汨羅市黑臭水體治理技術應用研究

孔瑞華

(湖南建設投資集團有限責任公司，湖南 長沙 410000)

隨著城市經濟和社會的發展，由于水資源供需矛盾，常常導致水生態系統被破壞，進而影響人居環境[1]。國家先后發布《水污染防治行動計劃》《城市黑臭水體治理攻堅戰實施方案》，支持各地開展黑臭水體整治工作。治水是一項長期且復雜的工作，主要內容包括合流制系統整治和合流制溢流(以下簡稱CSO)污染控制以及城市面源污染控制等[2]。

湖南汨羅市城西排水渠、小橋湖、涂家套排口，承擔了城區70%以上雨水和污水儲存及轉輸的功能。雨天，大量生活污水和徑流污染，未經處理，經排漬泵站排至汨羅江，對汨羅江水源地造成很大的危害。徹底治理沿江排口，是有效改善汨羅江水環境質量的重要環節，也是保證流域當地居民飲用水安全的重要舉措。下文以城西排水渠排口整治工程為例，并對工程技術方案的應用和治理成效進行了探討，以期為類似城區黑臭水體治理工程提供參考與借鑒。

1 概況

1.1 城區流域水系

汨羅市城市水系格局為“一江兩水多河渠”，“一江”，指汨羅江；“兩水”，為羅水和湄水；“多河渠”，指李家河、友誼河、上馬溪、叢羊渠、團山渠、新書渠等。汨羅江是洞庭湖水系中僅次于湘江、資江、沅江、澧水的第五大水系，是重要的水源保護地，水質改善對洞庭湖污染削減有重要意義。

1.2 排水系統現狀

汨羅江是汨羅市城區主要排水系統的受納水體，城區排漬泵站均沿江而建，現狀排漬站總規模為13m3/s。城西排水渠排口涉及匯水區面積約4km2，為城市截污干管末端的溢流排口，匯水量主要為合流污水和污水處理廠尾水，建設范圍約0.085km2。場地多處坑塘，最大水體為李家河，河流北岸及東南邊分散著一些住戶，現狀場地內基本未開發。李家河通過東側低排涵和百丈排漬泵站排水，含城西排水渠和鐵西排水渠2個子匯水區。

2 問題及成因

汨羅市中心城區合流制排口溢流問題尤為突出，給汨羅江水環境的有效治理與改善帶來難度。中心城區排水系統及污水處理問題體現在4個方面。

2.1 污水收集率低

因城郊地區截污系統建設時序不一致，排水管網建設缺少統一協調，部分集污主干管滯后于支管建設，造成合流污水直排水體。在分流制區域，因污水管建成后無出路，只能混接到雨水管渠中，造成該區域管線交雜嚴重，污水走向不明，收集困難。根據汨羅市城市污水廠2018年1月至2019年6月污水進水量監測數據，現狀污水廠進水量(生活污水)均值為1.75萬t/d，與以現狀供水量估算出的2.81萬t/d，以及人均綜合用水指標估算出的2.48萬t污水量差距較大。城區為雨污合流制系統，排水末端實行截流，截流倍數只達到1，達不到規范2～5倍的截流倍數要求。現狀截污，通過設置截污坎，形式不規范，且雨天截污量無法確定。

2.2 污水處理廠進水水量及水質波動大

根據污水廠2018年1月至2019年6月進水污水量監測數據，污水廠進水流量在0.795～2.86萬t/d，污水進水量約2.25萬t/d，峰值流量為最低流量的3.6倍，其間，約有58.7%的天數污水廠處于低負荷運行狀態。污水廠COD、TN、NH3-N、TP進水水質波動幅度較大，大部分時段各指標進水水質低于設計進水水質。汨羅市部分地區排水管道修建較早且建設標準較低，管網老化破損嚴重，引發高地下水位的地下水滲入量較嚴重，導致污水進水水質偏低。

2.3 雨天排口溢流污染嚴重

城區采用截流式合流制，雨天有部分混合污水通過溢流井直接排入水體，又因截流倍數較低，造成雨季溢流次數較多，溢流量大，水體污染嚴重。

2.4 泵站及調蓄池排水行澇能力不足

部分地段地勢低洼，暴雨時容易積水受淹，管渠過水能力有限，以及排漬泵站及其配套調蓄水體規模不足，導致內澇。根據《汨羅市城市排水(雨水)防澇綜合規劃》(2013—2020年)，百丈排漬泵站設計規模為11.57m3/s，配套調蓄水體容積為20萬m3，而實際上，百丈排漬泵站現狀規模僅3.9m3/s，李家河排水行澇能力則嚴重不足。

3 綜合整治方案

3.1 技術路線

根據城區排水渠排口的地理位置和周邊環境，構建“以控制合流制溢流為基礎、以達到消除黑臭為目標、以生態修復為特色”的功能定位，確定了“合流制溢流控制、濕地處理、活水循環”的綜合治理，技術路線如圖1所示，提升污染物削減率，恢復生態功能。具體路線為：城西排水渠排口→分流井→格柵沉沙池→CSO調節池→高密度沉淀池、加藥及污泥處理系統→多級生物濾池(以下簡稱WTS)→出水濕地→李家河。

圖1 綜合整治技術路線圖

3.2 CSO控制

通過合理確定污水截污倍數、控制降雨場次頻率、降雨深度和年溢流體積控制率，確定處理水量。進水水質，參考城市污水廠近半年的平均進水水質，出水水質，目標設定為地表水Ⅴ類標準。根據污水廠處理規模和現狀截污情況，設置截污設施分流井，通過水位、水質智能設施調節流量以及閥門啟閉。旱季污水，通過分流井直接截流至附近汨羅城市污水處理廠進行處理。雨季時，將部分合流污水截流至汨羅城市污水處理廠進行處理。

根據CSO水量變化較大及其初期沖刷污水中懸浮物含量較高的特點，設置格柵沉沙池，截留浮渣和大顆粒泥沙，去除污水中比重較大的無機顆粒(相對密度ρ≥2.65，粒徑Φ≥0.2mm的沙粒)，以減輕對管道的堵塞及下游環節設施的磨損，便于后續生化處理。設置CSO調節池，提高溢流控制體積。對前期已進入調蓄池較臟的合流水進行調蓄，通過污水泵，提升至一體化應急處理設備進行處理，提高水處理凈化效果。在雨量較大時，CSO調節池有調蓄峰值及沉淀作用，減少后續處理設施超負荷運行時間，提高水處理效率。CSO調節池提升泵運行時，接提升泵來水，進入高密度沉淀池、加藥間及經過污泥脫水設備進行處理；提升泵不運行時，在格柵沉沙池未進水時，可根據出水濕地和水體水質情況，開啟循環泵，接入一體化應急處理設備，進行循環處理。處理后，接入WTS系統后排出，形成良性循環。

3.3 濕地處理系統

3.3.1 處理方案

從主要污染物指標處理程度和處理效率方面考慮，采用類人工生態濕地技術(含WTS)進一步控制CSO污染，削減污染物總量。人工濕地是通過模擬自然濕地而人為設計和建造的具有可控性和工程化特點的水處理系統[3]，利用系統中的物理、化學和生物的三重協同作用，實現水質凈化，也是實現雨水調蓄、雨水徑流處理、尾水生態凈化和地表水質改善的重要技術手段。同時還能營造出優美、和諧的人工濕地生態景觀。目前，已被廣泛運用于生活污水、污水廠尾水等處理過程中。根據布水方式的不同，人工濕地分為表面流和潛流兩種，而潛流又分為水平潛流和垂直潛流兩種[4]。WTS是結合植物景觀打造的生物濾池系統，李杰等[5]在鎮江市海綿公園生物濾池的生產性實驗研究中得出，WTS對氨氮、懸浮物和總磷的去除率能分別達到59.7%、45.9%和41.7%。生物濾池技術在水處理中具有高水力負荷、運行穩定、良好的生態景觀效果等優點，可以對CSO進行有效處理。

項目通過對不同濕地在水流方式、負荷能力、占地面積等參數進行處理對比，顯示WTS處理能高效去除水體污染，提升水動力，效果明顯優于其他濕地系統，見表1。依據城西排水渠排口臨靠李家河的場地性質，以及從后期運維管理方面考慮，確定采用WTS+表面人工濕地的處理方案。

表1 濕地處理對比

3.3.2 WTS工藝

WTS包括礫間濾池與介質濾池2個部分。礫間濾池為上向流布置，下部設置布水盲管，用于攔截及過濾顆粒懸浮物，防止介質濾池堵塞，并起到均勻布水的作用。由下至上為：礫石層與火山巖層，底部設排泥槽，用于底部排泥。介質濾池，上部為植物介質層，間隔種植美人蕉、金森女貞、香蒲、海桐、水蔥、黃菖蒲等，可有效發揮對污染物的吸附、過濾、滯留及好氧/厭氧微生物降解作用；下部為礫石層及排水盲管，排水盲管與出水渠連通，出水渠設有可調堰板，可調節出水堰水位，合流污水處理后堰流至出水濕地后最終排至李家河。

WTS表層，采用碳化樹皮平鋪高約100mm的覆蓋層，起到粗過濾作用，進一步攔截污染物和懸浮顆粒，大大減少了進入WTS內部填料的懸浮顆粒量，保證WTS的高度抗堵塞性能。內部生物介質，采用沙、種植土、椰糠、沸石等，按一定比例配置而成。椰糠具有很高的膨脹性，保證WTS在交替運行過程中微生物得到較好地恢復，而沸石具有較大的比表面積和較好的吸附性能，可提高設施的污染物去除能力及有效防止堵塞。

3.4 活水循環系統設計與構建

CSO具有較強的季節分布特征，旱季時溢流污水的頻次與量大大降低。為維持水質凈化系統微生物活性，保障設施處理效果，設置活水循環系統。李家河光照充分、通風條件良好，通過設置曝氣充氧設備，種植水生植物荷養魚等強化設施，形成一個大容量的好氧塘，發揮出水濕地的兼性塘功能，利用水循環形成兼性塘與好氧塘多級串聯的多級生態庫塘系統，植物、菌、藻的共生系統對水體進行凈化處理，進一步改善水質。

3.4.1 出水濕地

在WTS后設置2級表流濕地，出水濕地采用自然塘體，自然放坡，自然駁岸，出水濕地由進水區、處理區、出水區組成，進水區與WTS出水管相連，處理區內生長的植物可以去除細顆粒和溶解性污染物，出水區采用堰流出水。

3.4.2 李家河好氧塘

采用人工增氧(太陽能曝氣系統)的方式向水體充氧，加速水體復氧過程，提高水體中好氧微生物的活力，有效改善和提升水質。

3.4.3 水生植物帶

水生植物帶由河道水位變幅帶和水向輻射帶共同組成，通過水生植被的人工恢復、種群置換，加快濱岸帶生態系統的演替過程。根據濱岸帶水生植物生存特性，按水深，由淺入深，分為挺水植物帶、浮葉植物帶和沉水植物帶，結合濕生植物帶進行修復。

3.4.4 水下生態系統

構建“水下森林-水生動物-微生物群落”共生系統，重新構建水下生態系統，完善水生態系統食物鏈，長效保障水質。恢復水生植物群落，水生植物可以顯著提高富營養水體的水質，對有毒的有機污染也有明顯的凈化作用[6-7]，改善水體水質及景觀效果，沉水植物主要種植苦草、小茨藻、黑藻、眼子菜等品種，配以挺水植物如水蔥、香蒲、黃菖蒲等，以及浮葉植物睡蓮等。同時在水體中投放優選、養殖的水生動物，如魚、蝦、螺、貝等，促進水體的微循環，為其他水生物的生長創造更佳條件。

4 治理成效

4.1 水質效果

整治前，李家河地表水檢測中氨氮、總磷化學需氧量指標為劣Ⅴ類，屬于輕度黑臭水體。經過整治，在不同時間段進行檢測，每次選擇3個取樣點，溶解氧、氨氮、透明度3個指標的檢測值顯示，水體穩定達到設計出水水質為地表水Ⅴ類標準(TN除外)的目標，見表2。

表2 2022年整治后水質指標

4.2 景觀效果

在WTS覆蓋土上種植大片植物營造花海大地景觀，在出水濕地與李家河連接處，結合濕地植物，成功打造符合生態要求的濕地景觀。同時，結合現狀的林帶，設置觀景廊架，營造休憩空間，在臨水處，設置親水木棧道，整體提升了河道生態景觀效果，實現排水渠排口與河道的良好銜接。

4.3 滿意度調查

通過第三方向政府相關部門及社會公眾(受益對象)開展滿意度調查，結果顯示：政府部門滿意度98%，社會公眾滿意度91%。

城西排水渠排口CSO污染得到有效控制，大幅度削減徑流污染物總量，顯著提升了區域的生態承載力及綜合生態效益，實現李家河水面不黑不臭的整治目標。

5 結語

項目核心處理設施，采用具有生態化特點的WTS，構建出水濕地系統，凈化水質，消除水面的黑臭現象，改善李家河及汨羅江水體環境，提升水體自身的凈化能力，提升區域的生態承載力及綜合生態效益。成為該區域成功打造CSO治理典范，具有良好的示范作用。不足之處：工程在設計處理規模時，采用相鄰地區的降雨數據，是按比例進行調整后的數據。但考慮到水質、水量的波動直接影響溢流污染控制的效果，未來設計時，應采用當地降雨數據，同時，將排口統一納入城市排水一體化，進行聯動監控，并對采集數據進行動態監控，為推廣及應用提供借鑒。