治理黑臭河道暗渠工程的技術措施

張旭濱，任學燾

（1.天津市政工程設計研究總院有限公司，天津300392；2.廣東省中山市工程建設技術事務中心，廣東 中山528400）

1 黑臭水體環(huán)境問題現狀

1.1 黑臭河道污染現狀

隨著全球工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，城市水體污染日益嚴重，污染事件頻頻發(fā)生，城市河道水體污染成為全世界的普遍問題。近年來，在我國城鎮(zhèn)化進程加快的背景下，城市排污量的不斷增加，再加上城市水體自身環(huán)境容量小等原因，許多城市水體已受到嚴重污染。

然而，當前我國城市污水管網及污水處理廠等基礎配套設施的建設未能及時跟上，這使一些城市水體，尤其是中小城鎮(zhèn)水體直接成為工業(yè)廢水、生活污水及農業(yè)排水的主要排放通道和場所。大量污染物入河，水體中化學需氧量（COD）、氮（N）、磷（P）等污染物超標嚴重，導致城市水體大面積污染，引起水體富營養(yǎng)化，更嚴重的情況是水體出現季節(jié)性或中年黑臭，嚴重影響城市生活環(huán)境和形象。

1.2 黑臭水體的危害

黑臭水體不僅影響城市水環(huán)境景觀生態(tài)建設，還對人體的呼吸系統、循環(huán)系統和消化系統產生不良影響：

1）破壞河道生態(tài)系統。黑臭河流中水體溶解氧含量較少，影響水體中魚類及其他生物正常發(fā)育，造成其大量死亡，導致河流生物多樣性降低，引起河流自凈能力下降。

2）危害市民身體健康。沿流域的地區(qū)和城市由于河流水質被污染，居民的飲用水安全受到重大危險，而且容易滋生致病微生物導致大規(guī)模的疾病暴發(fā)，嚴重危害流域周邊居民的身體健康。

2 黑臭河道成因分析

黑臭河道中的污染物來源分為3部分：（1）水體中的污染；（2）外源污染；（3）內源污染。

2.1 外源性污染造成的缺氧環(huán)境

城市水體超量收納外源性污染物時，外源性污染物會快速消耗水體中的溶解氧。當溶解氧降低至2.0 mg/L，水體將處于缺氧狀態(tài)。在厭氧環(huán)境下，厭氧微生物生物代謝活動旺盛。大量有機物在厭氧菌作用下進一步分解成甲烷、氮氣、硫化氫等帶異味且易揮發(fā)的難溶氣體。厭氧條件下由厭氧放線菌分泌的土臭素和異茨醇也會導致水體發(fā)臭。

同時，氣體在上升過程中會攜帶部分污泥進入水相，導致水體發(fā)黑。在厭氧微生物作用下，溶于水體的帶色有機化合物會發(fā)生反應生成硫化鐵等黑色沉積物，有色沉積物也會在氣體托浮作用下進入水體。

2.2 內源性污染釋放污染物

內源性污染釋放的氮、磷污染物是導致河道黑臭的主要原因：

1）由于底泥與間隙水間的濃度差，底泥污染物向上覆水體釋放。此外，底泥微生物在降解污染物的過程中大量消耗水體溶解氧，再加上外源性污染物的影響，導致厭氧發(fā)酵產生甲烷、氮氣等致使水體黑臭的氣體。在一些污染水體中，底泥中污染物的釋放量與外源性污染物總量相當。

2）藻類過度繁殖導致水體黑臭。藻類瘋狂生長會消耗水體大量溶解氧，同時死亡后的藻類會被分解形成有機物和氨氮，導致河流出現季節(jié)性黑臭。

2.3 河道流速及自然氣候影響

河道水體中溶解氧主要來源于大氣復氧。當水體流動速度過慢甚至停止流動時，河流大氣復氧能力衰退造成局部水域虧氧現象，增加水華爆發(fā)風險，引起水質惡化。

3 暗渠對環(huán)境的影響

隨著城市化進程加劇，城中村改造，許多城市河道空間不斷被侵占、擠壓，原有的河道被改造成為暗渠，大量污水直排到暗渠內，同時在出口末端設置“總口”，變成“死水”。在黑暗、密閉的空間產生厭氧發(fā)臭、淤泥沉積河道變成“死河”。這些暗渠成為城市排污的通道，如果不加以整治就仍是積累大量污染的“黑臭”通道，成為藏污納垢的隱蔽區(qū)。下雨時，大量污染被沖進河道，河流長制久清無法得到保障，且一旦地下暗涵發(fā)生滲漏破裂或垮塌易導致上部建筑發(fā)生沉降傾斜，甚至坍塌引發(fā)嚴重的安全事故。

4 暗渠工程治理的技術措施

針對暗渠最有效的整治方式就是將其“打開”，讓河流重現生機。但是，多種因素疊加后，城市暗渠治理難度極大，是水污染治理最難啃的“硬骨頭”。暗渠整治需要對暗渠內混流排口、污水排口進行溯源，整改暗渠內排口多，內部結構錯綜復雜，排查溯源耗時長、難度大。下面結合具體項目介紹排口溯源、污染源分析、截污、清淤等技術措施。

4.1 項目概況

華南地區(qū)某城市市內的排洪渠全長約1 800 m，其中，明渠段約1 000 m，暗渠段約800 m，河涌寬度大約9 m。治理之前水質為中度黑臭，項目建設目標為全面消除黑臭，按照《城市黑臭水體整治工作指南》（國發(fā)〔2015〕17號）中4項水質指標要求（氨氮＜8.0 mg/L，溶解氧≥2.0 mg/L，透明度≥0.25 m，氧化還原電位≥50 mV）。

4.2 排口溯源

排洪渠最前端為300 m暗渠，中間1 000 m為明渠段，在兩個城中村之間穿過，末端500 m暗渠斜穿過兩條城市主干道及城市快速環(huán)線。通過采用三維激光掃描、蛙人入涵排查等技術，探查出排洪渠沿河共存在排口69個，旱季排水排口37個。其中，包括暗渠中的排口9個。

4.3 污染源結構計算及分析

4.3.1 點源負荷計算

污染物從產生源頭至河道的輸移過程由于蒸發(fā)、滲漏、沉降、降解等因素衰減，最終進入河流的污染物總量可通過一定的入河系數確定。點源符合的計算公式見式（1）、式（2）：

式中，Wdi，j為排口i水體中污染物j一年的污染排放量，t/a；Wdi，j為排口i水體中污染物j排污濃度，mg/L；Qdi為排口i水體中污染物j排污水量，m3/d；Wd，j為污染物j一年的污染排放量，t/a。

4.3.2 入河面源污染物負荷計算

入河面源污染物負荷的計算，是基于本工程建立的片區(qū)地表徑流污染模型（SWMM），通過模型模擬計算，得出排洪渠河道面源污染物年入河量COD為108.53 t/a，氨氮為7.11 t/a，總磷（Total Phosphorus，TP）為0.84 t/a。

4.3.3 結構分析

排洪渠流域內的污染物主要分布，有點源污染及面源污染，各類型污染源污染負荷數據見表1。

表1 各類型污染源污染負荷數據

由表1可知：

1）COD指標：點源污染（64%）＞面源污染（36%）。

2）氨氮指標：點源污染（78%）＞面源污染（22%）。

3）TP指標：點源污染（83%）＞面源污染（17%）。

綜合分析可知：點源污染對于COD指標、氨氮指標及TP指標貢獻均大于面源污染。

根據對排洪渠不同污染源進行現場調查及分析，得出以下結論：流域內污染源分為點源、面源及內源，其中點源污染為主要污染源，面源及內源其次。所以，采取截污措施消除點源污染是消除本項目黑臭水體最有效的措施[1]。

4.4 截污

黑臭河道整治應該遵循“截污—治水—生態(tài)恢復”的總體思路。其中，控源截污是黑臭水體整治最有效的工程措施，也是其他技術措施的前提。本項目截污工程結合當地的實際情況，考慮分期實施的需要，截污管過流斷面既要滿足污水過流量，又要考慮片區(qū)大部分地區(qū)雨污合流的現狀。經過分析，本項目采用3倍截流倍數，在排洪渠起點增設截流壩，將上游旱季污水截入新建DN400 mm污水管網。

1）明渠段。沿河涌兩側新建DN400 mm截污管沿途收集周邊區(qū)域污水和初期雨水，阻止污染物入河。針對混流直排口，保留排口，采用上游新建圓形槽式截流井截流。

2）暗渠段。沿暗渠壁兩側鋪設新建DN500 mm截污管1 140 m，沿途針對排口新建截流井收集排入暗渠的污水和初期雨水，阻止污染物入河。在新建管網末端采取暗渠側壁開孔接入DN800 mm污水主管。暗渠內現狀排水口型式多樣，支管接入暗渠檢查井剖面見圖1，支管接入暗渠截流井剖面見圖2，可以根據這2個剖面圖所顯示的方式來實施接入主干截流管。

圖1 支管接入暗渠檢查井剖面

圖2 支管接入暗渠截流井剖面

4.5 清淤

暗渠蓋板開孔既要滿足施工進料、通風換氣、緊急撤離等施工安全要求，又要兼顧暗渠段截污工程、清淤工程的施工時序。針對此，采取的施工措施有2項：

1）在暗渠清淤工程中采用的是高壓水射流的清淤方式，啟動高壓射水車高壓泵，將水加壓后送入射水噴嘴，其向后的噴射產生的反作用力使射水噴頭和膠管一起向反方向前進，同時清洗管壁；當噴頭到達下游檢查井時，機動絞車將軟管收回，射水噴頭繼續(xù)噴射水流將殘余的沉淀物沖到下游的檢查井，由吸泥車將其吸走。

2）暗涵清淤需要在密閉空間作業(yè)，空間狹窄且大量有毒有害氣體聚積，施工前對暗涵內的氧濃度、有毒有害氣體（如一氧化碳、硫化氫等）濃度等進行檢測，檢測結果達標后，方可進行施工施工時必須采取通風措施，保持空氣流通，并做好監(jiān)測監(jiān)控工作。

5 結語

對于治理黑臭河道水體來說，要遵循客觀規(guī)律，按水體黑臭程度分類整治，堅持“清淤、截污、排口溯源、正本清源”的治理思路，綜合采取“水體內外齊治”等措施，整治前調查，整治后保持，對水體周邊情況精準施策，開展對黑臭河道及暗涵綜合整治，讓暗涵“重見天日”，達到國家提出的全面提升河道水體水環(huán)境的要求。