淺析ISER技術(shù)在黑臭河道治理中的應(yīng)用

黃劍鍔 ，季福志 ，董家晏 ，田 旭

（1.上海市崇明區(qū)港西鎮(zhèn)水務(wù)管理所，上海 202154；2.堡森（上海）環(huán)境工程有限公司，上海 200441）

0 前言

黑臭河道是當(dāng)今社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中急需解決的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重影響人居環(huán)境和健康。根據(jù)住建部全國(guó)城市黑臭水體整治平臺(tái)發(fā)布信息，已經(jīng)被認(rèn)定的黑臭水體有2100個(gè)，其中完成治理的黑臭水體有1120個(gè)，達(dá)到全部黑臭水體的53.3%；正在整治和制定方案的有790個(gè)和190個(gè)，分別占全部黑臭河道的37.6%和9.1%。加大對(duì)黑臭河道的研究，通過(guò)綜合性手段，營(yíng)造“水清、岸綠、有景”的親水自然環(huán)境，促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[1]。

1 底泥原位修復(fù)技術(shù)（ISER）

底泥原位修復(fù)技術(shù)（ISER）包括原位生物修復(fù)、原位覆蓋和原位化學(xué)修復(fù)等。該技術(shù)在降低底泥污染物總量，減少對(duì)上覆水體的污染風(fēng)險(xiǎn)在城市黑臭河道治理中有著十分重要的意義[2]，相比于異位修復(fù)，原位修復(fù)能夠極大地減少對(duì)底泥和水體的擾動(dòng)，不會(huì)加快底泥中的氮、磷物質(zhì)的釋放；具有不需要將底泥云至其他位置處理，不需要對(duì)處置場(chǎng)地的長(zhǎng)久監(jiān)測(cè)，工程量小，處理成本低的優(yōu)點(diǎn)。

底泥原位修復(fù)技術(shù)針對(duì)河道區(qū)域原位土壤和清淤底泥的狀況分析及工程需求，科學(xué)性地提出了淤泥生態(tài)修復(fù)策略和工程應(yīng)用方案，使原位土壤、疏浚淤泥及其他固體原材料滿足土木工程、水利工程、環(huán)保工程建設(shè)需求，提升河道淤泥原位資源化利用率和河道整體的景觀效應(yīng)[3]。

因此，根據(jù)對(duì)河道的淤泥有機(jī)質(zhì)含量的不同，改變ISER改良劑和ISER穩(wěn)定生態(tài)修復(fù)材料的最佳配合比。達(dá)到原位改良淤泥底質(zhì)，原位處置和資源化的最佳效果。利用ISER原位河道修復(fù)技術(shù)，能夠同時(shí)解決河道整治和輪疏中原位淤泥的處置問(wèn)題。技術(shù)原理圖，見(jiàn)圖1。

圖1 ISER原位河道修復(fù)技術(shù)原理圖

2 河道治理工程概況

2.1 項(xiàng)目介紹

上海市崇明區(qū)位于長(zhǎng)江入?？?，全區(qū)地勢(shì)平坦，由崇明、長(zhǎng)興、橫沙三島組成，總面積1411 km2。崇明島三面環(huán)江，東臨東海，全島東西長(zhǎng)約80km，形似臥蠶，總面積1267 km2,約占上海市總面積的約1/6，是世界上最大的河口沖積島，也是繼臺(tái)灣島、海南島之后的中國(guó)第三大島。崇明島素有“長(zhǎng)江門(mén)戶”東海瀛洲”之美譽(yù)。崇明區(qū)下轄陳家鎮(zhèn)、中興鎮(zhèn)、向化鎮(zhèn)等16個(gè)鎮(zhèn)，新村鄉(xiāng)、橫沙鄉(xiāng)2個(gè)鄉(xiāng)，涉及62個(gè)居委會(huì)、271個(gè)村委會(huì)。

港西鎮(zhèn)位于崇明島中部，東臨建設(shè)鎮(zhèn)、南臨城橋鎮(zhèn)、西臨廟鎮(zhèn)、北側(cè)與新海鎮(zhèn)、東平鎮(zhèn)相接。港西鎮(zhèn)行政區(qū)域面積45.73 km2，下轄12個(gè)行政村、384個(gè)村民小組。

2.2 河道概況

港西鎮(zhèn)河溝縱橫，河道環(huán)島運(yùn)河從本鎮(zhèn)南部和北部流過(guò)，區(qū)級(jí)河道上小豎河、三沙洪以及東效港貫穿境域南北；在區(qū)級(jí)河道之間有鎮(zhèn)級(jí)河道22條，共56.36 km，間距1000 m左右；橫河之間有村級(jí)河道650條，共302.35 km，間距80 m～100 m，村級(jí)河道作為水系末端的“毛細(xì)血管”遍布整個(gè)港西鎮(zhèn)，其中有小部分河段岸坡已整治（樁板式護(hù)岸、小木樁護(hù)岸），部分未整治河道兩岸風(fēng)貌較差，水質(zhì)黑臭，垃圾堆積、漂浮，村級(jí)河道兩端大部分位于居民聚居區(qū)，大量的生活、餐飲等污水排入河道，污染嚴(yán)重，造成大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在河道底部積累，遠(yuǎn)超過(guò)自身的自凈能力，使很多生物無(wú)法生存，進(jìn)而產(chǎn)生水體食物網(wǎng)結(jié)構(gòu)破壞、生態(tài)過(guò)程不能完成的次生效應(yīng)，導(dǎo)致水環(huán)境不斷惡化，生態(tài)功能不斷萎縮。

目前，局部水域水質(zhì)差，水體處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)，水體黑臭，透明度較低，底部淤泥沉積嚴(yán)重。村級(jí)河道水質(zhì)惡化和水環(huán)境問(wèn)題極為突出，對(duì)居民用水安全、防洪安全、生態(tài)建設(shè)、人居景觀等產(chǎn)生不利影響。因此黑臭底泥的合理化處置是亟待解決的核心問(wèn)題，也是降低河道水質(zhì)以及影響人民生產(chǎn)生活用水的關(guān)鍵因素。

3 ISER技術(shù)在河道治理工程中的應(yīng)用分析

3.1 原則

根據(jù)區(qū)域內(nèi)黑臭河道實(shí)際情況，結(jié)合ISER河道原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)，主要對(duì)其中2條黑臭河道進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，具體包括以下幾個(gè)方面。

（1）河道黑臭底泥原位處理，處理深度30 cm～50 cm，形成黑臭底泥硬殼層，阻斷黑臭底泥中污染物上覆到水體中；

（2）對(duì)直立硬質(zhì)護(hù)岸擋墻斷面結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，坡腳種植，科學(xué)選取水生植物及護(hù)岸植物，修復(fù)濱水生態(tài)，提升河流岸坡結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；

（3）河道配套種植挺水植物、機(jī)械曝氣裝置，對(duì)河道水體進(jìn)行人工曝氣增氧，可以提高水中溶解氧，增強(qiáng)河道自凈能力。

3.2 斷面設(shè)計(jì)

ISER生態(tài)結(jié)構(gòu)體基底的最大壓應(yīng)力應(yīng)不小于地基的允許承載力。ISER生態(tài)結(jié)構(gòu)體自身不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力，壓應(yīng)力應(yīng)小于允許抗壓強(qiáng)度，采用理正巖土計(jì)算進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，其中滑裂面形狀采用圓弧滑動(dòng)法（不考慮地震），圓弧穩(wěn)定分析方法采用Janbu法；土條重切向分力與滑動(dòng)方向反向時(shí)，以下滑力對(duì)待。條分法的土條寬度為0.200 m，搜索時(shí)的圓心步長(zhǎng)為0.100 m，搜索時(shí)的半徑步長(zhǎng)為0.500 m，通過(guò)軟件計(jì)算安全系數(shù)為2.894，符合《水工建筑物荷載設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL 744-2016）有關(guān)規(guī)定。計(jì)算簡(jiǎn)圖，見(jiàn)圖2。

圖2 ISER邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算簡(jiǎn)圖

本項(xiàng)目河道淤泥截面積從 5 m2～21 m2不等，通過(guò)CS1～CS10斷面中淤面高程、地面高程、里程參數(shù)的綜合比較，結(jié)合邊坡穩(wěn)定性驗(yàn)算和經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，最終選擇邊坡比為1∶2的CS6作為設(shè)計(jì)斷面[4]。

河道斷面CS6河道寬度5 m每延米河道淤泥體積為2.0 m3，采用降水圍堰作業(yè)，河道黑臭底泥按照處理厚度測(cè)算重量，依測(cè)算重量和摻量噴灑ISER淤泥改良劑，然后利用專業(yè)原位攪拌設(shè)備進(jìn)行原位拌合，悶料24小時(shí)后，利用專業(yè)原位攪拌設(shè)備噴灑ISER生態(tài)修復(fù)穩(wěn)定材料，并進(jìn)行原位攪拌修復(fù)，整平、養(yǎng)護(hù)，最終形成一個(gè)ISER生態(tài)修復(fù)穩(wěn)定層殼，固定河底黑臭污染物不上翻，但該穩(wěn)定層殼具有一定的微孔孔隙率，可以負(fù)載微生物和能量交換。

3.3 生態(tài)植物設(shè)計(jì)

河道綠化和種植平臺(tái)的水生植物的設(shè)計(jì)，根據(jù)四季景觀而定[5]。種植平臺(tái)水生植物安排交錯(cuò)種植的挺水植物，高區(qū)采用再力花、香蒲、水生美人蕉、花葉蘆竹、蘆葦?shù)龋坏蛥^(qū)采用梭魚(yú)草，黃菖蒲、西伯利亞鳶尾，其中西伯利亞鳶尾為四季常青植物保證河岸四季景觀；局部景觀點(diǎn)采用睡蓮等觀葉植物修飾，即保證景觀性，又保證植物多樣性，對(duì)水質(zhì)的凈化起到顯著效果。ISER原位修復(fù)后的河岸線，見(jiàn)圖3。

圖3 ISER原位修復(fù)后的河岸線圖

4 結(jié)語(yǔ)

隨著人們對(duì)生態(tài)環(huán)境要求越來(lái)越高，需要對(duì)黑臭河道的治理進(jìn)行創(chuàng)新和調(diào)整。通過(guò)了解河流的污染類型，查清造成河道黑臭的原因，對(duì)不同的河道進(jìn)行不同治理方式，主要采取“一河一治”的治理方式，從截污控源、消減內(nèi)源、提高水體自凈化能力、生態(tài)修復(fù)等方面進(jìn)行治理黑臭河道，同時(shí)對(duì)生態(tài)工程和景觀進(jìn)行建設(shè)，營(yíng)造良好的視覺(jué)感，為人們的生活品質(zhì)提高創(chuàng)造條件。

利用ISER底泥原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)河道黑臭底泥徹底改良和生態(tài)修復(fù)，運(yùn)用挺水植物種植平臺(tái)，改善水質(zhì)、提升岸坡結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和河道景觀效應(yīng)，不僅解決了黑臭河道內(nèi)源污染，而且將黑臭底泥進(jìn)行資源化應(yīng)用，避免黑臭底泥的外運(yùn)和二次污染問(wèn)題，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。