海仔河水環(huán)境綜合整治思路與實(shí)踐

段青梅，王小君，陳小丹

(1.東莞市水務(wù)技術(shù)中心，廣東 東莞 523413；2.廣東省水利水電科學(xué)研究院，廣東 廣州 510635)

1 概述

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化水平不斷提高，相伴而來(lái)的水污染現(xiàn)象日益嚴(yán)重，水環(huán)境問(wèn)題已成為制約經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展的重要因素。針對(duì)水環(huán)境現(xiàn)狀，國(guó)家和地方治理力度逐漸增大。2015年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》[1]，住建部、環(huán)保部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于公布全國(guó)城市黑臭水體排查情況的通知》，出臺(tái)了《城市黑臭水體整治工作指南》[2]，2016年，廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳等四部門印發(fā)了《關(guān)于全面開(kāi)展城市黑臭水體整治有關(guān)工作的通知》，2017年，廣東省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳出臺(tái)《廣東省城市黑臭水體整治技術(shù)指引》。東莞市人民政府也相繼出臺(tái)了《東莞市水污染防治行動(dòng)計(jì)劃實(shí)施方案》《東莞市2018年度水污染防治工作方案》和《東莞市水務(wù)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，要求全力推進(jìn)落實(shí)黑臭水體的整治工作，制定了2016—2020年內(nèi)河涌污染整治計(jì)劃。海仔河水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目列為2017年重污染河涌綜合整治示范項(xiàng)目之一。

2 項(xiàng)目概況

2.1 項(xiàng)目概況

海仔河位于石排鎮(zhèn)中部，東邊位于沙角村，通過(guò)沙角水閘與東引運(yùn)河相連，走向由東向西后拐向北端，通過(guò)橫山排站、獨(dú)洲排站匯入東江，是海仔河北片區(qū)主要排水通道，河寬為10～20 m，長(zhǎng)約為10.1 km，其中約1.2 km 河段已進(jìn)行了整治，一級(jí)支流4條。水質(zhì)指標(biāo)氨氮為5.74 mg/L、透明度為22 mg/L、溶解氧為0.6 mg/L、氧化還原電位為-124 mV。根據(jù)國(guó)家2015年頒布的城市黑臭水體整治工作指南和地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[3]，海仔河現(xiàn)狀水質(zhì)為劣Ⅴ類，屬典型的黑臭水體。

2.2 存在問(wèn)題

2.2.1污水排入，淤積較嚴(yán)重

石排鎮(zhèn)污水系統(tǒng)大部分為截流式合流制，海仔河范圍內(nèi)大小排污口共282 個(gè)，已建截污管網(wǎng)對(duì)大部分排污口進(jìn)行了截流，設(shè)置截流井截流排污口229 個(gè)，沿線有53個(gè)排污口沒(méi)有完成截流。旱季時(shí)，大部分污水進(jìn)入污水處理系統(tǒng)，少量污水直排入河道；暴雨時(shí)，未截流排污口污水、雨污合流水、周邊流域產(chǎn)生的面源污染隨雨水大量進(jìn)入河道。2018年5月清淤后，河道內(nèi)產(chǎn)生了新的淤積，淤泥深約0.4～0.6 m。

2.2.2無(wú)外部水源補(bǔ)充，水動(dòng)力不足

海仔河部分河段周邊建筑物較密集，雨水和周邊居民排放的污水為海仔河的主要來(lái)源，無(wú)外部河水補(bǔ)充；汛期時(shí)澇水由排站抽排排入外河，為保持河道景觀水位及保護(hù)承泄區(qū)河道水質(zhì)，兩端閘門基本為關(guān)閉狀態(tài)，海仔河水體缺乏流動(dòng)，幾乎屬于不流動(dòng)的死河，南方適宜的氣候加速了微生物的繁殖，水體散發(fā)出腥臭氣味。

3 總體思路

3.1 綜合治理目標(biāo)

3.1.1總體目標(biāo)

解決河道淤積及洪水過(guò)流問(wèn)題，控制河道沿岸污染源入河，完善河道生態(tài)系統(tǒng)，提升海仔河水質(zhì)和自凈能力，恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)。

3.1.2工程標(biāo)準(zhǔn)

工程等別為Ⅳ等，設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇。主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物級(jí)別為5級(jí)。場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為Ⅵ度。

2018年底消除黑臭指標(biāo)，2019年底水質(zhì)達(dá)到準(zhǔn)V類地表水標(biāo)準(zhǔn)(不考核總氮指標(biāo))，2020年底水質(zhì)達(dá)到V類地表水標(biāo)準(zhǔn)(不考核總氮指標(biāo))[4]。

3.2 整治對(duì)策分析

王寒濤等[5]在總結(jié)梳理美國(guó)、歐洲、日本和澳大利亞水環(huán)境成功管理模式的基礎(chǔ)上認(rèn)為城市河流作為復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，應(yīng)堅(jiān)持“流域統(tǒng)籌、系統(tǒng)治理”的基本理念；張莉穎[6]以某流域水環(huán)境綜合治理項(xiàng)目為例，提出通過(guò)控源截污、污水廠建設(shè)等分散與集中處理相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)水環(huán)境優(yōu)良，通過(guò)洪澇共同治理來(lái)實(shí)現(xiàn)水安全保障；通過(guò)構(gòu)建濕地、水體曝氣增氧等多元化手段實(shí)現(xiàn)水生態(tài)修復(fù)的總體治理思路。

通過(guò)分析河道水環(huán)境污染來(lái)源，可知海仔河水環(huán)境是多種成因疊加的結(jié)果，在分析現(xiàn)有水環(huán)境整治手段的基礎(chǔ)上，提出海仔河水環(huán)境整治采用“控源截污、內(nèi)源治理、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)、活水補(bǔ)水、堤岸整治”等綜合整治的技術(shù)手段。工程總體布置示意見(jiàn)圖1所示。

圖1 工程總體布置示意

4 整治措施

4.1 控源截污

控源截污是將排入河道的污水截流或進(jìn)行處理后排放，是從源頭上采取的整治措施，這是整治的關(guān)鍵。

海仔河沿線現(xiàn)有53個(gè)排污口未進(jìn)行截流，其中向西排渠與海仔河交匯處至石崇大道段有36 個(gè)排污口，石崇大道至沙角灌站段有11個(gè)排污口，另有6個(gè)零散分布的排污口。排污口周邊房屋建筑緊鄰河道，無(wú)建設(shè)截污管的位置，采用掛管截污的臨時(shí)措施對(duì)沿線未截流排污口進(jìn)行截流，掛管管徑DN315，管材采用硬聚氯乙烯(UPVC)排水管，管長(zhǎng)812 m。截流后污水匯入海仔河已建16-18、15-17批次截污管網(wǎng)中。

為減少雨污合流水進(jìn)入河道，在大的排污口采用設(shè)置圍堰消解池預(yù)處理的方式降低對(duì)水質(zhì)的沖擊。根據(jù)溢流口來(lái)水情況，濾包0.5～1 a更換1次。后期待周邊完成雨污分流，水體恢復(fù)一定的自凈功能后，對(duì)預(yù)處理圍堰進(jìn)行拆除。

根據(jù)各排污口大小不同，預(yù)處理圍堰消解池采用不同的尺寸。排污口大小與圍堰包尺寸關(guān)系見(jiàn)表1，各圍堰示意見(jiàn)圖2～3。

表1 排污口管徑與圍堰尺寸關(guān)系

圖2 ABC類排污口圍堰示意(單位:mm)

圖3 D類排污口圍堰示意(單位:mm)

4條支涌中現(xiàn)有1條支涌正在進(jìn)行截污整治，為消減支涌污水匯入量，支涌出口增設(shè)藥劑包過(guò)濾圍堰堤壩，圍堰包尺寸A×B×H=2 m×11 m×2.8 m。

4.2 內(nèi)源治理

黑臭水體底泥的修復(fù)分為異位修復(fù)和原位修復(fù)[7]。異位修復(fù)是指將污染底泥清淤疏浚，再進(jìn)行固化填埋或物理、化學(xué)、生物處理[8-9]。一般當(dāng)?shù)啄嘀形廴疚餄舛瘸霰镜字?～5倍且潛在危害人類及水生生態(tài)系統(tǒng)的情況下，優(yōu)選進(jìn)行異位治理技術(shù)[10]。其缺點(diǎn)是清淤出的底泥含水率較高，易對(duì)周邊環(huán)境造成二次污染。根據(jù)清淤作業(yè)時(shí)是否需排干河道水分為干式、濕式兩種作業(yè)技術(shù)，濕式作業(yè)中最主要的設(shè)備是挖泥船，形式有抓斗式、杷吸式、斗輪式等設(shè)備[11]；原位修復(fù)是指保留底泥，在原位進(jìn)行污染物治理的技術(shù)，相對(duì)異位修復(fù)技術(shù)其對(duì)周邊環(huán)境污染較小，主要有原位掩蔽技術(shù)、原位化學(xué)處理技術(shù)、原位生物修復(fù)技術(shù)[10]。原位掩蔽常用的覆蓋材料有改性礦石和天然材料(方解石、細(xì)沙等)[12]；原位化學(xué)處理主要是向水體投加化學(xué)藥劑，通過(guò)藥劑與污染物發(fā)生氧化還原等反應(yīng)，降低污染物含量，其缺點(diǎn)是可能增加水體毒性，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性，常作為臨時(shí)應(yīng)急措施；原位生物修復(fù)主要是利用微生物將污染物進(jìn)行分解、消減，使有機(jī)物含量降低，減少底泥厚度和體積，主要有向水中投放和底泥中投放兩種方式，李繼洲認(rèn)為生物修復(fù)技術(shù)是最具發(fā)展前景的修復(fù)技術(shù)[13]，該方法在河道黑臭水體整治中得到廣泛應(yīng)用[14-15]。

海仔河底泥已進(jìn)行過(guò)一次清淤，現(xiàn)狀河道內(nèi)主要為新淤積底泥，其厚度除部分?jǐn)嗝嬗俜e較厚外大部分?jǐn)嗝嬗俜e較淺。為避免污泥上岸，污染周邊環(huán)境，底泥處理采用原位修復(fù)的方式泥水同治，具體分為直接將微生物與底泥攪拌和設(shè)置污染物過(guò)流消減坡兩種方法。

微生物與底泥直接攪拌技術(shù)是利用高效物化凝聚技術(shù)，快速還原水體生態(tài)鏈的關(guān)鍵胚體—底泥，激活土著微生物，恢復(fù)和建立生物床，重構(gòu)生態(tài)系統(tǒng)，達(dá)到恢復(fù)水體的自凈能力。

污染物過(guò)流消減坡技術(shù)利用與底泥原位修復(fù)相同的高效物化復(fù)合劑，混合其他材料組成。一組污染物過(guò)流消減坡由三道藥劑處理包跌水壩組成，每道間隔15 m左右，形成自然河段氧化塘。當(dāng)河水流經(jīng)三道跌水壩時(shí)，利于河道水體增氧，河水中的有機(jī)物、總磷等污染物與藥包中復(fù)合劑反應(yīng)，使污染物濃度得到降解，提升過(guò)流河水水質(zhì)。跌水壩藥包持續(xù)產(chǎn)生作用，配合經(jīng)底泥原位修復(fù)后河流恢復(fù)的自凈能力，逐步改善水體水質(zhì)。海仔河沿程共設(shè)置過(guò)濾坡2組，每組過(guò)濾坡為3 道潛坡，每道潛坡的尺寸為A×B×H=0.5 m×2.6 m×15 m、每道潛坡處理包立方數(shù)為19.5 m3，過(guò)濾包用環(huán)保袋裝配，碼放整齊后用安全網(wǎng)捆扎固定。過(guò)濾坡平面及剖面示意見(jiàn)圖4～5。

圖4 過(guò)濾坡水壩平面示意

圖5 過(guò)濾坡水壩剖面示意

4.3 水生態(tài)修復(fù)

水生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為黑臭水體整治的重要技術(shù)手段，近年來(lái)逐漸成為研究的熱點(diǎn)之一，并在各地河道整治中得到廣泛應(yīng)用。常采用的技術(shù)手段有水生動(dòng)植物群落構(gòu)建、生態(tài)緩沖帶構(gòu)建、納米曝氣技術(shù)、人工濕地技術(shù)、生態(tài)浮床技術(shù)、微生物強(qiáng)化技術(shù)等[16-20]。

海仔河沿線較長(zhǎng)，河道寬窄不一，結(jié)合河道現(xiàn)狀，通過(guò)構(gòu)建生態(tài)緩沖帶，種植水生植物及采用曝氣設(shè)備組成水生態(tài)修復(fù)系統(tǒng)。具體工程措施有沿海仔河雙側(cè)布置穿孔曝氣管，曝氣管采用DN150 PE100 管，每隔300 m設(shè)置沉水式羅茨風(fēng)機(jī)，鼓風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)為：Q=8.4 m3/min，ΔH=29.4 kPa，P=11 kW，沉水式風(fēng)機(jī)安裝示意見(jiàn)圖6，共設(shè)置12套；河道中下游較寬處配置耐污沉水植物(四季常綠改良矮型苦草)面積約1 000 m2；邊坡修整種植綠化植物。

圖6 沉水式風(fēng)機(jī)安裝示意

4.4 活水補(bǔ)水

活水補(bǔ)水包含補(bǔ)水和活水兩部分，分為水系連通、活水循環(huán)、清水補(bǔ)給3類措施[21]，清水補(bǔ)給一般利用周邊河道水補(bǔ)水、水庫(kù)水補(bǔ)水、污水處理達(dá)標(biāo)后中水補(bǔ)水幾種方式。

海仔河?xùn)|與東引運(yùn)河相連，北有橫山排站、獨(dú)洲排站、向西排站及向西灌排站，中與石洲蓮湖相臨，外部補(bǔ)水條件較好，現(xiàn)狀東引運(yùn)河水質(zhì)較差，不適合作為近期補(bǔ)水水源，遠(yuǎn)期運(yùn)河水質(zhì)達(dá)標(biāo)后可利用海仔河與東引運(yùn)河銜接處的沙角泵站(擬建)抽水補(bǔ)水。向西灌排站引東江水(已取得相關(guān)部門批復(fù)同意)用于灌溉周邊農(nóng)田，隨著城市的開(kāi)發(fā)建設(shè)，農(nóng)田面積呈減少態(tài)勢(shì)，近期補(bǔ)水方案可引東江水入石洲蓮湖，灌溉后剩余水量用于補(bǔ)充入海仔河，新建補(bǔ)水管道3.32 km，管材采用鋼管。在橫山村設(shè)置橫山泵站，新建管道將海仔河與田邊排渠相通，增強(qiáng)海仔河水體的流動(dòng)性及作為田邊排渠的補(bǔ)水水源，橫山泵站配套補(bǔ)水管道長(zhǎng)556 m，管材為鋼管。

4.5 堤岸整治

海仔河全長(zhǎng)為10.1 km，已整治1.2 km，未整治段現(xiàn)狀堤岸形式為自然駁岸、半自然駁岸和硬質(zhì)駁岸，按照設(shè)計(jì)防洪排澇標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整治，對(duì)不滿足過(guò)流要求的河道拓寬，對(duì)堤頂高程不滿足要求的進(jìn)行加高。

5 整治效果分析

海仔河整治前于2019年7月17日采集水樣，海仔河水體呈微黃色、微臭味、多浮油，透明度、溶解氧、氧化還原電位等指標(biāo)等級(jí)評(píng)估為輕度黑臭，整治過(guò)程中于2019年11月18日采集水樣，除氧化還原電位仍為輕度黑臭外其余指標(biāo)已無(wú)黑臭，整治完成后于2020年8月6—8日期間分3次采集水樣，水質(zhì)呈淺灰色、無(wú)味、少水面油膜及飄浮物、少肉眼可見(jiàn)物，已不黑不臭(見(jiàn)圖7)，與《城市黑臭水體整治工作指南》中黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相比，水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果已全部為無(wú)黑臭，與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值V類相比，除部分?jǐn)嗝姘钡笜?biāo)超標(biāo)0.06～0.3倍外，其他指標(biāo)均滿足V類水標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目整治后達(dá)到水環(huán)境整治目標(biāo)的要求。

圖7 海仔河k2+200施工前后水質(zhì)對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

水環(huán)境治理是一個(gè)綜合性的治理工程，單一方法已無(wú)法滿足人們對(duì)河道水環(huán)境改善的要求?？卦唇匚?、內(nèi)源治理、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)、活水補(bǔ)水、堤岸整治等多種措施在海仔河水環(huán)境整治工程中得到了很好的應(yīng)用。值得注意的是排污口圍堰、過(guò)濾坡及掛管截污均屬于臨時(shí)性的工程措施，待完成污水管網(wǎng)及雨污分流工程，鎮(zhèn)區(qū)的污水從源頭接入污水系統(tǒng)，雨季不再有雨污合流水進(jìn)入河道時(shí)臨時(shí)工程措施均應(yīng)拆除。后期應(yīng)加強(qiáng)河道的日常管養(yǎng)，保持河道的生態(tài)功能。