福州市浦上河黑臭水體綜合治理探析

李 濤

(福州市水務(wù)投資發(fā)展有限公司總工辦 福建福州 350001)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和人民生活水平的提高，工業(yè)廢水和生活污水排放不斷增加，但城市基礎(chǔ)設(shè)施特別是市政管網(wǎng)由于缺乏超前規(guī)劃，建設(shè)相對滯后。許多城市水體污染物嚴(yán)重超標(biāo)，城市河道水環(huán)境問題日益突出[1]。城市水體黑臭現(xiàn)象頻發(fā)，不僅會破壞城市水生態(tài)系統(tǒng)，不利于城市可持續(xù)發(fā)展和城市整體形象，還會對當(dāng)?shù)鼐用裆顜韲?yán)重困擾，亟須采取措施，恢復(fù)城市河流生態(tài)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

福州市金山片區(qū)河道縱橫，多條河道成為住房建設(shè)部和生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合督辦的重度黑臭水體。而福州浦上河又是其中的典型重度黑臭水體和福州市金山片區(qū)水系綜合治理PPP項(xiàng)目的重點(diǎn)整治河道，加快其水體治理，消除水體黑臭現(xiàn)象刻不容緩。本文以福州市金山片區(qū)水系綜合治理PPP項(xiàng)目浦上河為例，分析了導(dǎo)致河道水體黑臭的原因，并針對原因給出具體解決方案，旨在為國內(nèi)城市黑臭水體治理提供借鑒和參考。

1 治理前河道水質(zhì)狀況及原因分析

1.1 河道概況

浦上河位于福州市南臺島金山片區(qū)，河道規(guī)劃長度約3.93 km，規(guī)劃河道寬度為18 m～20 m，規(guī)劃河底標(biāo)高3.80 m～3.30 m。浦上河上游為洋洽河，中下游連接飛鳳河及流花溪，最終匯入閩江。浦上河治理前為斷頭河，河道北段未與洋洽河連通，河底為硬質(zhì)底，河道沿岸分布有城中村、中心城區(qū)和工業(yè)區(qū)等區(qū)域，如圖1所示。

圖1 浦上河分段示意

1.2 河道污染狀況

根據(jù)國家住建部《城市黑臭水體整治工作指南》[2]定義，黑臭水體為呈現(xiàn)令人不悅的顏色和(或)散發(fā)不適氣味的水體。評價(jià)黑臭水體的指標(biāo)主要有溶解氧、氨氮、氧化還原電位和透明度等。通過對浦上河多個(gè)河道斷面水質(zhì)進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，各檢測點(diǎn)溶解氧、氧化還原電位、氨氮指標(biāo)均屬于重度黑臭(表1)，河道水體基本喪失水體自凈能力(圖2)。

圖2 治理前浦上河水質(zhì)狀況

表1 治理前浦上河水質(zhì)狀況表

1.3 污染源調(diào)查

1.3.1 生活污水及工業(yè)廢水

通過實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，浦上河在開展黑臭水體治理前，河道全線共有148個(gè)排口，其中主要排口有30個(gè)；沿河居民排水口108個(gè)，主要為居民散戶污水排放及雨污水管道混接，最終造成大量污水經(jīng)雨水管道進(jìn)入河道。

浦上河沿線分布著未完成拆遷的城中村，河道兩岸分布著數(shù)十個(gè)居民和商戶排水管。管徑一般為100 mm～150 mm，居民和和商戶生活污水混入雨水排水系統(tǒng)或者直排入河。此外，工業(yè)區(qū)也存在排水口，河道污染嚴(yán)重。通過對河道主要排口排水量實(shí)測，浦上河污水量約3400 m3/d，主要排口污水CODcr濃度波動較大，最高可達(dá)236 mg/L，部分排口NH3-N濃度最高，最高達(dá)35.1mg/L。主要排口水質(zhì)情況如表2所示。

表2 河道沿岸主要排口水質(zhì)狀況

1.3.2 面源污染

河道沿線分布著部分城中村，城中村區(qū)域存在農(nóng)業(yè)種植和畜禽養(yǎng)殖，種植過程中使用的化肥、生活垃圾以及畜禽糞便降雨時(shí)隨徑流進(jìn)入河道，導(dǎo)致面源污染嚴(yán)重?？傮w上，生活垃圾及農(nóng)業(yè)面源污染占主要地位，還存在部分合流制溢流污染[3]。對于已建成區(qū)，河道沿線初期雨水未有效截留，初期雨水帶來的面源污染問題較為嚴(yán)重。

1.3.3 河道底泥

原有河底采用條石鋪砌，由于長期接收沿河周圍污染物，加上浦上河河道未連通，河道水動力不足，河水流速下降，導(dǎo)致浦上河河道沉積大量有機(jī)物，內(nèi)源污染嚴(yán)重[4]。上游河道斷頭，水活性差，水活力及水生態(tài)極易惡化，也加重了河道底泥污染，河道底泥淤積情況如圖3所示。

圖3 河道底泥污染狀況

1.4 水體黑臭的成因及機(jī)理分析

1.4.1 生活、生產(chǎn)污水直排

浦上河沿岸生活污水和工業(yè)污水直接流入河道，加之初期雨水污染嚴(yán)重，導(dǎo)致大量污水進(jìn)入河道，水體有機(jī)物劇增。當(dāng)有機(jī)物大量進(jìn)入水體后，微生物快速繁殖，對有機(jī)物進(jìn)行分解，而在這個(gè)過程中會消耗大量氧氣。當(dāng)水體的耗氧量大于復(fù)氧量時(shí)，就會造成水體缺氧，形成厭氧狀態(tài)[5]。厭氧狀態(tài)下，厭氧菌大量繁殖，分解水體中的硫、氮等物質(zhì)產(chǎn)生硫化氫和氨氣等致臭氣體，一部分儲存在底泥中，一部分以氣泡形式進(jìn)入大氣，引起水體發(fā)臭。與此同時(shí)，工業(yè)廢水和初期雨水含有大量鐵、錳等重金屬，缺氧條件下與硫化氫反應(yīng)形成硫化鐵和硫化錳，造成水體發(fā)黑。

1.4.2 內(nèi)源污染

水體由于長期受到污染，水中污染物大量沉積。當(dāng)?shù)啄嘀形廴疚镞_(dá)到飽和后，則會向水體中釋放。厭氧菌通過代謝方式發(fā)生反硝化、甲烷化反應(yīng)，造成底泥上浮。此外，汛期雨水大量進(jìn)入河道，河底淤泥受強(qiáng)烈擾動作用大量上浮，從而引發(fā)河道水體黑臭。

1.4.3 水動力不足

浦上河上游由于未與其它水系連通，且為雨源性河流，缺乏有效補(bǔ)水，河道水動力不足，水生藻類泛濫(圖4)，微生物快速繁殖，導(dǎo)致水中溶解氧含量不斷降低，水體自凈能力基本喪失，水體長期處于黑臭狀態(tài)。

圖4 河道藻類生長狀況

2 治理措施

浦上河治理以控源截污、水系連通為基礎(chǔ)，通過清淤疏浚、水利調(diào)控、景觀提升、生態(tài)修復(fù)、建設(shè)水環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)等治理措施，實(shí)現(xiàn)水清、河暢、岸綠、景美的治理目標(biāo)。

2.1 控源截污

針對浦上河河道沿岸大量污、廢水直排和初期雨水污染問題，以控制污染物進(jìn)入河道為核心，加大污水收集力度，強(qiáng)化混接污水截留設(shè)施建設(shè)，確保旱天污水不進(jìn)入河道，初期雨水進(jìn)行收集。具體思路為:首先對雨污混接、錯(cuò)接進(jìn)行排查和整治，增加雨水初期效應(yīng)。然后通過沿岸鋪設(shè)截污管線，對河道沿線污水和初期雨水進(jìn)行截留，同時(shí)設(shè)置截留調(diào)蓄設(shè)施和末端處理裝置，對截留雨污水進(jìn)行調(diào)蓄和處理，減少污染排放，控制溢流污染，如圖5所示。

圖5 截留管網(wǎng)及調(diào)蓄池布置

2.1.1 雨污分流改造

對浦上河沿岸排口上游混錯(cuò)接管道進(jìn)行系統(tǒng)梳理，解決雨污管道混接、排水管道及檢查井各類缺陷的修復(fù)問題。

2.1.2 截污管道布置

由于浦上河沿岸存在城中村片區(qū)，雨污改造難度較大，難以徹底實(shí)現(xiàn)分流。因此，在河道沿岸布置截污干管，截污主要針對沿岸污水排放口、分流制雨水管道初期雨水，以及目前合流制污水系統(tǒng)排放口。浦上河截污管網(wǎng)系統(tǒng)采用重力流方式，管材選用球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管。其中項(xiàng)目主管道全長4.65 km，干管管徑為DN600-DN1600，主要用于截留旱季污水和初期雨水。

為防止旱天時(shí)河水進(jìn)入截留管道，確保污水收集，浦上河共設(shè)置23座截留井，包括13座開式堰門截留井、9座普通電控閘門截留井和1座旋轉(zhuǎn)式堰門截留井。浦上河設(shè)計(jì)常水位4.1 m～4.5 m，為確保小雨及高潮水位河水不倒灌。按照5.5 m作為防倒灌設(shè)計(jì)水位，對于大管徑(管徑>DN1000)排口，選擇能夠靈活應(yīng)對水位的下開式堰門，小管徑排口選擇普通閘門控制，并在澇水位上設(shè)置溢流口。截留井內(nèi)設(shè)置潛污泵和超聲波液位計(jì)，降雨結(jié)束后，待河道水位下降至適當(dāng)高度，水泵啟動將截留井上游水管內(nèi)雨水抽排至河道，由超聲波液位計(jì)反饋信號。

2.1.3 末端調(diào)蓄及處理

(1)調(diào)蓄池設(shè)計(jì)

浦上河共設(shè)置兩個(gè)調(diào)蓄池，總調(diào)蓄規(guī)模為9000 m2，單座調(diào)蓄池均為4500 m3,有效水深為4.2 m。調(diào)蓄池內(nèi)主要包括鑄鐵鑲銅圓閘門、門式自動沖洗系統(tǒng)、潛污泵和離子除臭設(shè)備。旱季污水經(jīng)調(diào)蓄池調(diào)蓄后，通過提升泵接入市政管網(wǎng)。雨季時(shí)，初期雨水通過截污管網(wǎng)收集后，暫時(shí)儲存在調(diào)蓄池中，待降雨結(jié)束后，提升至頂部一體化處理裝置，經(jīng)處理后排入河道，達(dá)到控制面源污染的效果。

(2)初期雨水處理

為避免大規(guī)模初期雨水納入市政管道，增加城市污水處理廠運(yùn)行負(fù)荷，影響污水廠出水水質(zhì)，對初期雨水進(jìn)行單獨(dú)處理，處理后排放至河道。采用水力旋流處理工藝處理初期雨水(圖6)，裝置采用一體化設(shè)計(jì)，主要去除初期雨水中的沉積物、油污和懸浮垃圾。一體化處理裝置主要包括高效凈化器、PAC/PAM加藥裝置和疊螺脫水機(jī)等設(shè)備。

圖6 水力旋流處理工藝

2.2 水系連通

針對浦上河上游與洋洽河未連通的情況，按規(guī)劃新開挖謝宅路至洋洽河段河道。新開挖部分河道長約0.8 km，采用斜坡式自然生態(tài)駁岸，以實(shí)現(xiàn)提升流水流速，增強(qiáng)河水動力，解決水體流動不暢的問題。

2.3 清淤疏浚

浦上河清淤以規(guī)劃河底標(biāo)高為基礎(chǔ)，對河道進(jìn)行干塘清淤，范圍主要在浦上河原有河道范圍內(nèi)進(jìn)行。河道整體淤積厚度為0.2 m～2.2 m，清淤前河道底標(biāo)高介于3.60 m～4.72 m，清淤后河道底標(biāo)高為2.57 m～3.13 m，現(xiàn)狀河道清淤河道范圍約為2.23 km?，F(xiàn)場采用干塘清淤，清淤至硬質(zhì)底。清淤量約為27 869.72 m3，使用半干式水泥泥漿組合方式進(jìn)行清淤。利用高壓水槍切割淤泥形成高濃度泥漿，由泥漿泵輸送到臨時(shí)堆場，使用同步篩分技術(shù)對淤泥進(jìn)行脫水固化，用于綠化種植和生產(chǎn)有機(jī)肥。

2.4 水利調(diào)度

保證內(nèi)河水利調(diào)控，控制內(nèi)河水位，提升和河道排澇能力，結(jié)合對片區(qū)內(nèi)河水力模型構(gòu)建。在浦上河下游與流花溪交匯南側(cè)與北側(cè)分別建設(shè)2座鋼壩閘，閘門尺寸分別為B×H=8 m×2.5 m、B×H=20 m×2.5 m。

2.5 景觀提升

為提升河道沿河環(huán)境，對河道沿岸規(guī)劃綠線范圍內(nèi)的各類建筑進(jìn)行拆除，總計(jì)拆除面積約10751 m2建筑；同時(shí)利用現(xiàn)有街邊綠地打造3處串珠公園，總面積約11 800 m2，豐富市民休閑空間；河道兩岸房屋完成拆遷后沿河建設(shè)景觀步道，并進(jìn)行景觀綠化，總面積約51 700 m2，整合濱河空間，提升河道景觀，改善沿岸居住環(huán)境,如圖7所示。

圖7 沿河景觀步道

2.6 生態(tài)修復(fù)

浦上河水系連通后，總長度達(dá)3.93 km，分為原有河道和新建河道。其中原有河道2.23 km，且均為硬質(zhì)河底。全河道構(gòu)建沉水植物和水生動物群落，沉水植物選擇去污能力較強(qiáng)的狐尾藻、馬來眼子菜、篦齒眼子菜和齟草；水生動物選擇鰱魚、鳙、河蚌螺及蝦等水生動物，并建設(shè)拋石生物巢。拋石生物巢選用粒徑10 cm～50 cm的塊石隨機(jī)布置于河底，共設(shè)33個(gè)，每個(gè)0.8 m3。挺水植物群落可以提高水體自凈能力，兼具良好的景觀效果。新建河道按照水面面積的6%用于種植挺水植物，構(gòu)建挺水植物群落，植物選擇為花葉蘆葦、黃花鳶尾和美人蕉，兼具污染去除和美觀效果。

2.7 建設(shè)水環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)

為確保浦上河治理完成后的長效運(yùn)維，結(jié)合金山片區(qū)11條內(nèi)河，在金港河設(shè)立金山片區(qū)水系二級調(diào)度中心，建立河道信息數(shù)字化呈現(xiàn)智慧預(yù)警分析與決策功能的水環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，如圖8所示。通過水環(huán)境物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)河道水文水質(zhì)、設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程控制；實(shí)現(xiàn)水環(huán)境趨勢分析與預(yù)警，以提升水質(zhì)為目標(biāo)的閘泵智能優(yōu)化調(diào)度以及突發(fā)水質(zhì)事件響應(yīng)。

圖8 金山片區(qū)水系二級調(diào)度中心

3 河道治理效果

福州市金山片區(qū)水系綜合治理PPP項(xiàng)目浦上河于2020年9月完工，通過一系列工程和生物措施的綜合應(yīng)用，已完成治理，轉(zhuǎn)入運(yùn)營期。目前，經(jīng)過后期精細(xì)化管理和運(yùn)營維護(hù)，浦上河河道水質(zhì)已經(jīng)基本達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)[6]Ⅳ類水水質(zhì)，周邊水環(huán)境和水生態(tài)質(zhì)量得到明顯提升(圖9)，具體水質(zhì)狀況如表3所示。

圖9 治理后河道景觀

表3 治理后河道水質(zhì)狀況

4 結(jié)語

城市黑臭水體治理是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，應(yīng)當(dāng)在精準(zhǔn)把握污染源的基礎(chǔ)上，分析水體黑臭產(chǎn)生原因，秉持“系統(tǒng)結(jié)合、生態(tài)自然、標(biāo)本兼治”的理念，因地制宜的開展一系列綜合整治措施，實(shí)現(xiàn)城市水環(huán)境的長治久清。在合流制排水系統(tǒng)暫時(shí)不能被完全取代前，需輔以沿河截污系統(tǒng)解決沿河直排問題[7]；同時(shí)需加強(qiáng)對配套污水處理廠、污水管網(wǎng)的建設(shè)。此外，建議加強(qiáng)對河道后期的監(jiān)管監(jiān)控和設(shè)施的管理維護(hù)，建立長效保護(hù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)河水的長治久清。