城鎮黑臭水體治理思路及實踐探討

劉彥琦，秦 業，王禹來，楊 威

（1.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072；2.中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；3.四川省城市水環境治理工程技術研究中心，四川 成都 610072）

0 前 言

隨著城鎮化進程加快，城鎮產污量隨人口增長增加，原城鎮配套污水管網建設滯后導致的直排錯接亂排、污水廠處理尾水未達標排放等問題凸顯。大量入河污染負荷超過水環境承載能力，水體自凈能力無法滿足污染物降解需求，進而形成黑臭水體。黑臭水體中COD、氮、磷等污染物濃度超標，水生植物嚴重退化，水生動物僅存較少的耐污種，水生態系統失衡，水體出現季節性或終年黑臭，直接影響周邊居民生活及感官。

1 現狀問題

1.1 工程背景

某市河道（以下簡稱“某河道”）全長8.81km，水域面積約29萬m2，因居住小區沿線密布，主河道水面狹窄，老舊小區雨污分流不徹底，雨污水管網分流覆蓋不健全等，水體黑臭現象嚴重。根據監測資料，除個別長約1km的河段為非黑臭水體，其余水體均屬黑臭。

1.2 黑臭原因分析

某河道為開放狀態下的水體，根據分析黑臭原因存在大量有機污染和水動力不足。有機污染物主要包括點源污染、面源污染和內源污染3種入河形式。

1.2.1 點源污染

某河道沿線以老舊小區為主，由于排水管網建設不健全，污水直排、雨污水管錯混接、合流水排放、截污管溢流等現象普遍存在。沿河共分布有顯見性排口96個，其中雨水口18個，占比18.75%；合流制溢流口20個，占比20.83%；廢污水直排口58個，占比60.42%。廢污水直排口中生活污水直排口57個，企業廢污水直排口1個，連續排放口4個，間歇排放口54個。合流制溢流口主要在雨季溢流時排放污染物，由于該市降水量的季、月分配極不均勻，主要集中在6—9月。下雨時，雨污合用下水道系統中，排水流量是旱季流量的數十倍。據當地居民反映，夏季水體黑臭情況較其他季節更為嚴重（見表1）。

表1 2018年某河道水質狀況

1.2.2 面源污染

某河道流經城中村、老舊小區和工業區，此類區域河邊普遍存在禽畜養殖廢物、建筑生活垃圾、工業原材料或廢棄物等，經雨水浸泡、滲漏、沖刷隨徑流進入水體。

1.2.3 內源污染

由于長期外源污染物進入河中積累，形成大量污染底泥成為內源污染，降低了河流的自凈能力，造成水生態系統退化。特別在夏季，氣溫升高加劇底質污染釋放，導致水體中有機物、氮、磷等指標大幅波動。據檢測資料顯示，淤積深度為0.5～1.5m，全河段淤泥量約13萬m3。按相關數據模型，參考淺水湖泊沉積物釋放模式中的“小-中風浪”計算，TN釋放量約為151kg／月，TP釋放量約為45kg／月。

1.2.4 水動力不足

某河道屬于內河，水體本身具有一定自凈能力，但生態基流不足、水體流速緩慢、復氧能力弱，無法補充污染物分解時消耗的氧氣，致使水體中溶解氧濃度低于2mg／L，加劇水質惡化，產生黑臭水體。

2 綜合治理設計概況

2.1 總體技術路線

工程綜合治理技術體系采用“控源截污、內源治理、補水活水、生態修復”的技術路線進行整治（見圖1），旨在恢復其水生態平衡和水體自凈能力。

圖1 黑臭水體治理措施

2.2 外源減排

為解決河道污染，首先要進行外源減排，實現雨污分流，消除入河排污口，其包括了控源截污、原位處理及面源控制3個部分。

2.2.1 控源截污

針對缺乏完善污水收集系統的水體，通過老舊小區改造、原管網修復及新建城區雨污分流系統，使主城區形成完善的污水收納體系，該工程基本覆蓋了河道流域，改建后的生活排水管道接市政污水管道系統，再至市政污水處理廠統一處理。水體沿線排口結合周邊污水管道建設情況，分情況采用分流、合流排水體制，就近接入現狀或新建污水新建污水管網中，保證旱季污水收集率100%。污水處理廠進水濃度顯著提高，治理成效明顯。

2.2.2 原位處理

對于無條件接入污水管網的臨河排口處，采用原位處理，就地安裝一體化污水處理設備，設計污水處理量為300m3／d，出水標準為一級A，處理后的污水經尾水氧化溝排入河道，實現了污水就近處理、就近回用。污水處理站總占地1134m2，以花園式污水處理站為設計理念，保證廠區的綠化率大于70%，上層植物以常綠喬木香樟為基調樹種，配以開花喬木紫薇及色葉植物雞爪槭體現季相變化；地被植物以紅花繼木、金森女貞等形成色帶。出水就近排入河道，進行生態補水，保證水體流動，提升兩岸活力。

2.2.3 面源控制

面源污染主要來源于雨水徑流中含有的污染物，在治理河段兩側乃至河道中均存在垃圾、生活垃圾及私自種植農作物的現象，通過水體周邊垃圾的清理、生態駁岸的建設，清除污染源，打造生態緩沖帶，消減雨水徑流中含有的污染負荷。

2.3 內源治理

2.3.1 清淤疏浚

在長期外源污染物流入與微生物的共同作用下，積累的污染物質隨著泥沙、各種垃圾及腐殖質沉積在河道內，形成內源污染，對此，需對河道進行生態清淤，減少底泥中污染物釋放量，清淤河段總長約12.4km，暗涵長度0.6km。根據河道水文特征、淤泥深度、場地情況及工期、環保多種因素，在不同河段區域分別采取機械、人工、絞吸船的清淤方式。由于區域內建設用地緊張，沿岸及周邊地區無空閑土地能用于底泥處置，因而選取脫水效率較高、時間短、占地小、環境影響低的機械脫水法進行脫水，使底泥體積減量后外運至堆淤場再進行后續處置利用。

2.3.2 水生植物殘體清理

建立河道長期管理機制，及時對水華藻、水生植物殘體進行打撈清理，避免植物殘體因腐爛消耗水體氧氣，釋放污染物。

2.4 補水工程

某河道旱季清水補給少，水體缺乏流動性，河道自凈能力減弱，易造成水質惡化，為了維持河道正常水動力，采用引流清水，修建兩大補水工程，增加河道流量，加速水體污染物輸移、擴散實現水質改善。

2.4.1 西段中水回用工程

某河道西段坡度較平緩，枯水期基本無水源補充，考慮利用污水處理廠的中水進行生態補水，發揮再生水作用。中水通過抽水泵站，經壓力管線抽至新建尾水濕地，壓力管道長度約3.5km，采用聚乙烯PE600供水管直埋引水，穿越現狀箱涵、路口時采用拖拉管非開挖穿越，中水經濕地凈化后再進入河道。

尾水濕地設計處理規模為10500m3／d，分為東、西兩區，每個區進水流量為5250m3／d，采用水平潛流的形式。東、西區濕地各分4組并聯運行，每組4個單元串聯。按照水流方向，每個處理單元分進水區、配水區、出水區采用不同粒徑及材質的基質進行裝填，進出水區選擇60～90mm的大礫石，處理區選擇4～30mm小礫石進行水質凈化。在垂直方向上從上至下為覆蓋層、填料層，覆蓋層選擇本地表層種植土，確保水生植物的根系正常生長。人工濕地的打造不僅凈化了水質，而且利用水生植物美化了處理單元，形成觀賞與功能復合的水質處理生態塘。

同時，濕地結合景觀打造市政公園，公園總面積約169×103m2，其中人工濕地約30.7×103m2，綠地率約77.1%。公園現狀河道水系蜿蜒曲折，水系流動緩慢，污染嚴重，通過擴寬水系面積，利用中水回用工程補給水量，形成水系豐富、自然流動的生態濕地公園。

2.4.2 東線引水工程

某河臨近區域一外河，河道來水量穩定充沛，由于節制閘的建設，其庫區水位穩定在正常蓄水位11.2m，高于某河常水位，具備補水條件。通過建設東線引水明渠，明渠長約2.4km，從外河庫區引水入城區河道東線，從而保證河道東段清水補給與水體流動性。

2.5 水系連通

由于某河道存在斷頭和死水區域，影響了水體交換與自凈能力，水體的局部形成黑臭現象嚴重，項目分別在兩大斷頭位置修建水系連通工程，逐步恢復水系完整性，改善水生態環境。由于工程段受用地限制，無條件修建明渠，采用頂管非開挖掘進式管道的方式鋪設D1000的混凝土管，水系連通工程全長約500m。在進口處設置電動閥門井，有效控制引水量。

2.6 生態修復

為提高流域水質的凈化能力，采用以水生動植物群落構建為主，生態浮床和人工曝氣為輔助的再生體系，通過人工干預結合自然恢復的方式引導原有水生態系統逐步恢復。

2.6.1 水生植物群落構建

水生植物群落能持續吸收水中的氮、磷、重金屬等污染物質，且能通過人工收獲等方式將其固定的污染物質帶出水體，還可以固定水底沉積物，減少沉積物再懸浮而造成污染。同時，植物群落通過根系向水下輸送氧氣，改善水底沉積物的氧化還原條件，減少內源污染的釋放。通過種植水生植物、布置生態浮床等形式增加水體植物的覆蓋度，形成一定規模。按照生態安全、適應性、多樣性及經濟性的原則，結合試驗室數據、工程經驗和本底水生植物踏勘結果，本項目選用的沉水植物品種為常綠刺苦草、苦草、微齒眼子菜，選用的挺水植物為黃花鳶尾和美人蕉，總計沉水植物群落構建約4萬m2，挺水植物群落構建約3.7萬m2，生態浮床約3120m2。

2.6.2 水生動物群落構建

蓄水后，魚類會逐步建立起種群，尤其是小型魚類和底棲雜食性魚類，不利于浮游植物的控制和清水態的形成（見圖2）。因此，控制小型、底棲雜食性魚類的數量，構建控制浮游植物能力強、健康的食物網結構，是建立淺水態生態系統的重要部分。通過投放本地品種的魚類、螺類、蚌類來構建微型食物網鏈系統，投放鰱魚和鳙魚等底層魚類捕食浮游植物和浮游動物，烏鱧和黃顙魚等肉食魚類捕食蝦類、螺貝類動物及其他小魚，魚類共計投放3000尾，投放水域面積為6萬m2。

圖2 魚類群落結構與食物網構建原理

2.6.3 人工增氧

河道中溶解氧含量是重要的水質指標，當水中溶解氧濃度較低時，水中有機污染物得不到充分降解，只能通過厭氧菌分解，產生甲烷、硫化氫、硫醇和氨等惡臭氣體，使水體變質發臭。本項目河道地勢平坦，流速較低，容易形成死水區域，單靠自然復氧作用不能滿足水體溶解氧的需求，在高溫條件下易發生局部水域或水層虧氧，通過人工曝氣充氧技術對溶解氧濃度進行提升。在河道水深足夠、滿足曝氣機放置要求和曝氣機運行不會擾動底泥的河段設置曝氣機。河面較寬的位置選擇喇叭花曝氣機、造浪式曝氣機，在河面較窄或水動力較差的河段設置推流式曝氣機，平均每臺供氧能力≥1kg／h。

3 治理效果

通過以上措施，某河道水體水質得到了有效改善。經現場取樣檢測顯示，水體透明度、溶解氧、氧化還原電位、氨氮4項指標已由治理前中輕度黑臭轉變為達到消除黑臭標準，通過了主管部門組織的黑臭水體整改驗收。通過消除城鎮黑臭水體，改善了當地居民的生活環境，提高了當地民眾對水環境治理的認識，為同類型的黑臭河流水生態環境的治理提供參考。