淺析ISER技術在黑臭河道治理中的應用

黃劍鍔 ，季福志 ，董家晏 ，田 旭

（1.上海市崇明區(qū)港西鎮(zhèn)水務管理所，上海 202154；2.堡森（上海）環(huán)境工程有限公司，上海 200441）

0 前言

黑臭河道是當今社會經濟發(fā)展中急需解決的生態(tài)環(huán)境問題，嚴重影響人居環(huán)境和健康。根據(jù)住建部全國城市黑臭水體整治平臺發(fā)布信息，已經被認定的黑臭水體有2100個，其中完成治理的黑臭水體有1120個，達到全部黑臭水體的53.3%；正在整治和制定方案的有790個和190個，分別占全部黑臭河道的37.6%和9.1%。加大對黑臭河道的研究，通過綜合性手段，營造“水清、岸綠、有景”的親水自然環(huán)境，促進地區(qū)經濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 底泥原位修復技術（ISER）

底泥原位修復技術（ISER）包括原位生物修復、原位覆蓋和原位化學修復等。該技術在降低底泥污染物總量，減少對上覆水體的污染風險在城市黑臭河道治理中有著十分重要的意義[2]，相比于異位修復，原位修復能夠極大地減少對底泥和水體的擾動，不會加快底泥中的氮、磷物質的釋放；具有不需要將底泥云至其他位置處理，不需要對處置場地的長久監(jiān)測，工程量小，處理成本低的優(yōu)點。

底泥原位修復技術針對河道區(qū)域原位土壤和清淤底泥的狀況分析及工程需求，科學性地提出了淤泥生態(tài)修復策略和工程應用方案，使原位土壤、疏浚淤泥及其他固體原材料滿足土木工程、水利工程、環(huán)保工程建設需求，提升河道淤泥原位資源化利用率和河道整體的景觀效應[3]。

因此，根據(jù)對河道的淤泥有機質含量的不同，改變ISER改良劑和ISER穩(wěn)定生態(tài)修復材料的最佳配合比。達到原位改良淤泥底質，原位處置和資源化的最佳效果。利用ISER原位河道修復技術，能夠同時解決河道整治和輪疏中原位淤泥的處置問題。技術原理圖，見圖1。

圖1 ISER原位河道修復技術原理圖

2 河道治理工程概況

2.1 項目介紹

上海市崇明區(qū)位于長江入海口，全區(qū)地勢平坦，由崇明、長興、橫沙三島組成，總面積1411 km2。崇明島三面環(huán)江，東臨東海，全島東西長約80km，形似臥蠶，總面積1267 km2,約占上海市總面積的約1/6，是世界上最大的河口沖積島，也是繼臺灣島、海南島之后的中國第三大島。崇明島素有“長江門戶”東海瀛洲”之美譽。崇明區(qū)下轄陳家鎮(zhèn)、中興鎮(zhèn)、向化鎮(zhèn)等16個鎮(zhèn)，新村鄉(xiāng)、橫沙鄉(xiāng)2個鄉(xiāng)，涉及62個居委會、271個村委會。

港西鎮(zhèn)位于崇明島中部，東臨建設鎮(zhèn)、南臨城橋鎮(zhèn)、西臨廟鎮(zhèn)、北側與新海鎮(zhèn)、東平鎮(zhèn)相接。港西鎮(zhèn)行政區(qū)域面積45.73 km2，下轄12個行政村、384個村民小組。

2.2 河道概況

港西鎮(zhèn)河溝縱橫，河道環(huán)島運河從本鎮(zhèn)南部和北部流過，區(qū)級河道上小豎河、三沙洪以及東效港貫穿境域南北；在區(qū)級河道之間有鎮(zhèn)級河道22條，共56.36 km，間距1000 m左右；橫河之間有村級河道650條，共302.35 km，間距80 m～100 m，村級河道作為水系末端的“毛細血管”遍布整個港西鎮(zhèn)，其中有小部分河段岸坡已整治（樁板式護岸、小木樁護岸），部分未整治河道兩岸風貌較差，水質黑臭，垃圾堆積、漂浮，村級河道兩端大部分位于居民聚居區(qū)，大量的生活、餐飲等污水排入河道，污染嚴重，造成大量營養(yǎng)物質在河道底部積累，遠超過自身的自凈能力，使很多生物無法生存，進而產生水體食物網結構破壞、生態(tài)過程不能完成的次生效應，導致水環(huán)境不斷惡化，生態(tài)功能不斷萎縮。

目前，局部水域水質差，水體處于富營養(yǎng)化狀態(tài)，水體黑臭，透明度較低，底部淤泥沉積嚴重。村級河道水質惡化和水環(huán)境問題極為突出，對居民用水安全、防洪安全、生態(tài)建設、人居景觀等產生不利影響。因此黑臭底泥的合理化處置是亟待解決的核心問題，也是降低河道水質以及影響人民生產生活用水的關鍵因素。

3 ISER技術在河道治理工程中的應用分析

3.1 原則

根據(jù)區(qū)域內黑臭河道實際情況，結合ISER河道原位生態(tài)修復技術，主要對其中2條黑臭河道進行生態(tài)修復，具體包括以下幾個方面。

（1）河道黑臭底泥原位處理，處理深度30 cm～50 cm，形成黑臭底泥硬殼層，阻斷黑臭底泥中污染物上覆到水體中；

（2）對直立硬質護岸擋墻斷面結構進行優(yōu)化，坡腳種植，科學選取水生植物及護岸植物，修復濱水生態(tài)，提升河流岸坡結構的整體穩(wěn)定性；

（3）河道配套種植挺水植物、機械曝氣裝置，對河道水體進行人工曝氣增氧，可以提高水中溶解氧，增強河道自凈能力。

3.2 斷面設計

ISER生態(tài)結構體基底的最大壓應力應不小于地基的允許承載力。ISER生態(tài)結構體自身不允許出現(xiàn)拉應力，壓應力應小于允許抗壓強度，采用理正巖土計算進行穩(wěn)定性驗算，其中滑裂面形狀采用圓弧滑動法（不考慮地震），圓弧穩(wěn)定分析方法采用Janbu法；土條重切向分力與滑動方向反向時，以下滑力對待。條分法的土條寬度為0.200 m，搜索時的圓心步長為0.100 m，搜索時的半徑步長為0.500 m，通過軟件計算安全系數(shù)為2.894，符合《水工建筑物荷載設計規(guī)范》（SL 744-2016）有關規(guī)定。計算簡圖，見圖2。

圖2 ISER邊坡穩(wěn)定性驗算簡圖

本項目河道淤泥截面積從 5 m2～21 m2不等，通過CS1～CS10斷面中淤面高程、地面高程、里程參數(shù)的綜合比較，結合邊坡穩(wěn)定性驗算和經濟效益評估，最終選擇邊坡比為1∶2的CS6作為設計斷面[4]。

河道斷面CS6河道寬度5 m每延米河道淤泥體積為2.0 m3，采用降水圍堰作業(yè)，河道黑臭底泥按照處理厚度測算重量，依測算重量和摻量噴灑ISER淤泥改良劑，然后利用專業(yè)原位攪拌設備進行原位拌合，悶料24小時后，利用專業(yè)原位攪拌設備噴灑ISER生態(tài)修復穩(wěn)定材料，并進行原位攪拌修復，整平、養(yǎng)護，最終形成一個ISER生態(tài)修復穩(wěn)定層殼，固定河底黑臭污染物不上翻，但該穩(wěn)定層殼具有一定的微孔孔隙率，可以負載微生物和能量交換。

3.3 生態(tài)植物設計

河道綠化和種植平臺的水生植物的設計，根據(jù)四季景觀而定[5]。種植平臺水生植物安排交錯種植的挺水植物，高區(qū)采用再力花、香蒲、水生美人蕉、花葉蘆竹、蘆葦?shù)龋坏蛥^(qū)采用梭魚草，黃菖蒲、西伯利亞鳶尾，其中西伯利亞鳶尾為四季常青植物保證河岸四季景觀；局部景觀點采用睡蓮等觀葉植物修飾，即保證景觀性，又保證植物多樣性，對水質的凈化起到顯著效果。ISER原位修復后的河岸線，見圖3。

圖3 ISER原位修復后的河岸線圖

4 結語

隨著人們對生態(tài)環(huán)境要求越來越高，需要對黑臭河道的治理進行創(chuàng)新和調整。通過了解河流的污染類型，查清造成河道黑臭的原因，對不同的河道進行不同治理方式，主要采取“一河一治”的治理方式，從截污控源、消減內源、提高水體自凈化能力、生態(tài)修復等方面進行治理黑臭河道，同時對生態(tài)工程和景觀進行建設，營造良好的視覺感，為人們的生活品質提高創(chuàng)造條件。

利用ISER底泥原位生態(tài)修復技術對河道黑臭底泥徹底改良和生態(tài)修復，運用挺水植物種植平臺，改善水質、提升岸坡結構穩(wěn)定性和河道景觀效應，不僅解決了黑臭河道內源污染，而且將黑臭底泥進行資源化應用，避免黑臭底泥的外運和二次污染問題，具有良好的經濟效益、環(huán)境效益和社會效益。