蘇南某城市郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道黑臭水體整治設(shè)計(jì)

薛靜靜 王美娟 于鑫婭

摘要：近年來，蘇南地區(qū)城鎮(zhèn)化迅速發(fā)展，使原本距城市較遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)變成了非規(guī)劃中的“城市郊區(qū)”，鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化高速發(fā)展的同時(shí)，日益增多的生活污水、工業(yè)廢水和初期雨水導(dǎo)致水質(zhì)變化，形成黑臭水體。以蘇南某城市郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)黑臭河道為例，經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查之后，依據(jù)河道生物相、底泥底質(zhì)及水質(zhì)現(xiàn)狀，并融合江南村鎮(zhèn)水景觀設(shè)計(jì)理念，將河道分為5個治理段，分別采用不同的物理-生物-生態(tài)組合工藝（清淤、截污、復(fù)氧、濕地造流活水、生態(tài)提升）進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工。工程完工6個月后的檢測結(jié)果表明，所采用的治理工程可對重污染河道中的污染物氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（COD）等有較高的去除效果，可使其濃度保持在1.5、2.0、0.3、34.7 mg/L左右，去除率分別為66.52%、79.21%、44.44%、42.55%，河道整體水質(zhì)達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）V類要求。同時(shí)，河道中的溶解氧（DO）、透明度、氧化還原電位穩(wěn)定在5 mg/L、60 cm、50 MV左右，經(jīng)公眾評議黑臭消除，創(chuàng)造了一個自然、活潑、美麗的鎮(zhèn)區(qū)生態(tài)景觀。經(jīng)核算，工程總投資約120萬元，年運(yùn)行費(fèi)用6.1萬元，NH3-N、TN、TP、COD年減排量分別可達(dá)36.09、92.28、2.91、310.86 t。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道;蘇南;黑臭水體;復(fù)合型濕地;原位生態(tài)修復(fù)

中圖分類號：X703 ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2020）01-0049-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2020.01.010 ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Abstract： In recent years， the urbanization of southern Jiangsu province has developed rapidly， turning the towns and towns far away from the city into unplanned “urban suburbs”. At the same time as the rapid development of towns and villages， increasing sanitary sewage， industrial wastewater and initial rainwater which makes the water worse are the causes of black and odorous rivers. This project took the black and odorous river in the suburbs of a city in southern Jiangsu as an example. After a field investigation of the river， the river was divided into five parts according to biological phase， sediment， water quality and integrating the water landscape design concept of Jiangnan villages and towns. Each part adopted different physical-bio-ecological combination processes （desilting， interception， re-oxygenation， wetlands produce running water， ecoenhancement） for design and construction. Engineering test results showed that the remediation plan can have higher removal efficiency on pollutants including ammonia nitrogen （NH3-N）， total nitrogen（TN）， total phosphorus（TP）， chemical oxygen demand （COD）， etc. in heavy polluted rivers. NH3-N， TN， TP， COD can maintain its concentration at 1.5 mg/L， 2.0 mg/L， 0.3 mg/L， 34.7 mg/L， removal rates were 66.52%， 79.21%， 44.44%， 42.55% when 6 months after completion of the construction. At the same time， dissolved oxygen （DO）， transparency and redox potential in the river were stable at 5 mg/L， 60 cm， 500 MV. The quality of the river has reached the requirements of Class V of the Surface Water Environmental Quality Standards. After public comments， black and odorous rivers will be eliminated to create a natural， lively and beautiful ecological landscape of the town. According to the calculation， the total investment of the project is about 1.2 million， the annual operating cost is 61 000， and the emission reductions of NH3-N， TN， TP and COD are up to 36.09 t/a， 92.28 t/a， 2.91 t/a， 310.86 t/a，respectively.

Key words： village rivers; south Jiangsu; black and smelly water; complex wetland; in situ ecological restoration

近年來，蘇南地區(qū)城鎮(zhèn)化發(fā)展迅速，多數(shù)道路硬化，成排商品房新建，大批工商業(yè)企業(yè)入駐，大量外來人口涌入，使原本距城市較遠(yuǎn)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)變成了非規(guī)劃中的“城市郊區(qū)”。蘇南鄉(xiāng)鎮(zhèn)河網(wǎng)密布，河流大多介于長江和太湖之間，河流間水力聯(lián)系密切，水量受季節(jié)影響，區(qū)域內(nèi)排入河道的污染物總量超出水環(huán)境容量[1，2]，部分水體納污水平有限，導(dǎo)致水質(zhì)變化，形成黑臭水體。黑臭水體不僅影響居民的感觀體驗(yàn)，也直接影響到社會生產(chǎn)和人民生活。

目前城市黑臭水體整治已經(jīng)成為地方各級人民政府改善城市人居環(huán)境工作的重要內(nèi)容，但城鎮(zhèn)黑臭水體整治措施還未廣泛實(shí)施。對照《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動計(jì)劃的通知》和江蘇省《“兩減六治三提升”專項(xiàng)行動方案》（簡稱“263”行動），江蘇省太湖流域等重點(diǎn)區(qū)域?qū)⒃?020年實(shí)現(xiàn)Ⅴ類水的比例控制在30%以下，地級及以上城市建成區(qū)河道的黑臭現(xiàn)象控制在10%以內(nèi)。

本研究以距離城市主城區(qū)約10 km的蘇南某鄉(xiāng)鎮(zhèn)黑臭河道雁蕩河為例，針對雁蕩河周邊截污管道不完善、雨污分流不到位導(dǎo)致的氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（COD）濃度超標(biāo)等問題，采取河道清淤、管道截污、曝氣復(fù)氧、人工濕地活水、設(shè)生態(tài)浮島與投加生態(tài)填料等治理措施，達(dá)到凈化水質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水清岸綠景美的目的，以期為蘇南城市郊區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)河道黑臭水體整治和水景觀設(shè)計(jì)提供參考。

1 ?治理思路

1.1 ?水環(huán)境提升區(qū)域概況

水環(huán)境提升區(qū)域?yàn)檠闶幒幽涎佣?，位于雁蕩河、北漕河的交匯處與中巷河之間，河流自西向東流動，上游為雁蕩河和北漕河，下游為中巷河。雁蕩河南延段長約850 m，平均寬約12 m，平均水深約1.8 m，河道面積1.02 hm2。水環(huán)境提升工程將雁蕩河南延段分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ治理段，治理段總體布局如圖1所示。

1.2 ?水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查及存在問題

1.2.1 ?河道生物相分析 ?5個治理段內(nèi)的浮游植物均以藍(lán)藻（Cyanobacteria）為主，浮游動物以原生動物為主，優(yōu)勢種為旋回俠盜蟲（Strobilidium gyrans）;水生高等植物以蘆葦（Phragmites communis）、野菱（Trapa incisa）為主，水生低等植物以水花生（Alternanthera philoxeroides）等為主。

1.2.2 ?河道底泥底質(zhì)分析 ?治理段底質(zhì)結(jié)構(gòu)包括浮泥層、污泥層和淤泥質(zhì)土3層，總厚度約1.3 m，主要包含死亡藻類、樹葉、垃圾等沉積物，經(jīng)檢測滿足《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）的要求。

1.3 ?現(xiàn)狀水質(zhì)檢測與評價(jià)

經(jīng)過對雁蕩河南延段和上、下游河道進(jìn)行調(diào)查采樣和水質(zhì)檢測，所得水質(zhì)特征如表1所示。從檢測結(jié)果可以看出，該河水中NH3-N、TN、TP、COD均高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）中V類水的指標(biāo)濃度，為劣V，氧化還原電位依據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》為輕度黑臭的指標(biāo)范圍。

1.4 ?整治方案設(shè)計(jì)路線

依據(jù)水質(zhì)檢測結(jié)果，提出雁蕩河南延段整治方案，設(shè)計(jì)路線見圖2。

1.5 ?黑臭水體消除評價(jià)方法

黑臭水體消除評價(jià)參照《城市黑臭水體整治工作指南》第五章“城市黑臭水體整治效果評估”中的方法，從公眾評議、水質(zhì)監(jiān)測、工程竣工資料、政策機(jī)制建設(shè)4個方面進(jìn)行評估，即同時(shí)滿足4個條件：①工程竣工后，完成調(diào)查問卷滿意度在90%以上;②對黑臭水體進(jìn)行連續(xù)6個月水質(zhì)監(jiān)測，達(dá)到消除黑臭的目標(biāo);③提供全部工程或措施的完工證明材料及必要的影像資料;④建立河道或溝塘長效管理機(jī)制，確保水體長治久清。

2 ?工程方案設(shè)計(jì)

依據(jù)河道生物相、底泥底質(zhì)及水質(zhì)現(xiàn)狀將河道分為5個治理段，分別采用不同的物理-生物-生態(tài)組合工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，采取“清淤+截污+復(fù)氧+人工濕地+生態(tài)提升”工程措施治理鎮(zhèn)區(qū)河道。

現(xiàn)有濕地為表流單一濕地，不僅景觀效果單一，同時(shí)對水體的凈化能力也有限（圖3a）?，F(xiàn)將原來的表流濕地改成由潛流濕地、表流濕地、沉水沉淀區(qū)組成的復(fù)合型濕地工程（圖3b），最大程度地發(fā)揮工程效應(yīng)。

2.1 ?集水沉淀段（Ⅰ）

該段長110 m，寬12～15 m不等，水深1.0～2.0 m，水面面積約1 430 m2。首先，對該段河道中浮生植物及其他漂浮物進(jìn)行打撈，河底淤泥進(jìn)行清理、外運(yùn)、處理;然后，設(shè)置圍隔攔截河水形成沉水區(qū);最后，設(shè)置水力推流器將該處理段的河水排放至Ⅱ處理段。

2.2 ?濕地凈化段（Ⅱ）

植物科普區(qū)：該段長150 m，寬約12 m，水深1.0～1.8 m，水面面積約1 800 m2。在濕地四周修建蓄水擋墻，濕地建成臺階式，通過提升泵將雁蕩河南延段的水提升入濕地內(nèi)。根據(jù)水位選種浮葉植物和挺水植物，以名牌說明植物名稱、特性、功能。據(jù)不同植物所在的不同生長季節(jié)，合理控制植物之間的間距。植物培植的初期以人工培養(yǎng)為主，以物種多樣性為目標(biāo)，使各個物種均衡生長，經(jīng)過一段時(shí)間，生態(tài)系統(tǒng)便趨于多樣性，人工輔助行為可逐漸撤離，從而凈化水質(zhì)，提高水體透明度[3]。

2.3 ?跌水曝氣段（Ⅲ）

聽雨戲水區(qū)：該段長約200 m，寬12～15 m，水深1.5～2.0 m，水面面積約2 800 m2。在雁蕩河南延段與童子河南段交匯處沿原來的河岸線建擋墻作為水位提升區(qū)，擋墻內(nèi)建跌水景觀亭，河水用泵提升由亭頂以雨瀑狀下落至亭外回廊，下落過程自然復(fù)氧。跌水景觀亭后段構(gòu)建表流濕地，末端構(gòu)建景觀魚池，魚池起到蓄水和觀賞的作用。

2.4 ?曝氣復(fù)氧段（Ⅳ）

表流凈化區(qū)：該段長約230 m，寬10～12 m，水深1.0～1.2 m，水面面積約2 300 m2。前半部分以挺水植物為主建表流濕地，后半部分由于不適合植物生長，所以構(gòu)建水流雕塑跌水區(qū)，經(jīng)過表流濕地的水，流入一串形似花瓣的蓮花石溪，利用落差產(chǎn)生的沖力，充分地曝氣充氧，增強(qiáng)水中的含氧量，極富動感和觀賞價(jià)值。尾部構(gòu)建沉水植物展示區(qū)，搭配睡蓮造景。

2.5 ?植物景觀凈化段（Ⅴ）

沉水觀景區(qū)：該段長約160 m，寬10～12 m，水深1.2～1.5 m，水面面積約1 870 m2。原先種植大量蘆葦，但由于季節(jié)原因，冬季蘆葦呈枯萎狀態(tài)，嚴(yán)重影響整體景觀效果?，F(xiàn)改為種植沉水植物，沉水植物因扎根底泥中，可以直接從底泥中吸收營養(yǎng)，從而起到去除NH3-N、TP的作用[4]。同時(shí)以高大挺水植物為背景構(gòu)造清水平臺廊道，也能作為游覽者取景的良地。

2.6 ?河道自凈能力生態(tài)提升

在水域相對開闊、流速較緩、水深大于2 m的水域范圍內(nèi)每隔20 m設(shè)置1個半徑約為5 m的浮島，利用浮島中的水生植物吸收水體中的N、P等營養(yǎng)元素，吸附、截留藻類等懸浮物[5，6]。浮島中的水生植物可選擇風(fēng)車草、再力花混合種植，對TN、TP的去除率最高[7]。

在種植沉水植物之前按0.05 kg/m2的平均濃度在雁蕩河投放底質(zhì)改良劑510 kg，投放時(shí)均勻潑灑。底質(zhì)改良劑由微生物制劑（主要為本地菌種）和惰性載體組成。微生物可以分解底泥中的有機(jī)物，改良底泥基質(zhì)[8]。然后，在水深為0.5～1.5 m的區(qū)域兩側(cè)1 m范圍內(nèi)種植沉水植物，進(jìn)一步去除殘留的N、P。

為了更好地發(fā)揮植物與微生物的協(xié)同作用，植物根際區(qū)形成利于營養(yǎng)鹽輸出的微生物群落，有效分解水中有機(jī)物[9]，共布設(shè)長度為1 m的彈性填料約24 000根。具體布設(shè)方式為每組曝氣頭兩邊各布置一組生態(tài)填料，布設(shè)448組，每組規(guī)格為2 m×2 m，布設(shè)9根/m2，累計(jì)布設(shè)約16 000根彈性填料;此外，生態(tài)浮床下布設(shè)9根/m2，累計(jì)懸掛約8 000根。為了更好地發(fā)揮填料的作用，將填料布設(shè)在曝氣頭上方（圖4）。

在黑臭河道中設(shè)置曝氣復(fù)氧系統(tǒng)，提高水體中的溶解氧含量，為生態(tài)浮島和底質(zhì)改良劑提供氧氣。本項(xiàng)目的曝氣分成3種類型，一種為底部曝氣，在距池底180～200 mm處布設(shè)曝氣支管，距池底230～250 mm布設(shè)曝氣器，在Ⅰ治理段布置2臺功率為0.75 kW/臺的微納米氣泡復(fù)氧設(shè)備（一備一用）間歇曝氣;另一種為簡易式噴泉曝氣，在Ⅳ治理段20 m布置1個;還有一種燈光景觀噴泉，在Ⅴ治理段設(shè)置1個，可在曝氣的同時(shí)塑造美化河面景觀。

3 ?減排及經(jīng)濟(jì)投資分析

3.1 ?黑臭水體消除評價(jià)結(jié)果

按照國家住建部《城市黑臭水體整治工作指南》中城市黑臭水體整治效果評估方法進(jìn)行了評價(jià)，結(jié)果如下。

1）問卷部分。對雁蕩河南延段影響范圍內(nèi)的121名社區(qū)居民、商戶等進(jìn)行調(diào)查問卷，114份問卷答復(fù)“滿意”或“非常滿意”，滿意率為94.2%。

2）水質(zhì)部分。工程竣工后，連續(xù)6個月的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示河道中的污染物NH3-N、TN、TP、COD濃度可保持在1.5、2.0、0.3、34.7 mg/L左右（表2），達(dá)到了消除黑臭水體的目的。

3）驗(yàn)收部分。具備全部工程或措施的完工證明材料。

4）政策機(jī)制建設(shè)部分。已落實(shí)“河長制”，由專人負(fù)責(zé)巡查河道情況;完成了雁蕩河“一河一策”行動計(jì)劃。

由上述公眾評議、水質(zhì)監(jiān)測、工程竣工資料、政策機(jī)制4個方面完成情況評價(jià)，達(dá)到《城市黑臭水體整治工作指南》的黑臭消除要求，工程治理效果明顯。

3.2 ?減排分析

根據(jù)治理前的采樣檢測結(jié)果得出雁蕩河南延段上游河道水質(zhì)明顯好于下游河道水質(zhì)，說明本河段仍存在污染物輸入，經(jīng)過治理后，本河段污染物濃度明顯下降，為更直觀地了解本工程的減排效果，按照設(shè)計(jì)年均流速為0.05 m/s，從污染物去除率和污染物削減量兩個方面進(jìn)行分析。本工程的污染物去除率和污染物削減量計(jì)算公式如下：

本工程的污染物減排量=（治理前濃度-治理后濃度）×河寬×河高×年均流速×3 600 s×24 h×365 d×10-6

按照設(shè)計(jì)要求治理后，NH3-N去除率為66.52%，TN去除率為79.21%，TP去除率為44.44%，COD去除率為42.55%，雁蕩河南延段水質(zhì)整體提升。NH3-N、TP可滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅳ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，TN、COD可滿足Ⅴ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。NH3-N年減排量為36.09 t，TN年減排量為92.28 t，TP年減排量為2.91 t，COD年減排量為310.86 t，雁蕩河南延段污染物明顯削減，溶解氧（DO）、透明度以及氧化還原電位提高（表2）。

3.3 ?經(jīng)濟(jì)投資分析

采用靜態(tài)經(jīng)濟(jì)評價(jià)方法[10，11]，本工程一次性總投資為120萬元。以水面面積10 200 m2計(jì)，單位費(fèi)用為117.65元/m2。

本工程運(yùn)行費(fèi)用：①電費(fèi)（E1）。提升泵站用電負(fù)荷為20 kW（每天實(shí)際運(yùn)行時(shí)間按8 h計(jì)）;曝氣系統(tǒng)用電荷為0.75 kW（每天實(shí)際運(yùn)行按6 h計(jì)），電價(jià)按0.6元/（kW·h）計(jì)，則用電成本為98.7元/d。②人工費(fèi)（E2）。提升泵站設(shè)1人兼職管理，人均月工資按1 200.0元計(jì)，則人工費(fèi)用為40.0元/d。③設(shè)備日常維護(hù)管理費(fèi)（E3），以每年0.24萬元計(jì)，則日常維護(hù)管理費(fèi)為6.6元/d。④濕地植物養(yǎng)護(hù)費(fèi)（E4）。用于植物的更換、修建、收割的費(fèi)用以每年0.8萬元計(jì)，則該項(xiàng)費(fèi)用成本22.0元/d。

城鎮(zhèn)沿河段整個治理區(qū)域年每天運(yùn)行費(fèi)用為E=E1+E2+E3+E4=98.7+40.0+6.6+22.0=167.3元，年運(yùn)行費(fèi)用為61 064.5元。

4 ?小結(jié)

本工程采用“清淤+截污+復(fù)氧+濕地造流活水+生態(tài)提升”的方法治理鄉(xiāng)鎮(zhèn)黑臭污水河道，可使河水中NH3-N、TN、TP、COD濃度分別穩(wěn)定在1.5、2.0、0.3、34.7 mg/L，水體水質(zhì)維持《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）V類水質(zhì)。年減排NH3-N為36.09 t，TN為92.28 t，TP為2.91 t，COD為310.86 t。同時(shí)，河道水質(zhì)也達(dá)到《城市黑臭水體整治工作指南》的黑臭消除要求，工程治理效果明顯。經(jīng)測算，該工程總投資120萬元，約為117.65元/m2，年運(yùn)行總費(fèi)用為61 064.5元，約為6元/m2。本工程位于非規(guī)劃中的“城市郊區(qū)”，實(shí)現(xiàn)了蘇南某城鎮(zhèn)黑臭河道的水環(huán)境生態(tài)修復(fù)和生態(tài)自然演替，具有工程示范作用和應(yīng)用推廣價(jià)值。

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