劉 偉

(江蘇省環(huán)境工程技術(shù)有限公司，江蘇 南京 210019)

自2016年以來，全國各地如火如荼地開展了城市黑臭水體整治工作。截至2020年底，全國地級及以上城市已消除98.2%的黑臭水體。然而，對于長江沿線及部分重點湖泊區(qū)域，根據(jù)《安徽省水環(huán)境功能區(qū)劃(報批稿)》，安徽省境內(nèi)的長江干流水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅲ類，長江流域其他主要河流水質(zhì)管理目標(biāo)為Ⅳ類，與較高的斷面水質(zhì)要求相比，河道治理仍然任重道遠(yuǎn)。本研究以設(shè)有國控斷面(Ⅳ類)的來河支流——幸福河為研究對象，以其主要水質(zhì)指標(biāo)(CODcr、NH3-N、TP)達(dá)到Ⅳ類進(jìn)行水環(huán)境治理工程設(shè)計，并希望通過相關(guān)工程的實施，提高國控斷面的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。

1 現(xiàn)狀及主要問題

1.1 區(qū)域概況

本研究中的河道(幸福河)位于安徽省滁州市來安縣水口鎮(zhèn)，鎮(zhèn)域內(nèi)以農(nóng)村用地為主，耕地約占鎮(zhèn)域面積的70%。農(nóng)田溝渠交織密布，通過若干條排水干渠于鎮(zhèn)區(qū)匯入幸福河。幸福河長約1.3km，平均寬度約40m，在其末端設(shè)有閘門用于控制排澇。鎮(zhèn)區(qū)建設(shè)用地約7km2，人口約2萬，鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)居民住宅以自建房為主，建有學(xué)校、小型商業(yè)區(qū)、行政辦公區(qū)、菜市場等公共設(shè)施，配備自來水、燃?xì)?、通信設(shè)施及生活污水處理廠。幸福河及其支流分布見圖1。

1.2 存在的主要問題

a.幸福河水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，部分支流水質(zhì)差。經(jīng)檢測，幸福河現(xiàn)狀主要水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、NH3-N、TP)為劣Ⅴ類，不滿足Ⅳ類水質(zhì)要求，主要超標(biāo)因子為CODCr及NH3-N。雖然部分農(nóng)田溝渠冬季水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、NH3-N、TP)優(yōu)于Ⅳ類，但部分幸福河支流為劣Ⅴ類。

b.管網(wǎng)系統(tǒng)不完善，管道缺陷嚴(yán)重。鎮(zhèn)域內(nèi)雖已建立部分排水管網(wǎng)，但排水系統(tǒng)仍不健全。主要問題包括：?在面積較大的農(nóng)村地區(qū)基本無污水管網(wǎng)，在幸福河及其支流沿線污水直排入河；?鎮(zhèn)區(qū)內(nèi)管網(wǎng)大多為合流制，雨季溢流嚴(yán)重，大量雨水進(jìn)入污水管網(wǎng)導(dǎo)致污水處理廠進(jìn)水量激增，最高達(dá)到年均值的1.7倍；?在分流制區(qū)域存在混接錯接；?管網(wǎng)缺陷問題普遍，河水入滲污水管道，鎮(zhèn)區(qū)污水處理廠進(jìn)水濃度偏低，全年平均進(jìn)水CODCr小于100mg/L。

c.河道底泥富營養(yǎng)化，內(nèi)源污染嚴(yán)重。由于生活污水入河、農(nóng)業(yè)種植、畜禽養(yǎng)殖及漁業(yè)養(yǎng)殖等原因，導(dǎo)致污染物大量沉積于河底，底泥富營養(yǎng)化。幸福河及大部分支流多年未清淤，底泥淤積較厚，內(nèi)源釋放不容小覷。

d.農(nóng)業(yè)種植面積廣，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染貢獻(xiàn)大。幸福河匯水范圍內(nèi)農(nóng)田面積約28km2，且以種植水稻為主。在農(nóng)作物生長過程中產(chǎn)生大量農(nóng)田退水，沿河居民利用部分支流進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖和漁業(yè)養(yǎng)殖，均對河道水質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

e.水生態(tài)系統(tǒng)不健全，水體凈化能力低。幸福河及其大部分支流水系內(nèi)水生植物匱乏，幾乎無水生植物生長，水生態(tài)系統(tǒng)不健全，對污染物的自凈能力較低。

2 工程設(shè)計

2.1 總體思路

該工程目標(biāo)治理河道幸福河雖然只有1.3km，但其主要支流總長超過10km，匯水范圍約32km2。因此，宜從流域角度對幸福河開展源頭治理和系統(tǒng)治理。針對上述問題，該工程以削減入河污染為基礎(chǔ)、以恢復(fù)河道自然生態(tài)為核心、以旁路凈化為支撐，通過相關(guān)工程的實施，保障幸福河主要水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、NH3-N、TP)達(dá)到地表水Ⅳ類。

根據(jù)以上分析，確定的該工程的技術(shù)路線見圖2。

2.2 控源截污工程

“黑臭在水里，根源在岸上”，雖然幸福河現(xiàn)狀為非黑臭水體，但控源截污仍然是水質(zhì)達(dá)標(biāo)的基本前提?？卦唇匚酃こ讨饕ㄑ睾咏匚酃こ?、鎮(zhèn)區(qū)市政管網(wǎng)完善工程、小區(qū)雨污分流工程及片區(qū)末端截污工程，實施范圍涵蓋幸福河的整個匯水范圍。

2.2.1 沿河截污納管工程

按照污水來源，沿河污水排口可分為沿河居民生活污水排口、市政排口、企事業(yè)單位排口。對于鎮(zhèn)區(qū)沿河居民生活污水直排口，沿河新建污水管道收集直排生活污水，并接至污水管網(wǎng)；對于非鎮(zhèn)區(qū)沿河村莊居民直排生活污水，通過管道收集后就近采用一體化污水處理設(shè)施進(jìn)行處理，處理達(dá)標(biāo)后排入附近農(nóng)田溝渠，經(jīng)農(nóng)田溝渠進(jìn)一步凈化后進(jìn)入河道。對于市政排口，采用末端截污方式將污水接入污水管網(wǎng)；對于企事業(yè)單位排口，就近接入污水管網(wǎng)。同時，對于高程較低的排口，在截污的同時考慮設(shè)置防倒灌設(shè)施，避免河道高水位時河水倒灌入污水管網(wǎng)?！妒彝馀潘O(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50014—2021)推薦截留倍數(shù)為2～5，考慮到水質(zhì)目標(biāo)及在采取沿河截污納管的同時將會進(jìn)行管網(wǎng)改造工程，對于沿河污水直排口中的合流制管道截留倍數(shù)取2。

2.2.2 管網(wǎng)改造工程

鎮(zhèn)區(qū)大部分住宅為自建房，分布相對散亂，難以將各住戶的污水接出并匯入污水干管，實施系統(tǒng)的雨污分流工程。因此，擬結(jié)合污水主干管建設(shè)情況，將鎮(zhèn)區(qū)劃分為若干片區(qū)，在每個片區(qū)的出口設(shè)置截污設(shè)施，將片區(qū)內(nèi)的旱季污水截入污水主干管，雨季超過截留能力的合流污水則通過管道輸送至河道。為減少合流污水進(jìn)入污水管道，減小下游污水管道管徑，部分截留設(shè)施采用浮球閥或智能截留井對合流污水流量進(jìn)行控制。

對于鎮(zhèn)區(qū)少量的集中式住宅，具備雨污分流條件的盡量實施雨污分流工程，部分老舊小區(qū)結(jié)合拆遷改造計劃同步實施；由于空間狹窄等原因難以實施雨污分流的，在小區(qū)總出口設(shè)置截留設(shè)施，保證旱季污水全部接入市政污水管網(wǎng)，減少雨季高濃度合流污水進(jìn)入河道。

2.2.3 鎮(zhèn)區(qū)市政主管網(wǎng)完善工程

鎮(zhèn)區(qū)排水體制規(guī)劃為分流制，但現(xiàn)狀大部分管網(wǎng)為合流制。因此，結(jié)合規(guī)劃在分流制區(qū)域主要進(jìn)行市政主管道的病害修復(fù)及混接改造，尤其是對沿河污水干管加強(qiáng)修復(fù)、防滲措施；對合流制區(qū)域補建缺失的雨污管網(wǎng)；對無雨污管網(wǎng)的地區(qū)進(jìn)行雨污管網(wǎng)的同步完善，消除管網(wǎng)空白區(qū)。

2.3 內(nèi)源治理工程

底泥為河道內(nèi)水生植物、動物、微生物的生存提供了便利條件，但生活污水、管網(wǎng)沉積物、枯枝落葉、農(nóng)田退水等污染源進(jìn)入河道后導(dǎo)致底泥污染，污染物主要包括氮、磷、有機(jī)質(zhì)及重金屬。研究表明：即使在外源污染輸入得到有效控制后，底泥中內(nèi)源污染物的釋放仍會導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化[1]。幸福河及其部分支流多年未清淤，底泥淤積層較厚，局部超過50cm。因此，需開展環(huán)保清淤，消除污染層，實施范圍為幸福河、一級支流、重要的和污染嚴(yán)重的二級支流。

底泥清淤的重點在于把握清淤深度，清淤深度過大易破壞河底生態(tài)，清淤太淺則不能有效清除底泥中的污染物[2]。依據(jù)《湖泊河流環(huán)保疏浚工程技術(shù)指南》[3]，環(huán)保清淤前采取柱狀樣進(jìn)行檢測，清淤深度結(jié)合氮、磷吸附-解析實驗及Hankanson指數(shù)確定。該工程治理河流為內(nèi)河，水位較淺，便于排干作業(yè)。從節(jié)約成本考慮，采用干挖清淤與水力沖淤相結(jié)合的方式進(jìn)行清淤。

依據(jù)《固體廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn) 通則》(GB 34330—2017)及《固體廢物處理處置工程技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 2035—2013)，清淤底泥在處理處置前需首先判定是否屬于危險廢物，并根據(jù)《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18599—2020)進(jìn)一步判定其屬于Ⅰ類還是Ⅱ類工業(yè)固體廢物。該工程河道匯水范圍內(nèi)用地以農(nóng)田和居民住宅為主，基本無工業(yè)企業(yè)。從縮短檢測周期、減少檢測費用角度考慮，底泥危險廢物屬性鑒別結(jié)合底泥清淤深度指標(biāo)檢測同步進(jìn)行，重點檢測常見重金屬及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的農(nóng)藥。底泥若屬于危險廢物，交由相應(yīng)有資質(zhì)單位進(jìn)行處理；若為一般固體廢物，可用于建筑材料、綠化種植土或進(jìn)行填埋處理，并應(yīng)符合相應(yīng)規(guī)定。

2.4 農(nóng)田退水治理工程

國內(nèi)外很多學(xué)者對農(nóng)田面源污染控制進(jìn)行了研究，除通過科學(xué)施肥從源頭減少施肥量進(jìn)而控制污染源釋放外，還可構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)溝渠[4]或人工濕地[5-6]等發(fā)揮“滯”和“凈”作用。該工程治理河道上游農(nóng)田密布，無新建人工濕地空間，因此，設(shè)計構(gòu)建農(nóng)田生態(tài)溝渠對農(nóng)田退水污染物進(jìn)行沿途削減。考慮到大部分農(nóng)田溝渠常年水深低于10cm甚至處于半濕潤狀態(tài)，擬在幸福河匯水范圍內(nèi)的農(nóng)田斗溝、支溝、干溝中恢復(fù)本土生長良好的茭白，在發(fā)揮水質(zhì)凈化功能的同時也可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

2.5 水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建工程

水生態(tài)修復(fù)工程主要包括水生植物恢復(fù)、水生動物投放，其中水生植物主要包括沉水植物和挺水植物。研究表明：沉水植物不僅可直接吸收河道中的營養(yǎng)物質(zhì)、光合作用產(chǎn)生溶解氧，還可通過化感作用抑制藻類生長，是淺水水體生態(tài)修復(fù)的核心[7]。挺水植物對氮、磷也具有較好的水質(zhì)凈化作用，甚至對部分重金屬、有機(jī)污染物具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力[8-9]，但大部分挺水植物形態(tài)高大，大面積種植時易對河道排澇造成不利影響。水生動物主要包括濾食性魚類及底棲動物，它們可通過濾食作用控制氮、磷，凈化水質(zhì)[10]。水生態(tài)修復(fù)工程的實施范圍為幸福河及其一級、二級支流。

參照《內(nèi)陸水域“測水配方”水生態(tài)養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》(DB37/T 4332—2021)，結(jié)合其他河道治理經(jīng)驗[11]，沉水植物種植于水深0.5～2m的區(qū)域，種植面積約為水面面積的60%；挺水植物主要種植于河道最高排澇水位以上30cm內(nèi)，沿岸線帶狀間隔種植。水生植物優(yōu)先選擇耐污能力強(qiáng)、凈化效果好、便于管理的本土植物，淺水區(qū)水深(0.5～1.5m)沉水植物主要選用苦草、馬來眼子菜，水體較深處(水深大于1.5m)主要選用微齒眼子菜、狐尾藻、金魚藻、黑藻，同時搭配一定比例的菹草，以便冬季其他水生植物衰亡時為水體提供一定的溶解氧。挺水植物除考慮凈化能力外，還從植株高度、花期等景觀因素考慮，選擇菖蒲、燈芯草、旱傘草、水生美人蕉、再力花及本土物種茭白。水生動物主要選擇鰱魚、鳙魚、銅銹環(huán)棱螺、河蚌，并搭配少量的鲴類。

2.6 旁路凈化工程

即使在實施控源截污及內(nèi)源治理工程后，合流制溢流污染、地表徑流污染及超過生態(tài)溝渠凈化、調(diào)蓄能力的農(nóng)田退水進(jìn)入河道后仍會導(dǎo)致入河污染負(fù)荷大于河道環(huán)境容量。為盡快恢復(fù)雨后幸福河水質(zhì)，擬采取旁路凈化工程提升水體的凈化能力。

常見的河道旁路凈化工藝包括混凝沉淀技術(shù)、超磁分離技術(shù)、曝氣生物濾池技術(shù)、生物接觸氧化技術(shù)[12]及人工濕地技術(shù)[13]?；炷恋?、超磁分離技術(shù)通常對于NH3-N沒有凈化效果；曝氣生物濾池技術(shù)需要對原水中的懸浮物進(jìn)行預(yù)處理防止系統(tǒng)堵塞，且反沖洗系統(tǒng)復(fù)雜[14]；而單獨采用人工濕地技術(shù)需要占用大量土地。結(jié)合河道主要超標(biāo)因子(CODCr、NH3-N)、周邊用地現(xiàn)狀及規(guī)劃(以農(nóng)田為主，局部位置分布水塘)，采用接觸氧化工藝，可充分利用河道周邊現(xiàn)有水塘，在不新增用地的前提下實現(xiàn)水質(zhì)凈化。因此，該工程擬利用靠近幸福河面積較大的水塘，采用生物接觸氧化工藝去除CODCr及NH3-N，并在生物接觸氧化塘末端設(shè)置除磷單元，通過吸附材料對磷的物理化學(xué)作用將磷去除，保障出水中的磷穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

在無水源補給的情況下，河道基本處于不流動狀態(tài)，旁路凈化后的水體難以與未處理的河水快速交換，容易呈現(xiàn)“一端好一端差”的現(xiàn)象。因此，在旁路凈化基礎(chǔ)上同時采取活水循環(huán)促進(jìn)水體流動。從類似工程來看，循環(huán)水通常采用15～30d的循環(huán)周期[12]。因此，考慮水體循環(huán)時間為20d，并得出旁路凈化工程的處理規(guī)模。參照《生物接觸氧化法污水處理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ 2009—2011)，水力停留時間取4h，據(jù)此確定接觸氧化池塘體體積、填料量。

2.7 綜合調(diào)度

為使旁路凈化工程充分發(fā)揮作用，在雨季及農(nóng)田集中退水時節(jié)宜適當(dāng)降低河道水位，發(fā)揮河道自有調(diào)蓄作用，延長污染物停留時間，以使污染物在旁路凈化系統(tǒng)中充分發(fā)揮降解作用。同時，為保障河道排澇功能、減小對旁路凈化區(qū)的沖擊，在汛期來臨時應(yīng)注意河道水位變化情況。當(dāng)超過預(yù)定水位時，及時打開河道中的閘壩并關(guān)閉旁路凈化系統(tǒng)中的進(jìn)水系統(tǒng)，滿足河道排澇要求。

3 結(jié)論與建議

a.工程實施后極大地削減了入河污染負(fù)荷，水生態(tài)系統(tǒng)得以完善，提升了水體凈化能力，可保障幸福河主要水質(zhì)指標(biāo)(CODCr、NH3-N、TP)達(dá)到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)。

b.建議在鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展過程中，逐步建立起與人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境要求相適應(yīng)的排水及處理系統(tǒng)。同時，加強(qiáng)對鎮(zhèn)區(qū)排水設(shè)施監(jiān)管，嚴(yán)禁管道私接，禁止企業(yè)生產(chǎn)廢水接入雨水管道。

c.建議劃定河道保護(hù)范圍，嚴(yán)禁在保護(hù)范圍內(nèi)傾倒垃圾、種植、畜禽養(yǎng)殖及漁業(yè)養(yǎng)殖。

d.建議提供農(nóng)業(yè)技術(shù)服務(wù)，指導(dǎo)科學(xué)施肥、減少化肥使用量，從源頭減少污染物排放量。