长春市东新开河流域黑臭水体污染现状及综合治理研究

赵嵩颖，徐建光，王雨亮，王梦娜

(1.吉林建筑大学 市政与环境工程学院，长春 130118； 2.吉林省城乡规划研究院，长春 130000)

1 概 述

随着城市规模的扩大，大量未经处理的污水排入河道，水体中的COD、氨氮、总磷等污染物严重超标，导致河流水体黑臭[1-2]。2015年，国务院印发的《水污染防治行动计划》明确要求，到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内[3-4]。东新开河属于伊通河中游的一级支流，流域面积为98.12 km2，河长16.5 km，河道平均坡度1.5‰，是长春市的重要水体，主要由东新开河、西稗子沟、大稗子沟、稗子沟、苇子沟、金钱沟等干支流组成。目前，流域内水体水质总体较差，COD、氮磷营养盐严重超标，属于劣V类水体，是典型的黑臭水体，严重影响沿岸居民生活质量，长春市河流污染控制和治理工作迫在眉睫。针对东新开河流域水体污染成因，基于水质目标开展制定该流域合理的水污染综合治理方案，可解决新东开河的水体污染问题，同时可推进海绵城市的建设，为吉林省更多污染河流提供借鉴，因此东新开河流域黑臭水体污染综合治理意义重大。

2 样品采集与分析

2.1 样品采集与分析方法

采样工作于2016年3月进行，对东新开河干流及主要支流水样及沉积物进行现场采集，共采集了29个样点的表层水样和沉积物，样点分布见图1 。样品采集过程中，选用YSI水质仪等便携式水质分析仪对表层水温、pH、ORP、电导率、DO等指标进行测定；表层沉积物采用自重力柱状采样器进行采集，沉积物分析指标包括含水率、有机质含量、粒径、重金属含量，其中粒径分布特征由激光粒径分析仪测定，重金属含量利用冷冻干燥机冷冻干燥，经微波消解后，用电感耦合等离子体-发射光谱ICP-OES测定[5-6]。

2.2 水质分析及沉积物分析

表层水水质分析及沉积物分析结果见表1。从表1的检测结果可以看出，表层水COD范围在13～222 mg/L，平均含量为106.9 mg/L；苇子沟和大稗子沟的COD含量相对较高，平均值为166 和148 mg/L，分别超过地表水环境质量标准V类水的4倍和5倍。东新开河主干流的COD有82%的样点比例超过V类标准；水体NO3-N含量范围为0.04～5.83 mg/L，各河段的NO3-N沿河流均呈现递减趋势，稗子沟的平均含量最高；两条支流水体苇子沟和大稗子沟的氨氮平均含量分别为36和13.1 mg/L，东新开河主干流水体氨氮含量出现明显的空间差异，水体下游分布较均匀，所有样点均超过V类标准，分析原因是城市和村镇排放的工业废水、生活污水所致；东新开河各段水体中TN含量范围为4.61～107.7 mg/L，均超过V类水标准，TN最大值出现在W1样点，超过V类水标准53倍，可见各段河流水体氮素污染严重；TP均值为2.4 mg/L，超过V类水标准中总磷浓度限值(0.4 mg/L)6倍以上；整个河段SRP均值为2.26 mg/L，表明河流各段水体磷主要以溶解态为主，平均值84%，其中主干流体的SRP比例超过90%以上。

从表1的检测结果可以看出，整个河流的表层沉积物TP含量平均值为613.03 mg/kg，远超过国际上沉积物TP阈值范围500 mg/kg；整个河流表层沉积物TN含量平均值为1 951.3 mg/kg，远超过国际上沉积物TN阈值范围1 000 mg/kg，且具有潜在的释放风险；所有表层沉积物样品中TC出现显著差异，百分比范围为0.27%～6.6%，极大值出现在W3样点，支流河段空间分布波动较大；TS能够反映沉积物中的污染组分，平均0.113%，极大值也出现在8号样点和B1样点，空间分布波动较小；烧失量(LOI)表征沉积物加热分解的气态产物和有机质含量的多少，整个河流表层沉积物有机质出现明显差异，极大值出现在6号样点和B2样点，说明TC和LOI有相近的污染源。

2.3 水环境问题综合诊断

东新开河流水体以好氧污染为主，COD和氨氮为首控污染物。通过表层水相关指标分析可以看出，表层水营养盐指标污染严重，表层水NH3-N、TN、TP和COD的平均超标倍数为7.3倍、13.6倍、5.8倍和2.6倍。针对河水体污染现状及污水管网的建设情况进行分析，产生黑臭的原因主要有以下几个方面。

1) 经排查，该河流流域面积98.12 km2，其中农业用地63.02 km2，占流域面积64.2%，农业面源污染占污染负荷的70%，农村散排污水占污染负荷的 5%，是东新开河流域水体污染的主要来源之一，东新开河流域面源污染负荷见表2。

表1 表层水水质分析及沉积物分析结果

表2 东新开河流域面源污染负荷

2) 流域无污水处理厂。本流域尚未规划建设污水厂，主要污水经管网收集后输入下游北郊污水处理厂，造成东新开河中下游流量无法保障，旱季成为干河。

3) 雨水径流污染冲击严重。目前，东新开河流域雨污合流导致暴雨期污水溢流突出，造成雨洪期河道垃圾泛滥。

4) 河道生态退化，河流自净能力极弱。该流域生态空间不足，河道内非法乱占滩地耕种，乱建建筑物，导致行洪河道变窄，严重影响区域防洪行洪能力和水资源调蓄、河道自净化能力及景观效果，这是严重影响东新开河流域生态空间的主要问题。

3 综合治理方案及概预算

3.1 综合治理方案

基于东新开河水体黑臭原因的分析结果，该河流域受农业面源污染影响较大，结合污染现状分节特点，制定截污控源、内源消除、生态建设的治理方案。该方案主要包括五大工程，分别是污水厂建设、海绵城市建设工程、垃圾治理与河道淤泥清理工程、临河农村水污染治理工程以及河流湿地构建工程。

1) 开展内源清淤措施及河道垃圾清除工程，本项目清淤工程46.4 km，可有效减少底泥污染释放，增加河道行洪能力。清除的底泥通过五级混凝沉淀池实现泥水分离，经晾晒处理后进行填埋。

2) 针对东新开河流域建成区径流系数(0.7)、地表径流显著增加、水质受地表径流污染影响突出以及生态系统受阻等问题，开展流域海绵城市建设工程。在东新开河金钱沟支流上游构建湿地公园0.8 km2、下游构建5.4 km2，恢复自然水系、湿地等对城市地表径流污染的滞留、调蓄、净化功能，削减上游流域面源污染负荷，保障东新开河生态流量；在中游苇子沟流域建设海绵城市试点工程4.7 km2，实现地表径流污染负荷50%～75%的削减。

3) 针对该流域已有82个坑塘进行增容改造为塘-湿地系统。为完成流域水量保持和水质净化，完成关键湿地建设，共建库型湿地2处、坑塘湿地3处、河口湿地1处及污水厂尾水人工强化湿地1处，湿地具体面积、蓄水量、污染消减量见表3，位置见图2。

4) 利用提升泵站将城镇污水送至污水处理厂进行渠中处理。新建1×104t·d-1污水处理厂1座，采用A/A/O工艺，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准，完善配套的截污管网。

5) 针对东新开河流域农村散排污水的特点，设计开发一种生活污水与雨水利用、净化系统。该系统由雨水和污水收集器、污水净化器、生态水池组成，可以对生活污水与雨水分别进行收集、净化，充分利用水资源，净化达到排放标准后，可进入地表，从而补充地下水资源。

表3 新东开河流域塘-湿地多级水系统统计表

图2 塘-湿地、流域海绵分布图

3.2 工程概预算

项目总投资费用26.2亿元，工程内容及工程量投资见表4。

表4 流域治理主要工程量及投资

续表4

4 结 论

本文对新东开河流域表层水及沉积物的进行监测分析。分析结果表明，东新开河流水体以好氧污染为主，COD和氨氮为首控污染物，针对新东开河流域水体污染成因，基于截污控源、内源消除、生态建设的治理理念，开展实施新东开河流域合理的水污染综合治理方案。项目总投资概预算费用约为26.2亿元，治理后可解决东新开河的水体污染问题，同时可推进海绵城市的建设，为吉林省更多污染河流提供借鉴，因此其意义重大。