臨沂市柳青河流域黑臭水體治理案例分析

郝如杰 于 楠 鄭紀(jì)永 吳傳友

（金鑼水務(wù)有限公司 山東臨沂 276000）

引言

黑臭水體治理一直是我國(guó)水處理行業(yè)的熱點(diǎn)。截至2021 年，全國(guó)城市黑臭水體認(rèn)定數(shù)量共計(jì)2914 個(gè)，65%以上分布在廣東、江蘇、安徽、湖北、湖南、山東、河南和四川8 省[1]。國(guó)內(nèi)學(xué)者針對(duì)黑臭水體的治理問(wèn)題，提出了眾多治理思路及技術(shù)措施，包括從點(diǎn)源、面源、內(nèi)源以及水動(dòng)力學(xué)條件等方面分析黑臭水體成因和污染來(lái)源，采取控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)、監(jiān)控與管理等治理措施[2][3]。陳武等[4]研究了深圳市茅洲河流域黑臭水體治理的案例，總結(jié)了九項(xiàng)行之有效的治理措施，成果顯著。王凡等[5]對(duì)貴陽(yáng)市七彩湖黑臭水體治理案例進(jìn)行了分析，該流域采用了以箱體內(nèi)設(shè)泥渣砂油（SSgo）固液秒分離技術(shù)和固定床生物膜反應(yīng)器（FBBR）工藝為核心的污水處理集成技術(shù)開(kāi)展水體治理。張德祥等[6]針對(duì)性的提出外源減排及截污、內(nèi)源清淤及消解底泥、水動(dòng)力恢復(fù)、水質(zhì)凈化和生態(tài)修復(fù)5 個(gè)方面系統(tǒng)性治理方案解決了巨野縣會(huì)盟景觀帶黑臭水體問(wèn)題。

根據(jù)《臨沂市落實(shí)<水污染防治行動(dòng)計(jì)劃>實(shí)施方案》、《臨沂市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)作戰(zhàn)方案》，臨沂市黑臭水體主要為涑河、青龍河、陷泥河、柳青河、祊河等16 條河流24 段黑臭水體，本文以柳青河流域黑臭水體治理案例進(jìn)行探討。

1 背景論述、水質(zhì)現(xiàn)狀

1.1 流域概況

柳青河是沂河的一級(jí)支流，全長(zhǎng)34 km，流域面積258.7 km2，位于蘭山區(qū)沂河、祊河兩河之間，有東西兩源，匯于棗溝頭鎮(zhèn)陶家莊東，向南貫穿北城新區(qū)，流經(jīng)李官、白沙埠、汪溝、半程、棗溝頭等5 鎮(zhèn)和柳青街道，途經(jīng)村莊、社區(qū)100 余個(gè)。柳青河流域的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展，工業(yè)污水及生活污水成為柳青河水質(zhì)改善的主要隱患，再加上流域內(nèi)的城鎮(zhèn)尾水、生活垃圾時(shí)有傾倒，雖經(jīng)多項(xiàng)措施治理，但河流部分河段水質(zhì)離城市水功能區(qū)要求仍有較大差距。

1.2 流域水質(zhì)調(diào)查

選取柳青河不同河段進(jìn)行取樣檢測(cè)，根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》，永太河、柳青河下游河段判定為輕度黑臭，龍王河河段判定為重度黑臭。選取柳青河不同河段進(jìn)行取樣檢測(cè)，結(jié)果如下。

表1 治理前河道水質(zhì)

2 河流問(wèn)題分析

2.1 點(diǎn)源

污水直排、管網(wǎng)不完善。柳青河流域沿途村莊、社區(qū)較多，管網(wǎng)及污水處理廠缺乏，且大部分村莊、社區(qū)污水未進(jìn)入污水管網(wǎng)，直接流入柳青河或其支流。另外流域內(nèi)工業(yè)發(fā)達(dá)，主要工業(yè)園區(qū)6 個(gè)，包括半程工業(yè)園、杏花工業(yè)園、喬家湖工業(yè)園等，涉及行業(yè)種類較多，其中主要為：肉類、塑料、糧油、泵業(yè)、鋁業(yè)、木材、飼料加工等。部分工廠污水未進(jìn)入污水管網(wǎng)，直接流入柳青河或其支流。經(jīng)前期調(diào)查，流域內(nèi)生活污水排放口136 個(gè)，工業(yè)污水排放口81 個(gè)，直排入水體是造成水體污染的重要原因。

2.2 面源

柳青河流域面積大，流域內(nèi)大量農(nóng)田退水和秸稈匯入農(nóng)田排水溝，秸稈腐爛后產(chǎn)生大量有機(jī)物，隨農(nóng)田退水進(jìn)入柳青河及其支流；養(yǎng)殖場(chǎng)較多，且大部分散戶、小養(yǎng)殖場(chǎng)未設(shè)置污水處理措施，產(chǎn)生的高濃度養(yǎng)殖廢水排入柳青河及其支流；沿途生活垃圾、流域面積內(nèi)初期雨水匯入河道，也會(huì)造成河道水體污染。

2.3 內(nèi)源

河道淤積。柳青河因建設(shè)年代較早，河道缺少護(hù)岸的保護(hù)作用，河道抗水流沖擊能力較差，在水流沖擊、太陽(yáng)烘曬以及人力的相互作用下出現(xiàn)水土流失現(xiàn)象，一部分沉降到河道底部，一部分到下游易沉積河段發(fā)生沉積，引起河床抬升、河道變窄等現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)前期調(diào)查及論證分析，淤積河段主要為永太河河段及棗林莊河段。

3 治理方案

針對(duì)柳青河流域黑臭問(wèn)題，采取控源截污、環(huán)保清淤、活水循環(huán)、清水補(bǔ)給、生態(tài)治理與修復(fù)的綜合治理方案。永太河河段輕度黑臭，主要原因?yàn)槲鬯迸偶昂拥烙俜e，源頭治理及清淤完成之后黑臭狀況可有效緩解。龍王河及柳青河下游河段黑臭原因主要為上游污水直排導(dǎo)致，面源污染、垃圾堆積為次要原因，需進(jìn)行源頭治理，清理垃圾并修復(fù)河道生態(tài)。為鞏固治理成果，防治黑臭反復(fù)，對(duì)清淤、裸露河岸進(jìn)行綠化加固，引水入荷塘生態(tài)濕地進(jìn)一步凈化水質(zhì)。

3.1 控源截污

（1）新建一體化污水處理設(shè)備。按照污水“就地收集、就地處理”的原則，在轄區(qū)半程鎮(zhèn)、棗園鎮(zhèn)、白沙埠鎮(zhèn)、李官鎮(zhèn)等污水管網(wǎng)無(wú)法覆蓋的80 個(gè)村社區(qū)，分散安裝金鑼水務(wù)自主研發(fā)的中小型一體化污水處理設(shè)備金鑼凈水系統(tǒng)116 臺(tái)，增加污水處理能力34800 m3/d。設(shè)備安裝方式采取先支流后干流、先上游后下游的順序，根據(jù)各村社區(qū)污水產(chǎn)生量的不同，污水處理設(shè)備規(guī)模為50～10000 m3/d 不等，采用裝配式技術(shù)，從安裝到調(diào)試時(shí)間跨度不超過(guò)20 天，有效提升了治理效率。（2）匯水點(diǎn)新建臨時(shí)污水處理站。為盡快消除黑臭恢復(fù)河道水質(zhì)，在永太河、龍王河、金鑼二路匯水點(diǎn)3 條較大支流安裝了合計(jì)16000 m3/d 的一體化污水處理設(shè)備，采用了“A/O+混凝沉淀”工藝為主的一體化排污設(shè)備。（3）新建截污管道。對(duì)流域內(nèi)能夠并入污水管網(wǎng)的直排入河道的生活污水及工業(yè)污水進(jìn)行截污，封堵部分排污口，新建截污管網(wǎng)約23km，依托處理量40000 m3/d的柳青河污水處理廠進(jìn)行集中處理，并充分利用733.3 hm2荷塘濕地，進(jìn)一步凈化處理后的污水和初期雨水。柳青河污水處理廠占地2.2 hm2，服務(wù)人口5.5 萬(wàn)人，已完成配套管網(wǎng)28.7 km，是蘭山區(qū)水污染治理的重點(diǎn)工程，也是淮河流域水污染防治的重點(diǎn)工程之一。污水處理廠采用AMSBR 工藝標(biāo)準(zhǔn)，出水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)。（4）其他措施。另外，在各村社區(qū)合理布置垃圾桶及垃圾收集處，通過(guò)加強(qiáng)環(huán)保監(jiān)察、政策鼓勵(lì)、引導(dǎo)等，要求養(yǎng)殖場(chǎng)設(shè)立專門(mén)污水處理設(shè)施、散戶設(shè)置化糞池、秸稈還田、生活垃圾集中處理等，有效解決了養(yǎng)殖廢水散亂排的現(xiàn)象。經(jīng)上述措施處理后，基本實(shí)現(xiàn)柳青河上中游區(qū)域點(diǎn)源生活污水及工業(yè)廢水“零直排”，有效緩解面源污染對(duì)水質(zhì)影響，污水中COD、NH3-N 去除率在80%以上，河道水質(zhì)明顯改善。

3.2 環(huán)保清淤

主要針對(duì)永太河及棗林莊河段進(jìn)行環(huán)保清淤。秸稈、樹(shù)葉、糞便、生活垃圾等大量有機(jī)物質(zhì)長(zhǎng)期堆積，底泥厭氧發(fā)酵，河道透明度降低，異味嚴(yán)重。永太河河段地勢(shì)平坦、易于沉降，底泥較厚、河道較窄；棗林莊河段水流較小，長(zhǎng)期淤泥沉積，水流不暢。永太河河段清理長(zhǎng)度約3 km，拓寬河道距離約3 m，清淤深度約1 m；棗林莊河段清理長(zhǎng)度約5 km，清淤深度為0.3～1m。根據(jù)實(shí)際情況，采用人工配合機(jī)械清淤方式，經(jīng)清理后，河道有機(jī)物質(zhì)大幅降低，DO、透明度上升明顯，水體異味得到有效去除，河段水量?jī)?chǔ)存能力上升，自凈能力得到恢復(fù)，抗沖擊能力明顯增強(qiáng)。

3.3 活水循環(huán)、清水補(bǔ)給

河道補(bǔ)水途徑主要有一體化設(shè)備再生水、污水廠再生水以及荷塘生態(tài)濕地流出的清水。柳青河污水處理廠及柳青河支流河道水進(jìn)入荷塘生態(tài)濕地，凈化后流入河道，河道水體得到稀釋，水體流動(dòng)性和氧氣均獲得提升，自凈能力增強(qiáng)，能有效降低COD、NH3-N、TP等含量。再生水進(jìn)入河道，能夠增加河道水量，對(duì)緩解水資源短缺、減少污水二次污染均有重要意義[7]。

3.4 生態(tài)治理、修復(fù)

上海市采用物理結(jié)構(gòu)修復(fù)、水質(zhì)生態(tài)凈化、生物群落恢復(fù)3 個(gè)方面的各項(xiàng)措施針對(duì)黑臭水體進(jìn)行了系統(tǒng)性治理，取得了顯著效果[8]。永太河、龍王河河段岸坡裸露、河道垃圾堆積，水生植物缺乏，針對(duì)以上問(wèn)題，通過(guò)種植護(hù)岸植物、水生植物、清理河道垃圾等措施，在永太河、龍王河下游河道形成了自然恢復(fù)的河道型生態(tài)濕地長(zhǎng)廊。據(jù)報(bào)道，蘆葦、水蔥具有高適應(yīng)性，能夠維持人工濕地水力傳輸、富集水體中的污染物，是比較常見(jiàn)的濕地植物[9][10]。故選擇在永太河、龍王河河段種植蘆葦、水蔥、百喜草、黑麥草等植物，種植面積合計(jì)約9834m2，可加固新拓寬河道岸坡，有效防止汛期沖刷河坡造成河道淤積。使用垃圾車(chē)將河段中堆積垃圾運(yùn)往附近垃圾收集站，同時(shí)為防止植物冬季死亡后對(duì)水體造成污染，安排園林綠化人員對(duì)河坡、河道定期清理。

3.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控、無(wú)縫巡查

為進(jìn)一步鞏固柳青河流域治理效果，通過(guò)“物聯(lián)網(wǎng)+”手段使用“40 組高清攝像頭+24 小時(shí)監(jiān)控+政企聯(lián)合”模式加強(qiáng)全程管控。該模式具有以下優(yōu)勢(shì)：對(duì)風(fēng)機(jī)、水泵、閥門(mén)的開(kāi)/關(guān)、運(yùn)行狀態(tài)以及污水流量等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與調(diào)控；實(shí)時(shí)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為運(yùn)行診斷、優(yōu)化提供依據(jù)；具備多種系統(tǒng)保護(hù)及報(bào)警功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障并發(fā)出對(duì)應(yīng)故障短信報(bào)警，利于管理人員及時(shí)進(jìn)行設(shè)備檢修維護(hù)；可實(shí)現(xiàn)監(jiān)管部門(mén)實(shí)時(shí)上網(wǎng)查閱所屬污水處理站的運(yùn)行情況。項(xiàng)目組設(shè)置專門(mén)運(yùn)維與巡查人員，與政府部門(mén)聯(lián)手合作，不間斷對(duì)柳青河流域各設(shè)備進(jìn)行巡查，及時(shí)解決出現(xiàn)的各種異常情況，隨時(shí)監(jiān)管河道水質(zhì)變化情況。

4 典型治理裝備與技術(shù)

4.1 一體化污水處理設(shè)備

采用A/O 一體化裝配式污水處理設(shè)備金鑼凈水系統(tǒng)對(duì)居民生活污水在產(chǎn)水源頭進(jìn)行治理。其利用具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高濃度活性污泥技術(shù)、污泥過(guò)程減量技術(shù)、泥水分離技術(shù)、氣水分離技術(shù)等多項(xiàng)專利技術(shù)高效集成。采用裝配式安裝方式，將各區(qū)域骨架、墻板等拆分成若干單元，能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求靈活組合拼裝，體積從幾十立方到上萬(wàn)立方。各單元之間通過(guò)簡(jiǎn)單螺栓固定組合，具有高效率，低成本，安裝便捷，占地面積小，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。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）一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，部分設(shè)備運(yùn)行情況見(jiàn)表2。

表2 部分設(shè)備進(jìn)出水情況

4.2 高濃度活性污泥技術(shù)

高濃度活性污泥技術(shù)是在系統(tǒng)中保持相對(duì)較高的污泥濃度，降低單位活性污泥基質(zhì)的有機(jī)物負(fù)荷率。與傳統(tǒng)活性污泥法相比：高濃度活性污泥生物反應(yīng)器可以有效減少污泥膨脹的問(wèn)題；反應(yīng)器維持很高的污泥濃度，使硝化及反硝化菌截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，可以更好的進(jìn)行生化反應(yīng)，有效去除NH3-N 及TN；可以截留一時(shí)難以降解的大分子有機(jī)物，延長(zhǎng)其停留時(shí)間使之得到最大限度的降解。反應(yīng)器應(yīng)用高濃度活性污泥工藝技術(shù)，出水水質(zhì)良好穩(wěn)定。

4.3 污水廠設(shè)備工藝技術(shù)

完善配套污水管網(wǎng)后，柳青河流域內(nèi)3 個(gè)鎮(zhèn)及2個(gè)工業(yè)園區(qū)的工業(yè)污水主要依托處理量40000 m3/d的柳青河污水處理廠進(jìn)行集中處理，該污水廠污水處理工藝為AMSBR。AMSBR 工藝是在MSBR（改良型序批反應(yīng)器）工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行創(chuàng)新，根據(jù)SBR技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合傳統(tǒng)活性污泥技術(shù)，發(fā)展起來(lái)的較為理想的廢水處理工藝。該工藝由A 段曝氣、厭氧、缺氧、好氧、SBR 等多個(gè)處理單元組成，核心可歸結(jié)為A2O及SBR，具有良好的除磷脫氮作用。運(yùn)行過(guò)程中，SBR單元可根據(jù)實(shí)際需要來(lái)調(diào)整厭氧、缺氧、好氧、沉淀等過(guò)程所需時(shí)間，實(shí)現(xiàn)多種運(yùn)行模式。AMSBR 無(wú)需設(shè)初沉池和二沉池，且在恒水位下運(yùn)行。

具體工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 柳青河污水處理廠工藝流程

4.4 荷塘生態(tài)濕地

荷塘生態(tài)濕地位于龍王河、永太河交匯處，面積約733hm2，平均水深1m。進(jìn)水采用自流引水，主要來(lái)自柳青河污水處理廠及柳青河支流河道，約7 萬(wàn)m3/d，有效容積按50%計(jì)，水力停留時(shí)間約52d。濕地內(nèi)主要種植荷花、蘆葦?shù)戎参铮羶?nèi)放養(yǎng)泥鰍、魚(yú)、青蛙等動(dòng)物，水深處有各種藻類生長(zhǎng)，在水生植物、水產(chǎn)生物以及微生物的相互作用下，可對(duì)水體的營(yíng)養(yǎng)濃度進(jìn)行適度調(diào)節(jié)，減少水體富營(yíng)養(yǎng)化，有效修復(fù)受污染水體。為防止冬季植物死亡后進(jìn)入水體，腐爛變質(zhì)，引起污染物濃度上升，安排人員定期對(duì)荷塘植物進(jìn)行清理。

5 工程治理效果及經(jīng)濟(jì)分析

5.1 工程治理效果

工程共計(jì)安裝119 臺(tái)一體化污水處理設(shè)備，控制生活污水點(diǎn)源排放80 余個(gè)，處理水量達(dá)50800 m3/d，基本實(shí)現(xiàn)流域點(diǎn)源污染全覆蓋，針對(duì)各村社區(qū)生活污水污染的不同情況，利用運(yùn)行參數(shù)調(diào)整等手段保證出水水質(zhì)。通過(guò)加強(qiáng)流域污水廠監(jiān)管，分散式面源收集處理，有效減輕了流域內(nèi)秸稈、垃圾等侵占、污染河道問(wèn)題。各河段經(jīng)底泥清淤后，有機(jī)物質(zhì)降低，異味消除，水量?jī)?chǔ)存能力上升，抗沖擊能力增強(qiáng)。根據(jù)永太河、龍王河、柳青河下游河段檢測(cè)結(jié)果，DO 均值約4.8 mg/L，COD 均值約30 mg/L，NH3-N 均值約1.8 mg/L，柳青河各支流以及柳青河主河道水質(zhì)均發(fā)生了顯著的變化，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 治理后河道水質(zhì)

圖2 柳青河治理實(shí)景

5.2 經(jīng)濟(jì)分析

以柳青河為例，若采用建設(shè)污水管網(wǎng)和污水處理廠的方式，污水管網(wǎng)至少要修建100 km，1 km 按照平均150 萬(wàn)成本計(jì)算，污水管網(wǎng)需要1.5 億元，加上20000 m3/d 污水處理廠建設(shè)費(fèi)用5000 萬(wàn)元，共需支出2 億元。管網(wǎng)及配套設(shè)施維護(hù)費(fèi)用，按照1 km 需5 萬(wàn)元計(jì)算，一年需要500 萬(wàn)元；建設(shè)完成需要2 年，每年污水處理費(fèi)1000 萬(wàn)元，污泥處置費(fèi)250 萬(wàn)元。綜上，項(xiàng)目建設(shè)周期2 年，需投資21250 萬(wàn)元，建成后每年運(yùn)維費(fèi)用為500 萬(wàn)元。

針對(duì)柳青河流域治理問(wèn)題，臨沂市蘭山區(qū)采取政府購(gòu)買(mǎi)污水處理服務(wù)、租賃污水處理設(shè)備的方式，節(jié)省了流域治理的時(shí)間以及資金。以居民生活污水治理為例，無(wú)需新修建管網(wǎng)，采取就地安裝一體化污水處理設(shè)備。在柳青河流域建設(shè)安裝119 臺(tái)一體化污水處理設(shè)備，建設(shè)完成僅耗時(shí)約4 個(gè)月，極大縮短了污水處理設(shè)備投運(yùn)時(shí)間。政府每年僅需支付租賃費(fèi)用2400 萬(wàn)元，減少了一次性投資壓力，降低了污水處理成本。

根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，116 臺(tái)點(diǎn)源治理系統(tǒng)污水運(yùn)行成本平均為0.8～1.5 元/m3，3 臺(tái)支流凈化系統(tǒng)運(yùn)行成本平均為0.5～0.8 元/m3，柳青河污水廠運(yùn)行成本約0.5 元/m3，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)語(yǔ)

采用控源截污、環(huán)保清淤、活水循環(huán)、清水補(bǔ)給、生態(tài)治理與修復(fù)等措施，配合遠(yuǎn)程監(jiān)控、無(wú)縫巡查等監(jiān)管手段，柳青河流域黑臭水體已完成了初步整治，河道黑臭水體已經(jīng)基本消除，水質(zhì)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅴ類要求。但是后續(xù)仍需加強(qiáng)河道的監(jiān)測(cè)和日常管理，鞏固現(xiàn)有黑臭水體治理成果，確保水體長(zhǎng)治久清。