葛高嶺，周云亮，何 攀，萬(wàn) 莉

（中交（天津）生態(tài)環(huán)保設(shè)計(jì)研究院有限公司，天津 300202）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市黑臭水體對(duì)人們的生命健康產(chǎn)生了嚴(yán)重威脅，嚴(yán)重制約了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。關(guān)于黑臭水體治理引發(fā)了眾多學(xué)者的研究：在黑臭水體成因上，王成等人認(rèn)為[1]：黑臭水體的成因包括有機(jī)污染物輸入、底泥再懸浮、水體熱污染、水動(dòng)力條件差以及生態(tài)基流不足等，具有季節(jié)性、周期性反復(fù)易發(fā)等特點(diǎn)，整治任務(wù)十分艱巨；而孫瑞川則從控源截污的角度，指出[2]：實(shí)行清潔生產(chǎn),建立企業(yè)間廢料利用鏈,在黑臭水體治理中能夠起到重要的作用。

而在治理方法上，靳俊偉等[3]系統(tǒng)闡述了黑臭水體治理的技術(shù)路線和設(shè)計(jì)思路，從源頭控制、中間處理、末端修復(fù)三方面詳細(xì)說(shuō)明了流域的工程整治措施和強(qiáng)化流域聯(lián)動(dòng)協(xié)調(diào)等非工程措施。

在具體的末端修復(fù)水體措施的研究上，He,Sheng-bing[4]研究了生物濾池與生態(tài)礫石床復(fù)合工藝對(duì)微污染地表水的脫氮效果；朱寶玉等[5]也指出：生態(tài)礫石床適用于低污染水體的治理，對(duì)各種污染物有著穩(wěn)定的去除率；方紅衛(wèi)則在末端修復(fù)底泥處理研究中指出[6]：環(huán)保疏浚應(yīng)堅(jiān)持局部重點(diǎn)區(qū)域重點(diǎn)疏浚的原則，以污染底泥有效去除和水質(zhì)改善為直接目的，以疏浚后促進(jìn)生態(tài)修復(fù)為間接目的。Patmont C 同樣在疏浚底泥研究中指出[7]：在已完成的疏浚區(qū)，存在“疏浚后殘留”，可能導(dǎo)致沉積物在疏浚區(qū)以外的運(yùn)輸和污染風(fēng)險(xiǎn)。

在污染底泥處置工藝和投資方面，葛高嶺通過(guò)研究入庫(kù)河段水位變化，指出[8]:內(nèi)源治理應(yīng)選擇合理時(shí)機(jī)，利用太陽(yáng)能進(jìn)行干化處理，以減少內(nèi)源治理的投資；李英杰，胡小貞等從環(huán)保絞吸船疏挖污染底泥工藝的角度，提出[9]：對(duì)底泥表層進(jìn)行只吸不絞操作，同時(shí)對(duì)下層分層疏挖，以減少疏浚過(guò)程中底泥的擴(kuò)散。以上的研究或是從黑臭水體的機(jī)理上進(jìn)行了深入研究，或是對(duì)污染底泥疏挖處置進(jìn)行的研究，均對(duì)黑臭水體治理起到了很好的指導(dǎo)作用，關(guān)于黑臭水體導(dǎo)致的污染底泥的處置對(duì)河道自身的發(fā)展的影響研究較少，本文基于小黑河在源頭治理、中間處理改造基本完成的基礎(chǔ)上,研究末端修復(fù)治理技術(shù)在河底治理中的應(yīng)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態(tài)，為城市黑臭水體河道治理提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 流域概況

小黑河位于菏澤市牡丹區(qū)北環(huán)路以?xún)?nèi)，治理范圍為重慶路至長(zhǎng)城路段，上游寬度3～5 m，下游6～10 m，沿程穿越物流園區(qū)、居民區(qū)、污水處理廠、學(xué)校等區(qū)域，全長(zhǎng)3.4 km，其功能定位為：蓄泄洪澇、水土保持、棲息地、游憩。

小黑河污染源成分較為復(fù)雜多樣，市政管網(wǎng)問(wèn)題突出，城市河道成為污水的受納水體，雨季由于雨污混流，管網(wǎng)錯(cuò)混接等情況導(dǎo)致污水以點(diǎn)源形式溢流至河道中；另外菏澤地處平原地區(qū)，地形平坦，排水不暢，小黑河成為城市雨水匯集中心，降雨徑流對(duì)城市道路、房屋沖刷形成的初期雨水裹挾大量懸浮顆粒、氨氮、營(yíng)養(yǎng)鹽等污染物以面源形式匯入河道水體，造成河道水環(huán)境不斷惡化。

城市河道由于長(zhǎng)期受人類(lèi)活動(dòng)的影響，內(nèi)源污染問(wèn)題同樣嚴(yán)重，由于河道水質(zhì)不斷惡化，水環(huán)境容量不斷下降，使得污染物在河道底泥中大量富集，形成內(nèi)源污染。

同時(shí)，小黑河部分河段受節(jié)制閘控制，水體流動(dòng)性受阻，年際河道內(nèi)水量變化較大，河道存在污水直排現(xiàn)象。面源污染、內(nèi)源污染加上河道運(yùn)行機(jī)制，使小黑河水質(zhì)整體呈輕度黑臭，水質(zhì)較差，透明度較低，在小黑河沿程8 個(gè)位置布置水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其水質(zhì)情況進(jìn)行檢測(cè)分析，結(jié)果如下：

圖1 小黑河區(qū)位及檢測(cè)點(diǎn)位置示意圖

圖2 小黑河水質(zhì)沿河變化

污染底泥采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)法和重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法兩種方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。污染層在水中顏色以灰黑色為主，主要巖性以淤泥、流泥為主，該層含有較多腐殖質(zhì)，具有較為強(qiáng)烈的腥臭味，偶見(jiàn)貝殼，其沉積年代較新，水土交換性好，易對(duì)水體產(chǎn)生內(nèi)源污染。其主要污染物以氮/磷污染為主，未見(jiàn)重金屬污染現(xiàn)象。

勘察結(jié)果顯示，由于河道底部除北部個(gè)別區(qū)段以外，普遍存在人工砂、角礫墊層，故砂、角礫墊層以上均判定為污染層，污染底泥厚度變化范圍為0.30～1.70 m，平均厚度0.65 m；層底高程變化范圍為46.45～48.56 m，平均高程47.63 m。

根據(jù)工程治理段污染現(xiàn)狀和業(yè)主治理需求，決定對(duì)此河道進(jìn)行治理，在外源污染基本完成治理的前提下，通過(guò)末端修復(fù)治理達(dá)到以下目標(biāo)：有效減少水體內(nèi)源污染，解決河道內(nèi)淤泥污染現(xiàn)象，消除河道底部淤泥，最大限度使保持河道原有形態(tài)。

2 河底末端修復(fù)的工藝流程及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 河底末端修復(fù)的工藝流程

小黑河水體由于長(zhǎng)期的沉降累積，河床底部殘存了大量的底泥腐殖質(zhì)，久而久之成為內(nèi)源污染，在溫度升高、擾動(dòng)等條件下污染物會(huì)再次釋放出來(lái)，使水質(zhì)惡化。治理常用的方法為環(huán)保疏浚，但是疏浚需合理控制疏浚深度，過(guò)深容易破壞河床，影響岸坡的穩(wěn)定，過(guò)淺不能徹底清除底泥污染物，本次采用末端修復(fù)的方法，包括內(nèi)源治理和生態(tài)修復(fù)兩個(gè)部分，其工藝流程如圖3 所示。

圖3 河底末端修復(fù)工藝流程圖

2.2 河底末端修復(fù)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)河底污染底泥的厚度，可分三種典型的斷面（圖4、圖5、圖6）進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)如下：

圖4 典型斷面圖

圖5 典型斷面圖

圖6 典型斷面圖

1）污染底泥未達(dá)到生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程（H1≥H2）

污染底泥采用環(huán)保疏浚方式，需要生態(tài)修復(fù)疏挖的底泥采用普通的疏浚方式，其疏浚土應(yīng)分別予以計(jì)量，污染底泥根據(jù)危害程度進(jìn)行分類(lèi)處置，生態(tài)修復(fù)產(chǎn)生的底泥進(jìn)行河道的培土修整。

2）污染底泥超過(guò)生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程一定深度（H2-0.5m≤H1＜H2）

污染底泥采用環(huán)保疏浚方式，污染底泥根據(jù)危害程度進(jìn)行分類(lèi)處置，疏挖至污染底泥設(shè)計(jì)底高程后，采用現(xiàn)狀較好土質(zhì)、塊石或砂礫石等回填至生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程，粘性土回填壓實(shí)度不小于0.91，無(wú)粘性土回填相對(duì)密度不小于0.60，維護(hù)河床的整體穩(wěn)定性，以保證河道的水流流態(tài)。

3）污染底泥超過(guò)生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程（H1＜H2-0.5 m）

污染底泥采用環(huán)保疏浚方式，污染底泥根據(jù)危害程度進(jìn)行分類(lèi)處置，疏挖至生態(tài)修復(fù)底高程H2-0.5 m 后，采用現(xiàn)狀較好土質(zhì)等回填，回填厚度0.2 m，粘性土回填壓實(shí)度不小于0.91，無(wú)粘性土回填相對(duì)密度不小于0.60，防止下層污染土對(duì)水質(zhì)的影響，其上采用生態(tài)礫石床的工藝進(jìn)行處理，處理至生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程H2，縱向與河底坡度一致（圖7）。

圖7 環(huán)保疏浚+原位修復(fù)+生態(tài)礫石床修復(fù)

礫石床具有過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等功能，使其凈化污水，其礫石采用天然礫石，均徑15 cm，回填必須及時(shí)進(jìn)行，盡量縮短開(kāi)挖面的外露時(shí)間?；靥罟ぷ鲬?yīng)護(hù)底四周分層均勻回填、密度大于90 %。

3 總體布置

經(jīng)過(guò)勘察揭露，受到排污影響，其污染層較厚，污染層為2.09 m，平均厚度0.58 m；層底高程變化范圍為45.61～47.58 m，平均高程46.75 m。

以小黑河部分鉆孔為例，其河道鉆孔取芯污染底泥見(jiàn)圖8，由于ZK14鉆孔處為硬質(zhì)砌體河底，其覆蓋層均為淤積土，可視為H1≥H2，ZK15和ZK16鉆孔處污染底泥未達(dá)到生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程，也可視為H1≥H2，應(yīng)進(jìn)行環(huán)保疏浚處置底泥；

圖8 河道鉆孔污染底泥典型縱剖面圖

ZK17鉆孔處，污染底泥超過(guò)生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程一定深度，即：H2-0.5 m≤H1＜H2；應(yīng)疏挖至污染底泥設(shè)計(jì)底高程后，采用現(xiàn)狀較好土質(zhì)、塊石或砂礫石等回填至生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程，以維護(hù)河底的穩(wěn)定性；

ZK18鉆孔處，污染底泥超過(guò)生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程，即：H1＜H2-0.5 m，應(yīng)疏挖至生態(tài)修復(fù)底高程H2-0.5 m 后，采用現(xiàn)狀較好土質(zhì)等回填，用生態(tài)礫石床的工藝進(jìn)行處理，處理至生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程H2，縱向與河底坡度一致。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)在黑臭河道污染底泥較厚，單一的疏浚會(huì)對(duì)河床走勢(shì)、河道岸坡產(chǎn)生不利影響的問(wèn)題，本文提出采用環(huán)保疏浚、原位覆蓋技術(shù)、生態(tài)礫石床組合的河底末端修復(fù)治理設(shè)計(jì)，即：

1）對(duì)于污染底泥設(shè)計(jì)底高程高于生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程區(qū)段，通過(guò)環(huán)保疏浚清除污染較重的表層浮泥，減弱底泥對(duì)水體的影響；

2）對(duì)于污染底泥設(shè)計(jì)底高程略低于生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程區(qū)段，先通過(guò)環(huán)保疏浚方式疏挖污染底泥，然后采用現(xiàn)狀較好土質(zhì)、塊石或砂礫石等回填至生態(tài)修復(fù)的底高程；

3）對(duì)于污染底泥遠(yuǎn)超過(guò)生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程的區(qū)段，先通過(guò)環(huán)保疏浚方式疏挖至生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程-0.5 m 后，其次采用原位覆蓋0.2 m 現(xiàn)狀較好土質(zhì)，最后采用礫石床修復(fù)至生態(tài)修復(fù)設(shè)計(jì)底高程。

目前，小黑河河段的末端修復(fù)治理設(shè)計(jì)通過(guò)了專(zhuān)家評(píng)審，已竣工驗(yàn)收，通過(guò)末端修復(fù)治理達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，取得了較好的治理效果，為城市黑臭水體的治理提供了有益的技術(shù)探索。