黑臭水體河底末端修復治理

葛高嶺，周云亮，何 攀，萬 莉

（中交（天津）生態環保設計研究院有限公司，天津 300202）

引言

隨著經濟的發展，城市黑臭水體對人們的生命健康產生了嚴重威脅，嚴重制約了我國經濟的可持續發展。關于黑臭水體治理引發了眾多學者的研究：在黑臭水體成因上，王成等人認為[1]：黑臭水體的成因包括有機污染物輸入、底泥再懸浮、水體熱污染、水動力條件差以及生態基流不足等，具有季節性、周期性反復易發等特點，整治任務十分艱巨；而孫瑞川則從控源截污的角度，指出[2]：實行清潔生產,建立企業間廢料利用鏈,在黑臭水體治理中能夠起到重要的作用。

而在治理方法上，靳俊偉等[3]系統闡述了黑臭水體治理的技術路線和設計思路，從源頭控制、中間處理、末端修復三方面詳細說明了流域的工程整治措施和強化流域聯動協調等非工程措施。

在具體的末端修復水體措施的研究上，He,Sheng-bing[4]研究了生物濾池與生態礫石床復合工藝對微污染地表水的脫氮效果；朱寶玉等[5]也指出：生態礫石床適用于低污染水體的治理，對各種污染物有著穩定的去除率；方紅衛則在末端修復底泥處理研究中指出[6]：環保疏浚應堅持局部重點區域重點疏浚的原則，以污染底泥有效去除和水質改善為直接目的，以疏浚后促進生態修復為間接目的。Patmont C 同樣在疏浚底泥研究中指出[7]：在已完成的疏浚區，存在“疏浚后殘留”，可能導致沉積物在疏浚區以外的運輸和污染風險。

在污染底泥處置工藝和投資方面，葛高嶺通過研究入庫河段水位變化，指出[8]:內源治理應選擇合理時機，利用太陽能進行干化處理，以減少內源治理的投資；李英杰，胡小貞等從環保絞吸船疏挖污染底泥工藝的角度，提出[9]：對底泥表層進行只吸不絞操作，同時對下層分層疏挖，以減少疏浚過程中底泥的擴散。以上的研究或是從黑臭水體的機理上進行了深入研究，或是對污染底泥疏挖處置進行的研究，均對黑臭水體治理起到了很好的指導作用，關于黑臭水體導致的污染底泥的處置對河道自身的發展的影響研究較少，本文基于小黑河在源頭治理、中間處理改造基本完成的基礎上,研究末端修復治理技術在河底治理中的應用，旨在清除污染底泥的前提下，最大限度的保持河道原有形態，為城市黑臭水體河道治理提供經驗借鑒。

1 流域概況

小黑河位于菏澤市牡丹區北環路以內，治理范圍為重慶路至長城路段，上游寬度3～5 m，下游6～10 m，沿程穿越物流園區、居民區、污水處理廠、學校等區域，全長3.4 km，其功能定位為：蓄泄洪澇、水土保持、棲息地、游憩。

小黑河污染源成分較為復雜多樣，市政管網問題突出，城市河道成為污水的受納水體，雨季由于雨污混流，管網錯混接等情況導致污水以點源形式溢流至河道中；另外菏澤地處平原地區，地形平坦，排水不暢，小黑河成為城市雨水匯集中心，降雨徑流對城市道路、房屋沖刷形成的初期雨水裹挾大量懸浮顆粒、氨氮、營養鹽等污染物以面源形式匯入河道水體，造成河道水環境不斷惡化。

城市河道由于長期受人類活動的影響，內源污染問題同樣嚴重，由于河道水質不斷惡化，水環境容量不斷下降，使得污染物在河道底泥中大量富集，形成內源污染。

同時，小黑河部分河段受節制閘控制，水體流動性受阻，年際河道內水量變化較大，河道存在污水直排現象。面源污染、內源污染加上河道運行機制，使小黑河水質整體呈輕度黑臭，水質較差，透明度較低，在小黑河沿程8 個位置布置水質監測點，對其水質情況進行檢測分析，結果如下：

圖1 小黑河區位及檢測點位置示意圖

圖2 小黑河水質沿河變化

污染底泥采用內梅羅污染指數法和重金屬潛在生態風險評價法兩種方法進行評價。污染層在水中顏色以灰黑色為主，主要巖性以淤泥、流泥為主，該層含有較多腐殖質，具有較為強烈的腥臭味，偶見貝殼，其沉積年代較新，水土交換性好，易對水體產生內源污染。其主要污染物以氮/磷污染為主，未見重金屬污染現象。

勘察結果顯示，由于河道底部除北部個別區段以外，普遍存在人工砂、角礫墊層，故砂、角礫墊層以上均判定為污染層，污染底泥厚度變化范圍為0.30～1.70 m，平均厚度0.65 m；層底高程變化范圍為46.45～48.56 m，平均高程47.63 m。

根據工程治理段污染現狀和業主治理需求，決定對此河道進行治理，在外源污染基本完成治理的前提下，通過末端修復治理達到以下目標：有效減少水體內源污染，解決河道內淤泥污染現象，消除河道底部淤泥，最大限度使保持河道原有形態。

2 河底末端修復的工藝流程及設計要點

2.1 河底末端修復的工藝流程

小黑河水體由于長期的沉降累積，河床底部殘存了大量的底泥腐殖質，久而久之成為內源污染，在溫度升高、擾動等條件下污染物會再次釋放出來，使水質惡化。治理常用的方法為環保疏浚，但是疏浚需合理控制疏浚深度，過深容易破壞河床，影響岸坡的穩定，過淺不能徹底清除底泥污染物，本次采用末端修復的方法，包括內源治理和生態修復兩個部分，其工藝流程如圖3 所示。

圖3 河底末端修復工藝流程圖

2.2 河底末端修復的設計要點

根據河底污染底泥的厚度，可分三種典型的斷面（圖4、圖5、圖6）進行設計，具體設計如下：

圖4 典型斷面圖

圖5 典型斷面圖

圖6 典型斷面圖

1）污染底泥未達到生態修復設計底高程（H1≥H2）

污染底泥采用環保疏浚方式，需要生態修復疏挖的底泥采用普通的疏浚方式，其疏浚土應分別予以計量，污染底泥根據危害程度進行分類處置，生態修復產生的底泥進行河道的培土修整。

2）污染底泥超過生態修復設計底高程一定深度（H2-0.5m≤H1＜H2）

污染底泥采用環保疏浚方式，污染底泥根據危害程度進行分類處置，疏挖至污染底泥設計底高程后，采用現狀較好土質、塊石或砂礫石等回填至生態修復設計底高程，粘性土回填壓實度不小于0.91，無粘性土回填相對密度不小于0.60，維護河床的整體穩定性，以保證河道的水流流態。

3）污染底泥超過生態修復設計底高程（H1＜H2-0.5 m）

污染底泥采用環保疏浚方式，污染底泥根據危害程度進行分類處置，疏挖至生態修復底高程H2-0.5 m 后，采用現狀較好土質等回填，回填厚度0.2 m，粘性土回填壓實度不小于0.91，無粘性土回填相對密度不小于0.60，防止下層污染土對水質的影響，其上采用生態礫石床的工藝進行處理，處理至生態修復設計底高程H2，縱向與河底坡度一致（圖7）。

圖7 環保疏浚+原位修復+生態礫石床修復

礫石床具有過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等功能，使其凈化污水，其礫石采用天然礫石，均徑15 cm，回填必須及時進行，盡量縮短開挖面的外露時間。回填工作應護底四周分層均勻回填、密度大于90 %。

3 總體布置

經過勘察揭露，受到排污影響，其污染層較厚，污染層為2.09 m，平均厚度0.58 m；層底高程變化范圍為45.61～47.58 m，平均高程46.75 m。

以小黑河部分鉆孔為例，其河道鉆孔取芯污染底泥見圖8，由于ZK14鉆孔處為硬質砌體河底，其覆蓋層均為淤積土，可視為H1≥H2，ZK15和ZK16鉆孔處污染底泥未達到生態修復設計底高程，也可視為H1≥H2，應進行環保疏浚處置底泥；

圖8 河道鉆孔污染底泥典型縱剖面圖

ZK17鉆孔處，污染底泥超過生態修復設計底高程一定深度，即：H2-0.5 m≤H1＜H2；應疏挖至污染底泥設計底高程后，采用現狀較好土質、塊石或砂礫石等回填至生態修復設計底高程，以維護河底的穩定性；

ZK18鉆孔處，污染底泥超過生態修復設計底高程，即：H1＜H2-0.5 m，應疏挖至生態修復底高程H2-0.5 m 后，采用現狀較好土質等回填，用生態礫石床的工藝進行處理，處理至生態修復設計底高程H2，縱向與河底坡度一致。

4 結語

針對在黑臭河道污染底泥較厚，單一的疏浚會對河床走勢、河道岸坡產生不利影響的問題，本文提出采用環保疏浚、原位覆蓋技術、生態礫石床組合的河底末端修復治理設計，即：

1）對于污染底泥設計底高程高于生態修復設計底高程區段，通過環保疏浚清除污染較重的表層浮泥，減弱底泥對水體的影響；

2）對于污染底泥設計底高程略低于生態修復設計底高程區段，先通過環保疏浚方式疏挖污染底泥，然后采用現狀較好土質、塊石或砂礫石等回填至生態修復的底高程；

3）對于污染底泥遠超過生態修復設計底高程的區段，先通過環保疏浚方式疏挖至生態修復設計底高程-0.5 m 后，其次采用原位覆蓋0.2 m 現狀較好土質，最后采用礫石床修復至生態修復設計底高程。

目前，小黑河河段的末端修復治理設計通過了專家評審，已竣工驗收，通過末端修復治理達到了設計目標，取得了較好的治理效果，為城市黑臭水體的治理提供了有益的技術探索。