該河道整體水體流動性變差，水體長期處于靜止狀態(tài)，導(dǎo)致水體復(fù)氧能力衰退，局部水域或水層虧氧，進而水中DO含量下降，水體形成適合藍綠藻快速繁殖的水力條件，進而導(dǎo)致該河道變成黑臭水體。

(2)超量收納外源污染物

圖2 某河道排水管網(wǎng)現(xiàn)狀圖Fig.2 Current Situation of Drainage Network along the River

該河道范圍內(nèi)存在污水管網(wǎng)接入雨水管網(wǎng)排至河道的現(xiàn)象，造成水體污染；同時，污水管網(wǎng)老化，污水漏損現(xiàn)象嚴重，這不僅會污染水系，也有可能污染當?shù)氐叵滤?。這些經(jīng)過雨水管網(wǎng)排入此河道的污水或通過地下水滲入該河的污水，使得水體超量接受外源污染物，超過水體自身凈化能力極限，進而導(dǎo)致水中DO被快速消耗。水中DO含量過低，有利于水中厭氧菌或兼性厭氧菌將水中有機物通過厭氧反應(yīng)催生出氨、胺和硫化氫等易揮發(fā)帶有臭味的氣體，使得水體嗅度上升，散發(fā)惡臭。

(3)水域生態(tài)系統(tǒng)受損嚴重

通過實地調(diào)查，該河渠中生物種類少，群落結(jié)構(gòu)單一，在河渠中存在大量生物尸體。河道中死亡尸體未被及時清理，在厭氧環(huán)境下遭到厭氧細菌的侵蝕，釋放出氨和硫化氫等物質(zhì)，污染水體。種群結(jié)構(gòu)單一，外加水質(zhì)污染，水生態(tài)系統(tǒng)平衡遭到破壞，生物多樣性銳減，導(dǎo)致水體自凈能力大幅下降。

(4)底泥污染

該河道河底污泥長期得不到清理，生活垃圾、植物殘渣、動物尸體與河底淤泥混合，散發(fā)惡臭。由水質(zhì)調(diào)查指標可知，該河道水體氧化還原電位均值為117 mV，氧化還原電位較低，氧含量不夠。同時，在這個電位硝化細菌的反硝化過程得到抑制[1]，底泥中的氨聚集。根據(jù)底泥檢測分析可知，其底泥中氨氮含量均值為13.09 mg/L。當?shù)啄嘀械陌本奂揭欢ǔ潭龋趐H、水利條件等環(huán)境因素改變時，釋放進入水體，引發(fā)惡臭。

(5)人為影響

該河道演變成為黑臭水體，不僅與市政設(shè)施不完善息息相關(guān)，也與城市的規(guī)劃與管理有著密不可分的關(guān)系。在該河道兩岸，建筑隨意侵占規(guī)劃藍線、管網(wǎng)建設(shè)時隨意接入該河道進行雨污合流排放、村民環(huán)保意識不強隨意往河道內(nèi)丟棄垃圾等人為因素均影響著該河道水質(zhì)。

(6)管網(wǎng)建設(shè)

圖2為該河道排水管網(wǎng)現(xiàn)狀圖，該河道有11個雨水排放口，無污水排放口，說明該區(qū)域已經(jīng)實施雨污分流制。實際調(diào)查顯示，該河道共有18個排水口，與現(xiàn)狀圖紙不相符，說明該區(qū)域存在嚴重雨污混接、錯接現(xiàn)象。管網(wǎng)實際建設(shè)情況與設(shè)計圖紙不相符合，管網(wǎng)的錯接混接直接導(dǎo)致雨污分流不明顯，污水可能會隨著雨水管網(wǎng)進入該河道進而影響水質(zhì)。

4 黑臭水體整治方案

根據(jù)對該河道演變成為黑臭水體的成因分析，結(jié)合該河道區(qū)域特點，總體整治方案按照“截污治污→生態(tài)清淤→水系連通→生態(tài)修復(fù)”4個方面進行。

4.1 截污治污

黑臭水體治理最有成效，治理后水質(zhì)能夠保持更久的方法就是通過源頭治理，而源頭治理也是各項黑臭水體整治方案的必要前提[2]。由實地調(diào)查可知，該河道水體黑臭的主要原因之一是河道兩岸污廢水直接排入河體，進而造成的污染。消除污染源從以下幾個方面開展。

(1)雨污錯接改造

首先，將村莊居民、企業(yè)排污口進行調(diào)查與物理勘探，了解實際污水管網(wǎng)與雨水管網(wǎng)布置方式，結(jié)合城郊村污水收集設(shè)計截污管。其次，修復(fù)受損污水管網(wǎng)，保證污水不會滲透至河道中。對于已經(jīng)實施雨污分流的區(qū)域，將污水管就近接入設(shè)計的污水管，主干管納污；對合流制區(qū)域，新建雨水管，經(jīng)初期雨水處理后排入污水廠，經(jīng)生活污水一體化設(shè)備處理后達到一級A標準(圖3)。

(2)沿河排口截污

沿河的污水排放口是點源污染中污染物引入河渠的重要途徑，在對黑臭水體治理中，必須把沿河不規(guī)范的污水排放口進行截污改造。

4.2 生態(tài)清淤

由底泥檢測結(jié)果可知，該河道底泥中TN和TP含量超標，在保證外援污染物減少的情況下，如若不對底泥進行更換，底泥中TN和TP將會自動釋放進入水體，造成內(nèi)源污染。因此，在減少內(nèi)源污染上，需要對該河道進行淤泥清理。本方案中主要采用人工清理配合機械運卸的方法清理河道中底泥與垃圾廢棄物。此舉旨在提出水體內(nèi)源污染物，以保證治理后水質(zhì)能保持更長時間。

4.3 水系連通

該河道成為黑臭水體的一個很重要原因是該河道流動性差，河水長期處于靜止狀態(tài)。因此，要使該河道黑臭水體治理后水質(zhì)能夠長時間保持優(yōu)良狀態(tài)，需要對該河道附近流域水系進行連通工程。

在本方案中，水系連通近期工程首先通過水利改善工程將該河道與C河進行水系連通，其次是通過B渠引入清水定期補給該河道，最后采用推流曝氣、磁分離清水循環(huán)技術(shù)定期往河水中充氧。

在遠期設(shè)計上，從該河道南側(cè)就近的5支水渠進行引水工程，進而連通該區(qū)域水系，從而提升該河道水體自凈能力與納污容量，降低該河道重新成為黑臭水體的風險。圖4為該河道水系連通遠期工程設(shè)計圖。

圖4 遠期活水循環(huán)設(shè)計圖Fig.4 Long-Term Design of Runoff Water Circulation

4.4 生態(tài)修復(fù)

從實地調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)該河道生物物種多樣性單一，無法構(gòu)成良性碳、氮循環(huán)。因此，需要將硬化駁岸恢復(fù)成自然駁岸、同時廣泛種植不同種類水生植物、豐富河岸兩側(cè)生物多樣性、建立良性河岸小型生態(tài)循環(huán)鏈。在本方案中，根據(jù)河道分段不同，在B渠至1號路段實施“自然駁岸+砌石駁岸”的方案，在1號路至2號路段實施“砌石駁岸”的方案，在2號路至A河堤段實施“自然駁岸+砌石駁岸、自然駁岸”的方案。本方案中，分區(qū)種植生態(tài)綠地植物、濱水景觀植物和水體景觀植物，不僅可以達到美化環(huán)境、提高居民生活幸福指數(shù)，還可以達到恢復(fù)生態(tài)圈、提高生物物種多樣性的目的。

5 治理效果

“截污治污→生態(tài)清淤→水系連通→生態(tài)修復(fù)”4個方面進行黑臭水體治理后，對水質(zhì)和底泥進行檢測，檢測結(jié)果如表3所示。

表3 治理后某河道水質(zhì)情況與底泥污染物含量Tab.3 Water Quality and Sediment Pollutant Content of the River after Remediation

如表3所示，經(jīng)過治理后，改河水質(zhì)發(fā)生明顯變化，其NH3-N、氧化還原電位和DO濃度下降明顯，其NH3-N、DO均值滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量評價標準》中V類水體要求，可以認為該河進行治理改造后已經(jīng)消除黑臭水體。

6 結(jié)語

(1)黑臭水體的形成是多種復(fù)雜因素相互作用的結(jié)果，不同城市、不同地區(qū)和不同水系形成的黑臭水體各具特點。而該河道屬于輕度黑臭水體，分析認為是落后的管網(wǎng)設(shè)施以及居民較差的環(huán)保意識沒有與城市的高速發(fā)展相匹配、對該河道并沒有形成一套科學有效的管理措施，進而導(dǎo)致雨污混接、污水直排、底泥污染等造成水體演變成黑臭水體的現(xiàn)象。

(2)對該河道的黑臭水體治理方案遵循科學、經(jīng)濟、安全、適用四大原則，并在遠期通過構(gòu)建園林經(jīng)開區(qū)水系進而使園林經(jīng)開區(qū)水系長期主動流通，提升該河道水體自凈能力，達到長期防治黑臭水體的目的。

(3)黑臭水體的治理不應(yīng)該僅考慮近期設(shè)計，而更多的要考慮修復(fù)后水體不再發(fā)生惡化，再次演變成黑臭水體。因此，要在設(shè)計上做到規(guī)劃先行，因地制宜。以華中地區(qū)某河道為例，該河道周圍排水管網(wǎng)錯綜復(fù)雜、布局混亂，除此之外該河道附近居民建筑、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖與工業(yè)園區(qū)分布不合理都直接導(dǎo)致該河道的點源污染與面源污染問題。而因地制宜則要求對該河道黑臭水體的治理應(yīng)考慮該河道地段特殊性，采取分段修建駁岸的方式，而不是參照共同案例，在該河道全段設(shè)置同種駁岸。