王慧娟，陳 威，王家樂，張丹丹，任宇亭

(武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢 430081)

華中地區(qū)某城市隨著近十年經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，城市化率相應(yīng)提高，城市人口迅猛增加，城市建設(shè)得到快速發(fā)展。然而，城市排水系統(tǒng)的不健全及居民的排水習(xí)慣，導(dǎo)致城區(qū)內(nèi)某河道水質(zhì)逐漸變差達(dá)到黑臭水體范疇。如何整治該河道已經(jīng)是一個(gè)迫在眉睫的問題。

1 項(xiàng)目概況

圖1 某河道河段區(qū)域鳥瞰圖Fig.1 Aerial View of a River Stretches Area

圖1為本次調(diào)查河道區(qū)域俯視圖，該河道西起A河堤，東至B渠，全河寬約為20 m，長(zhǎng)約為2 800 m。該河道貫穿城市，將城市分割為兩部分，流經(jīng)村莊、農(nóng)田、工廠及商鋪。河道兩岸有原居民私建的房屋。河道下游無污水處理廠。為方便進(jìn)行黑臭水體調(diào)查，將該河分為以下3段。

第1段：從1號(hào)路至B河道，長(zhǎng)度約為600 m。

第2段：從2號(hào)路至1號(hào)路，長(zhǎng)度約為800 m。

第3段：從A河堤至2號(hào)路，長(zhǎng)度約為1 400 m。

2 調(diào)查結(jié)果分析

2.1 水質(zhì)現(xiàn)狀

按照住建部發(fā)布的《城市黑臭水體整治工作指南》要求，對(duì)華中地區(qū)全長(zhǎng)為2 800 m，回流區(qū)為5.6 km2的某河道進(jìn)行排水體制檢測(cè)與水質(zhì)指標(biāo)調(diào)查分級(jí)。在該河道每一段頭、中、尾各選取3個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)均取河面下0.5 m深的水樣。其中，第一段檢測(cè)點(diǎn)命名為1、2、3；第二段檢測(cè)點(diǎn)命名為4、5、6；第三段檢測(cè)點(diǎn)命名為7、8、9。該河道水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 某河道水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)Tab.1 Water Quality Monitoring Indicators of the River

水質(zhì)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果顯示，該河道水質(zhì)指標(biāo)中，NH3-N與DO濃度含量超標(biāo)，屬于輕度黑臭水體。說明該河道處于缺氧狀態(tài)，但水中COD含量較低，因此，推斷水體受到有機(jī)生物污染。該地區(qū)人口密度較小，由生活污水導(dǎo)致的污染相對(duì)較小，推斷該水體的污染來自于工業(yè)廢水。

在每一處水樣檢測(cè)點(diǎn)，均取部分底泥進(jìn)行污染物檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 底泥檢測(cè)指標(biāo)Tab.2 River Sediments Detection Index

由表2可知，該河道底泥污染嚴(yán)重，主要污染物為TP和TN。部分取樣點(diǎn)TP和TN檢測(cè)濃度較高是由于該取樣點(diǎn)附近存在排污口，且該點(diǎn)處固體廢棄物較多。污水的直接排放與固體廢棄物的分解，導(dǎo)致底泥中TP和TN含量較高，需及時(shí)進(jìn)行清淤處理。

2.2 實(shí)地調(diào)查結(jié)果

(1)點(diǎn)源污染

經(jīng)過實(shí)地調(diào)查，該河道沿岸現(xiàn)存大量排水口，其中，存在10個(gè)污廢水排放口與8個(gè)雨水排放口。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，其中，排水口CODCr產(chǎn)生量均值為127.63 mg/L、NH3-N均值為15.31 mg/L，而入河量CODCr均值為122.44 mg/L、NH3-N均值為13.29 mg/L。

(2)面源污染

該河道所在地區(qū)降雨充沛，水系發(fā)達(dá)，工業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)業(yè)種植共存。管網(wǎng)混接導(dǎo)致下雨時(shí)會(huì)將排水管網(wǎng)中駐留污水帶入此河；下雨也會(huì)將農(nóng)藥與化肥一同帶入此河，造成面源污染。而經(jīng)過實(shí)地調(diào)查得到的CODCr入河量均值56.17 mg/L與NH3-N入河量6.04 mg/L也印證了這點(diǎn)。

3 黑臭水體成因分析

由于常年的污染物未經(jīng)處理而直接排入河道中，河道黑臭化。通過實(shí)地調(diào)研分析出該河道黑臭原因如下。

(1)水體流動(dòng)性

該河道上游目前無匯入水體，河道內(nèi)水體主要為雨水與排放的污水。當(dāng)?shù)卣块T為避免此河道污染B渠，在旱季時(shí)關(guān)閉河道入渠通道。該河道整體水體流動(dòng)性變差，水體長(zhǎng)期處于靜止?fàn)顟B(tài)，導(dǎo)致水體復(fù)氧能力衰退，局部水域或水層虧氧，進(jìn)而水中DO含量下降，水體形成適合藍(lán)綠藻快速繁殖的水力條件，進(jìn)而導(dǎo)致該河道變成黑臭水體。

(2)超量收納外源污染物

圖2 某河道排水管網(wǎng)現(xiàn)狀圖Fig.2 Current Situation of Drainage Network along the River

該河道范圍內(nèi)存在污水管網(wǎng)接入雨水管網(wǎng)排至河道的現(xiàn)象，造成水體污染；同時(shí)，污水管網(wǎng)老化，污水漏損現(xiàn)象嚴(yán)重，這不僅會(huì)污染水系，也有可能污染當(dāng)?shù)氐叵滤?。這些經(jīng)過雨水管網(wǎng)排入此河道的污水或通過地下水滲入該河的污水，使得水體超量接受外源污染物，超過水體自身凈化能力極限，進(jìn)而導(dǎo)致水中DO被快速消耗。水中DO含量過低，有利于水中厭氧菌或兼性厭氧菌將水中有機(jī)物通過厭氧反應(yīng)催生出氨、胺和硫化氫等易揮發(fā)帶有臭味的氣體，使得水體嗅度上升，散發(fā)惡臭。

(3)水域生態(tài)系統(tǒng)受損嚴(yán)重

通過實(shí)地調(diào)查，該河渠中生物種類少，群落結(jié)構(gòu)單一，在河渠中存在大量生物尸體。河道中死亡尸體未被及時(shí)清理，在厭氧環(huán)境下遭到厭氧細(xì)菌的侵蝕，釋放出氨和硫化氫等物質(zhì)，污染水體。種群結(jié)構(gòu)單一，外加水質(zhì)污染，水生態(tài)系統(tǒng)平衡遭到破壞，生物多樣性銳減，導(dǎo)致水體自凈能力大幅下降。

(4)底泥污染

該河道河底污泥長(zhǎng)期得不到清理，生活垃圾、植物殘?jiān)?、?dòng)物尸體與河底淤泥混合，散發(fā)惡臭。由水質(zhì)調(diào)查指標(biāo)可知，該河道水體氧化還原電位均值為117 mV，氧化還原電位較低，氧含量不夠。同時(shí)，在這個(gè)電位硝化細(xì)菌的反硝化過程得到抑制[1]，底泥中的氨聚集。根據(jù)底泥檢測(cè)分析可知，其底泥中氨氮含量均值為13.09 mg/L。當(dāng)?shù)啄嘀械陌本奂揭欢ǔ潭?，在pH、水利條件等環(huán)境因素改變時(shí)，釋放進(jìn)入水體，引發(fā)惡臭。

(5)人為影響

該河道演變成為黑臭水體，不僅與市政設(shè)施不完善息息相關(guān)，也與城市的規(guī)劃與管理有著密不可分的關(guān)系。在該河道兩岸，建筑隨意侵占規(guī)劃藍(lán)線、管網(wǎng)建設(shè)時(shí)隨意接入該河道進(jìn)行雨污合流排放、村民環(huán)保意識(shí)不強(qiáng)隨意往河道內(nèi)丟棄垃圾等人為因素均影響著該河道水質(zhì)。

(6)管網(wǎng)建設(shè)

圖2為該河道排水管網(wǎng)現(xiàn)狀圖，該河道有11個(gè)雨水排放口，無污水排放口，說明該區(qū)域已經(jīng)實(shí)施雨污分流制。實(shí)際調(diào)查顯示，該河道共有18個(gè)排水口，與現(xiàn)狀圖紙不相符，說明該區(qū)域存在嚴(yán)重雨污混接、錯(cuò)接現(xiàn)象。管網(wǎng)實(shí)際建設(shè)情況與設(shè)計(jì)圖紙不相符合，管網(wǎng)的錯(cuò)接混接直接導(dǎo)致雨污分流不明顯，污水可能會(huì)隨著雨水管網(wǎng)進(jìn)入該河道進(jìn)而影響水質(zhì)。

4 黑臭水體整治方案

根據(jù)對(duì)該河道演變成為黑臭水體的成因分析，結(jié)合該河道區(qū)域特點(diǎn)，總體整治方案按照“截污治污→生態(tài)清淤→水系連通→生態(tài)修復(fù)”4個(gè)方面進(jìn)行。

4.1 截污治污

黑臭水體治理最有成效，治理后水質(zhì)能夠保持更久的方法就是通過源頭治理，而源頭治理也是各項(xiàng)黑臭水體整治方案的必要前提[2]。由實(shí)地調(diào)查可知，該河道水體黑臭的主要原因之一是河道兩岸污廢水直接排入河體，進(jìn)而造成的污染。消除污染源從以下幾個(gè)方面開展。

(1)雨污錯(cuò)接改造

首先，將村莊居民、企業(yè)排污口進(jìn)行調(diào)查與物理勘探，了解實(shí)際污水管網(wǎng)與雨水管網(wǎng)布置方式，結(jié)合城郊村污水收集設(shè)計(jì)截污管。其次，修復(fù)受損污水管網(wǎng)，保證污水不會(huì)滲透至河道中。對(duì)于已經(jīng)實(shí)施雨污分流的區(qū)域，將污水管就近接入設(shè)計(jì)的污水管，主干管納污；對(duì)合流制區(qū)域，新建雨水管，經(jīng)初期雨水處理后排入污水廠，經(jīng)生活污水一體化設(shè)備處理后達(dá)到一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)(圖3)。

(2)沿河排口截污

沿河的污水排放口是點(diǎn)源污染中污染物引入河渠的重要途徑，在對(duì)黑臭水體治理中，必須把沿河不規(guī)范的污水排放口進(jìn)行截污改造。

4.2 生態(tài)清淤

由底泥檢測(cè)結(jié)果可知，該河道底泥中TN和TP含量超標(biāo)，在保證外援污染物減少的情況下，如若不對(duì)底泥進(jìn)行更換，底泥中TN和TP將會(huì)自動(dòng)釋放進(jìn)入水體，造成內(nèi)源污染。因此，在減少內(nèi)源污染上，需要對(duì)該河道進(jìn)行淤泥清理。本方案中主要采用人工清理配合機(jī)械運(yùn)卸的方法清理河道中底泥與垃圾廢棄物。此舉旨在提出水體內(nèi)源污染物，以保證治理后水質(zhì)能保持更長(zhǎng)時(shí)間。

4.3 水系連通

該河道成為黑臭水體的一個(gè)很重要原因是該河道流動(dòng)性差，河水長(zhǎng)期處于靜止?fàn)顟B(tài)。因此，要使該河道黑臭水體治理后水質(zhì)能夠長(zhǎng)時(shí)間保持優(yōu)良狀態(tài)，需要對(duì)該河道附近流域水系進(jìn)行連通工程。

在本方案中，水系連通近期工程首先通過水利改善工程將該河道與C河進(jìn)行水系連通，其次是通過B渠引入清水定期補(bǔ)給該河道，最后采用推流曝氣、磁分離清水循環(huán)技術(shù)定期往河水中充氧。

在遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)上，從該河道南側(cè)就近的5支水渠進(jìn)行引水工程，進(jìn)而連通該區(qū)域水系，從而提升該河道水體自凈能力與納污容量，降低該河道重新成為黑臭水體的風(fēng)險(xiǎn)。圖4為該河道水系連通遠(yuǎn)期工程設(shè)計(jì)圖。

圖4 遠(yuǎn)期活水循環(huán)設(shè)計(jì)圖Fig.4 Long-Term Design of Runoff Water Circulation

4.4 生態(tài)修復(fù)

從實(shí)地調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)該河道生物物種多樣性單一，無法構(gòu)成良性碳、氮循環(huán)。因此，需要將硬化駁岸恢復(fù)成自然駁岸、同時(shí)廣泛種植不同種類水生植物、豐富河岸兩側(cè)生物多樣性、建立良性河岸小型生態(tài)循環(huán)鏈。在本方案中，根據(jù)河道分段不同，在B渠至1號(hào)路段實(shí)施“自然駁岸+砌石駁岸”的方案，在1號(hào)路至2號(hào)路段實(shí)施“砌石駁岸”的方案，在2號(hào)路至A河堤段實(shí)施“自然駁岸+砌石駁岸、自然駁岸”的方案。本方案中，分區(qū)種植生態(tài)綠地植物、濱水景觀植物和水體景觀植物，不僅可以達(dá)到美化環(huán)境、提高居民生活幸福指數(shù)，還可以達(dá)到恢復(fù)生態(tài)圈、提高生物物種多樣性的目的。

5 治理效果

“截污治污→生態(tài)清淤→水系連通→生態(tài)修復(fù)”4個(gè)方面進(jìn)行黑臭水體治理后，對(duì)水質(zhì)和底泥進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 治理后某河道水質(zhì)情況與底泥污染物含量Tab.3 Water Quality and Sediment Pollutant Content of the River after Remediation

如表3所示，經(jīng)過治理后，改河水質(zhì)發(fā)生明顯變化，其NH3-N、氧化還原電位和DO濃度下降明顯，其NH3-N、DO均值滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中V類水體要求，可以認(rèn)為該河進(jìn)行治理改造后已經(jīng)消除黑臭水體。

6 結(jié)語

(1)黑臭水體的形成是多種復(fù)雜因素相互作用的結(jié)果，不同城市、不同地區(qū)和不同水系形成的黑臭水體各具特點(diǎn)。而該河道屬于輕度黑臭水體，分析認(rèn)為是落后的管網(wǎng)設(shè)施以及居民較差的環(huán)保意識(shí)沒有與城市的高速發(fā)展相匹配、對(duì)該河道并沒有形成一套科學(xué)有效的管理措施，進(jìn)而導(dǎo)致雨污混接、污水直排、底泥污染等造成水體演變成黑臭水體的現(xiàn)象。

(2)對(duì)該河道的黑臭水體治理方案遵循科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、安全、適用四大原則，并在遠(yuǎn)期通過構(gòu)建園林經(jīng)開區(qū)水系進(jìn)而使園林經(jīng)開區(qū)水系長(zhǎng)期主動(dòng)流通，提升該河道水體自凈能力，達(dá)到長(zhǎng)期防治黑臭水體的目的。

(3)黑臭水體的治理不應(yīng)該僅考慮近期設(shè)計(jì)，而更多的要考慮修復(fù)后水體不再發(fā)生惡化，再次演變成黑臭水體。因此，要在設(shè)計(jì)上做到規(guī)劃先行，因地制宜。以華中地區(qū)某河道為例，該河道周圍排水管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜、布局混亂，除此之外該河道附近居民建筑、農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖與工業(yè)園區(qū)分布不合理都直接導(dǎo)致該河道的點(diǎn)源污染與面源污染問題。而因地制宜則要求對(duì)該河道黑臭水體的治理應(yīng)考慮該河道地段特殊性，采取分段修建駁岸的方式，而不是參照共同案例，在該河道全段設(shè)置同種駁岸。