南方城市水環(huán)境綜合整治技術(shù)路徑研究*

許錦林，宮經(jīng)成，陳澤銳，李藝芳，楊慧珠

(中國(guó)建筑一局(集團(tuán))有限公司，北京 100161)

1 南方河流特點(diǎn)及污染特征

1.1 河流特點(diǎn)

受氣候、經(jīng)濟(jì)等因素影響，南北方河流呈現(xiàn)出較大差異。南方河流眾多、河網(wǎng)密布，雨季降雨量豐富、時(shí)間長(zhǎng)、汛期多，無(wú)結(jié)冰期，且含砂量較北方少。南北方河流對(duì)比如表1所示。

表1 我國(guó)南北方河流對(duì)比

1.2 污染特征

1.2.1有機(jī)污染為主

不同于北方的農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)污染，南方河流以生活污水、工業(yè)廢水、初期雨水污染為主。隨著城市化和工業(yè)化的發(fā)展，使生活污水和工業(yè)廢水排放量劇增，再加上城市排水系統(tǒng)處理能力不足，大量污水直排入河，對(duì)水體造成極大負(fù)荷。污水中含有大量有機(jī)物，水體中的微生物分解有機(jī)物過(guò)程中消耗大量溶解氧，使水體缺氧，從而發(fā)黑變臭。生活污水和工業(yè)廢水中含有的大量氮和磷直排入河還會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化。初期雨水是城市面源污染的重要組成部分，是造成黑臭水體的關(guān)鍵成因之一。初期雨水沖刷道路粉塵、地表垃圾、動(dòng)植物殘?bào)w等，對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。南方中心城市河流水質(zhì)狀況如表2所示。

表2 南方中心城市河流水質(zhì)狀況

1.2.2河流生態(tài)平衡受損

南方城市降雨量豐富、汛期多，為了防洪排澇，保障水利安全，很多河道新建了許多水利設(shè)施，對(duì)河道進(jìn)行截彎取直加固河岸，破壞了河流的連續(xù)性，再加上水體黑臭和富營(yíng)養(yǎng)化，河流自?xún)裟芰妥晕艺{(diào)節(jié)能力嚴(yán)重受損，導(dǎo)致河流生態(tài)系統(tǒng)被破壞。

2 水環(huán)境問(wèn)題原因分析

2.1 南方城市化發(fā)展迅速

近年來(lái)，南方城市化發(fā)展迅速，人口密度不斷增大，工業(yè)企業(yè)數(shù)量增長(zhǎng)較快。隨之而來(lái)的是生活污水、工業(yè)廢水、生活垃圾數(shù)量劇增。加上南方城市排水系統(tǒng)多為合流制，污水管網(wǎng)建設(shè)也不完善，大量污水、廢水未經(jīng)處理直排入河。沿街商鋪排污現(xiàn)象普遍，企業(yè)、小作坊偷排漏排現(xiàn)象嚴(yán)重，沿河區(qū)域生活垃圾隨意堆放傾倒入河。這一系列問(wèn)題使水環(huán)境污染越發(fā)嚴(yán)重。

2.2 徑流量年際變化大

南方城市多為亞熱帶季風(fēng)氣候，降雨量年際變化大，河流隨之出現(xiàn)枯水期與洪水期(見(jiàn)圖1)?？菟谒骶徛踔脸霈F(xiàn)淤積，水中溶解氧含量大幅降低，水體黑臭現(xiàn)象加重。洪水期會(huì)對(duì)城市安全造成威脅，為了改善河道防洪排澇的能力，保障城市安全，許多城市都在河道中建設(shè)水利設(shè)施、對(duì)河道采取截彎取直、硬化河岸、修筑堤壩等措施，以提高防洪排澇能力。但在建設(shè)過(guò)程中，忽略對(duì)河道生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)，不僅破壞了河道的連續(xù)性，還阻斷了河道生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，破壞了河道生態(tài)平衡，水體自?xún)裟芰εc自我調(diào)節(jié)能力不足，水質(zhì)不斷惡化，水體污染加重。

圖1 漳州市年降雨量與蒸發(fā)量統(tǒng)計(jì)

2.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)

南方水系發(fā)達(dá)，河流眾多且溫度適宜，促進(jìn)了水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。但由于水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)不足等原因，常出現(xiàn)過(guò)量投喂，大量飼料和水產(chǎn)品日常代謝產(chǎn)物沉入水底，水中有機(jī)物隨著時(shí)間推移不斷增多，水中溶解氧大量消耗，導(dǎo)致水中生物大量死亡，水體容易出現(xiàn)黑臭。同時(shí)，水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中為了防治病害，促進(jìn)養(yǎng)殖生物生長(zhǎng)，會(huì)向水體投加化學(xué)農(nóng)藥、添加劑、抗生素等，由于使用管理不當(dāng)，常出現(xiàn)濫用現(xiàn)象，氮磷元素不斷累積會(huì)導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。

3 水環(huán)境治理技術(shù)措施

3.1 控源截污

控源截污是黑臭水體治理的核心，從源頭治理，將污水截流納入污水收集和處理系統(tǒng)，避免直排入河?？卦唇匚壑饕ń匚奂{管和面源控制兩項(xiàng)技術(shù)。

3.1.1截污納管

截污納管是黑臭水體治理最直接有效的工程措施，亦是采用其他措施治理黑臭水體的前提。截污納管是通過(guò)建設(shè)和改造水體沿岸管道，完善城市污水管網(wǎng)，并結(jié)合調(diào)蓄池和污水泵站，對(duì)排入河道的污水進(jìn)行截流集中處理。

3.1.2面源控制

針對(duì)面源污染，可從源頭、過(guò)程、末端三方面采取措施，采用雨水滲蓄系統(tǒng)進(jìn)行控制。源頭可采取下沉式綠地、綠色屋頂?shù)燃夹g(shù)，可通過(guò)生態(tài)滯留帶和植草溝調(diào)節(jié)。末端目前較有效的工程措施是雨水調(diào)蓄池技術(shù)，在降雨初期利用雨水調(diào)蓄池將初期污染較為嚴(yán)重的雨水收集起來(lái)，待雨停后再通過(guò)污水泵站送往污水處理廠集中處理，從而減少對(duì)河道的污染。

3.2 內(nèi)源治理

內(nèi)源治理主要是對(duì)沿岸垃圾堆放點(diǎn)、水面垃圾、落葉漂浮物及底泥進(jìn)行處理，其中底泥治理是關(guān)鍵。

3.2.1原位處理技術(shù)

原位處理技術(shù)包括原位覆蓋、化學(xué)修復(fù)和生物處理。主要通過(guò)鋪設(shè)掩蔽物覆蓋底泥、投加化學(xué)藥劑、添加特異性微生物和種植水生植物對(duì)底泥進(jìn)行固定，避免底泥發(fā)生擾動(dòng)釋放污染物對(duì)水體造成二次污染。

3.2.2異位處理技術(shù)

異位處理技術(shù)主要是對(duì)河道進(jìn)行清淤疏浚，即將河道中的污染底泥進(jìn)行清理，移除到其他地方再進(jìn)行處理，是治理河道污染的重要措施。底泥疏浚能夠?qū)⑽廴疚镏苯右瞥鏊w，對(duì)改善河道水質(zhì)有極大作用，同時(shí)河道清淤也具有疏通河道、提升防洪排澇等級(jí)的功能，并且為后續(xù)水生態(tài)修復(fù)提供基礎(chǔ)條件。清淤疏浚過(guò)程中要合理控制底泥清除深度，清理過(guò)深會(huì)對(duì)河床造成破壞，過(guò)淺則底泥無(wú)法清除徹底。底泥應(yīng)妥善處置，否則在疏浚、運(yùn)輸、利用過(guò)程中都易造成二次污染，各環(huán)節(jié)都應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)。

3.3 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)技術(shù)是在河道外源污染、內(nèi)源污染得到較好控制后，依據(jù)生態(tài)學(xué)原理，對(duì)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)水體的自?xún)襞c自我調(diào)節(jié)功能。水環(huán)境綜合整治過(guò)程中，采用物理技術(shù)和化學(xué)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，必定對(duì)水體造成影響，而生態(tài)修復(fù)技術(shù)是在保證河道生態(tài)系統(tǒng)平衡的情況下，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行改善，推動(dòng)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

3.3.1岸帶修復(fù)技術(shù)

岸帶修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)生態(tài)護(hù)岸對(duì)河床河岸發(fā)生硬化的水體進(jìn)行修復(fù)，恢復(fù)河岸帶對(duì)污染物過(guò)濾、吸附、截留的作用，避免污染物直接入河，減輕面源污染對(duì)水質(zhì)的影響。生態(tài)護(hù)岸根據(jù)材質(zhì)不同可分為植被型護(hù)岸、石材型護(hù)岸、混凝土護(hù)岸。其中，石材型護(hù)岸又可分為干砌塊石護(hù)岸和石籠護(hù)岸，混凝土護(hù)岸可分為生態(tài)混凝土護(hù)岸和多孔混凝土預(yù)制塊護(hù)岸。對(duì)各護(hù)岸技術(shù)進(jìn)行對(duì)比，如表3所示。

表3 生態(tài)護(hù)岸技術(shù)對(duì)比

3.3.2生態(tài)凈化技術(shù)

生態(tài)凈化技術(shù)主要有人工濕地、生態(tài)浮島、水生植物種植等。

1)人工濕地是模擬天然濕地系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能而建造的、可控制運(yùn)行的濕地系統(tǒng)，用以對(duì)受污染水體進(jìn)行處理的一種工藝，由圍護(hù)結(jié)構(gòu)、人工介質(zhì)、水生植物等部分構(gòu)成。當(dāng)水進(jìn)入人工濕地時(shí)，其污染物被床體吸附、過(guò)濾、分解而起到水質(zhì)凈化作用。

2)生態(tài)浮床也稱(chēng)生態(tài)浮島，是將水生植物種植于漂浮在水面的人工浮板上，利用水生植物根系與水體接觸從而對(duì)污染物進(jìn)行降解，實(shí)現(xiàn)對(duì)水體的凈化作用，改善水質(zhì)。

3)水生植物具有顯著的環(huán)境生態(tài)功能，利用水生生物法種植水生植物，通過(guò)植物的生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移水體系統(tǒng)中的污染負(fù)荷，其發(fā)達(dá)的根系為微生物提供生長(zhǎng)繁殖場(chǎng)所，分解水中污染物以供植物吸收，具有一定的吸收凈化、澄清水質(zhì)、抑制藻類(lèi)的功能。水生植物不僅能夠凈化水質(zhì)，還能美化環(huán)境，是生態(tài)修復(fù)過(guò)程中常用的一種技術(shù)。

3.3.3人工增氧技術(shù)

一般而言，水體中的氧氣主要來(lái)源于大氣復(fù)氧和水生植物光合作用。但是，對(duì)于流動(dòng)性差的水體，由于水體基本不流動(dòng)，大氣復(fù)氧會(huì)受到極大抑制。為給水體內(nèi)生物創(chuàng)造有利環(huán)境，有必要改變單純依靠自然復(fù)氧這一被動(dòng)增氧機(jī)制，采取機(jī)械增氧的強(qiáng)化措施以提高目標(biāo)水體流動(dòng)性和溶氧水平。機(jī)械增氧往往是進(jìn)行沉水植物修復(fù)、微生物修復(fù)等生態(tài)工程的輔助條件。向處于缺氧或厭氧狀態(tài)的河道進(jìn)行人工充氧可以增強(qiáng)河流的自?xún)裟芰?、改善水質(zhì)，改善或恢復(fù)河流的生態(tài)環(huán)境。

3.4 其他

3.4.1補(bǔ)水活水

流動(dòng)的活水中含有足夠的溶解氧供微生物進(jìn)行分解反應(yīng)，水體能夠自我修復(fù)，具有自?xún)裟芰?。許多受污河道水流緩慢甚至淤堵，加上大量污染物入河，水體喪失自?xún)裟芰?。通過(guò)人工引水補(bǔ)水，能夠增加水體的流動(dòng)性，提高水中溶解氧含量，增強(qiáng)水體自?xún)裟芰?。通過(guò)補(bǔ)水活水也能夠?qū)λw污染物進(jìn)行物理稀釋?zhuān)纳扑w水質(zhì)。補(bǔ)水活水措施對(duì)保障城市水生態(tài)環(huán)境具有積極作用。

3.4.2分散式處理設(shè)施

城市污水大多為集中收集處理，對(duì)于無(wú)污水管網(wǎng)覆蓋、距離污水處理廠較遠(yuǎn)、短期內(nèi)無(wú)法實(shí)現(xiàn)截污納管的地區(qū)，可建設(shè)分散式處理設(shè)施，對(duì)污廢水進(jìn)行分散處理。

4 案例分析

4.1 區(qū)域概況

漳州市為東南部沿海城市，港口優(yōu)良，水產(chǎn)種類(lèi)豐富。全境屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候，光、熱、水資源豐富。降雨的年際與季節(jié)變化大,地理分布也不均勻，夏季臺(tái)風(fēng)活動(dòng)頻繁，旱澇災(zāi)害常交替出現(xiàn)。經(jīng)過(guò)前期調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該市三大流域水質(zhì)現(xiàn)狀污染嚴(yán)重，整體黑臭比例在60%以上，且存在河道淤泥導(dǎo)致內(nèi)源污染的情況。暗涵內(nèi)部情況復(fù)雜，底泥淤積，雨污混接、錯(cuò)接嚴(yán)重，排口不易溯源，出口水質(zhì)惡劣，暗涵出水對(duì)下游水質(zhì)形成嚴(yán)重的斷面污染。

4.2 控源截污

1)源頭減排 近期重點(diǎn)改造地塊紅線范圍內(nèi)的化糞池錯(cuò)接，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)小區(qū)排水管網(wǎng)及化糞池進(jìn)行清淤疏通，遠(yuǎn)期結(jié)合小區(qū)立管改造實(shí)現(xiàn)完全分流。根據(jù)污染源普查成果，由于目前小區(qū)全分流改造實(shí)施難度較大且國(guó)內(nèi)尚無(wú)完整的技術(shù)指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)，本次在項(xiàng)目實(shí)施期內(nèi)可因地制宜結(jié)合對(duì)錯(cuò)接問(wèn)題較多的部分老舊小區(qū)進(jìn)行完全分流試點(diǎn)改造，為遠(yuǎn)期小區(qū)改造提供技術(shù)指引。此外，對(duì)街道沿街店鋪污水錯(cuò)接混接進(jìn)行分流改造，將污水就近接入市政污水井內(nèi)。

2)過(guò)程控制 由于本項(xiàng)目中普遍存在居民利用樓面雨水立管排放陽(yáng)臺(tái)洗衣廢水的問(wèn)題，近期均以截流方式在小區(qū)出口處進(jìn)行解決。此外，針對(duì)部分城中村進(jìn)行截流改造。針對(duì)源頭減排和過(guò)程控制，共計(jì)劃設(shè)計(jì)截污措施約1 729處，共新建、改造污水管道約58 000m。

3)末端截流及溢流污染控制 在排口進(jìn)入河道前，計(jì)劃修建末端截污管道共9 000m，新建可調(diào)堰高分流井23座，截流上游源頭難以改造的混接點(diǎn)污水。同時(shí)根據(jù)排口摸查，市區(qū)內(nèi)河存在大流量重點(diǎn)排口約30處，對(duì)內(nèi)河影響較大，由于工程實(shí)施周期較長(zhǎng)，需要對(duì)以上重點(diǎn)排口進(jìn)行前期截污，主要措施為圍堰+臨時(shí)水泵抽排，確保工程實(shí)施期內(nèi)排口污水晴天不溢流，保障實(shí)施期內(nèi)的河道水質(zhì)。

4.3 內(nèi)源治理

內(nèi)源治理工程主要采用異位處理技術(shù)對(duì)底泥進(jìn)行處理，本項(xiàng)目清淤方式共分為4種形式：清污泵抽吸、水陸兩用挖掘機(jī)清淤、小型環(huán)保式絞吸挖泥船環(huán)保清淤、暗涵人工清淤。清淤方式將根據(jù)河道具體寬度以及周邊區(qū)域交通條件具體確定。底泥處置方法主要有填埋利用、農(nóng)業(yè)園林利用、垃圾填埋場(chǎng)覆土封場(chǎng)、建材利用等。結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，對(duì)底泥進(jìn)行園林利用和垃圾填埋場(chǎng)覆土封場(chǎng)，避免清除的底泥造成二次污染。

4.4 生態(tài)修復(fù)

考慮到該市河岸河床硬化程度并不高，故生態(tài)修復(fù)主要采用生態(tài)凈化和人工增氧技術(shù)。通過(guò)在河道中設(shè)置將近200臺(tái)曝氣增氧設(shè)備實(shí)現(xiàn)人工增氧，保證水體中溶解氧含量。同時(shí)還在河道中種植了大量沉水植物、挺水植物和浮葉植物并進(jìn)行水生動(dòng)物群落優(yōu)化，對(duì)水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)。

4.5 補(bǔ)水活水與分散式旁路處理

該市三大流域部分河道上游無(wú)生態(tài)基流，且缺乏補(bǔ)給水源，因此，需要采取補(bǔ)水措施提高內(nèi)河的水動(dòng)力性能，改善其水生態(tài)環(huán)境，與截污、清淤、水生態(tài)四管齊下，更進(jìn)一步提高內(nèi)河的水體水質(zhì)。主要采取自然生態(tài)補(bǔ)水和人工生態(tài)補(bǔ)水措施。在河道上游新建蓄水工程，以提高河道基流，保障生態(tài)用水。通過(guò)人工方式抽取附近優(yōu)質(zhì)水源，置換內(nèi)河水體，從而改善水環(huán)境。

在部分?jǐn)嗝嫖廴据^嚴(yán)重的河段，初步?jīng)Q定設(shè)置旁路強(qiáng)化凈化裝置，結(jié)合凈水濕地進(jìn)行生態(tài)深化處理，解決上游來(lái)水污染問(wèn)題，主要采用一體化強(qiáng)化處理設(shè)備或生態(tài)塘等。

在采取一系列治理技術(shù)后，漳州市河道水質(zhì)明顯改善，水體透明度增高，水中動(dòng)植物種類(lèi)增加，水環(huán)境綜合整治已有初步成效。

5 結(jié)語(yǔ)

水環(huán)境綜合整治與人民生活質(zhì)量、城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展息息相關(guān)。水環(huán)境問(wèn)題需要通過(guò)控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)并結(jié)合其他技術(shù)進(jìn)行綜合治理。水環(huán)境綜合整治過(guò)程中不能盲目跟風(fēng)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際，針對(duì)不同問(wèn)題采取不同技術(shù)，因地制宜開(kāi)展水環(huán)境修復(fù)工作。本文結(jié)合南方城市河流特點(diǎn)，針對(duì)南方河流污染特征對(duì)水環(huán)境綜合整治技術(shù)路徑進(jìn)行思考，并結(jié)合漳州市水環(huán)境綜合整治項(xiàng)目進(jìn)行具體分析，提高治理效率。