錢 浩

（廣州市環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510030）

引言

2015年4月，國務(wù)院印發(fā)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，根據(jù)文件要求：未達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求的地區(qū)要制定達(dá)標(biāo)方案，將治污任務(wù)逐一落實(shí)到匯水范圍內(nèi)的排污單位，明確防治措施及達(dá)標(biāo)時(shí)限。茶亭排渠屬珠江口水系沙河流域，位于惠州市博羅縣園洲鎮(zhèn)境內(nèi)。多年來，隨著該流域內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人口的快速增長，其環(huán)境承載力已不堪重負(fù)，水質(zhì)長期劣于V類。

1 工程概況

茶亭排渠全長4.8 km、寬2～7 m，堤岸為自然河堤、局部有垂直擋墻，水流自北向西通過茶亭排灌站排入沙河，最終匯入東江。茶亭排渠主要接納片區(qū)居民生活污水、工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)生活廢水、魚塘和農(nóng)田排水等，由于片區(qū)管網(wǎng)建設(shè)不完善，絕大部分廢水未經(jīng)處理直接排入河渠，導(dǎo)致茶亭排渠水質(zhì)長年處于黑臭狀態(tài)。對(duì)該河道水質(zhì)進(jìn)行為期1年連續(xù)監(jiān)測(cè)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，見表1。

表1 茶亭排渠1-12月水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示：茶亭排渠全年水質(zhì)劣于V類，主要污染因子為化學(xué)需氧量、氨氮（NH3-N）和總磷，其中氨氮超標(biāo)7.7倍，污染最為嚴(yán)重。

2 污染源識(shí)別

2.1 點(diǎn)源污染

點(diǎn)源污染是指有固定排放點(diǎn)的污染源，指工業(yè)廢水和城市生活污水，經(jīng)城市污水處理廠或經(jīng)管渠輸送到水體排放口，作為重要污染點(diǎn)源向水體排放。

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)排口摸查和水質(zhì)水量實(shí)測(cè)：茶亭排渠沿河共31個(gè)排污口，其中生活污水排污口12個(gè)、工業(yè)生活混合排污口15個(gè)、工業(yè)直排污口1個(gè)、雨水口3個(gè)；總水量約4 465.5 m3/d；計(jì)算得出排污口平均入河負(fù)荷COD、NH3-N和TP分別為：389.67 kg/d、65.01 kg/d和8.47 kg/d。

2.2 面源污染

面源污染又稱非點(diǎn)源污染，主要由土壤泥沙顆粒、氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥、各種大氣顆粒物等組成，通過地表徑流、土壤侵蝕、農(nóng)田排水等方式進(jìn)入水、土壤或大氣環(huán)境[1]。

根據(jù)園洲鎮(zhèn)土地利用分布圖，選取各村面積最大的土地利用類型，作為選擇農(nóng)作物類型和建成區(qū)面積修正系數(shù)的依據(jù)，同時(shí)根據(jù)各村實(shí)際情況選擇其它指標(biāo)的修正系數(shù)，計(jì)算化學(xué)需氧量、氨氮、總磷的源強(qiáng)系數(shù)，計(jì)算污染物產(chǎn)生量。然后選取合適的面源污染物入河系數(shù)，最終計(jì)算得出地表徑流污染負(fù)荷COD、NH3-N和TP分別為42.1 kg/d、8.9 kg/d和1.8 kg/d。

2.3 內(nèi)源污染

內(nèi)源污染主要指進(jìn)入河道中的營養(yǎng)物質(zhì)通過各種物理、化學(xué)和生物作用，逐漸沉降至河湖底質(zhì)表層。積累在底泥表層的氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，可在一定的物理化學(xué)及環(huán)境條件下，從底泥中釋放出來而重新進(jìn)入水中，從而形成河道內(nèi)污染。不同水體底泥中污染物質(zhì)含量差別較大，茶亭排渠河道底泥各污染物平均釋放強(qiáng)度，見表2。

表2 茶亭排渠河底各污染物平均釋放強(qiáng)度 單位：kg/(m3·a）

經(jīng)計(jì)算得出茶亭排除底泥中COD、NH3—N和TP分別為16.8 t/a、0.096 t/a、0.008 t/d。

3 綜合治理方案

3.1 治理思路

流域水環(huán)境綜合治理是一項(xiàng)涉及面廣、關(guān)聯(lián)度高、技術(shù)性強(qiáng)、投資金額大的系統(tǒng)工程，必須實(shí)行“全面規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧、標(biāo)本兼治、綜合治理”原則，堅(jiān)持問題導(dǎo)向，堅(jiān)持以流域?yàn)閱挝幌到y(tǒng)治理，堅(jiān)持工程措施和管理措施協(xié)同推進(jìn)。

流域治理總體思路應(yīng)在系統(tǒng)分析城市水體、水質(zhì)、水量等環(huán)境特征及污染物來源的基礎(chǔ)上，依據(jù)流域環(huán)境條件與控制目標(biāo)，充分結(jié)合其城市規(guī)劃，篩選技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理、效果明顯的技術(shù)方法，綜合統(tǒng)籌，確定綜合技術(shù)路線，評(píng)估水體整治效果，形成流域治理總體方案[2]。

結(jié)合流域的本底情況調(diào)查分析，本工程以“控源截污、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、生態(tài)修復(fù)”為綜合治理技術(shù)路線。

3.2 水環(huán)境綜合措施

3.2.1 截污管網(wǎng)工程

（1）上游截污管網(wǎng)工程：茶亭排渠上游排污口已另行立項(xiàng)進(jìn)行截污，截污管道沿排渠敷設(shè)，最終進(jìn)入上游李屋基圍仔人工濕地，本次不涉及上游截污管網(wǎng)工程。

（2）中游截污管網(wǎng)工程：茶亭排渠中游段沿排渠布置截污管，自東北向西南，近期接入一體化污水處理站，遠(yuǎn)期接入園洲大道截污主干管，最終至規(guī)劃白馬圍污水處理廠進(jìn)行處理。管徑DN500，截污管總長約1 000 m，坡度2‰主要采用開挖施工，部分采用混凝土包封施工。

（3）下游截污管網(wǎng)工程：白馬圍現(xiàn)狀已經(jīng)建設(shè)一座規(guī)模為500 m3/d一體化污水處理站，截污管網(wǎng)沿茶亭排渠及白馬圍工業(yè)區(qū)道路敷設(shè)，近期接入一體化污水處理站，遠(yuǎn)期進(jìn)入園洲大道截污主干管。

茶亭排渠截污管：沿茶亭排渠下游段右岸進(jìn)行布置，管徑DN300，截污管總長約230 m，坡度2‰，采用開挖施工。

白馬圍工業(yè)區(qū)截污管：在白馬圍工業(yè)區(qū)內(nèi)沿道路敷設(shè)截污管道，管徑DN400，截污管總長約940 m，坡度2‰，采用開挖施工。

3.2.2 污水處理站建設(shè)及活水循環(huán)工程

近期茶亭排渠分上、中、下游共設(shè)置3處污水處理設(shè)施，其中上游和下游利用現(xiàn)有已建處理設(shè)施進(jìn)行處理，中游寮仔村片區(qū)需要新建一套臨時(shí)污水處理設(shè)施，見圖1。

新建污水處理設(shè)施采用一體化設(shè)備形式，污水處理能力為1 500 m3/d，工藝采用“磁混凝沉淀+曝氣生物濾池”，水質(zhì)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后，與支渠1200 m3/d的水量一并接入生態(tài)濕地進(jìn)行處理，最終達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）V類標(biāo)準(zhǔn)后回補(bǔ)到茶亭排渠上游進(jìn)行補(bǔ)水，實(shí)現(xiàn)河道活水循環(huán)。

3.2.3 內(nèi)源治理工程

本項(xiàng)目結(jié)合現(xiàn)狀采用“絞吸污泥泵+管道攪拌固結(jié)+就地利用”的清淤工藝，在管道中攪拌加入底泥調(diào)理劑及固化劑進(jìn)行充分混合調(diào)理，再利用臨時(shí)脫水設(shè)施進(jìn)行脫水陳化，最終經(jīng)檢驗(yàn)合格后，運(yùn)輸?shù)綕竦毓珗@及生態(tài)駁岸進(jìn)行資源化利用。

參考《疏浚與吹填工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，本項(xiàng)目采用斷面面積法進(jìn)行計(jì)算：水域面積為18 379 m2，平均清淤厚度43.6 cm，茶亭排渠底泥總量約為8 012 m3。固化劑和穩(wěn)定劑用量應(yīng)根據(jù)底泥有機(jī)質(zhì)和重金屬含量計(jì)算確定，本工程按照3.5 kg/m3和1.8 kg/m3投加，總計(jì)所需固化劑約28.5 t、穩(wěn)定劑約14.5 t。

3.2.4 生態(tài)凈化及修復(fù)工程

（1）生態(tài)壩工程：生態(tài)壩采用礫石和碎石在被污染的河道中人工壘筑壩體，然后在壩體上配置具有凈化作用的水生植物，綜合利用生態(tài)壩過濾、吸附、生物降解和植物凈化等原理，對(duì)水體進(jìn)行凈化。生態(tài)壩在黑臭水體中具有廣泛應(yīng)用，特別在水力坡降小、河網(wǎng)密集的平原地區(qū)。

通過建設(shè)生態(tài)壩，在上游河道形成一個(gè)凈化緩沖區(qū)，延長水體水力停留時(shí)間，促進(jìn)水中泥沙沉降和營養(yǎng)鹽降解，由于水生植物的吸收、吸附和攔截作用，水中營養(yǎng)鹽含量得到進(jìn)一步降低，從而延緩了富營養(yǎng)化進(jìn)程，改善了水質(zhì)，同時(shí)上游水位的抬升也為后續(xù)生態(tài)修復(fù)技術(shù)的實(shí)施創(chuàng)造了條件。本工程結(jié)合防洪要求和水利部門相關(guān)建議，在茶亭排渠下游新建一座生態(tài)壩，長4 m、高1 m。

（2）曝氣工程：河道水體發(fā)黑發(fā)臭通常是由于水體缺氧、有機(jī)物腐敗造成的。人工曝氣技術(shù)就是向水體中補(bǔ)充氧氣提高水體溶解氧含量，使其由缺氧水體轉(zhuǎn)變?yōu)楦谎跛w，恢復(fù)水體自凈能力。

本工程按照污染物消減量計(jì)算需氧量，茶亭排渠需消減COD約42.1 kg/d（折合BOD523.2 kg/d）和NH3-N 8.9 kg/d；此外，還需將河道溶解氧含量由均值1.04 mg/L提升至3 mg/L，其中茶亭排渠上游來水量為6 000 m3/d。

根據(jù)BOD5和NH3-N硝化過程總方程式可知：1 gBOD5需消耗1.47 g氧氣、1 g NH3-N需消耗4.57 g氧氣（其中亞硝化3.43 g，硝化1.14 g）。則污染物降解需氧量為74.8 kgO2/d、河道增加溶解氧需氧量為11.8 kgO2/d，總需氧量為86.6 kgO2/d。考慮到傳氧效率等影響，設(shè)計(jì)充氧量定為需氧量的150%，即129.9 kgO2/d。

本次采用5臺(tái)造流增氧機(jī)，每臺(tái)增氧能力為3 kgO2/d、功率1.5 kW，循環(huán)通量450 m3/h。

（3）生態(tài)濕地工程：生態(tài)濕地凈化對(duì)象為一體化污水處理站出水及茶亭排渠中游支流來水，一體化污水站尾水約1 500 m3/d，支渠水量約1 200 m3/d?？們艋考s2 700 m3/d。濕地面積采用污染物表面負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)《污水自然處理工程技術(shù)規(guī)程》（CJJT 54-2017）、《人工濕地污水處理工程技術(shù)規(guī)范》（HJ 2005-2010）和相關(guān)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，生態(tài)濕地氨氮表面負(fù)荷取1.2 g/（m2·d）。

根據(jù)一體化污水站設(shè)計(jì)出水要求和支渠實(shí)測(cè)水質(zhì)，通過加權(quán)平均后預(yù)測(cè)生態(tài)濕地進(jìn)出水水質(zhì)，見表3。經(jīng)過計(jì)算，生態(tài)濕地面積為6 750 m2。

表3 生態(tài)濕地進(jìn)出水水質(zhì)表 單位：mg/L

（4）生態(tài)修復(fù)工程：水生植物（包括挺水植物、浮水植物、沉水植物）在水污染治理中可以發(fā)揮多種作用。水生植物自身生長代謝可大量吸收氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，光合作用可提高水體溶解氧含量，植物根莖吸收吸附及其附著的大量微生物代謝活動(dòng)還可以富集重金屬、降解有機(jī)污染物、抑制藻類的生長，從而控制水體富營養(yǎng)化，最終達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。

本工程綜合考慮水生植物的特點(diǎn)特性，選擇水生植物種類、種植密度和種植面積。

挺水植物主要以美人蕉、鳶尾、水芹和菖蒲為主，種植密度9～25株/m2，種植長度770 m（兩側(cè)種植），約占駁岸長度的8%。

浮葉植物主要以荇菜、浮萍草和銅錢草為主，種植密度10～20株/m2，種植面積920 m2，約占水面面積的5%。

沉水植物主要以眼子菜和黑藻為主，種植密度16～36株/m2，種植面積2 757 m2，約占水面面積的15%。

3.2.5 生態(tài)護(hù)岸工程

生態(tài)護(hù)岸利用植物或者將植物與土木工程相結(jié)合，對(duì)河道坡面進(jìn)行防護(hù)，有助于對(duì)河流水質(zhì)的改善。河岸是水陸交錯(cuò)帶，是陸域生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)的過渡地帶，是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，它不僅包括植物還包括動(dòng)物及微生物，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部和與相鄰系統(tǒng)之間發(fā)生著能量和物質(zhì)交換，維系和支持著較高水平的物種多樣性和種群密度。

生態(tài)護(hù)岸類型眾多，本工程對(duì)茶亭排渠局部進(jìn)行人工生態(tài)型護(hù)岸改造，以石籠作為基礎(chǔ)勒腳和生態(tài)植生袋相結(jié)合等方式，在滿足邊坡穩(wěn)固性、生物多樣性的同時(shí)，具有良好的濱水綠化和生態(tài)效果，生態(tài)護(hù)岸長度3 300 m，見圖2。

圖2 茶亭排渠生態(tài)護(hù)岸示意圖

4 調(diào)試運(yùn)行

本工程建設(shè)完成后，經(jīng)過1個(gè)月的調(diào)試運(yùn)行，對(duì)河道水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，水質(zhì)情況見圖3、圖4、圖5、圖6。

圖3 入河斷面COD數(shù)據(jù)折線圖

圖4 入河斷面NH3-N數(shù)據(jù)折線圖

圖6 入河斷面DO數(shù)據(jù)折線圖

經(jīng)過1個(gè)月調(diào)試運(yùn)行，茶亭排渠水質(zhì)得到明顯改善，基本消除黑臭現(xiàn)象。COD、NH3-N和TP均有明顯降低，DO得到明顯提高，各水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水V類標(biāo)準(zhǔn)。在此期間，水面潔凈，無藻類等漂浮物聚集，生態(tài)系統(tǒng)和水體自凈能力逐漸恢復(fù)。

5 結(jié)論與建議

結(jié)果表明，茶亭排渠水環(huán)境綜合治理效果穩(wěn)定，技術(shù)上是可行的。本工程治理段水面潔凈、無藻類等漂浮物，各水質(zhì)指標(biāo)穩(wěn)定達(dá)到地表水V類標(biāo)準(zhǔn)，生態(tài)系統(tǒng)和水體自凈能力逐漸恢復(fù)。

水環(huán)境綜合治理是系統(tǒng)性工程，需要統(tǒng)籌兼顧工程與管理措施協(xié)同推進(jìn)，確保流域水環(huán)境治理任務(wù)和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；區(qū)域城市規(guī)劃應(yīng)充分結(jié)合海綿城市的理念，采用“滲、滯、蓄、凈、用、排”等多重措施，實(shí)現(xiàn)城市良性水文循環(huán)，維持或恢復(fù)城市“海綿”功能。