太湖流域河道水体综合整治技术研究及应用

张瑞斌

（1.江苏龙腾工程设计股份有限公司，南京 210000； 2.南京市雨污水资源化利用工程技术研究中心，南京 210001；3.南京市生态河道工程技术研究中心，南京 210001）

太湖流域河道水体综合整治技术研究及应用

张瑞斌1、2、3

（1.江苏龙腾工程设计股份有限公司，南京 210000； 2.南京市雨污水资源化利用工程技术研究中心，南京 210001；3.南京市生态河道工程技术研究中心，南京 210001）

以太湖流域河道水体为例，开展了河道水体综合整治技术研究，研究出“初雨控制、控源截污、生态清淤、高速脱色、生态修复、景观营造”全方位治理模式，通过进一步优化，可形成适合于太湖流域河网地区的水环境质量改善和生态净化系统技术。

河道；黑臭水体；生态净化；综合整治；太湖流域

太湖流域河网地区的众多河道及支浜流速缓慢，自净能力较弱，局部出现黑臭现象。本研究针对太湖流域河道水体，采用“初雨控制、控源截污、生态清淤、高速脱色、生态修复、景观营造”立体式全方位治理模式，融合海绵城市技术理念，打造出“水清、岸绿、景美、自然、群众满意”的宜居城市环境，实现低污染水再利用和资源化[1～3]，为太湖流域黑臭河道整治及水质改善提供示范。

1 初期雨水污染控制

针对城市道路雨水径流具有瞬时汇集量大、污染负荷高的特征，详细分析道路径流水质的时空变化规律和产流特性后，采用“水力旋流-快速过滤”的处理工艺。初期雨水调蓄池进水采用水位控制技术，通过“水力旋流-快速过滤”处理工艺，采用模块化拼装雨水蓄水模块、高效吸附净化带、地下潜流阻隔墙，进行初期雨水旋流快滤处理。

该工艺具有快速、稳定、兼顾固形物和溶解物去除等功能，实现了源控制、过程控制、汇控制的动态平衡，具有占地面积小、负荷削减高效、不额外增加污水系统压力等优点，较适合在人口密度高的老城区推广。

北塘河作为常州标志性的景观河道，在其整治方案中，利用该技术实施了初期雨水旋流快滤工程，设计工程服务面积12,000平方米，处理设施占地仅35平方米。根据运行监测结果，旋流器主要去除36%的大颗粒SS，而滤池能较为有效地去除各污染物，相应去除率约为SS95%、COD50%、氨氮80%、总氮30%、总磷70%。工程的实施，有效地控制了道路雨水径流对北塘河的污染。

2 控源截污

2.1 “重力调蓄—线性真空”截污模式

老城区存在房屋临河而建、污水无序排放等问题，部分城中村合流污水排入河道造成污染。但由于老城区地处市中心，常规的开挖埋管的截流方式根本无法实施。针对这一特征，开发了适用于老城区滨河带截污工程的真空排水系统，提出了适宜于老城区的“重力调蓄-线性真空”截污模式。

“重力调蓄-线性真空”截污模式在南京市十字河滨河带进行的应用，该工程的收集范围覆盖滨河带约1公里，截污大小排污口6处，安装隔膜阀2处，设计污水收集能力为每天150立方米。根据实际监测，工程截污量约110立方米，系统负压漏损率＜5%，现场基本无噪声及臭气问题。

2.2 “五步循环截流”技术

以分流制为主的排水管网，在河道排污口调查时仍会发现，实现雨污分流区域的雨水管会排出少量污水（早期南方地区存在的阳台污水），为此，研发了“五步循环截流”技术。该技术核心在于截流系统按照旱天抽排（低水位运行）—初雨加大抽排（初雨入网）—雨中停运—雨后排空—旱天抽排的设计来运行。系统极大地减少了工程投资，尽可能利用管道系统富余能力处理初期雨水，既实现了良好的截污效果，又减轻了对既有污水系统的冲击。该技术的关键是低水位运行，即在低水位基础上制定各泵站最优低水位运行标准。可及时发现不明来水，防止污水外渗污染地下水；防止倒灌排水户，损坏计量设施；实现水力冲洗养护，减少清淤挖淤工作量，使整个管道系统分析、评估、诊断、修复实现常态化。

“五步循环截流”技术在常州市横塘浜、叶家浜、徐家浜等类似分流制排水系统得到了成功应用。系统极大地减少了工程投资，尽可能利用管道系统富余能力处理初期雨水，既实现了良好的截污效果，又减轻了对既有污水系统的冲击。

2.3 分散式截污净化技术

分散式截污净化技术通过在河岸边构建一个或多个小型高效水处理设施，由管道或沟渠将污染水体提升或推流进入处理设施，经过生化处理回流至水体，实现周而复始循环净化的作用。出水主要指标可以达到《城市污水再生利用景观环境用水》（GB/T18921-2002）的要求。

3 生态清淤

通过清淤减半+底泥改良+强磁活化，剩余淤泥为生态修复创造条件，实现生态系统内循环。

3.1 原位透析—污泥减量化联用技术

原位透析技术采用分段隔离，逐段采用微磁强化絮凝—超磁高效沉淀，设备内通过投加少量复合絮凝剂和改性磁粉，使泥水迅速形成磁核絮体，再通过高效沉淀，实现泥水分离。在运输前，增加淤泥泥浆水脱水干化工序。淤泥泥浆水变成泥块，方便运输[4]。

3.2 底泥改良削减技术

底泥改良削减技术是指在受污染底泥中，通过人为添加具有特殊亲合性的生物促升剂，强化土著微生物的生物活性，提供其新陈代谢作用的原位生物修复成本低廉，适合于大面积、低污染负荷底泥的生物修复。

3.3 水体强磁活化技术

底泥上浮主要是由于底部污泥厌氧发酵产生气体，气体上升的同时携带污泥结块上浮，造成水面浮现大块底泥。水体强磁活化技术利用流体的特性，以极低能耗输入驱动水，产生大范围的流动和循环，形成涌升流，实现表层水与底层水充分交换，杜绝水体缺氧现象，从而消除底泥上浮现象的发生。

4 生态修复

4.1 高流速磁性树脂脱色技术

高流速磁性树脂脱色技术主要由水处理系统、再生系统和脱附液处理系统3个主要部分组成。围绕毒害污染物治理与资源化，以磁性树脂吸附为核心，以废水的深度处理与回用以及饮用水深度净化为重点。其优势为：水溶性有机污染物、TN、TP的去除率分别为50%～60%、20%～30%、40%～50%；投资及运行成本低，为常规树脂及臭氧活性炭工艺的1/2。广泛应用于城市河道、废水和饮用水等水质深度净化领域。

4.2 生态修复模块化集成技术

采用低碳氮比缓流水体高效脱氮技术、超磁分离水体净化技术、固载智能微生物强化技术、底层微孔曝气技术等多种技术的集成[5～8]。主要技术实施要点：1）人工增氧，防止厌氧分解，提高水体中有机污染物质的降解速度；2）投加底质改良剂或氮磷控制剂，降低内源污染释放（仅适用于滞流型水体、封闭和半封闭型水体）；3）旁路处理，对水体进行循环处理；4）生态净化（人工湿地、植物塘、生态浮岛等），利用水生植物的净化功能改善水质。

超磁分离水体净化技术基于磁性物种与物化技术的耦合，与水体颗粒物相互作用，把不带磁性的污染物赋予磁性，通过超磁分离进行固液分离净化水体。对分离后的水体进一步进行高效生化处理，达到深度净化，实现污水的达标排放。该技术具有出水水质优，占地面积小，使用灵活，耐有机负荷高，投资少等特点，磁种与泥渣分离后可循环使用。

5 “海绵城市”生态景观构建技术

通过“渗、滞、蓄、净、用、排”六大技术，建设自然积存、自然渗透、自然净化的绿色海绵[9]。“海绵城市”生态景观构建示意如下图所示。

“海绵城市”生态景观构建示意图

5.1 下凹式绿地雨水收集利用系统

该系统由弃流式雨水口、弃流式雨水井、垃圾收集沟等组成，通过下凹式绿地，雨水中的垃圾进入垃圾收集沟，雨水中的沉积物经重力流分流后，排入城市污水管道。处理后的雨水进入玻璃钢蓄水池，实现雨水收集与利用[10]。

5.2 透水型多功能混凝土植草砖

以干硬性混凝土为主要原料，采用二次布料成型技术，经压制而成，铺装时可实现四角互锁，或具有球面承压凸台。除了砖体的竖向开孔结构形成路面雨水下渗的主要通道外，砖体混凝土自身也具有一定的透水能力，透水率≥1.0×10-2cm/s（试验方法GB/T25993）。植草砖基体混凝土可使用部分固废材料生产。产品相关技术性能指标应符合《植草砖》（NY/T1253）标准要求。

5.3 轻质屋面绿化系统

该技术包括蓄排水层、过滤层、基质层和植被层，其中蓄排水层为双面有凹凸感的蓄排水板，可将多余的水量储存起来，并具有对植物阻根功能，在美化屋面景观的同时，对屋顶有保护作用，并可有效截留雨水，减少地表径流，将多余的雨水引流收集再利用[11]。

5.4 硅砂蜂巢结构净化蓄水池

该产品由硅砂定型设计的砌体拼装成六边形井室，形成蜂窝状储水空间，实现砌块净水与结构储水有机结合，结构稳定，储水率可达90%。砌块本体具有净化功能，可提高水体溶解氧，延长雨水储存时间。池顶的覆土深度不宜超过2m[12]。

5.5 雨水口自动截污装置

该装置是雨水口截污辅助装置，由截污槽和滤袋组成。截污槽设置在井篦子下方，当截污槽内积水和垃圾重量达到设定重量时，翻板打开使垃圾落入滤袋内。具有雨水径流量与垃圾积累量溢流的自动调节功能，以便保证雨水口排水通畅。

5.6 人工湿地垂直流生态滤床

人工湿地垂直流生态滤床主要包括垂直流生态滤床、沉淀池（塘）、粗滤床等预处理设施，根据需要设有深度处理塘、污泥生态干化滤床。采用PLC控制技术，达到均匀配水、充分富氧；生态滤料无需清洗、更换；可采用水位控制和时间控制两种方式。对COD、TN、TP、氨氮去除率可达85%以上[13]。

5.7 柔性生态护坡技术

该产品是以聚酰胺（PA6）为原材料，采用干拉工艺一次性加工制成的呈倒金字塔状弹性均匀构形，孔隙率大于95%的土工合成材料。利用该土工合成材料制成水土保护毯，可为植物生长提供额外的加筋立体护坡体系。产品铺设后，将被植物根系缠绕，使土壤得以整体性的锚固，为植物提供地面保护，减少水土流失。且在工程使用中可抵御3～7m/s的水流冲刷；并具有耐极端温度、耐化学腐蚀、抗紫外线耐老化等特点，满足各类工程需要[14]。

5.8 多孔质生态环境修复技术

该技术将透水混凝土、凝胶材料和添加剂制成的多孔质基材护砌至堤坝坡面，具备面层植被缓冲、多孔质骨架防护、植物根系加固三重防护功能，具有强度高、构造利于植物生长、低碱环境和适用范围广的特点。

5.9 行道树雨水收集回用保护装置

该装置由行道树保护板和三通管组成行道树树池和绿化带保护体，可保证交通安全步行，避免道路垃圾流入的同时，使树池具有一定的贮水空间，增加雨水渗透，方便养分与氧气供给，有利于树木生长。

6 结论

通过“初雨控制、控源截污、生态清淤、高速脱色、生态修复、景观营造”立体式全方位治理模式，研究出适合于太湖流域河网地区黑臭水体的综合整治关键技术。通过示范工程的实施，河道水体中COD、NH3-N、TN、SS等的去除率均可达60%以上，并取得良好的生态效果和景观效果。

太湖流域为平原河网地区，流域内的河道综合整治技术应用空间较大。该研究成果对太湖流域及其它类似污染水体的污染治理及示范工程的进一步开展具有重要的指导意义。

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Technical Research and Application of Comprehensive Realignment of River-way Water Body in Taihu Basin

ZHANG Rui-bin1,2,3
(1.Jiangsu Long-leaping Engineering Design Co., Ltd, Nanjing 210000; 2.Nanjing Research Center for Engineering Technology of Rainwater Resource Recycling, Nanjing 210001; 3.Nanjing Ecological River Engineering Technology Research Center, Nanjing 210000, China)

By taking the river-way water body of Taihu basin as an example, the paper carries out the technical study of comprehensive realignment of river-way water body. The research shows the complete governance mode for Taihu Lake Basin, which includes the “early rain control, point source pollution control, ecological dredging, high-speed decoloring, ecological rehabilitation and landscape construction”. By further optimized, the key common technologies of the water quality improvement and ecological purifcation can be suitable for Taihu basin river network area.

riverway; black odor water body; ecological purifcation; comprehensive realignment; Taihu Basin

X703

A

1006-5377（2017）08-0059-04

南京市科技计划项目（201608023）；江苏省自然科学青年基金项目（BK20140603）；“六大人才高峰”高层次人才项目（JNHB-099）。