城鎮(zhèn)黑臭水體治理思路及實(shí)踐探討

劉彥琦，秦 業(yè)，王禹來，楊 威

（1.中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川 成都 610072；2.中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；3.四川省城市水環(huán)境治理工程技術(shù)研究中心，四川 成都 610072）

0 前 言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，城鎮(zhèn)產(chǎn)污量隨人口增長增加，原城鎮(zhèn)配套污水管網(wǎng)建設(shè)滯后導(dǎo)致的直排錯(cuò)接亂排、污水廠處理尾水未達(dá)標(biāo)排放等問題凸顯。大量入河污染負(fù)荷超過水環(huán)境承載能力，水體自凈能力無法滿足污染物降解需求，進(jìn)而形成黑臭水體。黑臭水體中COD、氮、磷等污染物濃度超標(biāo)，水生植物嚴(yán)重退化，水生動(dòng)物僅存較少的耐污種，水生態(tài)系統(tǒng)失衡，水體出現(xiàn)季節(jié)性或終年黑臭，直接影響周邊居民生活及感官。

1 現(xiàn)狀問題

1.1 工程背景

某市河道（以下簡稱“某河道”）全長8.81km，水域面積約29萬m2，因居住小區(qū)沿線密布，主河道水面狹窄，老舊小區(qū)雨污分流不徹底，雨污水管網(wǎng)分流覆蓋不健全等，水體黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重。根據(jù)監(jiān)測資料，除個(gè)別長約1km的河段為非黑臭水體，其余水體均屬黑臭。

1.2 黑臭原因分析

某河道為開放狀態(tài)下的水體，根據(jù)分析黑臭原因存在大量有機(jī)污染和水動(dòng)力不足。有機(jī)污染物主要包括點(diǎn)源污染、面源污染和內(nèi)源污染3種入河形式。

1.2.1 點(diǎn)源污染

某河道沿線以老舊小區(qū)為主，由于排水管網(wǎng)建設(shè)不健全，污水直排、雨污水管錯(cuò)混接、合流水排放、截污管溢流等現(xiàn)象普遍存在。沿河共分布有顯見性排口96個(gè)，其中雨水口18個(gè)，占比18.75%；合流制溢流口20個(gè)，占比20.83%；廢污水直排口58個(gè)，占比60.42%。廢污水直排口中生活污水直排口57個(gè)，企業(yè)廢污水直排口1個(gè)，連續(xù)排放口4個(gè)，間歇排放口54個(gè)。合流制溢流口主要在雨季溢流時(shí)排放污染物，由于該市降水量的季、月分配極不均勻，主要集中在6—9月。下雨時(shí)，雨污合用下水道系統(tǒng)中，排水流量是旱季流量的數(shù)十倍。據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从常募舅w黑臭情況較其他季節(jié)更為嚴(yán)重（見表1）。

表1 2018年某河道水質(zhì)狀況

1.2.2 面源污染

某河道流經(jīng)城中村、老舊小區(qū)和工業(yè)區(qū)，此類區(qū)域河邊普遍存在禽畜養(yǎng)殖廢物、建筑生活垃圾、工業(yè)原材料或廢棄物等，經(jīng)雨水浸泡、滲漏、沖刷隨徑流進(jìn)入水體。

1.2.3 內(nèi)源污染

由于長期外源污染物進(jìn)入河中積累，形成大量污染底泥成為內(nèi)源污染，降低了河流的自凈能力，造成水生態(tài)系統(tǒng)退化。特別在夏季，氣溫升高加劇底質(zhì)污染釋放，導(dǎo)致水體中有機(jī)物、氮、磷等指標(biāo)大幅波動(dòng)。據(jù)檢測資料顯示，淤積深度為0.5～1.5m，全河段淤泥量約13萬m3。按相關(guān)數(shù)據(jù)模型，參考淺水湖泊沉積物釋放模式中的“小-中風(fēng)浪”計(jì)算，TN釋放量約為151kg／月，TP釋放量約為45kg／月。

1.2.4 水動(dòng)力不足

某河道屬于內(nèi)河，水體本身具有一定自凈能力，但生態(tài)基流不足、水體流速緩慢、復(fù)氧能力弱，無法補(bǔ)充污染物分解時(shí)消耗的氧氣，致使水體中溶解氧濃度低于2mg／L，加劇水質(zhì)惡化，產(chǎn)生黑臭水體。

2 綜合治理設(shè)計(jì)概況

2.1 總體技術(shù)路線

工程綜合治理技術(shù)體系采用“控源截污、內(nèi)源治理、補(bǔ)水活水、生態(tài)修復(fù)”的技術(shù)路線進(jìn)行整治（見圖1），旨在恢復(fù)其水生態(tài)平衡和水體自凈能力。

圖1 黑臭水體治理措施

2.2 外源減排

為解決河道污染，首先要進(jìn)行外源減排，實(shí)現(xiàn)雨污分流，消除入河排污口，其包括了控源截污、原位處理及面源控制3個(gè)部分。

2.2.1 控源截污

針對(duì)缺乏完善污水收集系統(tǒng)的水體，通過老舊小區(qū)改造、原管網(wǎng)修復(fù)及新建城區(qū)雨污分流系統(tǒng)，使主城區(qū)形成完善的污水收納體系，該工程基本覆蓋了河道流域，改建后的生活排水管道接市政污水管道系統(tǒng)，再至市政污水處理廠統(tǒng)一處理。水體沿線排口結(jié)合周邊污水管道建設(shè)情況，分情況采用分流、合流排水體制，就近接入現(xiàn)狀或新建污水新建污水管網(wǎng)中，保證旱季污水收集率100%。污水處理廠進(jìn)水濃度顯著提高，治理成效明顯。

2.2.2 原位處理

對(duì)于無條件接入污水管網(wǎng)的臨河排口處，采用原位處理，就地安裝一體化污水處理設(shè)備，設(shè)計(jì)污水處理量為300m3／d，出水標(biāo)準(zhǔn)為一級(jí)A，處理后的污水經(jīng)尾水氧化溝排入河道，實(shí)現(xiàn)了污水就近處理、就近回用。污水處理站總占地1134m2，以花園式污水處理站為設(shè)計(jì)理念，保證廠區(qū)的綠化率大于70%，上層植物以常綠喬木香樟為基調(diào)樹種，配以開花喬木紫薇及色葉植物雞爪槭體現(xiàn)季相變化；地被植物以紅花繼木、金森女貞等形成色帶。出水就近排入河道，進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，保證水體流動(dòng)，提升兩岸活力。

2.2.3 面源控制

面源污染主要來源于雨水徑流中含有的污染物，在治理河段兩側(cè)乃至河道中均存在垃圾、生活垃圾及私自種植農(nóng)作物的現(xiàn)象，通過水體周邊垃圾的清理、生態(tài)駁岸的建設(shè)，清除污染源，打造生態(tài)緩沖帶，消減雨水徑流中含有的污染負(fù)荷。

2.3 內(nèi)源治理

2.3.1 清淤疏浚

在長期外源污染物流入與微生物的共同作用下，積累的污染物質(zhì)隨著泥沙、各種垃圾及腐殖質(zhì)沉積在河道內(nèi)，形成內(nèi)源污染，對(duì)此，需對(duì)河道進(jìn)行生態(tài)清淤，減少底泥中污染物釋放量，清淤河段總長約12.4km，暗涵長度0.6km。根據(jù)河道水文特征、淤泥深度、場地情況及工期、環(huán)保多種因素，在不同河段區(qū)域分別采取機(jī)械、人工、絞吸船的清淤方式。由于區(qū)域內(nèi)建設(shè)用地緊張，沿岸及周邊地區(qū)無空閑土地能用于底泥處置，因而選取脫水效率較高、時(shí)間短、占地小、環(huán)境影響低的機(jī)械脫水法進(jìn)行脫水，使底泥體積減量后外運(yùn)至堆淤場再進(jìn)行后續(xù)處置利用。

2.3.2 水生植物殘?bào)w清理

建立河道長期管理機(jī)制，及時(shí)對(duì)水華藻、水生植物殘?bào)w進(jìn)行打撈清理，避免植物殘?bào)w因腐爛消耗水體氧氣，釋放污染物。

2.4 補(bǔ)水工程

某河道旱季清水補(bǔ)給少，水體缺乏流動(dòng)性，河道自凈能力減弱，易造成水質(zhì)惡化，為了維持河道正常水動(dòng)力，采用引流清水，修建兩大補(bǔ)水工程，增加河道流量，加速水體污染物輸移、擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)水質(zhì)改善。

2.4.1 西段中水回用工程

某河道西段坡度較平緩，枯水期基本無水源補(bǔ)充，考慮利用污水處理廠的中水進(jìn)行生態(tài)補(bǔ)水，發(fā)揮再生水作用。中水通過抽水泵站，經(jīng)壓力管線抽至新建尾水濕地，壓力管道長度約3.5km，采用聚乙烯PE600供水管直埋引水，穿越現(xiàn)狀箱涵、路口時(shí)采用拖拉管非開挖穿越，中水經(jīng)濕地凈化后再進(jìn)入河道。

尾水濕地設(shè)計(jì)處理規(guī)模為10500m3／d，分為東、西兩區(qū)，每個(gè)區(qū)進(jìn)水流量為5250m3／d，采用水平潛流的形式。東、西區(qū)濕地各分4組并聯(lián)運(yùn)行，每組4個(gè)單元串聯(lián)。按照水流方向，每個(gè)處理單元分進(jìn)水區(qū)、配水區(qū)、出水區(qū)采用不同粒徑及材質(zhì)的基質(zhì)進(jìn)行裝填，進(jìn)出水區(qū)選擇60～90mm的大礫石，處理區(qū)選擇4～30mm小礫石進(jìn)行水質(zhì)凈化。在垂直方向上從上至下為覆蓋層、填料層，覆蓋層選擇本地表層種植土，確保水生植物的根系正常生長。人工濕地的打造不僅凈化了水質(zhì)，而且利用水生植物美化了處理單元，形成觀賞與功能復(fù)合的水質(zhì)處理生態(tài)塘。

同時(shí)，濕地結(jié)合景觀打造市政公園，公園總面積約169×103m2，其中人工濕地約30.7×103m2，綠地率約77.1%。公園現(xiàn)狀河道水系蜿蜒曲折，水系流動(dòng)緩慢，污染嚴(yán)重，通過擴(kuò)寬水系面積，利用中水回用工程補(bǔ)給水量，形成水系豐富、自然流動(dòng)的生態(tài)濕地公園。

2.4.2 東線引水工程

某河臨近區(qū)域一外河，河道來水量穩(wěn)定充沛，由于節(jié)制閘的建設(shè)，其庫區(qū)水位穩(wěn)定在正常蓄水位11.2m，高于某河常水位，具備補(bǔ)水條件。通過建設(shè)東線引水明渠，明渠長約2.4km，從外河庫區(qū)引水入城區(qū)河道東線，從而保證河道東段清水補(bǔ)給與水體流動(dòng)性。

2.5 水系連通

由于某河道存在斷頭和死水區(qū)域，影響了水體交換與自凈能力，水體的局部形成黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重，項(xiàng)目分別在兩大斷頭位置修建水系連通工程，逐步恢復(fù)水系完整性，改善水生態(tài)環(huán)境。由于工程段受用地限制，無條件修建明渠，采用頂管非開挖掘進(jìn)式管道的方式鋪設(shè)D1000的混凝土管，水系連通工程全長約500m。在進(jìn)口處設(shè)置電動(dòng)閥門井，有效控制引水量。

2.6 生態(tài)修復(fù)

為提高流域水質(zhì)的凈化能力，采用以水生動(dòng)植物群落構(gòu)建為主，生態(tài)浮床和人工曝氣為輔助的再生體系，通過人工干預(yù)結(jié)合自然恢復(fù)的方式引導(dǎo)原有水生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復(fù)。

2.6.1 水生植物群落構(gòu)建

水生植物群落能持續(xù)吸收水中的氮、磷、重金屬等污染物質(zhì)，且能通過人工收獲等方式將其固定的污染物質(zhì)帶出水體，還可以固定水底沉積物，減少沉積物再懸浮而造成污染。同時(shí)，植物群落通過根系向水下輸送氧氣，改善水底沉積物的氧化還原條件，減少內(nèi)源污染的釋放。通過種植水生植物、布置生態(tài)浮床等形式增加水體植物的覆蓋度，形成一定規(guī)模。按照生態(tài)安全、適應(yīng)性、多樣性及經(jīng)濟(jì)性的原則，結(jié)合試驗(yàn)室數(shù)據(jù)、工程經(jīng)驗(yàn)和本底水生植物踏勘結(jié)果，本項(xiàng)目選用的沉水植物品種為常綠刺苦草、苦草、微齒眼子菜，選用的挺水植物為黃花鳶尾和美人蕉，總計(jì)沉水植物群落構(gòu)建約4萬m2，挺水植物群落構(gòu)建約3.7萬m2，生態(tài)浮床約3120m2。

2.6.2 水生動(dòng)物群落構(gòu)建

蓄水后，魚類會(huì)逐步建立起種群，尤其是小型魚類和底棲雜食性魚類，不利于浮游植物的控制和清水態(tài)的形成（見圖2）。因此，控制小型、底棲雜食性魚類的數(shù)量，構(gòu)建控制浮游植物能力強(qiáng)、健康的食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)，是建立淺水態(tài)生態(tài)系統(tǒng)的重要部分。通過投放本地品種的魚類、螺類、蚌類來構(gòu)建微型食物網(wǎng)鏈系統(tǒng)，投放鰱魚和鳙魚等底層魚類捕食浮游植物和浮游動(dòng)物，烏鱧和黃顙魚等肉食魚類捕食蝦類、螺貝類動(dòng)物及其他小魚，魚類共計(jì)投放3000尾，投放水域面積為6萬m2。

圖2 魚類群落結(jié)構(gòu)與食物網(wǎng)構(gòu)建原理

2.6.3 人工增氧

河道中溶解氧含量是重要的水質(zhì)指標(biāo)，當(dāng)水中溶解氧濃度較低時(shí)，水中有機(jī)污染物得不到充分降解，只能通過厭氧菌分解，產(chǎn)生甲烷、硫化氫、硫醇和氨等惡臭氣體，使水體變質(zhì)發(fā)臭。本項(xiàng)目河道地勢平坦，流速較低，容易形成死水區(qū)域，單靠自然復(fù)氧作用不能滿足水體溶解氧的需求，在高溫條件下易發(fā)生局部水域或水層虧氧，通過人工曝氣充氧技術(shù)對(duì)溶解氧濃度進(jìn)行提升。在河道水深足夠、滿足曝氣機(jī)放置要求和曝氣機(jī)運(yùn)行不會(huì)擾動(dòng)底泥的河段設(shè)置曝氣機(jī)。河面較寬的位置選擇喇叭花曝氣機(jī)、造浪式曝氣機(jī)，在河面較窄或水動(dòng)力較差的河段設(shè)置推流式曝氣機(jī)，平均每臺(tái)供氧能力≥1kg／h。

3 治理效果

通過以上措施，某河道水體水質(zhì)得到了有效改善。經(jīng)現(xiàn)場取樣檢測顯示，水體透明度、溶解氧、氧化還原電位、氨氮4項(xiàng)指標(biāo)已由治理前中輕度黑臭轉(zhuǎn)變?yōu)檫_(dá)到消除黑臭標(biāo)準(zhǔn)，通過了主管部門組織的黑臭水體整改驗(yàn)收。通過消除城鎮(zhèn)黑臭水體，改善了當(dāng)?shù)鼐用竦纳瞽h(huán)境，提高了當(dāng)?shù)孛癖妼?duì)水環(huán)境治理的認(rèn)識(shí)，為同類型的黑臭河流水生態(tài)環(huán)境的治理提供參考。