陳 肖，何 辛，范 俊，梁 英

(1.南京華創(chuàng)環(huán)境技術(shù)研究院有限公司，江蘇 南京 211106；2.中國(guó)電建市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，天津 300000)

1 引言

太湖流域是我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)大型淺水湖泊，自“九五”起，該流域便居我國(guó)重點(diǎn)治理的“三湖”之首，經(jīng)過多年持續(xù)努力，太湖污染治理已取得了初步成效，流域污染物排放總量大幅削減，水環(huán)境質(zhì)量顯著改善，但是基于2020年太湖湖體的水質(zhì)目標(biāo)(總氮≤1.5 mg/L，總磷≤0.05 mg/L)[1]，水污染治理工作仍任重道遠(yuǎn)，水體富營(yíng)養(yǎng)化問題依然嚴(yán)峻。入湖河支浜的水質(zhì)直接影響入湖河流的水質(zhì)，最終影響湖泊水質(zhì)[2，3]，因此要治理好太湖需遵循“治湖先治河，治河先治浜”基本思路。

針對(duì)蘇南地區(qū)某復(fù)合污染型支浜，通過開展污染調(diào)查與污染負(fù)荷分析，梳理了水質(zhì)、水動(dòng)力和水管理方面的問題，形成了以“點(diǎn)-線-管-面”為基礎(chǔ)的綜合治理思路；通過實(shí)施點(diǎn)源污染控制、線性生態(tài)修復(fù)、面源污染攔截、智慧小流域管理等集成技術(shù)改善了支浜的生態(tài)環(huán)境，提高了支浜的自凈能力，為太湖流域復(fù)合污染型支浜水環(huán)境綜合治理提供了新的思路。

2 項(xiàng)目概況

支浜全長(zhǎng) 1.2 km，平均河寬15 m，平均水深2 m。通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和勘察，支浜兩岸主要污染源為附近居民區(qū)的生活污水、支浜兩岸農(nóng)田面源污染以及部分鑄造企業(yè)排水污染，水生態(tài)環(huán)境惡化，部分區(qū)段出現(xiàn)嚴(yán)重黑臭現(xiàn)象。

3 工程方案設(shè)計(jì)

3.1 點(diǎn)源污染控制

對(duì)工程示范段支浜進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，兩岸主要有兩座雨水排口，直徑為DN1000，排口存在旱季排水，水質(zhì)較差氣味難聞，雨污管網(wǎng)錯(cuò)接、混接。因此，在支浜治理前應(yīng)對(duì)兩側(cè)的雨污混合排水管道進(jìn)行控源截污，將污染源引入市政管網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一處理，從源頭上杜絕支浜污染。但是由于老舊管網(wǎng)改造施工難度較大、周期長(zhǎng)、造價(jià)較高等原因，因此近期就地將污水全部攔截處理達(dá)標(biāo)后排入支浜，活水循環(huán)。

污水采用“截留+ SENPs脫氮除磷一體化濾池”工藝，根據(jù)排水水質(zhì)特點(diǎn)，重點(diǎn)去除水中氮磷污染物。改造雨水管道設(shè)置截留井，通過提升泵將污水泵入岸上SENPs脫氮除磷一體化濾池，經(jīng)過好氧和缺氧等模塊處理后主要指標(biāo)COD、氨氮、總氮、總磷等達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)后一部分回流至支浜前端活水，另一部分進(jìn)入支浜異位人工濕地系統(tǒng)深度處理。

3.2 線性生態(tài)修復(fù)

針對(duì)支浜內(nèi)源污染嚴(yán)重、河床淤積等問題，首先采用水力沖挖法對(duì)支浜進(jìn)行生態(tài)疏浚；針對(duì)支浜水生態(tài)環(huán)境惡化、水體自凈能力差等問題，利用“基質(zhì)-微生物-植物”協(xié)同作用，構(gòu)建支浜原位反應(yīng)器和支浜異位人工濕地，恢復(fù)水體的溶解氧，提升水體的自凈能力。

3.2.1 支浜生態(tài)疏浚

支浜河段已有至少4年未清淤，底泥淤積嚴(yán)重，底泥多為軟泥，呈現(xiàn)黑色且伴隨濃烈臭味，淤積厚度約為50～70 cm，底泥中氮、磷、重金屬等污染物含量較高。因此對(duì)支浜底泥進(jìn)行清淤，減少內(nèi)源氮磷釋放，對(duì)支浜水質(zhì)改善有著重要作用。

支浜生態(tài)疏浚工程采用水力沖挖的方式清理污泥[4]，疏浚長(zhǎng)度約1200 m，深度0.5 m，疏浚土方量量約為11500 m3。在疏浚段下游設(shè)置集泥坑，并在采用泥漿泵將淤泥輸送至干化場(chǎng)干化處理。集泥坑的位置根據(jù)清淤段自然坡底及泥層厚度合理設(shè)置。

3.2.2 支浜原位反應(yīng)器

支浜原位生態(tài)反應(yīng)器技術(shù)通過曝氣增氧、阿克曼生態(tài)基強(qiáng)化、生態(tài)浮島等相關(guān)技術(shù)[5]，構(gòu)建缺氧/好氧原位生態(tài)凈化系統(tǒng)，共設(shè)置缺氧區(qū)河段400 m，好氧區(qū)河段800 m。

好氧區(qū)每間隔100 m設(shè)置1臺(tái)潛水式離心曝氣機(jī)，共8臺(tái)，每臺(tái)潛水式離心機(jī)增氧能力為8 kgO2/h，通過曝氣使好氧區(qū)的溶解氧達(dá)到2 mg/L以上；在水下每間隔3 m布置1道阿克曼生態(tài)基，每道面積為10 m2，共布置阿克曼生態(tài)基生物載體1200 m2，通過投加微生物菌劑有效提高支浜中好氧微生物量[6]，使氨氮更加有效轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。缺氧區(qū)主要覆蓋生態(tài)浮島[7]，采用高密度聚氯乙烯浮盤組裝，長(zhǎng)度190 m，分塊分布，總面積約487 m2，每塊浮床用澆筑混凝土塊錨定，主要種植旱傘草、黃菖蒲、西伯利亞鳶尾、美人蕉、金錢草等水生植物，通過水生植物根系和浮盤下生物膜吸收水中污染物，有效去除水中的硝態(tài)氮。

3.2.3 支浜異位生態(tài)凈化工程

支浜異位生態(tài)凈化工程采用濕地處理技術(shù)，利用景觀風(fēng)車以及太陽(yáng)能提水泵，將河水引入河岸濕地處理系統(tǒng)，通過多級(jí)濕地對(duì)河水進(jìn)行異位處理，處理出水進(jìn)入支浜活水循環(huán)。異位生態(tài)凈化工程占地總面積約2300 m2，長(zhǎng)77 m，寬26～36 m。濕地填料主要為鵝卵石和硫鐵復(fù)合礫石，上層和底層主要分布鵝卵石，中層分布硫鐵復(fù)合礫石，河水經(jīng)過上層好氧硝化處理，進(jìn)入中層硫鐵復(fù)合礫石填料反硝化除磷，具有強(qiáng)化脫氮除磷的功能。支浜異位生態(tài)凈化工程布置見圖1。

圖1 支浜異位生態(tài)凈化工程布置

3.3 面源污染生態(tài)攔截

農(nóng)業(yè)面源污染已經(jīng)成為水體污染的重要來(lái)源之一。農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷對(duì)水體的貢獻(xiàn)率TN 34%～52%，TP 17%～54%[9]，已成為造成水體污染的主要污染源。支浜沿線周邊農(nóng)田面積約300畝，主要種植水稻、大豆、蠶豌豆、玉米、小麥等農(nóng)作物以及葡萄、梨子等果林地，葡萄園排水通過渠道進(jìn)入支浜中，缺乏有效的面源污染控制措施，導(dǎo)致周邊農(nóng)業(yè)面源污染入河量較大?；诖?，結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦闻c植被情況，在東西支浜與農(nóng)田間設(shè)置岸邊緩沖帶，岸邊緩沖帶面積約9800 m2。緩沖帶濱岸喬木植物利用當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有樹木，喬木、灌木種植區(qū)種植金絲垂柳、紅葉石楠，草本植物區(qū)種植聚菌草，配合設(shè)置植草磚人工步道，提高緩沖帶景觀效果。河岸緩沖帶通過植物吸收、阻隔，土壤過濾、吸滲、沉積等作用，有效地阻止地表徑流中顆粒物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和農(nóng)藥等進(jìn)入地表水和地下水[3]。

3.4 小流域智慧管理

支浜水環(huán)境綜合治理工程包含多項(xiàng)子工程，各子工程中又包含多套操作系統(tǒng)，日常管理工作較復(fù)雜，基于此開發(fā)了一套支浜水環(huán)境綜合治理智慧管理系統(tǒng)，利用成熟可靠的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)支浜治理各個(gè)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，管理者可以通過手機(jī)APP或PC機(jī)客戶端實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，極大地提高了管理效率。

4 工程效果與經(jīng)濟(jì)效果分析

4.1 工程效果

工程于2015年立項(xiàng)，2016年開始施工建設(shè)，2016年11月建設(shè)完成開始運(yùn)行調(diào)試。分別選取2015年(工程實(shí)施前)、2016年(工程建設(shè)期)、2017年(工程調(diào)試運(yùn)行期)代表性月份以下游考核斷面為取樣點(diǎn)測(cè)定了工程實(shí)施前后的水質(zhì)變化(圖2)。

圖2 工程實(shí)施前后水質(zhì)指標(biāo)變化

工程于2016年1月開展生態(tài)疏浚工程，2016年3月完成生態(tài)疏浚工程，通過生態(tài)疏浚工程清除了沉積物表層的氮、磷、有機(jī)質(zhì)的富集層，切斷了支浜水體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)鹽物質(zhì)循環(huán)鎖鏈，將大部分富含營(yíng)養(yǎng)鹽的物質(zhì)移出水體，因此2016年5月支浜主要水質(zhì)指標(biāo)COD、總氮、總磷濃度均大幅度降低，尤其是總磷最大約削減70%；2016年6月完成了曝氣復(fù)氧工程，水體中溶解氧濃度得到了較大提高，濃度達(dá)到了3 mg/L以上，為水體中微生物的生長(zhǎng)和繁殖創(chuàng)造了有利的條件。2016年11月完成了所有工程的施工，2016年12月開展調(diào)試運(yùn)行，經(jīng)過6個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，水體中的溶解氧濃度進(jìn)一步提高，最高溶解氧達(dá)到了6.3 mg/L；通過基質(zhì)-植物-微生物協(xié)同修復(fù)，缺氧/好氧環(huán)境的交替運(yùn)行以及以硫鐵基質(zhì)中微生物的反硝化作用，強(qiáng)化了氮磷的去除，總氮最大削減率達(dá)到了83%，TP最大削減率達(dá)到了75%，COD最大削減率達(dá)到了42%，水體自凈能力得到增強(qiáng)，水生態(tài)系統(tǒng)得到恢復(fù)(圖3)。

圖3 工程治理前后的水體對(duì)照

5 結(jié)論與建議

支浜通過水環(huán)境綜合治理后，水質(zhì)得到改善，溶解氧可控制在3 mg/L以上，總氮最大削減率達(dá)到了83%，TP最大削減率達(dá)到了75%，COD最大削減率達(dá)到了42%，主要指標(biāo)基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅳ類水指標(biāo)。為保證支浜長(zhǎng)治久清，提出以下建議。

(1)積極開展第三方運(yùn)行維護(hù)。由于工程涉及到的設(shè)備較多，專業(yè)性要求較高，因此建議委托專業(yè)的第三方環(huán)境運(yùn)營(yíng)公司開展工程運(yùn)行維護(hù)工作。日常維護(hù)重點(diǎn)關(guān)注SENPs脫氮除磷生物濾池生化系統(tǒng)以及人工濕地、生態(tài)浮島等植物生長(zhǎng)情況。定期監(jiān)測(cè)主要水處理設(shè)備的進(jìn)出口水質(zhì)，保證生化系統(tǒng)運(yùn)行正常；及時(shí)補(bǔ)種或收割植物，保證生態(tài)系統(tǒng)正常運(yùn)行[10]。

(2)嚴(yán)控企業(yè)雨水排口。在施工過程中發(fā)現(xiàn)部分企業(yè)通過雨水排口排放污水，造成了水體污染，水質(zhì)惡化，因此建議嚴(yán)格監(jiān)控兩岸企業(yè)雨水排口，在條件允許的情況下，對(duì)雨水排口進(jìn)行改造，安裝自動(dòng)閥門和視頻監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)“一企一口”。

(3)積極優(yōu)化調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，推廣不施肥、少施肥作物的種植(如大豆、芝麻、苗木等)，減少高施肥量作物的種植(如玉米、花生等)。