巢湖流域魚(yú)塘存水達(dá)標(biāo)排放設(shè)計(jì)研究

余 婷，許田地，楊棠武

(1.安徽省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 233000； 2.南大(常熟)研究院有限公司，江蘇 蘇州 215501)

巢湖是全國(guó)五大淡水湖之一，自20世紀(jì)80年代以來(lái)，湖泊富營(yíng)養(yǎng)化狀況嚴(yán)重，成為國(guó)家水污染重點(diǎn)防治的“三河三湖”之一。2012年合肥市全面啟動(dòng)了環(huán)巢湖地區(qū)水環(huán)境治理與生態(tài)修復(fù)工程建設(shè)，提出了“控制增量、削減存量、擴(kuò)大容量”的總體策略，目前治理已初見(jiàn)成效。

十八聯(lián)圩位于巢湖北岸，中部2814漁場(chǎng)區(qū)總面積4.31km2，共有養(yǎng)殖魚(yú)塘533口，多年的投餌養(yǎng)殖，導(dǎo)致漁場(chǎng)區(qū)底泥富集、水質(zhì)惡化。為構(gòu)建生態(tài)濕地，魚(yú)塘存水排放成為施工階段首要進(jìn)行的工作。常規(guī)工程施工中，對(duì)場(chǎng)地存水一般采用自排或者抽排的形式直接排走。本文從保護(hù)巢湖，控制入湖污染增量的角度出發(fā)，對(duì)魚(yú)塘存水進(jìn)行現(xiàn)狀分析和調(diào)查，將魚(yú)塘定性為低、中、高風(fēng)險(xiǎn)塘口，提出按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分期排水的思路，重點(diǎn)針對(duì)重風(fēng)險(xiǎn)塘口存水總磷超標(biāo)進(jìn)行了方案比選，為類似湖泊水環(huán)境治理和保護(hù)提供參考和借鑒。

1 項(xiàng)目區(qū)概況

十八聯(lián)圩位于安徽省合肥市肥東縣境內(nèi)，南淝河入巢湖口以東區(qū)域，總面積27.6km2。圩內(nèi)共有大小18個(gè)圩口，用地以農(nóng)用地、建設(shè)用地、林地、坑塘溝渠、道路交通用地為主。2814漁場(chǎng)區(qū)位于十八聯(lián)圩中部，共有養(yǎng)殖魚(yú)塘533口，魚(yú)塘水系總面積約317.1hm2，養(yǎng)殖時(shí)間為1989—2016年7月。作為農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)健康養(yǎng)殖示范場(chǎng)，2814漁場(chǎng)區(qū)年上市水產(chǎn)品8000多t，銷售收入約6000萬(wàn)元。多年的魚(yú)塘養(yǎng)殖，導(dǎo)致漁場(chǎng)區(qū)底泥富集、水質(zhì)惡化。

2020年習(xí)近平總書(shū)記考察安徽，在巢湖大堤十八聯(lián)圩羅家疃段，察看巢湖水勢(shì)水情。總書(shū)記強(qiáng)調(diào)：“要堅(jiān)持十八聯(lián)圩濕地蓄洪區(qū)的定位和規(guī)劃，盡快恢復(fù)生態(tài)濕地蓄洪區(qū)的行蓄洪功能和生態(tài)保護(hù)功能。”總書(shū)記視察巢湖重要講話，為十八聯(lián)圩建設(shè)指明了方向，把巢湖治理保護(hù)推向了新的高度。

依據(jù)習(xí)總書(shū)記講話精神，十八聯(lián)圩總體定位為生態(tài)濕地蓄洪區(qū)，要求具有蓄滯洪水、生態(tài)修復(fù)、凈化水質(zhì)等功能。目前一期、二期濕地區(qū)已建成，三期(2814漁場(chǎng)區(qū))正在建設(shè)，四期正在規(guī)劃設(shè)計(jì)中，項(xiàng)目區(qū)地理位置如圖1所示。

鑒于三期濕地以魚(yú)塘為主，魚(yú)塘存水排放成為施工階段首要進(jìn)行的工作。常規(guī)項(xiàng)目施工中主要通過(guò)自排或者抽排的形式，將場(chǎng)地中存水直接排走。考慮到2814漁場(chǎng)區(qū)，由于多年飼料投放、魚(yú)塘水體不流動(dòng)，導(dǎo)致魚(yú)塘水質(zhì)總體為劣Ⅴ類，外排對(duì)象為巢湖，巢湖現(xiàn)狀水質(zhì)基本滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，魚(yú)塘存量塘水排放必須以不污染巢湖為前提，因此對(duì)現(xiàn)有魚(yú)塘存水進(jìn)行凈化處理后，達(dá)標(biāo)排放，是十分必要的。

圖1 項(xiàng)目區(qū)地理位置圖

2 水質(zhì)現(xiàn)狀及分析

2.1 外河水質(zhì)分析

十八聯(lián)圩位于巢湖西北岸，依據(jù)《合肥市水功能區(qū)劃》，巢湖西部湖區(qū)水質(zhì)要求主要指標(biāo)達(dá)到地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。目前巢湖水質(zhì)雖達(dá)到國(guó)家考核要求但水質(zhì)不穩(wěn)定，湖區(qū)氮磷濃度偏高，藍(lán)藻水華時(shí)有暴發(fā)。

2.2 2814漁場(chǎng)區(qū)水質(zhì)分析

(1)進(jìn)洪前水質(zhì)狀況

2020年7月4日，對(duì)漁場(chǎng)區(qū)水質(zhì)進(jìn)行采樣分析。考慮到漁場(chǎng)區(qū)面積較大，以圩內(nèi)排澇干溝、高鐵線路為界，將漁場(chǎng)區(qū)分為A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，如圖2所示。

圖2 魚(yú)塘風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估示意圖

依據(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，COD濃度范圍為5.1～120mg/L，平均濃度滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)；TP濃度范圍為0.13～4.54mg/L，平均濃度高于Ⅴ類水標(biāo)準(zhǔn)；氨氮濃度范圍為0.02～5.50mg/L，平均濃度滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。其中A、B、C區(qū)水質(zhì)相對(duì)較差，D區(qū)各指標(biāo)濃度相對(duì)較低。

參照水質(zhì)檢測(cè)成果，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)歷史養(yǎng)殖情況，對(duì)項(xiàng)目區(qū)魚(yú)塘進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。將養(yǎng)殖歷史較長(zhǎng)及檢測(cè)濃度較高的區(qū)域定為高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；將養(yǎng)殖歷史中等及濃度一般的區(qū)域定為中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)；將養(yǎng)殖歷史短且濃度較低的區(qū)域定為低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2814漁場(chǎng)區(qū)共有高風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)塘112.6hm2，中、低風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)塘174.1hm2，高風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)塘占魚(yú)塘總面積的40%。

(2)進(jìn)洪后水質(zhì)狀況及分析

2020年7月19日十八聯(lián)圩破堤蓄洪，為分析進(jìn)洪后魚(yú)塘水質(zhì)，分別在10月30日和11月24日進(jìn)行了2次水質(zhì)檢測(cè)。根據(jù)2次水質(zhì)檢測(cè)成果，魚(yú)塘中存水水質(zhì)總體轉(zhuǎn)好，COD和氨氮基本達(dá)標(biāo)，低風(fēng)險(xiǎn)和中風(fēng)險(xiǎn)塘口水質(zhì)基本滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，高風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)塘存水中總磷較高，需要處理后排放。

洪水前魚(yú)塘總磷平均值為1.0mg/L，洪水后魚(yú)塘總磷平均值為0.5mg/L。重污染魚(yú)塘中，約28%的魚(yú)塘水體中總磷低于0.3mg/L，另外71%總磷高于0.3mg/L。總磷最高值為1.7mg/L，平均值為0.5mg/L，為劣Ⅴ類水平，因此本次魚(yú)塘存水處理以降低高風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)塘中總磷為主要目標(biāo)。

進(jìn)洪前后魚(yú)塘存水總磷含量對(duì)比如圖3所示。

3 排放標(biāo)準(zhǔn)

2814漁場(chǎng)區(qū)魚(yú)塘、溝渠等總水面面積約317.10hm2，依據(jù)實(shí)測(cè)資料顯示，魚(yú)塘平均底高程7.0m，常水位8.1m，總存水量約354.9萬(wàn)m3，約有40%的水體中總磷超標(biāo)(劣Ⅴ類)，需要處理達(dá)標(biāo)后排放。

2020年1—9月，巢湖全湖平均水質(zhì)為Ⅳ類，鑒于目前巢湖水質(zhì)整體轉(zhuǎn)好的趨勢(shì)，十八聯(lián)圩魚(yú)塘存量塘水排放原則是不能污染巢湖；同時(shí)參照《合肥市水功能區(qū)劃》中對(duì)巢湖西半湖的水質(zhì)要求，本次魚(yú)塘存水排放標(biāo)準(zhǔn)定為主要指標(biāo)滿足地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。即COD低于30mg/L，總磷低于0.3mg/L，氨氮低于1.5mg/L。

4 施工排水安排與工藝

4.1 排水安排

中、低風(fēng)險(xiǎn)塘口水質(zhì)基本滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，可以直排。高風(fēng)險(xiǎn)塘口中總磷超標(biāo)嚴(yán)重，需處理后達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)考慮到魚(yú)塘底部積水排出困難，需要在塘口底部開(kāi)挖排水溝，局部要采用潛水泵抽排，泥水界面擾動(dòng)會(huì)污染底部水體水質(zhì)。已有研究表明，底泥是水體營(yíng)養(yǎng)的重要儲(chǔ)存庫(kù)，隨著排水形成的水流以及池塘中水位的逐漸降低，沉積在底泥中的營(yíng)養(yǎng)鹽又會(huì)重懸釋放到水體中。為確保水體達(dá)標(biāo)排放，本次對(duì)所有塘口30%的下層水統(tǒng)一按照重風(fēng)險(xiǎn)塘存水考慮，排水分三期進(jìn)行。

一期：低風(fēng)險(xiǎn)和中風(fēng)險(xiǎn)塘口水中總磷滿足Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)塘口中70%上覆水，利用塘口兩側(cè)溝渠直接排水，最終利用泵站抽排入新河。

二期：將重風(fēng)險(xiǎn)塘口70%上覆水導(dǎo)入下游塘洼，強(qiáng)化處理達(dá)標(biāo)后排入新河。二期總處理水量86.7萬(wàn)m3，集水坑的總面積為485畝，由于總處理水量較大，積水處理需分3～4次進(jìn)行，每次處理前應(yīng)封閉集水坑的進(jìn)出水墻，處理完成經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，利用泵站抽排入新河。

三期：將所有塘口下層水導(dǎo)入下游塘洼進(jìn)行強(qiáng)化處理，強(qiáng)化處理達(dá)標(biāo)后排入新河。三期為塘底的積水，水污染較大，總處理水量94.6萬(wàn)m3，直接利用二期水處理的集水坑，總面積為485畝。積水處理需分3～5次進(jìn)行，處理完成經(jīng)水質(zhì)檢測(cè)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后，利用泵站抽排入新河。

魚(yú)塘排水路徑如圖4所示。分期排水水量見(jiàn)表1。

4.2 處置方式

針對(duì)魚(yú)塘存水中總磷偏高的問(wèn)題，本次推薦3個(gè)方案進(jìn)行比選。

圖3 進(jìn)洪前后魚(yú)塘存水總磷含量對(duì)比圖

表1 分期排水水量測(cè)算

圖4 魚(yú)塘排水路徑示意圖

方案一：將高風(fēng)險(xiǎn)塘水導(dǎo)入一期、四期濕地區(qū)處理。

開(kāi)挖排水干溝，分批次降低塘埂高程，低風(fēng)險(xiǎn)上層水直接排出，高風(fēng)險(xiǎn)和所有下層塘水導(dǎo)入一期、四期處理，達(dá)標(biāo)后排放。方案一排水路徑如圖5所示。

圖5 方案一排水路徑圖

其中高鐵以北片區(qū)，通過(guò)十字溝就近導(dǎo)入四期工程范圍內(nèi)，需凈化總水量約為101萬(wàn)m3，主要利用十字溝兩側(cè)空地，總面積約202hm2，蓄水深約0.5m，局部低洼處堆高處理，在區(qū)域內(nèi)種植有凈化能力的水生植物，通過(guò)植物凈化作用，降低TP。考慮到冬季水溫較低，水力負(fù)荷采用0.02m3/(m2·d)，預(yù)計(jì)可處理約4.04萬(wàn)m3/d。則通過(guò)四期處理，預(yù)計(jì)需要約25d。

高鐵以南片區(qū)，需凈化總水量約為80.3萬(wàn)m3，通過(guò)興隆橋大溝，導(dǎo)入十八聯(lián)圩一期濕地進(jìn)行凈化處理，一期濕地面積約226hm2，有效面積按照80%計(jì)算，一期蓄水深為0.40m，考慮到冬季水溫較低，水力負(fù)荷采用0.02m3/(m2·d)，預(yù)計(jì)可處理約3.6萬(wàn)m3/d。則通過(guò)一期處理，預(yù)計(jì)需要約23d。

方案二：對(duì)于高風(fēng)險(xiǎn)塘水(TP均值0.5mg/L)，通過(guò)聚合氯化鋁(PAC)+硫酸鐵的方式，將總磷處理至0.2mg/L以下。

聚合氯化鋁是一種無(wú)機(jī)高分子混凝劑。主要通過(guò)壓縮雙層，吸附電中和、吸附架橋、沉淀物網(wǎng)捕等機(jī)理作用，使水中細(xì)微懸浮粒子和膠體離子脫穩(wěn)，聚集、絮凝、混凝、沉淀，達(dá)到凈化處理效果。聚合氯化鋁的投加量約為10mg/L 。硫酸鐵是一種絮凝劑，與磷酸根生成磷酸鐵沉淀，硫酸鐵投加量約為20～70mg/L。投藥后，沉淀24h，可將上清液排出。

工程施工期間，結(jié)合噴灑攪拌船進(jìn)行攪拌，確保均勻混合。工程實(shí)施完成后，將底泥晾干，干挖至生態(tài)滲濾島中，防止污染釋放。

方案三：利用超磁分離凈化技術(shù)。

超磁分離凈化技術(shù)是借助外加高梯度磁場(chǎng)以磁力將水中形成的磁性絮團(tuán)分離出水體的物化處理技術(shù)。超磁分離凈化技術(shù)最主要的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)有：高效的混凝反應(yīng)；磁分離效率高，分離時(shí)間一般為4～6min，占地面積小，可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)車載式；出水水質(zhì)優(yōu)，通常情況下，出水SS濃度能夠控制在10mg/L以下，總磷濃度控制在0.2mg/L以下；低碳節(jié)能，運(yùn)行費(fèi)用低，自動(dòng)化程度高，磁種回收率可達(dá)98%以上；排泥濃度高，無(wú)需濃縮直接脫水。

超磁分離最大單套設(shè)備可達(dá)到5萬(wàn)t/d。

魚(yú)塘高風(fēng)險(xiǎn)塘水處理方案對(duì)比見(jiàn)表2。

通過(guò)方案對(duì)比，可以看出方案二在施工難度、處理時(shí)間、處理效果、綜合單價(jià)方面均有較大的優(yōu)勢(shì)，因此本文對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)魚(yú)塘存水采用投加聚合氯化鋁(PAC)+硫酸鐵的處理方式，使存水達(dá)標(biāo)后排放。

4.3 魚(yú)塘存水處理時(shí)間

2814漁場(chǎng)區(qū)地勢(shì)低洼，排水需要通過(guò)泵站抽排。以高鐵線為界，A、B區(qū)魚(yú)塘存水通過(guò)十字溝經(jīng)姚埠圩東站抽排入新河，最終入巢湖，姚埠圩東站設(shè)計(jì)抽排流量1.3m3/s。C、D區(qū)魚(yú)塘存水通過(guò)十八聯(lián)圩排澇站抽排入新河，最終入巢湖，十八聯(lián)圩排澇站設(shè)計(jì)抽排流量為4.8m3/s。對(duì)魚(yú)塘存水分3期抽排，對(duì)重風(fēng)險(xiǎn)塘口存水進(jìn)行強(qiáng)化處理，共需約43d(考慮排水和強(qiáng)化處理時(shí)間)，能使2814漁場(chǎng)區(qū)存水達(dá)標(biāo)后排放。魚(yú)塘存水處理時(shí)間見(jiàn)表3。

表2 魚(yú)塘高風(fēng)險(xiǎn)塘水處理方案對(duì)比表

表3 魚(yú)塘存水處理時(shí)間

由于施工區(qū)面積較大，當(dāng)區(qū)域發(fā)生降水時(shí)，溝塘內(nèi)易產(chǎn)生匯流積水，因此在降雨后應(yīng)根據(jù)降水量的大小，及時(shí)采取措施對(duì)溝塘的積水進(jìn)行檢測(cè)抽排，降水期的積水抽排也應(yīng)滿足排放要求。

5 結(jié)語(yǔ)

十八聯(lián)圩2814漁場(chǎng)區(qū)現(xiàn)有533口魚(yú)塘，存水總量約354.9萬(wàn)m3，其中總磷嚴(yán)重超標(biāo)的水量約181.3萬(wàn)m3，如果不對(duì)污染塘口存水進(jìn)行處理，直接排放，勢(shì)必影響巢湖水質(zhì)。2020年習(xí)總書(shū)記考慮合肥時(shí)強(qiáng)調(diào)：“八百里巢湖要用好，更要保護(hù)好、治理好，使之成為合肥這個(gè)城市最好的名片”。本文從保護(hù)巢湖角度出發(fā)，針對(duì)施工期2814漁場(chǎng)區(qū)存水達(dá)標(biāo)排放展開(kāi)研究，提出了分3期達(dá)標(biāo)排水的治理思路；針對(duì)重風(fēng)險(xiǎn)塘口存水總磷超標(biāo)，通過(guò)方案比選推薦了投加聚合氯化鋁(PAC)+硫酸鐵的處理方式，不僅處理工藝簡(jiǎn)單、處理時(shí)間短、同時(shí)處理成本最節(jié)省，為環(huán)巢湖地區(qū)坑塘存水達(dá)標(biāo)排放提供借鑒，更為巢湖水質(zhì)穩(wěn)步提升、打造城湖和諧共生樣板，讓巢湖成為合肥最好的名片盡一份力。