淺析茶亭排渠水環(huán)境問題及綜合治理方案

錢 浩

（廣州市環(huán)境保護工程設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510030）

引言

2015年4月，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動計劃》，根據(jù)文件要求：未達到水質(zhì)目標(biāo)要求的地區(qū)要制定達標(biāo)方案，將治污任務(wù)逐一落實到匯水范圍內(nèi)的排污單位，明確防治措施及達標(biāo)時限。茶亭排渠屬珠江口水系沙河流域，位于惠州市博羅縣園洲鎮(zhèn)境內(nèi)。多年來，隨著該流域內(nèi)社會經(jīng)濟和人口的快速增長，其環(huán)境承載力已不堪重負，水質(zhì)長期劣于V類。

1 工程概況

茶亭排渠全長4.8 km、寬2～7 m，堤岸為自然河堤、局部有垂直擋墻，水流自北向西通過茶亭排灌站排入沙河，最終匯入東江。茶亭排渠主要接納片區(qū)居民生活污水、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)生活廢水、魚塘和農(nóng)田排水等，由于片區(qū)管網(wǎng)建設(shè)不完善，絕大部分廢水未經(jīng)處理直接排入河渠，導(dǎo)致茶亭排渠水質(zhì)長年處于黑臭狀態(tài)。對該河道水質(zhì)進行為期1年連續(xù)監(jiān)測的水質(zhì)數(shù)據(jù)，見表1。

表1 茶亭排渠1-12月水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)

監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示：茶亭排渠全年水質(zhì)劣于V類，主要污染因子為化學(xué)需氧量、氨氮（NH3-N）和總磷，其中氨氮超標(biāo)7.7倍，污染最為嚴(yán)重。

2 污染源識別

2.1 點源污染

點源污染是指有固定排放點的污染源，指工業(yè)廢水和城市生活污水，經(jīng)城市污水處理廠或經(jīng)管渠輸送到水體排放口，作為重要污染點源向水體排放。

通過對現(xiàn)場排口摸查和水質(zhì)水量實測：茶亭排渠沿河共31個排污口，其中生活污水排污口12個、工業(yè)生活混合排污口15個、工業(yè)直排污口1個、雨水口3個；總水量約4 465.5 m3/d；計算得出排污口平均入河負荷COD、NH3-N和TP分別為：389.67 kg/d、65.01 kg/d和8.47 kg/d。

2.2 面源污染

面源污染又稱非點源污染，主要由土壤泥沙顆粒、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥、各種大氣顆粒物等組成，通過地表徑流、土壤侵蝕、農(nóng)田排水等方式進入水、土壤或大氣環(huán)境[1]。

根據(jù)園洲鎮(zhèn)土地利用分布圖，選取各村面積最大的土地利用類型，作為選擇農(nóng)作物類型和建成區(qū)面積修正系數(shù)的依據(jù)，同時根據(jù)各村實際情況選擇其它指標(biāo)的修正系數(shù)，計算化學(xué)需氧量、氨氮、總磷的源強系數(shù)，計算污染物產(chǎn)生量。然后選取合適的面源污染物入河系數(shù)，最終計算得出地表徑流污染負荷COD、NH3-N和TP分別為42.1 kg/d、8.9 kg/d和1.8 kg/d。

2.3 內(nèi)源污染

內(nèi)源污染主要指進入河道中的營養(yǎng)物質(zhì)通過各種物理、化學(xué)和生物作用，逐漸沉降至河湖底質(zhì)表層。積累在底泥表層的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，可在一定的物理化學(xué)及環(huán)境條件下，從底泥中釋放出來而重新進入水中，從而形成河道內(nèi)污染。不同水體底泥中污染物質(zhì)含量差別較大，茶亭排渠河道底泥各污染物平均釋放強度，見表2。

表2 茶亭排渠河底各污染物平均釋放強度 單位：kg/(m3·a）

經(jīng)計算得出茶亭排除底泥中COD、NH3—N和TP分別為16.8 t/a、0.096 t/a、0.008 t/d。

3 綜合治理方案

3.1 治理思路

流域水環(huán)境綜合治理是一項涉及面廣、關(guān)聯(lián)度高、技術(shù)性強、投資金額大的系統(tǒng)工程，必須實行“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標(biāo)本兼治、綜合治理”原則，堅持問題導(dǎo)向，堅持以流域為單位系統(tǒng)治理，堅持工程措施和管理措施協(xié)同推進。

流域治理總體思路應(yīng)在系統(tǒng)分析城市水體、水質(zhì)、水量等環(huán)境特征及污染物來源的基礎(chǔ)上，依據(jù)流域環(huán)境條件與控制目標(biāo)，充分結(jié)合其城市規(guī)劃，篩選技術(shù)可行、經(jīng)濟合理、效果明顯的技術(shù)方法，綜合統(tǒng)籌，確定綜合技術(shù)路線，評估水體整治效果，形成流域治理總體方案[2]。

結(jié)合流域的本底情況調(diào)查分析，本工程以“控源截污、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、生態(tài)修復(fù)”為綜合治理技術(shù)路線。

3.2 水環(huán)境綜合措施

3.2.1 截污管網(wǎng)工程

（1）上游截污管網(wǎng)工程：茶亭排渠上游排污口已另行立項進行截污，截污管道沿排渠敷設(shè)，最終進入上游李屋基圍仔人工濕地，本次不涉及上游截污管網(wǎng)工程。

（2）中游截污管網(wǎng)工程：茶亭排渠中游段沿排渠布置截污管，自東北向西南，近期接入一體化污水處理站，遠期接入園洲大道截污主干管，最終至規(guī)劃白馬圍污水處理廠進行處理。管徑DN500，截污管總長約1 000 m，坡度2‰主要采用開挖施工，部分采用混凝土包封施工。

（3）下游截污管網(wǎng)工程：白馬圍現(xiàn)狀已經(jīng)建設(shè)一座規(guī)模為500 m3/d一體化污水處理站，截污管網(wǎng)沿茶亭排渠及白馬圍工業(yè)區(qū)道路敷設(shè)，近期接入一體化污水處理站，遠期進入園洲大道截污主干管。

茶亭排渠截污管：沿茶亭排渠下游段右岸進行布置，管徑DN300，截污管總長約230 m，坡度2‰，采用開挖施工。

白馬圍工業(yè)區(qū)截污管：在白馬圍工業(yè)區(qū)內(nèi)沿道路敷設(shè)截污管道，管徑DN400，截污管總長約940 m，坡度2‰，采用開挖施工。

3.2.2 污水處理站建設(shè)及活水循環(huán)工程

近期茶亭排渠分上、中、下游共設(shè)置3處污水處理設(shè)施，其中上游和下游利用現(xiàn)有已建處理設(shè)施進行處理，中游寮仔村片區(qū)需要新建一套臨時污水處理設(shè)施，見圖1。

新建污水處理設(shè)施采用一體化設(shè)備形式，污水處理能力為1 500 m3/d，工藝采用“磁混凝沉淀+曝氣生物濾池”，水質(zhì)達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級A后，與支渠1200 m3/d的水量一并接入生態(tài)濕地進行處理，最終達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）V類標(biāo)準(zhǔn)后回補到茶亭排渠上游進行補水，實現(xiàn)河道活水循環(huán)。

3.2.3 內(nèi)源治理工程

本項目結(jié)合現(xiàn)狀采用“絞吸污泥泵+管道攪拌固結(jié)+就地利用”的清淤工藝，在管道中攪拌加入底泥調(diào)理劑及固化劑進行充分混合調(diào)理，再利用臨時脫水設(shè)施進行脫水陳化，最終經(jīng)檢驗合格后，運輸?shù)綕竦毓珗@及生態(tài)駁岸進行資源化利用。

參考《疏浚與吹填工程設(shè)計規(guī)范》，本項目采用斷面面積法進行計算：水域面積為18 379 m2，平均清淤厚度43.6 cm，茶亭排渠底泥總量約為8 012 m3。固化劑和穩(wěn)定劑用量應(yīng)根據(jù)底泥有機質(zhì)和重金屬含量計算確定，本工程按照3.5 kg/m3和1.8 kg/m3投加，總計所需固化劑約28.5 t、穩(wěn)定劑約14.5 t。

3.2.4 生態(tài)凈化及修復(fù)工程

（1）生態(tài)壩工程：生態(tài)壩采用礫石和碎石在被污染的河道中人工壘筑壩體，然后在壩體上配置具有凈化作用的水生植物，綜合利用生態(tài)壩過濾、吸附、生物降解和植物凈化等原理，對水體進行凈化。生態(tài)壩在黑臭水體中具有廣泛應(yīng)用，特別在水力坡降小、河網(wǎng)密集的平原地區(qū)。

通過建設(shè)生態(tài)壩，在上游河道形成一個凈化緩沖區(qū)，延長水體水力停留時間，促進水中泥沙沉降和營養(yǎng)鹽降解，由于水生植物的吸收、吸附和攔截作用，水中營養(yǎng)鹽含量得到進一步降低，從而延緩了富營養(yǎng)化進程，改善了水質(zhì)，同時上游水位的抬升也為后續(xù)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實施創(chuàng)造了條件。本工程結(jié)合防洪要求和水利部門相關(guān)建議，在茶亭排渠下游新建一座生態(tài)壩，長4 m、高1 m。

（2）曝氣工程：河道水體發(fā)黑發(fā)臭通常是由于水體缺氧、有機物腐敗造成的。人工曝氣技術(shù)就是向水體中補充氧氣提高水體溶解氧含量，使其由缺氧水體轉(zhuǎn)變?yōu)楦谎跛w，恢復(fù)水體自凈能力。

本工程按照污染物消減量計算需氧量，茶亭排渠需消減COD約42.1 kg/d（折合BOD523.2 kg/d）和NH3-N 8.9 kg/d；此外，還需將河道溶解氧含量由均值1.04 mg/L提升至3 mg/L，其中茶亭排渠上游來水量為6 000 m3/d。

根據(jù)BOD5和NH3-N硝化過程總方程式可知：1 gBOD5需消耗1.47 g氧氣、1 g NH3-N需消耗4.57 g氧氣（其中亞硝化3.43 g，硝化1.14 g）。則污染物降解需氧量為74.8 kgO2/d、河道增加溶解氧需氧量為11.8 kgO2/d，總需氧量為86.6 kgO2/d?？紤]到傳氧效率等影響，設(shè)計充氧量定為需氧量的150%，即129.9 kgO2/d。

本次采用5臺造流增氧機，每臺增氧能力為3 kgO2/d、功率1.5 kW，循環(huán)通量450 m3/h。

（3）生態(tài)濕地工程：生態(tài)濕地凈化對象為一體化污水處理站出水及茶亭排渠中游支流來水，一體化污水站尾水約1 500 m3/d，支渠水量約1 200 m3/d?？們艋考s2 700 m3/d。濕地面積采用污染物表面負荷進行計算，根據(jù)《污水自然處理工程技術(shù)規(guī)程》（CJJT 54-2017）、《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）和相關(guān)實踐經(jīng)驗，生態(tài)濕地氨氮表面負荷取1.2 g/（m2·d）。

根據(jù)一體化污水站設(shè)計出水要求和支渠實測水質(zhì)，通過加權(quán)平均后預(yù)測生態(tài)濕地進出水水質(zhì)，見表3。經(jīng)過計算，生態(tài)濕地面積為6 750 m2。

表3 生態(tài)濕地進出水水質(zhì)表 單位：mg/L

（4）生態(tài)修復(fù)工程：水生植物（包括挺水植物、浮水植物、沉水植物）在水污染治理中可以發(fā)揮多種作用。水生植物自身生長代謝可大量吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，光合作用可提高水體溶解氧含量，植物根莖吸收吸附及其附著的大量微生物代謝活動還可以富集重金屬、降解有機污染物、抑制藻類的生長，從而控制水體富營養(yǎng)化，最終達到凈化水質(zhì)的目的。

本工程綜合考慮水生植物的特點特性，選擇水生植物種類、種植密度和種植面積。

挺水植物主要以美人蕉、鳶尾、水芹和菖蒲為主，種植密度9～25株/m2，種植長度770 m（兩側(cè)種植），約占駁岸長度的8%。

浮葉植物主要以荇菜、浮萍草和銅錢草為主，種植密度10～20株/m2，種植面積920 m2，約占水面面積的5%。

沉水植物主要以眼子菜和黑藻為主，種植密度16～36株/m2，種植面積2 757 m2，約占水面面積的15%。

3.2.5 生態(tài)護岸工程

生態(tài)護岸利用植物或者將植物與土木工程相結(jié)合，對河道坡面進行防護，有助于對河流水質(zhì)的改善。河岸是水陸交錯帶，是陸域生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶，是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅包括植物還包括動物及微生物，整個系統(tǒng)內(nèi)部和與相鄰系統(tǒng)之間發(fā)生著能量和物質(zhì)交換，維系和支持著較高水平的物種多樣性和種群密度。

生態(tài)護岸類型眾多，本工程對茶亭排渠局部進行人工生態(tài)型護岸改造，以石籠作為基礎(chǔ)勒腳和生態(tài)植生袋相結(jié)合等方式，在滿足邊坡穩(wěn)固性、生物多樣性的同時，具有良好的濱水綠化和生態(tài)效果，生態(tài)護岸長度3 300 m，見圖2。

圖2 茶亭排渠生態(tài)護岸示意圖

4 調(diào)試運行

本工程建設(shè)完成后，經(jīng)過1個月的調(diào)試運行，對河道水質(zhì)進行連續(xù)監(jiān)測，水質(zhì)情況見圖3、圖4、圖5、圖6。

圖3 入河斷面COD數(shù)據(jù)折線圖

圖4 入河斷面NH3-N數(shù)據(jù)折線圖

圖6 入河斷面DO數(shù)據(jù)折線圖

經(jīng)過1個月調(diào)試運行，茶亭排渠水質(zhì)得到明顯改善，基本消除黑臭現(xiàn)象。COD、NH3-N和TP均有明顯降低，DO得到明顯提高，各水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達到地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。在此期間，水面潔凈，無藻類等漂浮物聚集，生態(tài)系統(tǒng)和水體自凈能力逐漸恢復(fù)。

5 結(jié)論與建議

結(jié)果表明，茶亭排渠水環(huán)境綜合治理效果穩(wěn)定，技術(shù)上是可行的。本工程治理段水面潔凈、無藻類等漂浮物，各水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達到地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)系統(tǒng)和水體自凈能力逐漸恢復(fù)。

水環(huán)境綜合治理是系統(tǒng)性工程，需要統(tǒng)籌兼顧工程與管理措施協(xié)同推進，確保流域水環(huán)境治理任務(wù)和目標(biāo)的實現(xiàn)；區(qū)域城市規(guī)劃應(yīng)充分結(jié)合海綿城市的理念，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多重措施，實現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，維持或恢復(fù)城市“海綿”功能。