上海市普陀區(qū)外浜水系水環(huán)境治理與新技術(shù)運(yùn)用

(上海汀瀅環(huán)?？萍加邢薰荆虾?201707)

根據(jù)《上海市水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出的“2020年前基本消除喪失功能水體”目標(biāo)要求，上海市普陀區(qū)提出了水污染治理、水生態(tài)構(gòu)建、水景觀營(yíng)造、水安全保障的水環(huán)境綜合整治總體目標(biāo)。普陀區(qū)屬于上海市中心城區(qū)，根據(jù)引排水調(diào)度情況、河道分布現(xiàn)狀及水系規(guī)劃，區(qū)內(nèi)水系共分為7個(gè)片區(qū)、市管河道及獨(dú)立河道3種類型。在本次水環(huán)境綜合治理中，普陀區(qū)根據(jù)7個(gè)片區(qū)的實(shí)際情況，有針對(duì)性地提出治理方案，再以凈化的水體反哺桃浦河等骨干河道，最終實(shí)現(xiàn)全區(qū)水環(huán)境明顯改善。普陀區(qū)水系及分片情況見圖1。

圖1 普陀區(qū)水系及分片情況

外浜水系位于普陀區(qū)西南角，南部邊界為蘇州河，本次普陀區(qū)外浜水系水環(huán)境治理工程是對(duì)片區(qū)內(nèi)8條河道的系統(tǒng)性綜合治理，工程主要任務(wù)是控制內(nèi)外源污染，提升河道自凈能力，控制藍(lán)藻水華，提升河道水質(zhì)。除了相對(duì)封閉的河道外，該工程中有4條河道是該區(qū)域重要的引排河道，分別為外浜、姚明港、蔡家浜和達(dá)長(zhǎng)浜(見圖2)，4條河道的河口寬度約為10～16m。

1 本底調(diào)查與問題分析

根據(jù)2017—2018年水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，外浜、姚明港、蔡家浜和達(dá)長(zhǎng)浜4條引排河道的氨氮、COD和總磷指標(biāo)明顯偏高，均屬于劣Ⅴ類水體。該工程前期現(xiàn)場(chǎng)踏勘時(shí)正處于夏季高溫季節(jié)，河道藍(lán)藻水華現(xiàn)象非常明顯，河面呈綠漆狀，水體透明度大大低于平時(shí)，感官較差。根據(jù)探查，由于中心城區(qū)長(zhǎng)期存在污水溢流入河的現(xiàn)象，河道底泥也存在比較嚴(yán)重的污染，顏色發(fā)黑并且散發(fā)臭味，受污染淤泥的厚度普遍在50cm以上，其中蔡家浜河道的受污染淤泥厚度最深達(dá)到1m。

在城市的建成區(qū)，外部污染物進(jìn)入河道的途徑一般有雨水匯入、污水混接、外部調(diào)水以及垃圾拋撒等，各類污染途徑見圖3。對(duì)于不同城市和不同區(qū)域，上述幾類途徑在污染總量中所占比例會(huì)有所不同，但是一般而言，污水混接所占比例相對(duì)較大，也是現(xiàn)階段城市水環(huán)境治理的重點(diǎn)之一。

圖3 外部污染物進(jìn)入水環(huán)境途徑

由于歷史遺留問題，普陀區(qū)外浜水系中的主要河道均存在因雨污混接而導(dǎo)致污水溢流入河的現(xiàn)象，而污染物的長(zhǎng)期排放，除了污染河道水體外，還使污染底泥越來越厚。各類污染物質(zhì)長(zhǎng)期累積，在高溫季節(jié)表現(xiàn)尤為明顯，污染底泥厭氧反應(yīng)強(qiáng)烈，對(duì)上覆水體的污染嚴(yán)重，水體污染物濃度指標(biāo)大幅升高。

2 技術(shù)路線與治理方案

普陀區(qū)外浜水系通過三號(hào)橋泵閘與東側(cè)的木瀆港相連，木瀆港向南與蘇州河相接，使外浜水系中的主要河道相互連通，共同承擔(dān)防洪除澇和引調(diào)水任務(wù)。此次水環(huán)境治理工程摒棄了以往單河治理的做法和思路，而是遵循系統(tǒng)思維，將其視作一個(gè)整體加以綜合治理。工程總體技術(shù)路線為截污優(yōu)先、底泥改良、水質(zhì)凈化、生態(tài)恢復(fù)、長(zhǎng)效管理，前期通過強(qiáng)力的人工措施短期內(nèi)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)有污染局面，后期則是充分發(fā)揮生物凈化作用，由自然做功，最終達(dá)到構(gòu)建低維護(hù)、長(zhǎng)效穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)的目的。

此次工程綜合治理方案主要是重點(diǎn)打造三大系統(tǒng)，分別為內(nèi)外源污染控制系統(tǒng)、高效深層人工曝氣系統(tǒng)和沉水植物凈化系統(tǒng)。內(nèi)外源污染控制系統(tǒng)是前提也是關(guān)鍵，工程所處區(qū)域是上海市的中心城區(qū)，地下管網(wǎng)布局復(fù)雜，而且不少管網(wǎng)建設(shè)年代久遠(yuǎn)，雨污混接問題難以在短時(shí)間內(nèi)完全解決，為了盡可能阻斷外源污染，工程措施包括局部管網(wǎng)改造、排水口集中凈化、河岸緩沖帶建設(shè)等。對(duì)于內(nèi)部污染源，該系統(tǒng)非常重視對(duì)于河道底泥的原位處理，實(shí)行“泥水共治”，在不進(jìn)行河道疏浚的情況下，采取礦物質(zhì)吸附、底泥持續(xù)氧化、生物封閉等措施對(duì)底泥進(jìn)行處理。高效深層人工曝氣系統(tǒng)可以在沉水植物尚未形成規(guī)模之前，沿河道布置新型的人工曝氣設(shè)施，為水體提供足夠的溶解氧，使整體水環(huán)境保持相對(duì)的穩(wěn)定，為下一步的生物凈化贏得時(shí)間，創(chuàng)造條件。沉水植物凈化系統(tǒng)則是在改善底質(zhì)和穩(wěn)定水質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過沉水植物的大量生長(zhǎng)，吸收水體中的污染物質(zhì)并釋放氧氣，促進(jìn)有益微生物的大量繁衍，從而產(chǎn)生強(qiáng)大穩(wěn)定的生物凈化能力，同時(shí)有利于河道生物多樣性的形成。該工程的三大系統(tǒng)相輔相成，兼顧了短期和長(zhǎng)期的需求，可持續(xù)提升水體水質(zhì)。

3 治理效果分析

施工結(jié)束后，各條河道的水質(zhì)均得到了持續(xù)改善和大幅提升，主要指標(biāo)達(dá)到了地表Ⅴ類水的考核標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)甚至達(dá)到或超過Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)2019年6—12月的持續(xù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，4條主要引排河道的氨氮和總磷濃度指標(biāo)的變化情況見圖4、圖5。

圖4 氨氮濃度指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

圖5 總磷濃度指標(biāo)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

由圖5可知，總磷濃度指標(biāo)在2019年6月發(fā)生異常波動(dòng)，排查后發(fā)現(xiàn)，附近道路下方有污水管破裂導(dǎo)致滲漏，經(jīng)及時(shí)處置后水質(zhì)很快得到了恢復(fù)，之后河道水質(zhì)一直保持穩(wěn)定。

經(jīng)過系統(tǒng)治理，外浜水系河道的藍(lán)藻水華消失，總體透明度達(dá)到80cm以上，感官性狀得到了明顯改善。河道逐步構(gòu)建了以沉水植物為主的清水態(tài)草型生態(tài)系統(tǒng)，河道自凈能力大大增強(qiáng)。外浜治理前后河道透明度對(duì)比見圖6，治理后河底水草清晰可見。

圖6 外浜治理前后透明度對(duì)比

4 新技術(shù)的運(yùn)用

4.1 河道底泥原位處理技術(shù)

河道清淤是清除內(nèi)源污染的常用方式，也是傳統(tǒng)水利工程常見的措施，但是投入費(fèi)用較大，淤泥堆放和處置場(chǎng)地也越來越受限制，此外，清淤會(huì)完全破壞河道底部生態(tài)系統(tǒng)，使河道自凈能力被徹底破壞，治標(biāo)不治本。因此，如果河道淤積對(duì)過流能力的影響在允許范圍內(nèi)，完全可以考慮對(duì)底泥進(jìn)行原位處理。普陀區(qū)外浜水系水環(huán)境治理工程在排干河道之后，沒有實(shí)施清淤措施，而是對(duì)污染底泥進(jìn)行了原位處理，重點(diǎn)在于控制底泥向上覆水體釋放污染物，此項(xiàng)措施節(jié)約了大量工程投資，同時(shí)也避免了二次污染和污染物轉(zhuǎn)移。底泥原位處理中一項(xiàng)重要技術(shù)是采用了“改性生物底泥改良劑”的專利產(chǎn)品，該材料是采用厚殼貽貝等生物材料，通過特殊的改性加工工藝制成復(fù)合貝殼改性生物材料。該材料具有高比表面積的內(nèi)部物理結(jié)構(gòu)特性，有很強(qiáng)的磷吸收能力，有效控制了底泥向上覆水體釋放營(yíng)養(yǎng)鹽(特別是磷)，對(duì)藻類水華起到了很好的預(yù)防作用。

4.2 沉水植物懸床技術(shù)

沉水植物對(duì)于增強(qiáng)河道水體自凈能力有著非常重要的作用，但是當(dāng)河道水深超過1.5m時(shí)，沉水植物往往生長(zhǎng)困難。為了克服水深、透明度等因素對(duì)沉水植物生長(zhǎng)的制約，外浜水系水環(huán)境治理工程采用了“沉水植物懸床”的專利技術(shù)，該技術(shù)利用懸床載體和人工基質(zhì)栽植沉水植物，植物懸床可以根據(jù)水體透明度情況，通過升降人為調(diào)控植物在水下的深度，確保沉水植物能夠接受到陽(yáng)光，自由生長(zhǎng)，見圖7。當(dāng)河道透明度穩(wěn)定且達(dá)到一定的程度后，沉水植物懸床甚至可以完全落到河底，與河道底泥融為一體。沉水植物懸床的種植基質(zhì)由天然植物纖維材料通過無害化工藝制作而成，該材料本身就是植物纖維，對(duì)環(huán)境無害，在一定年限后還能夠自然降解。懸床的基質(zhì)材料除了非常有利于沉水植物根系的生長(zhǎng)附著外，還可作為底棲生物、魚類的棲息地，此外，該基質(zhì)材料的比表面積大，微生物掛膜能力也較強(qiáng)。

圖7 沉水植物懸床

4.3 高效深層人工曝氣技術(shù)

人工曝氣是水環(huán)境治理中的常見技術(shù)，但是一般的人工曝氣往往只考慮增加水體表層的溶解氧，河道中下層溶解氧依然缺乏，河道底部常處于厭氧狀態(tài)，而底部厭氧狀態(tài)往往使底泥成為“源”，不斷地向上覆水體中釋放污染物質(zhì),導(dǎo)致水體污染物濃度指標(biāo)居高不下。為此，外浜水系水環(huán)境治理工程專門設(shè)計(jì)了深層曝氣系統(tǒng)，通過對(duì)曝氣頭、曝氣管重新進(jìn)行設(shè)計(jì)組合，制造了專門用于河道深層曝氣的裝置，見圖8。該裝置采用橡膠膜曝氣管及不銹鋼固定底座，便于組合及安裝，能夠在河道中下部直接曝氣，橡膠膜片擴(kuò)散出的氣泡直徑小，氣液界面大，曝氣強(qiáng)度高，不會(huì)產(chǎn)生孔眼堵塞，也不會(huì)導(dǎo)致底部淤泥的再懸浮，大大提升了河道底部的溶解氧濃度，甚至對(duì)河道底泥也能產(chǎn)生一定的氧化作用，有效改善了底泥微生境，促進(jìn)了好氧微生物的生長(zhǎng)，削減污染物效果明顯。該種曝氣設(shè)備經(jīng)過了近2年的運(yùn)行，性能依然可靠，故障率低。

圖8 高效深層曝氣裝置

5 結(jié) 語(yǔ)

普陀區(qū)外浜水系水環(huán)境治理工程中的主要河道均是城區(qū)重要的排水通道，對(duì)城市防洪排澇安全至關(guān)重要，水環(huán)境治理工程若是簡(jiǎn)單粗暴地隔斷河道進(jìn)行封閉式治理，將會(huì)嚴(yán)重影響城市安全，在河道藍(lán)線范圍內(nèi)采取的任何措施都應(yīng)符合水務(wù)部門的相關(guān)要求。應(yīng)該遵循系統(tǒng)治理的思路，不能簡(jiǎn)單粗暴地進(jìn)行封閉式治理，對(duì)于城市引排河道，其治理方式與封閉水體、湖泊有所不同，需要結(jié)合水利調(diào)度需求，分析研究生態(tài)調(diào)度的可能性。

在城市的老城區(qū)，雨污混接往往是導(dǎo)致河道污染的重要原因之一，因此在城市水環(huán)境治理中需要充分發(fā)揮河長(zhǎng)制的作用，水岸有效聯(lián)動(dòng)才能達(dá)到治理目標(biāo)。然而水質(zhì)提升要求非常迫切，外源污染也不可能在很短的時(shí)間內(nèi)完全杜絕，對(duì)于少量存在的暫時(shí)難以解決的污水外溢問題，工程技術(shù)人員應(yīng)積極研究有效的臨時(shí)措施加以控制，不應(yīng)讓局部問題影響到整體的治理效果。