黑臭水体河底末端修复治理

葛高岭，周云亮，何 攀，万 莉

（中交（天津）生态环保设计研究院有限公司，天津 300202）

引言

随着经济的发展，城市黑臭水体对人们的生命健康产生了严重威胁，严重制约了我国经济的可持续发展。关于黑臭水体治理引发了众多学者的研究：在黑臭水体成因上，王成等人认为[1]：黑臭水体的成因包括有机污染物输入、底泥再悬浮、水体热污染、水动力条件差以及生态基流不足等，具有季节性、周期性反复易发等特点，整治任务十分艰巨；而孙瑞川则从控源截污的角度，指出[2]：实行清洁生产,建立企业间废料利用链,在黑臭水体治理中能够起到重要的作用。

而在治理方法上，靳俊伟等[3]系统阐述了黑臭水体治理的技术路线和设计思路，从源头控制、中间处理、末端修复三方面详细说明了流域的工程整治措施和强化流域联动协调等非工程措施。

在具体的末端修复水体措施的研究上，He,Sheng-bing[4]研究了生物滤池与生态砾石床复合工艺对微污染地表水的脱氮效果；朱宝玉等[5]也指出：生态砾石床适用于低污染水体的治理，对各种污染物有着稳定的去除率；方红卫则在末端修复底泥处理研究中指出[6]：环保疏浚应坚持局部重点区域重点疏浚的原则，以污染底泥有效去除和水质改善为直接目的，以疏浚后促进生态修复为间接目的。Patmont C 同样在疏浚底泥研究中指出[7]：在已完成的疏浚区，存在“疏浚后残留”，可能导致沉积物在疏浚区以外的运输和污染风险。

在污染底泥处置工艺和投资方面，葛高岭通过研究入库河段水位变化，指出[8]:内源治理应选择合理时机，利用太阳能进行干化处理，以减少内源治理的投资；李英杰，胡小贞等从环保绞吸船疏挖污染底泥工艺的角度，提出[9]：对底泥表层进行只吸不绞操作，同时对下层分层疏挖，以减少疏浚过程中底泥的扩散。以上的研究或是从黑臭水体的机理上进行了深入研究，或是对污染底泥疏挖处置进行的研究，均对黑臭水体治理起到了很好的指导作用，关于黑臭水体导致的污染底泥的处置对河道自身的发展的影响研究较少，本文基于小黑河在源头治理、中间处理改造基本完成的基础上,研究末端修复治理技术在河底治理中的应用，旨在清除污染底泥的前提下，最大限度的保持河道原有形态，为城市黑臭水体河道治理提供经验借鉴。

1 流域概况

小黑河位于菏泽市牡丹区北环路以内，治理范围为重庆路至长城路段，上游宽度3～5 m，下游6～10 m，沿程穿越物流园区、居民区、污水处理厂、学校等区域，全长3.4 km，其功能定位为：蓄泄洪涝、水土保持、栖息地、游憩。

小黑河污染源成分较为复杂多样，市政管网问题突出，城市河道成为污水的受纳水体，雨季由于雨污混流，管网错混接等情况导致污水以点源形式溢流至河道中；另外菏泽地处平原地区，地形平坦，排水不畅，小黑河成为城市雨水汇集中心，降雨径流对城市道路、房屋冲刷形成的初期雨水裹挟大量悬浮颗粒、氨氮、营养盐等污染物以面源形式汇入河道水体，造成河道水环境不断恶化。

城市河道由于长期受人类活动的影响，内源污染问题同样严重，由于河道水质不断恶化，水环境容量不断下降，使得污染物在河道底泥中大量富集，形成内源污染。

同时，小黑河部分河段受节制闸控制，水体流动性受阻，年际河道内水量变化较大，河道存在污水直排现象。面源污染、内源污染加上河道运行机制，使小黑河水质整体呈轻度黑臭，水质较差，透明度较低，在小黑河沿程8 个位置布置水质监测点，对其水质情况进行检测分析，结果如下：

图1 小黑河区位及检测点位置示意图

图2 小黑河水质沿河变化

污染底泥采用内梅罗污染指数法和重金属潜在生态风险评价法两种方法进行评价。污染层在水中颜色以灰黑色为主，主要岩性以淤泥、流泥为主，该层含有较多腐殖质，具有较为强烈的腥臭味，偶见贝壳，其沉积年代较新，水土交换性好，易对水体产生内源污染。其主要污染物以氮/磷污染为主，未见重金属污染现象。

勘察结果显示，由于河道底部除北部个别区段以外，普遍存在人工砂、角砾垫层，故砂、角砾垫层以上均判定为污染层，污染底泥厚度变化范围为0.30～1.70 m，平均厚度0.65 m；层底高程变化范围为46.45～48.56 m，平均高程47.63 m。

根据工程治理段污染现状和业主治理需求，决定对此河道进行治理，在外源污染基本完成治理的前提下，通过末端修复治理达到以下目标：有效减少水体内源污染，解决河道内淤泥污染现象，消除河道底部淤泥，最大限度使保持河道原有形态。

2 河底末端修复的工艺流程及设计要点

2.1 河底末端修复的工艺流程

小黑河水体由于长期的沉降累积，河床底部残存了大量的底泥腐殖质，久而久之成为内源污染，在温度升高、扰动等条件下污染物会再次释放出来，使水质恶化。治理常用的方法为环保疏浚，但是疏浚需合理控制疏浚深度，过深容易破坏河床，影响岸坡的稳定，过浅不能彻底清除底泥污染物，本次采用末端修复的方法，包括内源治理和生态修复两个部分，其工艺流程如图3 所示。

图3 河底末端修复工艺流程图

2.2 河底末端修复的设计要点

根据河底污染底泥的厚度，可分三种典型的断面（图4、图5、图6）进行设计，具体设计如下：

图4 典型断面图

图5 典型断面图

图6 典型断面图

1）污染底泥未达到生态修复设计底高程（H1≥H2）

污染底泥采用环保疏浚方式，需要生态修复疏挖的底泥采用普通的疏浚方式，其疏浚土应分别予以计量，污染底泥根据危害程度进行分类处置，生态修复产生的底泥进行河道的培土修整。

2）污染底泥超过生态修复设计底高程一定深度（H2-0.5m≤H1＜H2）

污染底泥采用环保疏浚方式，污染底泥根据危害程度进行分类处置，疏挖至污染底泥设计底高程后，采用现状较好土质、块石或砂砾石等回填至生态修复设计底高程，粘性土回填压实度不小于0.91，无粘性土回填相对密度不小于0.60，维护河床的整体稳定性，以保证河道的水流流态。

3）污染底泥超过生态修复设计底高程（H1＜H2-0.5 m）

污染底泥采用环保疏浚方式，污染底泥根据危害程度进行分类处置，疏挖至生态修复底高程H2-0.5 m 后，采用现状较好土质等回填，回填厚度0.2 m，粘性土回填压实度不小于0.91，无粘性土回填相对密度不小于0.60，防止下层污染土对水质的影响，其上采用生态砾石床的工艺进行处理，处理至生态修复设计底高程H2，纵向与河底坡度一致（图7）。

图7 环保疏浚+原位修复+生态砾石床修复

砾石床具有过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解等功能，使其净化污水，其砾石采用天然砾石，均径15 cm，回填必须及时进行，尽量缩短开挖面的外露时间。回填工作应护底四周分层均匀回填、密度大于90 %。

3 总体布置

经过勘察揭露，受到排污影响，其污染层较厚，污染层为2.09 m，平均厚度0.58 m；层底高程变化范围为45.61～47.58 m，平均高程46.75 m。

以小黑河部分钻孔为例，其河道钻孔取芯污染底泥见图8，由于ZK14钻孔处为硬质砌体河底，其覆盖层均为淤积土，可视为H1≥H2，ZK15和ZK16钻孔处污染底泥未达到生态修复设计底高程，也可视为H1≥H2，应进行环保疏浚处置底泥；

图8 河道钻孔污染底泥典型纵剖面图

ZK17钻孔处，污染底泥超过生态修复设计底高程一定深度，即：H2-0.5 m≤H1＜H2；应疏挖至污染底泥设计底高程后，采用现状较好土质、块石或砂砾石等回填至生态修复设计底高程，以维护河底的稳定性；

ZK18钻孔处，污染底泥超过生态修复设计底高程，即：H1＜H2-0.5 m，应疏挖至生态修复底高程H2-0.5 m 后，采用现状较好土质等回填，用生态砾石床的工艺进行处理，处理至生态修复设计底高程H2，纵向与河底坡度一致。

4 结语

针对在黑臭河道污染底泥较厚，单一的疏浚会对河床走势、河道岸坡产生不利影响的问题，本文提出采用环保疏浚、原位覆盖技术、生态砾石床组合的河底末端修复治理设计，即：

1）对于污染底泥设计底高程高于生态修复设计底高程区段，通过环保疏浚清除污染较重的表层浮泥，减弱底泥对水体的影响；

2）对于污染底泥设计底高程略低于生态修复设计底高程区段，先通过环保疏浚方式疏挖污染底泥，然后采用现状较好土质、块石或砂砾石等回填至生态修复的底高程；

3）对于污染底泥远超过生态修复设计底高程的区段，先通过环保疏浚方式疏挖至生态修复设计底高程-0.5 m 后，其次采用原位覆盖0.2 m 现状较好土质，最后采用砾石床修复至生态修复设计底高程。

目前，小黑河河段的末端修复治理设计通过了专家评审，已竣工验收，通过末端修复治理达到了设计目标，取得了较好的治理效果，为城市黑臭水体的治理提供了有益的技术探索。