東莞運河樟村斷面氨氮超標的風險分析與治理策略

吳昌政，謝全模

（1. 東莞市委組織部，廣東 東莞 523000；2. 廣東億鼎環(huán)保工程有限公司，廣東 東莞 523000）

珠江三角洲是我國經(jīng)濟最為發(fā)達的地區(qū)之一，其人口密度大，工廠分布廣，水系錯綜復(fù)雜，水資源系統(tǒng)脆弱，又面臨極端自然氣候和高強度人類活動的影響，因此，一旦發(fā)生河流污染問題，治理難度極大[1]。與此同時，大量城鎮(zhèn)污水和工業(yè)廢水排入城市內(nèi)河，使得本就脆弱的河流生態(tài)環(huán)境雪上加霜，并成為各類環(huán)境問題的導(dǎo)火索，因此，珠三角地區(qū)的城市內(nèi)河治理工作迫在眉睫。

東莞運河作為珠三角地區(qū)典型的城市內(nèi)河，常年飽受河流污染問題的困擾。而位于運河的樟村國家地表水考核斷面的水質(zhì)也長期被評為劣Ⅴ類，未能達到廣東省污染防治攻堅戰(zhàn)指揮部一號令要求的Ⅴ類水標準限值。污染的河水不僅影響市容市貌，也帶來一系列環(huán)境污染問題，甚至威脅周邊清澈水源的安全?；跀嗝嫠|(zhì)達標的硬性要求以及河流水質(zhì)改善的客觀需要，本研究以“東莞運河樟村國考斷面達標”為案例，分析了東莞運河氨氮超標的環(huán)境風險以及國考斷面達標的治理對策。以期為珠三角地區(qū)典型城市內(nèi)河的治理提供思路。

1 東莞運河現(xiàn)狀及治理歷程

東莞運河系廣東省內(nèi)最長運河，在東莞的社會經(jīng)濟發(fā)展中扮演重要角色，20 世紀70 年代建成時，運河主要承擔灌溉、排澇、供水和航運等功能。然而，改革開放后，隨著城市工業(yè)化發(fā)展和大量外來人口涌入，運河逐漸成為周邊各類工業(yè)廢水和生活污水的主要受納水體，這不僅導(dǎo)致運河原有的功能完全喪失，還使得河流本身極其脆弱的生態(tài)系統(tǒng)遭到更嚴重的破壞，導(dǎo)致黑臭水體、自來水廠污染等一系列問題。

同時，東莞運河亦擁有其特殊性：地理位置上，運河連通東江，污染水體將嚴重威脅東江水源地的安全，且運河作為珠江支流，水質(zhì)超標也將影響下游深港澳地區(qū)海域水質(zhì)；政策層面上，2018 年廣東省《關(guān)于開展全面攻堅劣V 類國考斷面行動的命令》明確要求，樟村國考斷面水質(zhì)須在2020 年消除劣V 類，并力爭在遠期穩(wěn)定達到劣IV 類水水質(zhì)標準；環(huán)境風險上，河流水質(zhì)惡化不僅影響市容市貌，還可能導(dǎo)致一系列生態(tài)環(huán)境問題，如不及時處理，后續(xù)的生命財產(chǎn)損失將無可估量。綜上，東莞運河的治理是必要而重要的，且刻不容緩。

為解決東莞運河城區(qū)段的黑臭問題，2002 年東莞市政府開始籌備修建樟村水質(zhì)凈化廠。水質(zhì)凈化廠采用一級強化混凝沉淀工藝凈化黑臭河水，日處理量在260 m3，基本等同于東莞運河的日均流量。事實證明，水質(zhì)凈化廠運行期間，運河水質(zhì)明顯改善。同時，學(xué)術(shù)界關(guān)于東莞運河環(huán)境風險和治理策略的討論也在進行，有學(xué)者提出了水質(zhì)凈化廠一級強化混凝處理工藝的優(yōu)化運行參數(shù)、構(gòu)想了東莞運河的整治對策[2- 3]并通過水質(zhì)模型分析了東莞運河排澇對東江水質(zhì)的影響[4]。然而，直至2019 年，位于水質(zhì)凈化廠下游的樟村國考斷面水質(zhì)依然長期被評為劣V 類，遠遠達不到政策規(guī)定的目標，長此以往，將造成更為嚴峻的環(huán)境問題，帶來難以估量的后果。

綜上，基于東莞市水污染攻堅戰(zhàn)樟村國考斷面達標的要求以及東莞運河水質(zhì)改善的訴求，有必要對樟村國考斷面的水質(zhì)及其環(huán)境風險進行全面分析，并結(jié)合運河水質(zhì)的特殊性，基于投入、效果和效率等因素，尋求最優(yōu)的技術(shù)治理策略，力求使樟村國考斷面水質(zhì)最終長期穩(wěn)定達到IV 類水質(zhì)標準。

2 水質(zhì)超標的環(huán)境風險分析

2.1 水質(zhì)凈化廠進出水水質(zhì)評價

樟村水質(zhì)凈化廠2019 年各月的進出水水質(zhì)，見表1。

表1 樟村水質(zhì)凈化廠2019 年進出水水質(zhì) mg·L?1

通過對比進出水水質(zhì)的變化情況，結(jié)合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準：GB 3838—2002》給出的評價標準，發(fā)現(xiàn)處理后的運河水COD、BOD5、TP 和pH 指標基本達標，唯獨氨氮嚴重超標，水質(zhì)凈化廠現(xiàn)有處理工藝對氨氮幾乎失效。同時，樟村國考斷面的主要超標因子同樣為氨氮，因此，推測上游水質(zhì)凈化廠出水中氨氮成分長期嚴重超標與國考斷面水質(zhì)不達標密切相關(guān)。

2.2 東莞運河氨氮超標的環(huán)境風險分析

依據(jù)上一節(jié)內(nèi)容分析，東莞運河水由水質(zhì)凈化廠處理后，氨氮濃度依然超過規(guī)定的2 倍多，這是由于水質(zhì)凈化廠沒有專門設(shè)置降氨氮工藝。河流中的超標氨氮主要來自生活污水中含氮有機物分解、含氨工業(yè)廢水和農(nóng)田排水等。氨氮污染源種類多，分布廣，排放量大，其嚴重超標將導(dǎo)致水體溶解氧濃度降低，致使水體發(fā)黑發(fā)臭；水體中氮元素過高還會造成水體富營養(yǎng)化，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)[5]；同時，水體中的氨氮及其轉(zhuǎn)換部分轉(zhuǎn)化的NO3-和NO2-，將毒害水生生物[6]，科學(xué)研究也表明銨鹽與癌癥存在一定聯(lián)系[7]；此外，氨氮還可能與重金屬相互作用，形成毒性更強的污染物[8]；即使運河水不作為飲用和生活水源，也極有可能威脅與其相聯(lián)通的東江水源地安全，或污染下游珠江口水域的環(huán)境。因此，運河的后續(xù)治理策略應(yīng)當著重于氨氮的去除。

3 運河氨氮超標的治理策略

3.1 治理措施的選擇

針對河流污染的治理措施主要包括污染源削減、河道治理和流域管理3 個方向[9]。考慮到國考斷面達標任務(wù)存在緊迫性，而上游污染源削減工程的建設(shè)需要大量時間和成本，流域管理同樣存在漫長的見效周期；此外，運河幾乎已喪失自凈能力，河道治理或難發(fā)揮作用；同時，注意到已建成的樟村水質(zhì)凈化廠的出水水質(zhì)對下游斷面達標起著至關(guān)重要的作用，且在水質(zhì)凈化廠內(nèi)進一步處理河水可大大提高效率，并降低治理成本。因此，對現(xiàn)存水質(zhì)凈化廠進行升級改造是當下最為現(xiàn)實可行的方案。

3.2 水質(zhì)凈化廠舊有工藝的局限

樟村水質(zhì)凈化廠采用的一級混凝沉淀工藝對COD、總磷等具有較為明顯的去除效果，但卻對氨氮效果不明顯。為使水質(zhì)凈化廠下游的國考斷面氨氮達標，有必要進一步提升水質(zhì)凈化廠出水水質(zhì)，因此須對水質(zhì)凈化廠進行降氨氮的升級改造。

3.3 水質(zhì)凈化廠的升級改造

3.3.1 降氨氮工藝技術(shù)選比 2016 年8 月，樟村水質(zhì)凈化廠應(yīng)斷面考核需要恢復(fù)全年運行，與此同時，水質(zhì)凈化廠也開始嘗試在保障現(xiàn)有混凝沉淀除磷工藝的基礎(chǔ)上新增降氨氮功能。去除廢水中的氨氮一直是環(huán)境工作者的熱點研究課題，目前國內(nèi)外關(guān)于水中氨氮的處理方法主要分為物理法（吸附法/離子交換法/膜法）、化學(xué)法（加氯法/沉淀法）、生物法（生物硝化/活性污泥）等[10]。然而，考慮到水質(zhì)凈化廠廠區(qū)情況以及運行成本、去除效率等因素后認為，傳統(tǒng)的氨氮去除工藝均不適用于樟村水質(zhì)凈化廠。直至2019 年11 月，經(jīng)多方考量，并結(jié)合實踐經(jīng)驗，水質(zhì)凈化廠最終選取以“單格平流沉淀池加裝膨脹床曝氣生物濾池（EBF）”為技術(shù)核心的改造方案進入工程試驗和生產(chǎn)試驗階段。

該廠采用的膨脹床曝氣生物濾池（EBF）網(wǎng)箱模塊包括漂浮生物濾床、網(wǎng)箱和曝氣裝置。漂浮生物濾床由漂浮顆粒濾料形成。網(wǎng)箱模塊安裝在水下，生物濾床漂浮于網(wǎng)箱的頂網(wǎng)下方，水流從底網(wǎng)自下而上穿過生物濾床。曝氣時生物濾料膨脹或局部流化，硝化脫氮，好氧降解有機物；不曝氣時反硝化脫氮，缺氧降解有機物。

3.3.2 EBF 模組的運行效果 樟村水質(zhì)凈化廠的EBF 技改工程試驗裝置于2019 年11 月8 日通水調(diào)試，2019 年11 月～2020 年2 月期間工程試驗氨氮去除效果的部分數(shù)據(jù)，見圖1。

圖1 工程試驗進出水氨氮濃度對比

在此期間，EBF 技改后氨氮平均去除率高達89.7%，平均去除量為5.47 mg/L，最大去除量為9.73 mg/L，同時，出水水質(zhì)穩(wěn)定表明EBF 具有極好的抗沖擊負荷能力。

在工程試驗效果穩(wěn)定后，EBF 正式投產(chǎn)，2020 年1 月5 日EBF 掛膜啟動，并同步進行相關(guān)調(diào)試和實驗。本研究對比了技改后2020 年各月水質(zhì)凈化廠的進出水水質(zhì)，見表2，發(fā)現(xiàn)出水的氨氮濃度已大幅降低。

表2 技改后氨氮平均進出水濃度 mg·L?1

3.3.3 EBF 技術(shù)優(yōu)勢 結(jié)合樟村水質(zhì)凈化廠的實際處理情況，采用EBF 技術(shù)對水質(zhì)凈化廠進行改造相較于普通脫氮工藝的優(yōu)勢概括如下。

（1）氨氮去除效果好。曝氣生物濾池是專門針對水體中的氨氮而設(shè)計的工藝，能大幅度降低氨氮濃度，并使得河流國考斷面最終達標，而常規(guī)的生物硝化法很難達到理想的效果；的投資，也提高了鼓風機運行效率，降低了運行能耗。

3.4 實施效果評估

對比2019 年、2020 年技改前后，在運河補水條件下，監(jiān)測水質(zhì)凈化廠下游樟村國考斷面氨氮濃度的變化情況，見表3。

表3 技改前后樟村斷面氨氮濃度 mg·L?1

（2）占地少，易改造。EBF 技術(shù)可利用平流沉淀池末端進行工藝升級改造，廠內(nèi)現(xiàn)有沉淀池的長度為115 m，而考察沉淀池的實際運行情況發(fā)現(xiàn)，污水從入口到沉淀區(qū)中部50 m 處已經(jīng)澄清。這意味著沉淀區(qū)長度可縮短至50 m，而剩下的沉淀區(qū)末端完全可用于布置EBF 模塊；

（3）過濾水頭小。普通曝氣生物濾池的過濾水頭通常達到1.0～2.0 m，不具備布置在現(xiàn)有平流沉淀池內(nèi)的可行性。EBF 濾料密度如水，在10 m/h濾速下，過濾水頭僅5～15 cm，因而能夠在不進行二次提升的條件下，完全滿足現(xiàn)有平流沉淀池水力高程布置要求；

（4）運行維護簡單。EBF 過濾水頭從5 cm 達到15 cm 的過濾周期長達7～10 d，沖洗方式簡單且歷時短，可實現(xiàn)全城自動化，符合樟村廠承受能力；

（5）曝氣裝置經(jīng)濟高效。EBF 模組運行所需的氣水比約為1～1.5，且過濾水頭小，與普通曝氣生物濾池工藝相比，EBF 不僅大幅度降低了曝氣設(shè)備

斷面大部分時段的氨氮濃度能夠達到V 類水質(zhì)標準，符合政策對樟村國考斷面的達標要求。其中氨氮濃度超標的月份或與降水有關(guān)[11]。目前，根據(jù)生態(tài)環(huán)境部門最新公布的斷面數(shù)據(jù)（2021 年9 月12 日），樟村國考斷面的氨氮濃度為0.70 mg/L，且斷面水質(zhì)能夠達到IV 類水質(zhì)規(guī)定的標準，而去年同月的斷面氨氮平均濃度為1.98 mg/L，表明升級改造期間運河氨氮濃度持續(xù)穩(wěn)步下降。

4 樟村斷面達標的經(jīng)濟效益、社會效益和人才效益

4.1 經(jīng)濟效益

按樟村水質(zhì)凈化廠260 萬m3/d 規(guī)模、全年運行360 d 計算，參考2019 年氨氮平均進水濃度6.83 mg/L 若降至1.5 mg/L，樟村水質(zhì)凈化廠氨氮削減量可達4 988.88 t/a，接近東莞全市污水處理廠氨氮2019 年削減量的1/3。水質(zhì)凈化廠前期工程總投資約4.34 億元，同時考慮時間成本（每年5%，共17 年），EBF 工藝升級改造投資按6 000 萬元估算，則升級改造后累計工程投資按10.5 億元計，噸水運行費用約0.4 元，則噸氨氮削減量投資費用約21 萬元，噸氨氮削減量運行費用約7.5 萬元。對比一級A 標準的10 萬m3/d 普通城市污水處理廠，年可削減氨氮量約100 t，總投資按2 億元算，噸水運行費用約1 元，則噸氨氮年削減量投資費用約200 萬元，噸氨氮年削減量運行費用約33 萬元。綜上，EBF 改造工程在完成斷面達標任務(wù)的前提下，大大降低了工程投資費用、運行費，根據(jù)上述數(shù)據(jù)，噸氨氮削減量投資費和運行費分別為普通城市污水處理廠的10.5%和22.7%。此外，樟村水質(zhì)凈化廠實現(xiàn)升級降氨氮功能后繼續(xù)運行期間，能持續(xù)為下游提供優(yōu)質(zhì)生態(tài)補水，改善下游生態(tài)環(huán)境，隨著運河環(huán)境綜合治理相關(guān)工作的落實和產(chǎn)業(yè)的完善，運河沿線的土地價值將大大提高，并創(chuàng)造大量就業(yè)崗位，解決各類民生問題，實現(xiàn)良性循環(huán)。

4.2 社會效益

為使樟村國考斷面達標，樟村水質(zhì)凈化廠實施了EBF 工藝升級改造，使其由一級處理強化混凝沉淀工藝提升為具有生化處理能力的二級處理水質(zhì)凈化廠，在未來可應(yīng)對更復(fù)雜的水污染問題。水廠的改造著實改善了運河氨氮、溶解氧和總磷等指標，消除了運河枯水期黑臭問題，大大促進了斷面消除劣V 類，并在未來長期保持IV 類水質(zhì)。同時，國考斷面達標意味著運河水質(zhì)大大改善，基本消除了河流污染對人民生活健康的威脅，明顯改善了鎮(zhèn)街沿線的生態(tài)環(huán)境、樹立城市形象和提高運河流域近千萬人口的生活質(zhì)量，有助于東莞市、廣東省實現(xiàn)全面奔小康社會中的環(huán)境質(zhì)量目標標準，響應(yīng)了黨的十九大報告提出的“加快生態(tài)文明體制改革，建設(shè)美麗中國”的指導(dǎo)方針。同時，水質(zhì)凈化廠的改造也為運河后續(xù)的河道治理和流域管理打開突破口，使得運河最終能夠逐步修復(fù)其原有的水生態(tài)環(huán)境，乃至恢復(fù)其供水灌溉等功能。此外，運河水質(zhì)的提升基本消除了運河水倒灌污染東江水源地的風險，并緩解了下游河道乃至珠江口水域的水污染治理壓力，對珠三角地區(qū)水域水質(zhì)的保持和提升具有積極作用。

4.3 人才效益

在干部任用上，組織部門堅持以實績?yōu)閷?dǎo)向，選優(yōu)配強一批政治素質(zhì)好、專業(yè)能力強和工作業(yè)績突出的干部充實到治水工作中，并提拔重用一批廣大干部群眾公認度高的干部，為廣大干部積極投身東莞市水污染防治攻堅戰(zhàn)提供堅強保障。同時，為全面推進生態(tài)文明建設(shè)，東莞市政府構(gòu)筑了近千名“河長”有序巡河的創(chuàng)新機制，這是東莞運河樟村國考斷面能在短期內(nèi)達標的關(guān)鍵，也為祖國培育了一批具備豐富河流治理經(jīng)驗的優(yōu)秀干部。

同時，樟村水質(zhì)凈化廠改造項目將產(chǎn)出相關(guān)專利、論文數(shù)篇，開發(fā)新工藝新裝備，并培養(yǎng)數(shù)名相關(guān)人才，為全國的城市內(nèi)河治理工作提供借鑒。隨著東莞運河及周邊水域圍繞國考斷面達標的環(huán)境綜合治理相關(guān)產(chǎn)業(yè)逐步完善，就業(yè)崗位逐漸增多，人才缺口逐漸放大，將會有更多人投入到東莞水污染治理攻堅戰(zhàn)當中，并培育出一批不可多得的管理型人才和技術(shù)型人才，輻射周邊地區(qū)甚至是全國各地。

總之，經(jīng)歷過污染攻堅戰(zhàn)、河長制和國考斷面達標考核等工作，打造了一批政治站位高、專業(yè)能力強，一線治理經(jīng)驗豐富的干部，這是東莞生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域?qū)氋F的人才財富，必將為東莞在“雙萬城市”新起點上高質(zhì)量發(fā)展作出應(yīng)該的貢獻。

5 結(jié)論

基于珠三角地區(qū)城市內(nèi)河的治理需求，以及河流斷面達標的政策要求，本文以“東莞運河樟村國考斷面達標”為案例，對樟村國考斷面不達標的環(huán)境風險進行了分析，發(fā)現(xiàn)斷面氨氮濃度長期超過規(guī)定標準2 倍多，嚴重威脅運河流域居民身體健康和水生生態(tài)環(huán)境。同時，以此為出發(fā)點，結(jié)合運河水質(zhì)特點和達標需求，以及工藝難度、初期投入和運行成本等諸多客觀因素，給出了最為合理的治理策略。即以“單格平流沉淀池-膨脹床曝氣生物濾池（EBF）”為核心的上游水質(zhì)凈化廠改造方案。改造設(shè)備運行后，氨氮平均去除率高達89.7%，平均去除量為5.47 mg/L，氨氮去除量大大提高，而水質(zhì)凈化廠下游的樟村國考斷面在技改后基本能夠穩(wěn)定達到V 類水質(zhì)。樟村國考斷面的達標基本消除了東莞運河污染帶來的環(huán)境風險，并帶來了顯著的經(jīng)濟效益、社會效益和人才效益。期待本研究能夠?qū)ζ渌鞘袃?nèi)河的治理和斷面達標具備借鑒和參考意義，并為后續(xù)深入研究與實踐提供方向和思路。