城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理的關(guān)鍵技術(shù)集成探索

李丹丹

（安徽綠通工程設計咨詢有限公司，安徽 蕪湖 241000）

河流生態(tài)系統(tǒng)擁有自凈特征，而生物群落在河流生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)扮演著生產(chǎn)者、消費者、分解者等角色，可以推進河流治理、修復和防護等，是河流自凈的前提條件[1]。近幾年，人工智能、生物工程等技術(shù)不斷進行有效融合，城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理關(guān)鍵技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新。

1 城市河網(wǎng)水環(huán)境被污染的危害

河網(wǎng)水體的污染物主要包含石油類、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）等。城市的可持續(xù)發(fā)展和河流具有密切聯(lián)系，在全球范圍內(nèi)，許多發(fā)達城市均依河而建。例如，倫敦依泰晤士河而建，紐約依哈德遜河而建，上海依蘇州河而建。目前，流經(jīng)國內(nèi)大中型城市的44 條河流均出現(xiàn)參差不齊的污染狀況，將近一半的主要水資源難以達到飲用水標準[2]。越發(fā)達的城市遭受的水污染影響越大，人口越集中的大城市污染負載越高。伴隨工業(yè)污染的日益嚴重，雨水徑流引起許多城市河網(wǎng)水體出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，最終致使主要污染物指標大于Ⅴ類水標準[3]。

2 城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理技術(shù)

2.1 底泥疏通

城市河網(wǎng)水體通常位于核心城區(qū)，岸邊兩側(cè)高樓林立，場地受到制約，河道的深淺程度不同，大多數(shù)河道船只難以通行，因此，清理淤泥已變成城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理的主要方面，應該進行科學設計。建設階段河底淤泥處置和經(jīng)營階段淤泥治理是處理河網(wǎng)水污染的重點方面，各種河段與各種地段可以采用對應的底泥疏通治理技術(shù)。對于船只難以行駛的河道，采用階段式圍堰疏通底泥，利用人工、機械相互合作的模式，疏通底泥采取離心脫水工序就地進行固化；對于比較寬、水位較深的河道，利用絞吸船、浮管傳送到固化廠進行脫水固化。底泥被脫水后，其固渣含水量縮減至60%～70%，能夠?qū)崿F(xiàn)堆積后不流水、運送過程中不漏水，降低環(huán)境污染[4]。

2.2 水下森林

水下森林是按照水生植物的凈化成效而開發(fā)的新技術(shù)，從使用效果而言，其可以清理河網(wǎng)水體底部存在的磷、氮等污染物，凈化河網(wǎng)水體的生態(tài)環(huán)境。并非一切水環(huán)境都符合水生植物的繁殖要求，它對光照、溫度等方面均有嚴苛的要求，當超過生長指標時，其就會出現(xiàn)死亡現(xiàn)象。所以，河網(wǎng)水體采用水生植物進行凈化時，應先分析水質(zhì)條件，充分考慮多種影響要素，選取合適的水生植物。

2.3 植物淺溝

雨水污染物初始濃度較高，雨水管網(wǎng)可與市政管網(wǎng)連接，配置溢流井，把初始階段污染較為嚴重的雨水引入污水管，多出部分將自動溢出，進入河流。植被淺溝技術(shù)是避免與降低徑流產(chǎn)生的污染物流入受納水體的有效手段。植物淺溝是指在地面表層溝渠內(nèi)栽種植被，利用重力流采集雨水。雨水經(jīng)過較淺溝渠，在下降、篩選、滲透、吸收、生物降解等環(huán)節(jié)的同步作用下，雨水徑流污染物得到治理?？稍灾仓卫硪娦Э斓母呒壷参铮?，蘆葦、蓮藕等擁有較高的物理封閉特點，促使泥沙堆積，減少泥沙再懸浮現(xiàn)象，同時大量吸收水體中的營養(yǎng)鹽，進而凈化水質(zhì)。

2.4 人工濕地

人工濕地前端可配置生物質(zhì)添加渠，采用水中生物質(zhì)、根莖等有機質(zhì)進行發(fā)酵產(chǎn)酸，彌補人工濕地反硝化的碳源需求，科學地處理城市污水處理廠尾水反硝化的碳源供給問題，精簡生物質(zhì)處理流程。另外，可以創(chuàng)建由新型復合填料構(gòu)成的離子互換-生物重生體系，吸附磷、氮等河網(wǎng)水體污染物[5]。當城市污水處理廠尾水符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）[6]的一級A 標準時，人工濕地水力停留時間為4 d，處理后的水質(zhì)可以符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[7]的Ⅳ類水標準。在河網(wǎng)水體一側(cè)，污水處理廠可以創(chuàng)建水平潛流人工濕地處理尾水。

3 城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理模式的集成技術(shù)

水環(huán)境治理是一項綜合性工程，只采用形式單一的方法，不但難以有效地控制污染，而且會造成巨大的資源浪費。通過對國內(nèi)外水環(huán)境綜合治理研究與工程實踐進行總結(jié)，筆者設計出適合我國水污染特點的城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理模式，如圖1 所示。

圖1 城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理模式的集成技術(shù)

與以往簡易治理方式相比，城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理模式主要有3 個優(yōu)點。一是優(yōu)化排水系統(tǒng)，及時處理排口，融合駁岸改造、海綿城市建設等技術(shù)，從源頭上減少污染，降低污染物排放濃度。二是以生態(tài)修復為中心，通過曝氣增氧，活化本土微生物，建立水生動植物群落，建立新的生態(tài)系統(tǒng)，逐漸恢復河流自凈功能。三是加強后期經(jīng)營管理，持續(xù)改善水質(zhì)。

3.1 控源截污

污染源包括點源、面源和內(nèi)源等，不同污染源要采取不同的應對措施。一是點源污染。上游排水管道不健全，可造成雨污合流，導致雨水管道混有大量污水。要優(yōu)化上游排水系統(tǒng)，增設攔阻設施，減少甚至避免污水入河。二是面源污染。城市前期雨水含有大量污染物，可以建設生態(tài)駁岸或者海綿設施，對初期降雨進行滯蓄和凈化，然后排放到外部水體中。三是內(nèi)源污染。河流中的污染物長年累積并沉淀，在河床上形成泥沙，造成二次污染。因此，可以采用機械清淤、底泥生態(tài)修復等方法，減少河道沉積物對環(huán)境的污染。

3.2 人工凈化工程

一是引、換水項目。利用調(diào)水方式，將河道中的污染物排入下游，有效地減少區(qū)域污染，但會對下游河流造成污染，因此其應用范圍狹窄。二是通風和增氧。污水中溶解氧（DO）濃度普遍偏低，不利于微生物降解污染物，采用射流曝氣、噴泉曝氣、微孔曝氣等方法，提高水中溶解氧含量，加速污染物的降解。三是原生生物激活體系。本地微生物對河道的二次污染較小，利用本地微生物活化因子，活化本地微生物，不僅能消解污染物，還能修復河流生態(tài)環(huán)境。

3.3 生境構(gòu)建與生態(tài)系統(tǒng)恢復

生境構(gòu)建是恢復河流生態(tài)系統(tǒng)和提高水體自凈能力的重要措施。在河道整治中，生態(tài)恢復為關(guān)鍵要素，其可以改善河流水質(zhì)。污染水體可以建立以挺水植物、浮水植物和沉水植物為主的植物群落，吸收和降解污染物，改善河湖水質(zhì)，降低河湖富營養(yǎng)化程度，促進生態(tài)環(huán)境修復。沉水植物在水質(zhì)生態(tài)恢復中起到核心作用，濕地植物可以慢慢修復且重塑水生態(tài)環(huán)境。

4 案例分析

某城市河流總長為6.5 km，流域面積為15.6 km2，水深為2～3 m，水體透明度低至0.31 m，水體污染嚴重，達到黑臭程度，生態(tài)環(huán)境受到嚴重的影響。通過采樣測定，COD、總磷（TP）、NH3-N、DO 濃度分別為85.6 mg/L、3.4 mg/L、4.54 mg/L、0.85 mg/L，均達不到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）的V 類水標準。為了降低河道污染物濃度，提升水質(zhì)，采用以生態(tài)恢復為核心的綜合治理方式，及時實施治理工程。

4.1 集成技術(shù)綜合治理

治理工程首要任務是控制入河污染源。一是采取封閉或生物圍護措施，截留排口的污水和管網(wǎng)淤積物；二是優(yōu)化上游排水系統(tǒng)，防止雨污管網(wǎng)錯接，并加大對管網(wǎng)淤積的清理力度；三是建立生態(tài)岸坡，在沿河區(qū)域建設海綿設施，減少入河污染物；四是在河流上游增加生態(tài)凈化屏障，減少河流污染，并保持正常的流量交換。同時，針對長年累月累積的內(nèi)源性污染，采取清淤、生態(tài)降解等方法，將淤泥清除或轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，減少內(nèi)源污染影響。在有效減少外源和內(nèi)源污染的同時，增加噴泉曝氣、本地微生物活化系統(tǒng)、水生植物群落等水質(zhì)改善措施，逐步改善水生態(tài)系統(tǒng)，提高河道自凈能力，達到降解污染物、實現(xiàn)水質(zhì)提升的目標。在河道生態(tài)系統(tǒng)逐步恢復的過程中，要建立巡查機制，強化運行管理，嚴格禁止偷排污水，及時清理垃圾，保持河面整潔，確保河道水質(zhì)修復效果能夠保持。

4.2 水質(zhì)檢測

通過加強污染物削減、生態(tài)修復、自我凈化等措施，河道水質(zhì)得到明顯改善，生態(tài)治理的新格局逐步形成。治理前后，COD、NH3-N、TP、DO 和透明度的測定結(jié)果如表1 所示，COD、NH3-N、TP 的去除率分別為62.22%、55.31%和88.07%。

表1 水質(zhì)檢測結(jié)果

治理工程實施后，各項水質(zhì)指標均有所改善，水中DO 濃度保持在7.65 mg/L 左右，水質(zhì)提升明顯，透明度不小于1.2 m，河流清澈見底，水質(zhì)達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）的V 類水標準。治理工程的重點措施為：前期加強源頭控制和截污，降低污染物排放，通過微孔曝氣、激活河道原生微生物、構(gòu)建水生態(tài)體系等手段，逐步恢復河道自凈能力，使河道水質(zhì)長期保持穩(wěn)定。

5 結(jié)語

城市河網(wǎng)水環(huán)境復雜，需要進行綜合治理。底泥疏通、水下森林、植物淺溝和人工濕地是城市河網(wǎng)水環(huán)境綜合治理技術(shù)的重要組成部分，可以減少河網(wǎng)水體內(nèi)部污染，提高污水處理廠的尾水水質(zhì)，修復城市河網(wǎng)水生態(tài)系統(tǒng)。未來，水環(huán)境治理要綜合運用環(huán)境科學、水動力學、生態(tài)學、微生物學等學科理論，全面修復河流生態(tài)環(huán)境，從而推動我國生態(tài)文明建設。