生態(tài)治理技術(shù)在山湖苑黑臭水體整治中的應(yīng)用研究

(1.常熟市尚湖水利管理服務(wù)站，江蘇 常熟 215500；2.江蘇省望虞河常熟管理所，江蘇 常熟 215500；3.常熟市水務(wù)局，江蘇 常熟 215500)

城市因水而秀美，因水而靈動(dòng)。目前，城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)與水環(huán)境承載能力不足的矛盾日趨突出，河道生態(tài)系統(tǒng)承受的壓力在持續(xù)增加，城市水環(huán)境遭到嚴(yán)重威脅。常熟市位于江蘇省東南部，河網(wǎng)密布，是典型的江南水鄉(xiāng)。因城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，常熟城區(qū)水質(zhì)不容樂觀，部分河道出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，制約了常熟經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。2015年，國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，將城市黑臭水體治理列入其中并提出整治目標(biāo)要求，黑臭水體治理日益成為研究熱點(diǎn)。

焦志杰[1]通過對(duì)昆山市古仙江治理前后4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面污染物去除效果進(jìn)行分析，研究截污納管、清淤、增氧曝氣、水生植物及微生物技術(shù)在黑臭水體治理中的成效。李麗[2]系統(tǒng)分析了生境改善、生態(tài)構(gòu)建、生態(tài)維護(hù)管理在黑臭河道生態(tài)治理中的應(yīng)用情況。吳剛等[3]以常熟市曹家灣河、蔣家村河黑臭水體整治工程為例，在前期調(diào)研、污染成因、對(duì)策研究、過程控制、效果分析等方面開展工作。朱麗麗等[4]以常熟市山湖苑河為例，重點(diǎn)進(jìn)行了水環(huán)境問題分析、黑臭成因診斷并以水體生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)間、縱向、橫向、垂向維度為思路對(duì)水體生態(tài)治理策略進(jìn)行初步探討。本文以常熟市山湖苑河黑臭水體生態(tài)治理為例，基于水體黑臭成因，重點(diǎn)對(duì)黑臭水體整治措施及治理效果進(jìn)行跟蹤分析，探討城市河流生態(tài)治理方式，為今后城市黑臭水體生態(tài)治理提供參考。

1 水體狀況

山湖苑河位于常熟市中心城區(qū)甸橋村，在虞山尚湖風(fēng)景名勝區(qū)與尚湖飲用水源保護(hù)區(qū)之間(見圖1)。該河道為斷頭浜，僅南側(cè)與外河連通，河道總長(zhǎng)750m，由300m環(huán)形河道及450m主河道組成，河道寬度為15～20m，水體面積0.91hm2，匯水區(qū)面積14.09hm2。山湖苑河存在的主要水環(huán)境問題為夏季河道內(nèi)多處暴發(fā)藍(lán)藻[4](見圖2)，散發(fā)強(qiáng)烈魚腥味，居民投訴時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響兩岸百姓日常生活；河道水質(zhì)不佳，水體透明度差，溶解氧含量低，達(dá)到輕度黑臭級(jí)別；水體流動(dòng)性差，整體水生態(tài)狀況較差。

圖1 山湖苑黑臭水體位置

圖2 山湖苑黑臭水體藍(lán)藻暴發(fā)實(shí)景

2 黑臭成因

黑臭反映的是有機(jī)污染在水體中的一種極端現(xiàn)象[5]，水體黑臭現(xiàn)象的形成具有十分復(fù)雜的原因。對(duì)于黑臭水體的治理，首先要分析河道黑臭成因。山湖苑河夏季藍(lán)藻大面積暴發(fā)，河道黑臭主要由以下原因造成[4]：外源污染是河道黑臭的主要污染源，也是藻類暴發(fā)時(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來源，外源污染主要為污水管網(wǎng)錯(cuò)接、漏接、混接導(dǎo)致的生活污水直排以及初期降雨徑流；河道斷頭及原有筑壩導(dǎo)致水體流動(dòng)性差；河道淤積嚴(yán)重，底泥有機(jī)質(zhì)降解和污染物釋放導(dǎo)致水體內(nèi)源污染；河道兩岸生態(tài)結(jié)構(gòu)單一脆弱，生態(tài)系統(tǒng)基本喪失了生態(tài)凈化功能，水體自凈能力弱。

3 整治目標(biāo)

山湖苑河水體黑臭成因較多，因此針對(duì)該河道的治理應(yīng)多措并舉，系統(tǒng)考慮多種適用技術(shù)、措施相結(jié)合進(jìn)行綜合治理。根據(jù)山湖苑河自然環(huán)境特征、周邊土地利用現(xiàn)狀、污染排放特性和河道治理目標(biāo)，以“因地制宜、綜合措施、技術(shù)集成、統(tǒng)籌管理、長(zhǎng)效運(yùn)行”為基本原則，將山湖苑河水污染防治、藍(lán)藻治理、生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)以及生態(tài)文明建設(shè)融為一體，全面控制內(nèi)外污染源，控制河道內(nèi)藍(lán)藻暴發(fā)，提升水質(zhì)，改善河道生態(tài)系統(tǒng)。

4 治理措施

河道治理工程共分為外源污染控制和水質(zhì)凈化工程、內(nèi)源污染控制工程、河道生態(tài)修復(fù)工程、活水循環(huán)工程4個(gè)板塊。河道總體布局圖及河道整治后效果圖見圖3、圖4。

圖3 山湖苑河總體布局

圖4 山湖苑河主河道整治后效果

4.1 外源污染控制和水質(zhì)凈化工程

在河道兩側(cè)設(shè)置815m河道原位三相凈化系統(tǒng)(見圖5)，攔截并處理初期雨水及未完全截污的生活污水。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)物化作用、微生物降解、植物吸收三者的統(tǒng)一。其基本構(gòu)造是全封閉柔性圍隔+森美思填料+中空纖維膜+先鋒漂浮植物+挺水植物。全封閉柔性圍隔創(chuàng)造獨(dú)立的雨、污口排放空間，阻斷與主河道的水力和物質(zhì)交換；森美思填料快速降低水體污染物濃度，并在填料周邊形成高濃度污染物生境；中空纖維生物膜對(duì)溶解態(tài)和顆粒態(tài)有機(jī)物進(jìn)行高效快速降解；先鋒漂浮植物對(duì)分解產(chǎn)生的氮、磷進(jìn)一步深度處理。

圖5 三相凈化系統(tǒng)

通過泵站抽取原位三相凈化系統(tǒng)出水，接入800m2人工復(fù)合梯級(jí)濕地及840m2景觀型邊坡表面流濕地(工藝為微曝氣垂直流濕地+水平潛流濕地)進(jìn)行深度凈化，見圖6，最后通過生態(tài)河道(工藝為沉水植物+生態(tài)浮床)的水力循環(huán)過程，輸送到河流末端，以此來循環(huán)往復(fù)整個(gè)處理流程。

圖6 人工濕地效果

4.2 內(nèi)源污染控制工程

對(duì)河道污泥采用底泥原位消減技術(shù)，并加入緩釋型底泥修復(fù)材料，降解和維持底泥有機(jī)質(zhì)含量，同時(shí)固定沉積物中的磷。

4.3 活水循環(huán)工程

在環(huán)形河道設(shè)置溢流壩，分隔人工復(fù)合濕地出水與河水，同時(shí)實(shí)現(xiàn)環(huán)形河道內(nèi)水體逆時(shí)針單向流動(dòng)；在東南側(cè)河流末端設(shè)置液壓壩，在保持常水位的基礎(chǔ)上，利用水泵使河道水體呈逆時(shí)針流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)活水循環(huán)，改善河道內(nèi)水動(dòng)力條件；利用人工曝氣增氧技術(shù)，設(shè)置浮水噴泉式曝氣機(jī)2臺(tái)，太陽能解層式曝氣機(jī)3臺(tái)，羅茨曝氣風(fēng)機(jī)4臺(tái)，消除水體分層，提高水體復(fù)氧能力，實(shí)現(xiàn)河道內(nèi)活水循環(huán)，改善河流水質(zhì)。河道活水循環(huán)示意圖見圖7。

4.4 河道生態(tài)修復(fù)工程

利用生態(tài)浮床浮島、硬質(zhì)駁岸生態(tài)改造工程，改善河道生境，提高生物多樣性，優(yōu)化河流生態(tài)系統(tǒng)。在主河道兩側(cè)設(shè)置1600m人工生態(tài)浮床，在河道中央設(shè)置26座人工生態(tài)浮島，浮盆上種植挺水植物、漂浮植物，浮盆下懸掛復(fù)合填料，加強(qiáng)對(duì)河道水質(zhì)的凈化能力。對(duì)主河道硬質(zhì)駁岸進(jìn)行生態(tài)改造，結(jié)合河道原位三相凈化系統(tǒng)的配置，將硬質(zhì)駁岸與生態(tài)浮床相結(jié)合，駁岸上種植迎春、連翹、常春藤等掛壁式植物，柔性圍隔內(nèi)的人工浮床種植耐污型、景觀性強(qiáng)的挺水植物和漂浮植物，共計(jì)1024m；將環(huán)形河道原有垂直混凝土駁岸拆除改造為生態(tài)駁岸，共計(jì)80m。

圖7 山湖苑河活水循環(huán)示意圖

5 治理效果

山湖苑黑臭河道通過歷時(shí)5個(gè)月的生態(tài)整治，水質(zhì)得到較大改善。第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》相關(guān)要求，對(duì)山湖苑河開展了持續(xù)半年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，主要指標(biāo)數(shù)據(jù)見表1。根據(jù)山湖苑河所有采樣監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)繪制變化曲線圖(見圖8、圖9)。

表1 山湖苑河水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總

圖8 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(透明度、溶解氧)變化曲線

圖9 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(氨氮、氧化還原電位)變化曲線

由圖8分析可得，2018年11月基本完成土建施工后，溶解氧及透明度指標(biāo)已明顯提高；2019年1月設(shè)備全面運(yùn)行后，這兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)一步顯著提高。整治后，山湖苑河水體透明度監(jiān)測(cè)指標(biāo)最高值達(dá)1.81m。根據(jù)實(shí)地觀察，部分河段可直接看到河底卵石，視覺感官上河道水體清澈，魚蝦成群，治理成效明顯。在設(shè)備全面運(yùn)行后，透明度始終維持在80cm以上，但透明度指標(biāo)受降雨、季節(jié)變化影響較大，數(shù)據(jù)波動(dòng)較明顯。山湖苑河溶解氧濃度從輕度黑臭狀態(tài)的0.90mg/L增加至9.0mg/L左右，數(shù)據(jù)增長(zhǎng)10倍，溶解氧濃度大幅增加，指標(biāo)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類水，水生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)凈化能力大大提升。

由圖9分析可得，2018年11月基本完成土建施工后，山湖苑河氨氮含量由4.69mg/L大幅下降到0.50mg/L以下，下降近89%，已遠(yuǎn)低于城市輕度黑臭水體指標(biāo)。在半年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，該指標(biāo)穩(wěn)定保持在0.20mg/L左右，指標(biāo)達(dá)到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ類水。數(shù)據(jù)表明通過原位三相凈化工程、人工濕地及生態(tài)河道的循環(huán)治理對(duì)消除氨氮作用明顯。氧化還原電位指標(biāo)是4項(xiàng)指標(biāo)中整治前后變化最小的，均維持在較優(yōu)水平。

在半年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，山湖苑河水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，說明外源污染和水質(zhì)凈化工程、內(nèi)源污染控制工程、河道生態(tài)修復(fù)工程、活水循環(huán)工程運(yùn)行狀況良好，水體達(dá)到長(zhǎng)治久清的目標(biāo)。

6 優(yōu)缺點(diǎn)分析

原位三相凈化系統(tǒng)無須土建池體施工，沒有用地空間難題，較靈活便捷，去除效率高，施工及后期運(yùn)行維護(hù)操作簡(jiǎn)單，自帶景觀效果。相比傳統(tǒng)人工濕地工藝，人工復(fù)合濕地大大改善并增強(qiáng)了水質(zhì)處理效果與運(yùn)行穩(wěn)定性，成為周邊居民休息健身的場(chǎng)所。原位消減技術(shù)可就地解決污泥處理問題，無須挖取及運(yùn)輸，無二次污染，施工成本較低，無死角，見效快，可有效改善底泥環(huán)境。生態(tài)修復(fù)工程中生態(tài)浮島及生態(tài)浮床均安裝方便，既可有效降解有機(jī)物濃度以及氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽，使河流能夠恢復(fù)一定的自凈能力，又改善了原有河道駁岸的冰冷硬質(zhì)景觀效果，增加了河道的美觀性?；钏h(huán)工程使斷頭浜恢復(fù)了河道水體循環(huán)，消除了水體分層，可制造富氧活水流，改善水體微生環(huán)境和景觀，提高河道自凈能力。

植物的維護(hù)是人工濕地系統(tǒng)后期運(yùn)營(yíng)管理工作的重點(diǎn)與難點(diǎn)，后期的運(yùn)營(yíng)及長(zhǎng)效管理需要保證足夠的資金及人力。人工生態(tài)濕地及曝氣裝置均會(huì)在白天產(chǎn)生一些噪聲。

7 結(jié) 語

通過對(duì)山湖苑河黑臭水體整治應(yīng)用及成效進(jìn)行研究，可以看出生態(tài)治理措施對(duì)于河道黑臭水體消除、水質(zhì)改善、河道生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)、景觀效果提升起到了十分積極的作用。外源污染控制和水質(zhì)凈化工程、內(nèi)源污染控制工程、河道生態(tài)修復(fù)工程、活水循環(huán)工程共同作用，保證了河道長(zhǎng)治久清。山湖苑工程的實(shí)施，不僅改善了沿岸居民的生活品質(zhì)，受到周邊居民認(rèn)可，而且作為典型案例對(duì)常熟市黑臭水體的生態(tài)治理意義重大，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益、生態(tài)效益。?