東臺市西溝河污染特征與生態治理研究

吳志佳，陳冬駿，周 敏

（上海陳政市政工程有限公司，上海市200940）

0 引言

西溝河位于江蘇省東臺市境內，全長6 km，境內長3 km，常年流量0.04 m3/s，流域面積22 km2。沿岸溝渠縱橫交錯，對周邊的農田具有重要的灌溉與排水功能。

近年來，由于農業生產發展和農藥化肥的過量使用導致相當部分河段喪失了生態功能。水生生物大量死亡，魚蝦已經基本絕跡。水體氮、磷等富營養化指標嚴重超標，河道的農業灌溉功能日益減弱。

1 存在問題

1.1 生態缺水

西溝河上游與中游河道底坡較陡，且降雨量極易受到當地寒冷干燥氣候條件的影響。每年5~9月是降雨集中期，降水量通常占全年總降水量的75%以上。此外，河道兩岸植被覆蓋率較低導致河流蓄水能力差，水土流失嚴重。春季和冬季降水量極少。降水分布的不均與河道周邊農業用水的日益增加，導致河流經常出現斷流。水量的缺失使得水生植物無法正常生長，生態體系面臨崩潰。

1.2 地下水位降低

受河流年平均流量小與地表水污染較為嚴重的影響，部分農戶根據自己生活需要，打了很多自備取水井。通過走訪調查發現：自用井深度逐漸加深，導致地下水開采量逐年增加。長此以往會影響地下水與地表水互補，淺層機井失去作用。進而造成西溝河生態性缺水，威脅河流生態環境。

1.3 河流生態系統的破壞

由于流量減少，使得水域內蘆葦等水生植物遭到損害、魚蝦等動物基本絕跡。水生動植物數量的急劇減少，使得生態系統內的水環境遭到破壞。這不僅降低生物多樣性，還對內部生態系統和諧造成嚴重影響[1]。

1.4 河流污染現狀加劇

西溝河沿岸的污水主要來源于當地的生活污水、農業種植廢水、養殖業污水和鄉鎮企業生產廢水（如表1所列）。由于西溝河沿岸附近并未建立相應的管網收集與集中處理系統，故廢水一般采用直接排放的方式。其中，生活污水主要包括廁所沖洗水、廚房與洗滌水廢水、洗衣和沐浴廢水。農業廢水主要為使用化肥與農藥、灌溉時產生的廢水。近年隨著農業規模化與高效化的推廣導致農藥化肥使用量上升，對水體中的富營養化起到了推動作用。除此之外，還需要注意的是秸稈的處置。當地農業中秸稈約35%可以實現重復利用，剩余秸稈往往被遺棄河道溝壑旁。秸稈在水體中通過腐敗分解出現氮磷等元素加重了富營養化。從表1還可以看出，當地養殖產業所產生的廢水也占有一定的比例，其污染特征主要以氨氮與COD為主。鄉鎮企業主要是小型紡織廠，所產生的廢液與廢渣。

綜上所述，西溝河的生態治理亟待從以下幾個方面進行解決：（1）河道生態補水；（2）河道污染源控制；（3）河道治理。

表1 西溝河主要污染貢獻率一覽表 %

2 治理措施

2.1 河道的生態補水

針對河道現有的生態性缺水問題，經過區域生態平衡總體規劃，通過鋪設4.5 km長的補水管將處理好后的再生水直接輸送至西溝河上游以補充其水量。處理工藝為絮凝沉淀+超濾+納濾+消毒，所產再生水指標完全符合相應的再生水補水標準。補水管傳輸水量約為100 m3/h。經過2016年5-6月的試運行，發現河道水量得到有效補充，并在一定程度上改善了人體對河道的感官。同時，還緩解了廠礦多余處理水量排放存儲的問題。

2.2 河道疏浚與治理

利用補水管管線在7月上旬檢修期間，采用機械和人工相結合的方式對河道進行了清淤，將河道中的淤泥、垃圾和秸稈等雜物清理出來。清淤完成后，補水管同步完成檢修，恢復河道補水。河道生態環境明顯好轉，河水清澈，異味大幅減輕，并重新出現了魚蝦。但隨著時間推移，特別是經過冬季枯水期后，至次年開春時節，河道水質再度開始變差：水面渾濁起來，并還伴有腥臭味，水花生再次瘋狂繁殖，覆蓋了將近40%~50%的水面。河道水中的生態系統再度面臨崩潰的狀態。經過3個月后，到夏季時河道已返回至未疏浚前狀態。

分析認為：西溝河污染主要以農業產生的氮磷廢水為主，河道底泥內以硝化-反硝化污泥為主。其成分主要為揮發性固體、蛋白質，纖維素等。河道清淤只是暫時性清理淤泥，并未減緩與減輕周邊廢水排放量。隨著時間推移，河道污染再度朝向原有狀態發展。

為解決上述問題，結合周邊其他河道整治經驗[2]，擬采用分散式污水處理設施+河道人工曝氣的方式對流域進行整體綜合治理。（1）在使用分散式污水處理設施方面：為養殖業和鄉鎮紡織廠配置小型污水處理設施。處理工藝為：污水收集池→沉淀池→曝氣池→缺氧池。通過上述處理減輕點源污染對河道水質影響。（2）在河道人工曝氣方面：針對現有污染物氮磷元素指標過高的現象，采用2臺10 kW的曝氣設備對河道進行曝氣復氧。曝氣策略為：曝氣運行30 d，每天曝氣設備運行時長12 h。試運行曝氣完成后，水質與原有水質對比如表2所列。

表2 復氧前后河道水質對比表 m g/L

從表2可知：使用人工曝氣后的河道水質有了明顯改觀，特別是COD呈現出明顯下降的趨勢。為進一步考察長時間運行條件下人工曝氣復氧的作用，對2個月內水質情況進行考察，結果如圖1所示。從圖1可以看出在采用曝氣的2個月內氨氮與COD變化幅度范圍較小且濃度維持在較低水平，氨氮與COD的最大值分別為：0.98 mg/L與54.67 mg/L,水質基本上達到地表水V類標準，適用于農田灌溉及一般景觀要求。這說明人工曝氣在長期運行下能促進河體生態環境的良性循環。綜上，對河道采用分散式污水處理設施+河道人工曝氣的治理方式一方面能從排放源的角度限制水體持續性污染[3]，另一方面可利用人工強化曝氣作用改善水體生態環境，為后續生態河道建設奠定基礎。

圖1 長期曝氣條件下河道氨氮與COD變化曲線圖

2.3 生態河道的建設

通過跨區域調水、分散式污水處理設施+河道人工曝氣等手段實現了河道水量補充與初期凈化。為實現河道長期的環境生態效益，在人工曝氣基礎上，對河道進行生態化改造[4]。結合西溝河護岸以石塊為主和植被覆蓋率低的特點，在水流較為湍急的上游河段采用混凝土結構護岸，在中下游的普通河段則采用植物護岸方式。并在部分點源污染排放口附近設置小型濕塘。一方面作為污水的生態處理；另一方面增大河水調蓄功能，豐富了周邊生態環境。濕塘內的水生植物選取了6種適合高原高寒地區引種的植物，通過實驗區試種發現茭白與水蔥長勢較好（如表3所列），并對氮磷元素有著較好的去除效果。選定植物后通過批次配置栽種實現了上游河體混凝土護岸→中下游河體植物護岸→若干濕塘的水量調蓄與水質凈化體系。

3 結語

綜上所述，西溝河生態治理工作是一項系統工程，需要考慮到水量補給、污染源控制、水生態恢復和凈化等多環節。在實施過程中，還需要分階段、分層次推進，動態管理與反復驗證考察。通過結合環境與經濟效益，達到較為良好的河體生態環境。

表3 模擬水生植物成長情況一覽表