城镇黑臭水体治理思路及实践探讨

刘彦琦，秦 业，王禹来，杨 威

（1.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072；2.中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041；3.四川省城市水环境治理工程技术研究中心，四川 成都 610072）

0 前 言

随着城镇化进程加快，城镇产污量随人口增长增加，原城镇配套污水管网建设滞后导致的直排错接乱排、污水厂处理尾水未达标排放等问题凸显。大量入河污染负荷超过水环境承载能力，水体自净能力无法满足污染物降解需求，进而形成黑臭水体。黑臭水体中COD、氮、磷等污染物浓度超标，水生植物严重退化，水生动物仅存较少的耐污种，水生态系统失衡，水体出现季节性或终年黑臭，直接影响周边居民生活及感官。

1 现状问题

1.1 工程背景

某市河道（以下简称“某河道”）全长8.81km，水域面积约29万m2，因居住小区沿线密布，主河道水面狭窄，老旧小区雨污分流不彻底，雨污水管网分流覆盖不健全等，水体黑臭现象严重。根据监测资料，除个别长约1km的河段为非黑臭水体，其余水体均属黑臭。

1.2 黑臭原因分析

某河道为开放状态下的水体，根据分析黑臭原因存在大量有机污染和水动力不足。有机污染物主要包括点源污染、面源污染和内源污染3种入河形式。

1.2.1 点源污染

某河道沿线以老旧小区为主，由于排水管网建设不健全，污水直排、雨污水管错混接、合流水排放、截污管溢流等现象普遍存在。沿河共分布有显见性排口96个，其中雨水口18个，占比18.75%；合流制溢流口20个，占比20.83%；废污水直排口58个，占比60.42%。废污水直排口中生活污水直排口57个，企业废污水直排口1个，连续排放口4个，间歇排放口54个。合流制溢流口主要在雨季溢流时排放污染物，由于该市降水量的季、月分配极不均匀，主要集中在6—9月。下雨时，雨污合用下水道系统中，排水流量是旱季流量的数十倍。据当地居民反映，夏季水体黑臭情况较其他季节更为严重（见表1）。

表1 2018年某河道水质状况

1.2.2 面源污染

某河道流经城中村、老旧小区和工业区，此类区域河边普遍存在禽畜养殖废物、建筑生活垃圾、工业原材料或废弃物等，经雨水浸泡、渗漏、冲刷随径流进入水体。

1.2.3 内源污染

由于长期外源污染物进入河中积累，形成大量污染底泥成为内源污染，降低了河流的自净能力，造成水生态系统退化。特别在夏季，气温升高加剧底质污染释放，导致水体中有机物、氮、磷等指标大幅波动。据检测资料显示，淤积深度为0.5～1.5m，全河段淤泥量约13万m3。按相关数据模型，参考浅水湖泊沉积物释放模式中的“小-中风浪”计算，TN释放量约为151kg／月，TP释放量约为45kg／月。

1.2.4 水动力不足

某河道属于内河，水体本身具有一定自净能力，但生态基流不足、水体流速缓慢、复氧能力弱，无法补充污染物分解时消耗的氧气，致使水体中溶解氧浓度低于2mg／L，加剧水质恶化，产生黑臭水体。

2 综合治理设计概况

2.1 总体技术路线

工程综合治理技术体系采用“控源截污、内源治理、补水活水、生态修复”的技术路线进行整治（见图1），旨在恢复其水生态平衡和水体自净能力。

图1 黑臭水体治理措施

2.2 外源减排

为解决河道污染，首先要进行外源减排，实现雨污分流，消除入河排污口，其包括了控源截污、原位处理及面源控制3个部分。

2.2.1 控源截污

针对缺乏完善污水收集系统的水体，通过老旧小区改造、原管网修复及新建城区雨污分流系统，使主城区形成完善的污水收纳体系，该工程基本覆盖了河道流域，改建后的生活排水管道接市政污水管道系统，再至市政污水处理厂统一处理。水体沿线排口结合周边污水管道建设情况，分情况采用分流、合流排水体制，就近接入现状或新建污水新建污水管网中，保证旱季污水收集率100%。污水处理厂进水浓度显著提高，治理成效明显。

2.2.2 原位处理

对于无条件接入污水管网的临河排口处，采用原位处理，就地安装一体化污水处理设备，设计污水处理量为300m3／d，出水标准为一级A，处理后的污水经尾水氧化沟排入河道，实现了污水就近处理、就近回用。污水处理站总占地1134m2，以花园式污水处理站为设计理念，保证厂区的绿化率大于70%，上层植物以常绿乔木香樟为基调树种，配以开花乔木紫薇及色叶植物鸡爪槭体现季相变化；地被植物以红花继木、金森女贞等形成色带。出水就近排入河道，进行生态补水，保证水体流动，提升两岸活力。

2.2.3 面源控制

面源污染主要来源于雨水径流中含有的污染物，在治理河段两侧乃至河道中均存在垃圾、生活垃圾及私自种植农作物的现象，通过水体周边垃圾的清理、生态驳岸的建设，清除污染源，打造生态缓冲带，消减雨水径流中含有的污染负荷。

2.3 内源治理

2.3.1 清淤疏浚

在长期外源污染物流入与微生物的共同作用下，积累的污染物质随着泥沙、各种垃圾及腐殖质沉积在河道内，形成内源污染，对此，需对河道进行生态清淤，减少底泥中污染物释放量，清淤河段总长约12.4km，暗涵长度0.6km。根据河道水文特征、淤泥深度、场地情况及工期、环保多种因素，在不同河段区域分别采取机械、人工、绞吸船的清淤方式。由于区域内建设用地紧张，沿岸及周边地区无空闲土地能用于底泥处置，因而选取脱水效率较高、时间短、占地小、环境影响低的机械脱水法进行脱水，使底泥体积减量后外运至堆淤场再进行后续处置利用。

2.3.2 水生植物残体清理

建立河道长期管理机制，及时对水华藻、水生植物残体进行打捞清理，避免植物残体因腐烂消耗水体氧气，释放污染物。

2.4 补水工程

某河道旱季清水补给少，水体缺乏流动性，河道自净能力减弱，易造成水质恶化，为了维持河道正常水动力，采用引流清水，修建两大补水工程，增加河道流量，加速水体污染物输移、扩散实现水质改善。

2.4.1 西段中水回用工程

某河道西段坡度较平缓，枯水期基本无水源补充，考虑利用污水处理厂的中水进行生态补水，发挥再生水作用。中水通过抽水泵站，经压力管线抽至新建尾水湿地，压力管道长度约3.5km，采用聚乙烯PE600供水管直埋引水，穿越现状箱涵、路口时采用拖拉管非开挖穿越，中水经湿地净化后再进入河道。

尾水湿地设计处理规模为10500m3／d，分为东、西两区，每个区进水流量为5250m3／d，采用水平潜流的形式。东、西区湿地各分4组并联运行，每组4个单元串联。按照水流方向，每个处理单元分进水区、配水区、出水区采用不同粒径及材质的基质进行装填，进出水区选择60～90mm的大砾石，处理区选择4～30mm小砾石进行水质净化。在垂直方向上从上至下为覆盖层、填料层，覆盖层选择本地表层种植土，确保水生植物的根系正常生长。人工湿地的打造不仅净化了水质，而且利用水生植物美化了处理单元，形成观赏与功能复合的水质处理生态塘。

同时，湿地结合景观打造市政公园，公园总面积约169×103m2，其中人工湿地约30.7×103m2，绿地率约77.1%。公园现状河道水系蜿蜒曲折，水系流动缓慢，污染严重，通过扩宽水系面积，利用中水回用工程补给水量，形成水系丰富、自然流动的生态湿地公园。

2.4.2 东线引水工程

某河临近区域一外河，河道来水量稳定充沛，由于节制闸的建设，其库区水位稳定在正常蓄水位11.2m，高于某河常水位，具备补水条件。通过建设东线引水明渠，明渠长约2.4km，从外河库区引水入城区河道东线，从而保证河道东段清水补给与水体流动性。

2.5 水系连通

由于某河道存在断头和死水区域，影响了水体交换与自净能力，水体的局部形成黑臭现象严重，项目分别在两大断头位置修建水系连通工程，逐步恢复水系完整性，改善水生态环境。由于工程段受用地限制，无条件修建明渠，采用顶管非开挖掘进式管道的方式铺设D1000的混凝土管，水系连通工程全长约500m。在进口处设置电动阀门井，有效控制引水量。

2.6 生态修复

为提高流域水质的净化能力，采用以水生动植物群落构建为主，生态浮床和人工曝气为辅助的再生体系，通过人工干预结合自然恢复的方式引导原有水生态系统逐步恢复。

2.6.1 水生植物群落构建

水生植物群落能持续吸收水中的氮、磷、重金属等污染物质，且能通过人工收获等方式将其固定的污染物质带出水体，还可以固定水底沉积物，减少沉积物再悬浮而造成污染。同时，植物群落通过根系向水下输送氧气，改善水底沉积物的氧化还原条件，减少内源污染的释放。通过种植水生植物、布置生态浮床等形式增加水体植物的覆盖度，形成一定规模。按照生态安全、适应性、多样性及经济性的原则，结合试验室数据、工程经验和本底水生植物踏勘结果，本项目选用的沉水植物品种为常绿刺苦草、苦草、微齿眼子菜，选用的挺水植物为黄花鸢尾和美人蕉，总计沉水植物群落构建约4万m2，挺水植物群落构建约3.7万m2，生态浮床约3120m2。

2.6.2 水生动物群落构建

蓄水后，鱼类会逐步建立起种群，尤其是小型鱼类和底栖杂食性鱼类，不利于浮游植物的控制和清水态的形成（见图2）。因此，控制小型、底栖杂食性鱼类的数量，构建控制浮游植物能力强、健康的食物网结构，是建立浅水态生态系统的重要部分。通过投放本地品种的鱼类、螺类、蚌类来构建微型食物网链系统，投放鲢鱼和鳙鱼等底层鱼类捕食浮游植物和浮游动物，乌鳢和黄颡鱼等肉食鱼类捕食虾类、螺贝类动物及其他小鱼，鱼类共计投放3000尾，投放水域面积为6万m2。

图2 鱼类群落结构与食物网构建原理

2.6.3 人工增氧

河道中溶解氧含量是重要的水质指标，当水中溶解氧浓度较低时，水中有机污染物得不到充分降解，只能通过厌氧菌分解，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等恶臭气体，使水体变质发臭。本项目河道地势平坦，流速较低，容易形成死水区域，单靠自然复氧作用不能满足水体溶解氧的需求，在高温条件下易发生局部水域或水层亏氧，通过人工曝气充氧技术对溶解氧浓度进行提升。在河道水深足够、满足曝气机放置要求和曝气机运行不会扰动底泥的河段设置曝气机。河面较宽的位置选择喇叭花曝气机、造浪式曝气机，在河面较窄或水动力较差的河段设置推流式曝气机，平均每台供氧能力≥1kg／h。

3 治理效果

通过以上措施，某河道水体水质得到了有效改善。经现场取样检测显示，水体透明度、溶解氧、氧化还原电位、氨氮4项指标已由治理前中轻度黑臭转变为达到消除黑臭标准，通过了主管部门组织的黑臭水体整改验收。通过消除城镇黑臭水体，改善了当地居民的生活环境，提高了当地民众对水环境治理的认识，为同类型的黑臭河流水生态环境的治理提供参考。