唐孟煊

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102600）

0 引言

2015年4月國(guó)務(wù)院頒布實(shí)施的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（“水十條”），2016年江蘇省實(shí)施了《江蘇省城市黑臭水體整治行動(dòng)方案》和《“兩減六治三提升”專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)方案》，對(duì)省內(nèi)水環(huán)境提出了新的要求。以武進(jìn)港2018年和2020年水質(zhì)年度目標(biāo)、《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》、《城市黑臭水體整治工作指南》為參考，洛陽(yáng)鎮(zhèn)徐家頭浜在枯水期和豐水期初期處于黑臭狀態(tài)，而豐水期中期處于劣V類(lèi)狀態(tài)。雖然徐家頭浜水質(zhì)并未全年處于黑臭狀態(tài)，但其水環(huán)境狀況波動(dòng)非常大，主要污染物為有機(jī)污染，COD濃度較高，又作為武進(jìn)港的一級(jí)支浜，對(duì)武進(jìn)港水質(zhì)狀況有直接影響。為減少對(duì)武進(jìn)港水質(zhì)的影響，該工程以《城市黑臭水體整治工作指南》為指導(dǎo)，開(kāi)展徐家頭浜水環(huán)境整治工作。本文就徐家頭浜水環(huán)境的綜合治理展開(kāi)分析，涉及方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)營(yíng)效果及建議。

1 徐家頭浜水環(huán)境治理前的狀況

徐家頭浜位于常州市洛陽(yáng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)北圩，河道長(zhǎng)度1.16km，由武進(jìn)港至戈家頭村，通過(guò)排澇站與武進(jìn)港相連，屬于斷頭浜，河道水質(zhì)感官較差。洛陽(yáng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)北圩范圍內(nèi)、徐家頭浜以南，徐家頭浜河道上游存在分散式處理設(shè)施污水排口，排入河道的水質(zhì)不達(dá)標(biāo)；河道上游為農(nóng)業(yè)大棚種植園，中下游河道南岸匯水區(qū)主要為居民集中居住小區(qū)、企事業(yè)單位，該匯水區(qū)域的雨污管網(wǎng)系統(tǒng)尚不健全，在珠光橋西側(cè)南岸洛陽(yáng)休閑園附近存在合流排口。片區(qū)污水通過(guò)2000m3/d污水泵站提升至市政污水系統(tǒng)。

2 治理方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施及效果分析

2.1 截流系統(tǒng)

未經(jīng)處理的污廢水直接排入河道是引起河水質(zhì)污染的根本原因，外源阻隔是河道治理首要措施。另外，初期雨水夾雜著管道內(nèi)的淤泥污染及路面污染，也是引起水質(zhì)變差的因素，污染物指標(biāo)濃度明顯高于后期階段。為保證最大限度地截留雨污合流制管道溢流井處入河的雨污水量，達(dá)到控源截污的效果，故本方案考慮收集初期15min降雨徑流量來(lái)設(shè)計(jì)截流泵站規(guī)模及調(diào)蓄池有效容積。截流系統(tǒng)主要有2個(gè)重點(diǎn)工作，即截流井、截流泵站設(shè)計(jì)[1]。

常州武進(jìn)洛陽(yáng)鎮(zhèn)地區(qū)暴雨強(qiáng)度公式[2]為：

式中：

i——降雨強(qiáng)度，mm/min；

t——降雨歷時(shí)，包括地面集水時(shí)間和管渠內(nèi)雨水流行時(shí)間，min；

TM——重新期（年），取2年。

降雨量公式為：

式中：

Q——降雨量，L/s；

Ψ——綜合徑流系數(shù)，取0.7；

F——匯水面積（公頃），根據(jù)合流管道匯水面積3.17hm2。

結(jié)合以上公式，計(jì)算得到暴雨初期15min降雨徑流量約為730m3，污水提升泵站排出的管道雨污水量約為21.0m3，合流制管道15min污水產(chǎn)生量約為11.0m3，故初期溢流入河的雨污水量為720m3。故調(diào)蓄池有效容積設(shè)計(jì)為720m3左右。

該工程對(duì)珠光橋的西南側(cè)未截流的排放口實(shí)施截流。敷設(shè)DN600鋼管將截流的污水及初期雨水輸送至截流泵站，并在珠光橋西南側(cè)綠化內(nèi)設(shè)置一座一體化截流泵站，泵站規(guī)模2880m3/h，將截流污水提升至調(diào)蓄池。調(diào)蓄池直徑為13m，有效水深為5.45m，有效容積為723m3，停留時(shí)間為2.51h，由原廢棄使用的滴濾池改造完成。截流系統(tǒng)布置圖見(jiàn)圖1所示。

圖1 截流系統(tǒng)圖

2.2 水系連通工程

徐家頭浜水系現(xiàn)狀有兩處土壩阻礙了河道水體的流動(dòng)與交換，分別位于徐家頭浜的東端及潤(rùn)苑的東北側(cè)，見(jiàn)圖2所示。為保證徐家頭浜內(nèi)的水體循環(huán)的順暢，提高水循環(huán)水力條件，該工程對(duì)此兩處水壩進(jìn)行了拆除，對(duì)水系進(jìn)行連通。

圖2 水體循環(huán)系統(tǒng)圖

2.3 河道水體循環(huán)系統(tǒng)

靜止或流動(dòng)性比較差的封閉緩流水體，水系統(tǒng)缺少動(dòng)力，水體自身交換缺失，自?xún)裟芰档?，從而容易造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化[3]。為了保證水體水質(zhì)，維持感官效果，需要采取一定的技術(shù)措施保持水體水質(zhì)。

徐家頭浜在河道西側(cè)入武進(jìn)港處設(shè)有閘站，為典型的斷頭浜，長(zhǎng)期處于不流動(dòng)的死水狀態(tài)，這增大了水質(zhì)惡化的可能性。因此，在河道東端設(shè)置一個(gè)小型的0.06m3/s一體化循環(huán)水泵站，通過(guò)管徑DN300 的壓力管道將河水提升至西側(cè)人工濕地中（見(jiàn)圖2所示），經(jīng)濕地處理后補(bǔ)水至河道，實(shí)現(xiàn)徐家頭浜內(nèi)部水體循環(huán)；河道容積為4.67萬(wàn)m3，約為9d循環(huán)一次。

2.4 人工濕地凈化系統(tǒng)

考慮徐家頭浜水污染物性質(zhì)，該工程人工濕地系統(tǒng)選用垂直流人工濕地工藝，其具有水力與污染物削減負(fù)荷高、有機(jī)物去除能力強(qiáng)、反硝化能力較強(qiáng)、除磷能力較強(qiáng)、占地面積少的特點(diǎn)，剖面由上而下分別為挺水植物、主體填料、防滲膜保護(hù)層、防滲膜、素土夯實(shí)基礎(chǔ)。充分利用該垂直流人工濕地填料上的微生物的分解作用、填料的物理化學(xué)作用及水生植物的養(yǎng)分吸取，凈化河道水體[4]，經(jīng)濕地凈化后的出水，通過(guò)重力管道就近補(bǔ)入河道，補(bǔ)充河道水體，改善河道水質(zhì)，提升洛陽(yáng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)北圩徐家頭浜水體的環(huán)境容量。

具體參數(shù)如下：

填料：從下至上依次放置碎石(1～3cm)，厚300mm；碎石(4～6cm)，厚300mm；碎石(6～10cm)，厚400mm；黏土夯實(shí)層厚200mm；土工布一層；泥土層厚300mm。

植物類(lèi)型：本方案選取水蔥、千屈菜、再力花組團(tuán)式種植，種植面積不大于濕地面積的一半。

進(jìn)水方式：采用穿孔管布水，打孔孔徑為15mm，孔間距200mm，成45°斜向下。

人工濕地面積：占地面積S=1120m2，該工程人工濕地在本期征得的用地指標(biāo)內(nèi)建設(shè)，再次征地后可擴(kuò)大濕地面積。有效水深1.5m，水力停留時(shí)間7.2h。進(jìn)水水質(zhì)：CODcr≤110mg/L，NH3-N≤10.0mg/L，TP≤0.5mg/L。出水水質(zhì)：近期達(dá)到地表水V 類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)值（CODcr ≤40mg/L，NH3-N ≤2.0mg/L，TP ≤0.4mg/L）。

2.5 生態(tài)恢復(fù)

徐家頭浜中上游河段主要為農(nóng)業(yè)種植區(qū)，兩岸邊坡呈自然狀態(tài)，污染源影響較??；下游河段兩岸主要為硬質(zhì)護(hù)岸，現(xiàn)狀合流管網(wǎng)溢流井均在此河段，污染源對(duì)河道影響很大。因此，該工程在下游河段種植了合適的水生植物，兼具凈化和景觀效果。

沉水植物在水生態(tài)修復(fù)尤其是提高水的能見(jiàn)度和景觀營(yíng)造方面的作用日益受到人們的重視[5]，本次工程結(jié)合水深及土質(zhì)，選擇栽種耐寒的沉水植物菹草，密度為100株/m2；栽種喜溫的沉水植物輪葉黑藻、苦草、狐尾藻、眼子菜、大茨藻等，采用混栽方式，其中苦草占40%，其他種類(lèi)搭配，栽種密度按40～60株/m2進(jìn)行。

2.6 自控設(shè)計(jì)

根據(jù)該工程的工藝特點(diǎn)及控制系統(tǒng)的需要，截流泵站和循環(huán)泵站各設(shè)一套PLC系統(tǒng)，每套PLC系統(tǒng)預(yù)留以太網(wǎng)接口、GPRS接口和物聯(lián)網(wǎng)卡接口，方便后期接入云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作。截流系統(tǒng)通過(guò)截流井、調(diào)蓄池中液位計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)預(yù)設(shè)邏輯實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制[6]。

3 治理建議

該工程實(shí)施前已開(kāi)始清淤疏浚的工作，消減了內(nèi)源污染；但該工程實(shí)施并不能完全阻隔外源污染的進(jìn)入，外源轉(zhuǎn)化為內(nèi)源的可能性還存在，因此運(yùn)行過(guò)程中建議每3年清淤一次。

該項(xiàng)目前期用地，濕地有效面積1040m2，水力負(fù)荷為5.0m3/（m2·d），大于1.0m3/（m2·d）的經(jīng)驗(yàn)值，但考慮進(jìn)水水質(zhì)污染負(fù)荷小，近期按此水力負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行過(guò)程要加強(qiáng)填料堵塞及出水水質(zhì)監(jiān)測(cè)；遠(yuǎn)期建議增建4000m2人工濕地，減小水力負(fù)荷。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，徐家頭浜水環(huán)境綜合治理效果明顯：對(duì)河道直流排口的污水進(jìn)行截流，減少了外源污染的進(jìn)入；在水體東側(cè)構(gòu)建0.06m3/s循環(huán)水泵站，將河道的水體提升至西側(cè)新建的1120m2人工濕地內(nèi)，經(jīng)人工濕地凈化后以再生水的形式重新補(bǔ)充至河道內(nèi)，將河道水質(zhì)提升至地表水V類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)值；截流系統(tǒng)通過(guò)截流井、調(diào)蓄池中液位計(jì)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制，循環(huán)系統(tǒng)通過(guò)預(yù)設(shè)邏輯實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制?？傊摼C合治理工程實(shí)現(xiàn)了提升徐家頭浜環(huán)境效益的目的。對(duì)今后的運(yùn)營(yíng)，建議每3年清淤一次，及時(shí)消減內(nèi)源污染；增建4000m2人工濕地，以減小水力負(fù)荷。