上海市普陀区外浜水系水环境治理与新技术运用

(上海汀滢环保科技有限公司，上海 201707)

根据《上海市水污染防治行动计划》提出的“2020年前基本消除丧失功能水体”目标要求，上海市普陀区提出了水污染治理、水生态构建、水景观营造、水安全保障的水环境综合整治总体目标。普陀区属于上海市中心城区，根据引排水调度情况、河道分布现状及水系规划，区内水系共分为7个片区、市管河道及独立河道3种类型。在本次水环境综合治理中，普陀区根据7个片区的实际情况，有针对性地提出治理方案，再以净化的水体反哺桃浦河等骨干河道，最终实现全区水环境明显改善。普陀区水系及分片情况见图1。

图1 普陀区水系及分片情况

外浜水系位于普陀区西南角，南部边界为苏州河，本次普陀区外浜水系水环境治理工程是对片区内8条河道的系统性综合治理，工程主要任务是控制内外源污染，提升河道自净能力，控制蓝藻水华，提升河道水质。除了相对封闭的河道外，该工程中有4条河道是该区域重要的引排河道，分别为外浜、姚明港、蔡家浜和达长浜(见图2)，4条河道的河口宽度约为10～16m。

1 本底调查与问题分析

根据2017—2018年水质检测结果，外浜、姚明港、蔡家浜和达长浜4条引排河道的氨氮、COD和总磷指标明显偏高，均属于劣Ⅴ类水体。该工程前期现场踏勘时正处于夏季高温季节，河道蓝藻水华现象非常明显，河面呈绿漆状，水体透明度大大低于平时，感官较差。根据探查，由于中心城区长期存在污水溢流入河的现象，河道底泥也存在比较严重的污染，颜色发黑并且散发臭味，受污染淤泥的厚度普遍在50cm以上，其中蔡家浜河道的受污染淤泥厚度最深达到1m。

在城市的建成区，外部污染物进入河道的途径一般有雨水汇入、污水混接、外部调水以及垃圾抛撒等，各类污染途径见图3。对于不同城市和不同区域，上述几类途径在污染总量中所占比例会有所不同，但是一般而言，污水混接所占比例相对较大，也是现阶段城市水环境治理的重点之一。

图3 外部污染物进入水环境途径

由于历史遗留问题，普陀区外浜水系中的主要河道均存在因雨污混接而导致污水溢流入河的现象，而污染物的长期排放，除了污染河道水体外，还使污染底泥越来越厚。各类污染物质长期累积，在高温季节表现尤为明显，污染底泥厌氧反应强烈，对上覆水体的污染严重，水体污染物浓度指标大幅升高。

2 技术路线与治理方案

普陀区外浜水系通过三号桥泵闸与东侧的木渎港相连，木渎港向南与苏州河相接，使外浜水系中的主要河道相互连通，共同承担防洪除涝和引调水任务。此次水环境治理工程摒弃了以往单河治理的做法和思路，而是遵循系统思维，将其视作一个整体加以综合治理。工程总体技术路线为截污优先、底泥改良、水质净化、生态恢复、长效管理，前期通过强力的人工措施短期内扭转现有污染局面，后期则是充分发挥生物净化作用，由自然做功，最终达到构建低维护、长效稳定的水生态系统的目的。

此次工程综合治理方案主要是重点打造三大系统，分别为内外源污染控制系统、高效深层人工曝气系统和沉水植物净化系统。内外源污染控制系统是前提也是关键，工程所处区域是上海市的中心城区，地下管网布局复杂，而且不少管网建设年代久远，雨污混接问题难以在短时间内完全解决，为了尽可能阻断外源污染，工程措施包括局部管网改造、排水口集中净化、河岸缓冲带建设等。对于内部污染源，该系统非常重视对于河道底泥的原位处理，实行“泥水共治”，在不进行河道疏浚的情况下，采取矿物质吸附、底泥持续氧化、生物封闭等措施对底泥进行处理。高效深层人工曝气系统可以在沉水植物尚未形成规模之前，沿河道布置新型的人工曝气设施，为水体提供足够的溶解氧，使整体水环境保持相对的稳定，为下一步的生物净化赢得时间，创造条件。沉水植物净化系统则是在改善底质和稳定水质的基础上，通过沉水植物的大量生长，吸收水体中的污染物质并释放氧气，促进有益微生物的大量繁衍，从而产生强大稳定的生物净化能力，同时有利于河道生物多样性的形成。该工程的三大系统相辅相成，兼顾了短期和长期的需求，可持续提升水体水质。

3 治理效果分析

施工结束后，各条河道的水质均得到了持续改善和大幅提升，主要指标达到了地表Ⅴ类水的考核标准，部分指标甚至达到或超过Ⅳ类水标准。根据2019年6—12月的持续监测数据，4条主要引排河道的氨氮和总磷浓度指标的变化情况见图4、图5。

图4 氨氮浓度指标监测数据

图5 总磷浓度指标监测数据

由图5可知，总磷浓度指标在2019年6月发生异常波动，排查后发现，附近道路下方有污水管破裂导致渗漏，经及时处置后水质很快得到了恢复，之后河道水质一直保持稳定。

经过系统治理，外浜水系河道的蓝藻水华消失，总体透明度达到80cm以上，感官性状得到了明显改善。河道逐步构建了以沉水植物为主的清水态草型生态系统，河道自净能力大大增强。外浜治理前后河道透明度对比见图6，治理后河底水草清晰可见。

图6 外浜治理前后透明度对比

4 新技术的运用

4.1 河道底泥原位处理技术

河道清淤是清除内源污染的常用方式，也是传统水利工程常见的措施，但是投入费用较大，淤泥堆放和处置场地也越来越受限制，此外，清淤会完全破坏河道底部生态系统，使河道自净能力被彻底破坏，治标不治本。因此，如果河道淤积对过流能力的影响在允许范围内，完全可以考虑对底泥进行原位处理。普陀区外浜水系水环境治理工程在排干河道之后，没有实施清淤措施，而是对污染底泥进行了原位处理，重点在于控制底泥向上覆水体释放污染物，此项措施节约了大量工程投资，同时也避免了二次污染和污染物转移。底泥原位处理中一项重要技术是采用了“改性生物底泥改良剂”的专利产品，该材料是采用厚壳贻贝等生物材料，通过特殊的改性加工工艺制成复合贝壳改性生物材料。该材料具有高比表面积的内部物理结构特性，有很强的磷吸收能力，有效控制了底泥向上覆水体释放营养盐(特别是磷)，对藻类水华起到了很好的预防作用。

4.2 沉水植物悬床技术

沉水植物对于增强河道水体自净能力有着非常重要的作用，但是当河道水深超过1.5m时，沉水植物往往生长困难。为了克服水深、透明度等因素对沉水植物生长的制约，外浜水系水环境治理工程采用了“沉水植物悬床”的专利技术，该技术利用悬床载体和人工基质栽植沉水植物，植物悬床可以根据水体透明度情况，通过升降人为调控植物在水下的深度，确保沉水植物能够接受到阳光，自由生长，见图7。当河道透明度稳定且达到一定的程度后，沉水植物悬床甚至可以完全落到河底，与河道底泥融为一体。沉水植物悬床的种植基质由天然植物纤维材料通过无害化工艺制作而成，该材料本身就是植物纤维，对环境无害，在一定年限后还能够自然降解。悬床的基质材料除了非常有利于沉水植物根系的生长附着外，还可作为底栖生物、鱼类的栖息地，此外，该基质材料的比表面积大，微生物挂膜能力也较强。

图7 沉水植物悬床

4.3 高效深层人工曝气技术

人工曝气是水环境治理中的常见技术，但是一般的人工曝气往往只考虑增加水体表层的溶解氧，河道中下层溶解氧依然缺乏，河道底部常处于厌氧状态，而底部厌氧状态往往使底泥成为“源”，不断地向上覆水体中释放污染物质,导致水体污染物浓度指标居高不下。为此，外浜水系水环境治理工程专门设计了深层曝气系统，通过对曝气头、曝气管重新进行设计组合，制造了专门用于河道深层曝气的装置，见图8。该装置采用橡胶膜曝气管及不锈钢固定底座，便于组合及安装，能够在河道中下部直接曝气，橡胶膜片扩散出的气泡直径小，气液界面大，曝气强度高，不会产生孔眼堵塞，也不会导致底部淤泥的再悬浮，大大提升了河道底部的溶解氧浓度，甚至对河道底泥也能产生一定的氧化作用，有效改善了底泥微生境，促进了好氧微生物的生长，削减污染物效果明显。该种曝气设备经过了近2年的运行，性能依然可靠，故障率低。

图8 高效深层曝气装置

5 结 语

普陀区外浜水系水环境治理工程中的主要河道均是城区重要的排水通道，对城市防洪排涝安全至关重要，水环境治理工程若是简单粗暴地隔断河道进行封闭式治理，将会严重影响城市安全，在河道蓝线范围内采取的任何措施都应符合水务部门的相关要求。应该遵循系统治理的思路，不能简单粗暴地进行封闭式治理，对于城市引排河道，其治理方式与封闭水体、湖泊有所不同，需要结合水利调度需求，分析研究生态调度的可能性。

在城市的老城区，雨污混接往往是导致河道污染的重要原因之一，因此在城市水环境治理中需要充分发挥河长制的作用，水岸有效联动才能达到治理目标。然而水质提升要求非常迫切，外源污染也不可能在很短的时间内完全杜绝，对于少量存在的暂时难以解决的污水外溢问题，工程技术人员应积极研究有效的临时措施加以控制，不应让局部问题影响到整体的治理效果。