涂楠楠，國小偉，趙夢圓，王 磊，李小寧

(1.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司北京分公司，北京 100044；2.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引言

2015年國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》，要求到2020年全國地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)，到2030年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除[1]。2022年3月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合印發(fā)了《深入打好城市黑臭水體治理攻堅戰(zhàn)實施方案》，要求在“十四五”期間進一步提高城市污水處理效能、鞏固地級及以上城市黑臭水體治理成效，并促進縣級城市黑臭水體治理。

目前，許多黑臭水體治理工程，因“重治理輕保持、重短期輕長效”而導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)水體返黑，水質(zhì)反復(fù)惡化的現(xiàn)象。黑臭水體治理應(yīng)從長遠考慮，從技術(shù)手段、經(jīng)濟適用性、環(huán)境影響等多角度出發(fā)，保障明確目標、因地制宜、綜合施策、規(guī)范管理，確保水質(zhì)改善效果長期穩(wěn)定[2]。本文以青島市城市黑臭水體治理工程為例，對這一治理思路的實施方案和建設(shè)成效進行探討，以期為其他城市黑臭水體治理工作提供參考。

1 城市黑臭水體概況與困境

據(jù)調(diào)查，2017年青島市有25%的河流為劣Ⅴ類，部分水體黑臭現(xiàn)象嚴重[3]，住建部、生態(tài)環(huán)境部2016年2月公布的全國城市黑臭水體清單涉及青島市有12條河道，其中，2條為重度黑臭，10條為輕度黑臭，總長度17.71km，主要分布在市北區(qū)、李滄區(qū)、嶗山區(qū)、西海岸新區(qū)等4個建成區(qū)，如圖1所示。

2018年10月，青島市成功入選國家首批黑臭水體治理示范城市，大力開展水環(huán)境治理專項工作，青島市河道面臨主要問題有：

1.1 水資源供需矛盾突出

青島市本底水資源貧乏，現(xiàn)狀城市水源供水能力為12.51億m3，城市需水量12.80億m3，水資源缺口約0.29億m3；預(yù)測2025年城市需水量16.57億m3，缺水率24.5%，供水形勢異常嚴峻。

1.2 城市河道生態(tài)基流短缺

青島市河道屬于季節(jié)性河道，以地下水、雨水為河道主要水源補給，部分河道旱天缺少足夠的清潔水源，全市河流總數(shù)共440條，枯水期幾乎全部斷流，部分河道甚至全面斷流，造成河流生態(tài)系統(tǒng)功能和物種多樣性減小。

1.3 海濱城市水環(huán)境問題突出

青島市典型的海濱丘陵城市，地勢東高西低，南北兩側(cè)隆起，中間低凹，部分河流屬于感潮河段，受海水潮汐影響較大，過城河道的水環(huán)境問題會加大污染物排入膠州灣，影響入海水質(zhì)。2016年以來入?？跀嗝嫠|(zhì)長期超標，其中氨氮月均值最高超標達6.9倍，屬劣Ⅴ類水體。

1.4 污水收集系統(tǒng)不完善

城市黑臭水體的主要污染源為雨季污水溢流和徑流面源污染，青島市城區(qū)雖整體為雨污分流制，但排水設(shè)施建設(shè)年代較早，經(jīng)過多輪改造，仍存在小區(qū)管網(wǎng)混錯接、沿街商戶私搭亂接等問題，以李村河流域為例，雨污混接地塊如圖2所示。

根據(jù)人口測算，2018年李村河流域的生活污水產(chǎn)生量約為26.21萬m3/d，流域內(nèi)共2座污水處理廠，總處理規(guī)模為25.60萬m3/d，見表1，上游污水廠平均運行負荷率約為3%，吃不飽幾成常態(tài)；下游為污水廠處于超負荷運行狀態(tài)，污水處理規(guī)模不足。

表1 李村河流域污水廠水量運行數(shù)據(jù)(2018年)

2 治理策略

2.1 研究范圍

青島市中心城區(qū)分為7大流域，本次重點分析覆蓋最廣、治理任務(wù)最重的李村河流域，流域面積約143km2，覆蓋市北區(qū)、李滄區(qū)和嶗山區(qū)，是流經(jīng)青島市區(qū)最長、支流最多的河流，12條城市黑臭水體中的3條位于此，分別為李村河中游(君峰路-青銀高速)段、李村河下游(四流中路以東)段、水清溝河(開封路-唐河路)段，具有一定典型性和代表性。

2.2 治理措施

治理時，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的局部化、零散化治理思路，綜合考慮青島市城市缺水的特點，以流域水環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以減少雨天污水溢流，控制徑流面源污染為目標，完善流域內(nèi)污水收集處理系統(tǒng)，優(yōu)化污水設(shè)施布局，修復(fù)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)先凈化、利用現(xiàn)有水資源，并結(jié)合保障措施的落實，形成有效的全流域系統(tǒng)治理，如圖3所示。

圖3 青島市李村河黑臭水體綜合治理技術(shù)路線圖

2.2.1排水系統(tǒng)改造

(1)補齊城中村管網(wǎng)空白區(qū)。經(jīng)過調(diào)研分析，李村河流域內(nèi)有23個城中村內(nèi)部缺失排水管網(wǎng)，涉及人口約7.43萬人，污水產(chǎn)生量約0.83萬m3/d。以峪夼社區(qū)為例，社區(qū)每戶已實施管道敷設(shè)，設(shè)在水龍頭下、浴室地漏、廚房地漏等，村民洗菜、洗澡、做飯等生活廢水均通過戶內(nèi)管道排放，但社區(qū)內(nèi)無統(tǒng)一的污水收集管網(wǎng)，污水主要排入明溝、暗溝及暗管，隨溝排放至下游。針對城中村管網(wǎng)空白區(qū)，李村河流域新建截污干管11.96km，補齊北龍口社區(qū)、南龍口社區(qū)等城中村管網(wǎng)空白區(qū)，面積431.29hm2，配套建設(shè)污水管道245.64km，實施污水干管修復(fù)5.5km。城中村污水納管及管網(wǎng)建設(shè)如圖4所示。

圖4 城中村污水納管及管網(wǎng)建設(shè)示意圖

(2)管網(wǎng)檢測排查修復(fù)。在采用管網(wǎng)流量、水質(zhì)監(jiān)測等方式對問題區(qū)域識別的基礎(chǔ)上，利用CCTV、QV等手段溯源追查李村河流域內(nèi)排口上游污染及管網(wǎng)問題，排水口調(diào)查286處，源頭信息調(diào)查4598宗，“一口一檔”并定期更新，閉路電視技術(shù)檢測管網(wǎng)447.803km，采取電子潛望鏡技術(shù)檢測286km，發(fā)現(xiàn)問題3萬余處，檢測成果全部納入信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了檢測成果的分類，并對破損管道進行更新、修復(fù)、清淤等，提升污水管線轉(zhuǎn)輸能力。

(3)管網(wǎng)混錯接改造。根據(jù)問題排口的上游溯源情況，開展流域內(nèi)雨污混接改造地塊71個，新建/翻建市政污水管道10.76km、雨水管道3.21km，杜絕流域內(nèi)污水散排亂排，排查“散亂污”企業(yè)230家，清理、取締、關(guān)停整改106家，以李滄區(qū)百通馨苑為例，通過改造有效解決了沿街商鋪污水管道混錯接和洗車廢水散排等問題。

(4)取消臨時截污措施。對李村河流域臨時截污設(shè)施進行分區(qū)溯源，建設(shè)完善區(qū)域內(nèi)排污管網(wǎng)，將污水納入污水管道，拆除臨時截污設(shè)施，李村河沿線社區(qū)開展雨污分流改造，加強點源治理，取消臨時截污措施89處。

通過上述措施的實施，2018—2020年青島市污水集中收集率分別為85.8%、86.2%、86.3%，實現(xiàn)城市生活污水集中收集率穩(wěn)步提升。

2.2.2優(yōu)化污水設(shè)施布局

為進一步優(yōu)化流域內(nèi)污水處理設(shè)施布局，綜合考慮區(qū)域特點，構(gòu)建李村河流域空間“上-中-下”、規(guī)模“小-中-大”[4]結(jié)合的三級布局結(jié)構(gòu)，如圖5所示，近期擴建、提標下游李村河污水處理廠至30萬t/d，中游新建張村河水質(zhì)凈化廠(5萬t/d)，上游新建世園會污水泵站(0.6萬t/d)，遠期新建李村河北岸水質(zhì)凈化廠(5萬t/d)、擴建張村河水質(zhì)凈化廠二期，保障流域內(nèi)污水“全覆蓋、全收集、全處理”的基礎(chǔ)上，緩解李村河兩岸污水干線壓力，降低污水溢流風(fēng)險。李村河流域污水收集處理設(shè)施布局情況見表2。

表2 李村河流域污水收集處理設(shè)施布局 單位：萬t/d

圖5 李村河流域污水處理系統(tǒng)布局優(yōu)化

2.2.3生態(tài)修復(fù)與活水保質(zhì)

(1)青島市作為中央財政支持的30個海綿城市建設(shè)試點城市之一，全面落實海綿城市建設(shè)理念，采用源頭措施控制削減徑流污染。試點區(qū)域涉及李村河流域9.50km2，2020年又劃定李村河流域面積55.64km2作為海綿城市先行示范區(qū)，在雨污分流改造的基礎(chǔ)上，利用海綿生態(tài)設(shè)施建設(shè)，實施115項源頭改造項目，李村河流域海綿城市建設(shè)面積達到45.5%，建筑與小區(qū)81項、公園與綠地10項、道路與廣場24項，并搭建了全市統(tǒng)一共享的海綿城市和排水監(jiān)測管控平臺，布設(shè)液位、流量、水質(zhì)等在線監(jiān)測設(shè)備214臺，實現(xiàn)海綿城市建設(shè)全過程動態(tài)跟蹤。

(2)開展河道生態(tài)補水?；诶畲搴蝇F(xiàn)狀非汛期幾近干涸、徑流量極少的特點，采用生態(tài)流速法計算河道生態(tài)需水量，見表3，考慮到不同月份蒸發(fā)與降雨量差異，補水量選取最不利月份日均補水量，計算出李村河上、中、下游日補水量分別為0.6萬、1.0萬、16.0萬m3/d。

表3 李村河流域補水河道河段需水量統(tǒng)計表 單位：m3/d

李村河流域內(nèi)以世園會再生水凈化廠、張村河污水處理廠、李村河污水處理廠的再生水為補水水源。上游世園會再生水凈化廠出水補充李村河上游河道，補水量0.6萬m3/d；中游張村河水質(zhì)凈化廠再生水補充至張村河中游河道形成景觀水面，補水量4萬m3/d；中下游以李村河污水處理廠尾水為補水水源，在青銀高速、君峰路、兩河交匯口、鄭州路河、黑龍江路共設(shè)置5處補水點，補水量20萬m3/d。目前，李村河流域再生水穩(wěn)定補水達到24.6萬噸/日，再生水回用率達到80%以上，實現(xiàn)了再生水的“生態(tài)耦聯(lián)、梯級利用”。

同時，在李村河中游構(gòu)建具有北方城市特色的水下生態(tài)系統(tǒng)，如圖6所示，新建水下森林面積約2.5萬m2，建設(shè)具有脫氮功能的人工濕地約500m2以及帶狀生態(tài)濾床120m，對尾水進行深度處理后回灌河道，并對李村河流域局部岸線規(guī)整，沿河岸增加挺水植物，修復(fù)原有生態(tài)系統(tǒng)，提升河道的水環(huán)境容量。

圖6 李村河中游生態(tài)補水示意圖

3 整治成效分析

3.1 水生態(tài)建設(shè)效果評估

黑臭水體整治的最終目的是要還老百姓“清水綠岸、魚翔淺底”的景象。李村河流域通過河道水體、河岸帶兩部分提升建設(shè)，逐漸恢復(fù)了水體生態(tài)系統(tǒng)，為水生動植物提供棲息場所[5]。李村河流域內(nèi)引入海綿城市理念，打造了一批高品質(zhì)的綠地、公園。通過系統(tǒng)化工程建設(shè)李村河下游國控斷面持續(xù)達標，2020年至今水質(zhì)一直維持在地表水III類。李村河中下游2020年監(jiān)測結(jié)果顯示如圖7所示，水質(zhì)指標持續(xù)向好，河道內(nèi)水生植物豐富，水生動物活躍，常年消失的各種沿河棲息的鳥類也返回李村河。

圖7 李村河中下游2020年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)(以NH3-N為例)

3.2 再生水補水效果評估

在黑臭水體的治理目標基礎(chǔ)上，為評估流域內(nèi)再生水補水對生態(tài)系統(tǒng)的影響，我單位與中國海洋大學(xué)聯(lián)合開展了非常規(guī)水資源綜合利用課題研究，探究李村河污水處理廠再生水補給李村河后的水質(zhì)變化規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律和景觀效果提升規(guī)律。研究設(shè)置了4個采樣點，包括3個再生水補水的采樣點，分別為1號膠濟線鐵路橋、2號勝利橋、3號5萬m3補水口下游，以及無再生水補水的采樣點4號青龍橋。

結(jié)果顯示，青龍橋處點位葉綠素a濃度較高，為47.23mg/L，補水后水體的葉綠素a濃度顯著降低，藻類減少，補水點附近降低為1.44～6.58mg/L，再生水補水使李村河生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生演變，水生植物種類增多，生物量、密度增大，如圖8—9所示，對水環(huán)境容量，河流徑流條件，水體自凈能力的提升有很大幫助[6]。生態(tài)系統(tǒng)由以蘆葦、稗草為主的濕生生態(tài)系統(tǒng)和以沉水植物、浮葉植物為主的湖庫生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)演變成以挺水植物為主的河流生態(tài)系統(tǒng)，藻類含量減少，水體的自凈能力變強。

圖8 再生水補水前后葉綠素a濃度變化

圖9 再生水補水前后水生植物平均生物量的變化

4 結(jié)語

黑臭水體治理是一項艱巨而復(fù)雜的系統(tǒng)性工程[7]，通過構(gòu)建系統(tǒng)化治理模式，李村河流域?qū)崿F(xiàn)再生水景觀回用率達到80%以上，居全國領(lǐng)先水平，建管納污、系統(tǒng)診斷、灰綠結(jié)合、補水優(yōu)先的治理方式，創(chuàng)建了青島市城市黑臭水體治理典型示范，也為其他城市提供參考?？偠灾诔羲w的出現(xiàn)往往根源于流域尺度的多個因素，其系統(tǒng)性及整體性的治理思路十分重要。在此基礎(chǔ)上，堅持建管并重，建立健全長效機制，明確運維管理主體，完善河長制、排水許可、排污許可等制度，加強黑臭水體日常巡查及監(jiān)測，通過不斷建章立制健全河道生態(tài)系統(tǒng)，還老百姓“清水綠岸、魚翔淺底”的景象。