青島市城市黑臭水體治理與生態(tài)修復(fù)探索

涂楠楠，國(guó)小偉，趙夢(mèng)圓，王 磊，李小寧

(1.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司北京分公司，北京 100044；2.河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引言

2015年國(guó)務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，要求到2020年全國(guó)地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)，到2030年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除[1]。2022年3月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部、國(guó)家發(fā)展改革委、水利部聯(lián)合印發(fā)了《深入打好城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》，要求在“十四五”期間進(jìn)一步提高城市污水處理效能、鞏固地級(jí)及以上城市黑臭水體治理成效，并促進(jìn)縣級(jí)城市黑臭水體治理。

目前，許多黑臭水體治理工程，因“重治理輕保持、重短期輕長(zhǎng)效”而導(dǎo)致后續(xù)出現(xiàn)水體返黑，水質(zhì)反復(fù)惡化的現(xiàn)象。黑臭水體治理應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮，從技術(shù)手段、經(jīng)濟(jì)適用性、環(huán)境影響等多角度出發(fā)，保障明確目標(biāo)、因地制宜、綜合施策、規(guī)范管理，確保水質(zhì)改善效果長(zhǎng)期穩(wěn)定[2]。本文以青島市城市黑臭水體治理工程為例，對(duì)這一治理思路的實(shí)施方案和建設(shè)成效進(jìn)行探討，以期為其他城市黑臭水體治理工作提供參考。

1 城市黑臭水體概況與困境

據(jù)調(diào)查，2017年青島市有25%的河流為劣Ⅴ類，部分水體黑臭現(xiàn)象嚴(yán)重[3]，住建部、生態(tài)環(huán)境部2016年2月公布的全國(guó)城市黑臭水體清單涉及青島市有12條河道，其中，2條為重度黑臭，10條為輕度黑臭，總長(zhǎng)度17.71km，主要分布在市北區(qū)、李滄區(qū)、嶗山區(qū)、西海岸新區(qū)等4個(gè)建成區(qū)，如圖1所示。

2018年10月，青島市成功入選國(guó)家首批黑臭水體治理示范城市，大力開(kāi)展水環(huán)境治理專項(xiàng)工作，青島市河道面臨主要問(wèn)題有：

1.1 水資源供需矛盾突出

青島市本底水資源貧乏，現(xiàn)狀城市水源供水能力為12.51億m3，城市需水量12.80億m3，水資源缺口約0.29億m3；預(yù)測(cè)2025年城市需水量16.57億m3，缺水率24.5%，供水形勢(shì)異常嚴(yán)峻。

1.2 城市河道生態(tài)基流短缺

青島市河道屬于季節(jié)性河道，以地下水、雨水為河道主要水源補(bǔ)給，部分河道旱天缺少足夠的清潔水源，全市河流總數(shù)共440條，枯水期幾乎全部斷流，部分河道甚至全面斷流，造成河流生態(tài)系統(tǒng)功能和物種多樣性減小。

1.3 海濱城市水環(huán)境問(wèn)題突出

青島市典型的海濱丘陵城市，地勢(shì)東高西低，南北兩側(cè)隆起，中間低凹，部分河流屬于感潮河段，受海水潮汐影響較大，過(guò)城河道的水環(huán)境問(wèn)題會(huì)加大污染物排入膠州灣，影響入海水質(zhì)。2016年以來(lái)入?？跀嗝嫠|(zhì)長(zhǎng)期超標(biāo)，其中氨氮月均值最高超標(biāo)達(dá)6.9倍，屬劣Ⅴ類水體。

1.4 污水收集系統(tǒng)不完善

城市黑臭水體的主要污染源為雨季污水溢流和徑流面源污染，青島市城區(qū)雖整體為雨污分流制，但排水設(shè)施建設(shè)年代較早，經(jīng)過(guò)多輪改造，仍存在小區(qū)管網(wǎng)混錯(cuò)接、沿街商戶私搭亂接等問(wèn)題，以李村河流域?yàn)槔?，雨污混接地塊如圖2所示。

根據(jù)人口測(cè)算，2018年李村河流域的生活污水產(chǎn)生量約為26.21萬(wàn)m3/d，流域內(nèi)共2座污水處理廠，總處理規(guī)模為25.60萬(wàn)m3/d，見(jiàn)表1，上游污水廠平均運(yùn)行負(fù)荷率約為3%，吃不飽幾成常態(tài)；下游為污水廠處于超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，污水處理規(guī)模不足。

表1 李村河流域污水廠水量運(yùn)行數(shù)據(jù)(2018年)

2 治理策略

2.1 研究范圍

青島市中心城區(qū)分為7大流域，本次重點(diǎn)分析覆蓋最廣、治理任務(wù)最重的李村河流域，流域面積約143km2，覆蓋市北區(qū)、李滄區(qū)和嶗山區(qū)，是流經(jīng)青島市區(qū)最長(zhǎng)、支流最多的河流，12條城市黑臭水體中的3條位于此，分別為李村河中游(君峰路-青銀高速)段、李村河下游(四流中路以東)段、水清溝河(開(kāi)封路-唐河路)段，具有一定典型性和代表性。

2.2 治理措施

治理時(shí)，轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的局部化、零散化治理思路，綜合考慮青島市城市缺水的特點(diǎn)，以流域水環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以減少雨天污水溢流，控制徑流面源污染為目標(biāo)，完善流域內(nèi)污水收集處理系統(tǒng)，優(yōu)化污水設(shè)施布局，修復(fù)現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)，優(yōu)先凈化、利用現(xiàn)有水資源，并結(jié)合保障措施的落實(shí)，形成有效的全流域系統(tǒng)治理，如圖3所示。

圖3 青島市李村河黑臭水體綜合治理技術(shù)路線圖

2.2.1排水系統(tǒng)改造

(1)補(bǔ)齊城中村管網(wǎng)空白區(qū)。經(jīng)過(guò)調(diào)研分析，李村河流域內(nèi)有23個(gè)城中村內(nèi)部缺失排水管網(wǎng)，涉及人口約7.43萬(wàn)人，污水產(chǎn)生量約0.83萬(wàn)m3/d。以峪夼社區(qū)為例，社區(qū)每戶已實(shí)施管道敷設(shè)，設(shè)在水龍頭下、浴室地漏、廚房地漏等，村民洗菜、洗澡、做飯等生活廢水均通過(guò)戶內(nèi)管道排放，但社區(qū)內(nèi)無(wú)統(tǒng)一的污水收集管網(wǎng)，污水主要排入明溝、暗溝及暗管，隨溝排放至下游。針對(duì)城中村管網(wǎng)空白區(qū)，李村河流域新建截污干管11.96km，補(bǔ)齊北龍口社區(qū)、南龍口社區(qū)等城中村管網(wǎng)空白區(qū)，面積431.29hm2，配套建設(shè)污水管道245.64km，實(shí)施污水干管修復(fù)5.5km。城中村污水納管及管網(wǎng)建設(shè)如圖4所示。

圖4 城中村污水納管及管網(wǎng)建設(shè)示意圖

(2)管網(wǎng)檢測(cè)排查修復(fù)。在采用管網(wǎng)流量、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等方式對(duì)問(wèn)題區(qū)域識(shí)別的基礎(chǔ)上，利用CCTV、QV等手段溯源追查李村河流域內(nèi)排口上游污染及管網(wǎng)問(wèn)題，排水口調(diào)查286處，源頭信息調(diào)查4598宗，“一口一檔”并定期更新，閉路電視技術(shù)檢測(cè)管網(wǎng)447.803km，采取電子潛望鏡技術(shù)檢測(cè)286km，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題3萬(wàn)余處，檢測(cè)成果全部納入信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)成果的分類，并對(duì)破損管道進(jìn)行更新、修復(fù)、清淤等，提升污水管線轉(zhuǎn)輸能力。

(3)管網(wǎng)混錯(cuò)接改造。根據(jù)問(wèn)題排口的上游溯源情況，開(kāi)展流域內(nèi)雨污混接改造地塊71個(gè)，新建/翻建市政污水管道10.76km、雨水管道3.21km，杜絕流域內(nèi)污水散排亂排，排查“散亂污”企業(yè)230家，清理、取締、關(guān)停整改106家，以李滄區(qū)百通馨苑為例，通過(guò)改造有效解決了沿街商鋪污水管道混錯(cuò)接和洗車廢水散排等問(wèn)題。

(4)取消臨時(shí)截污措施。對(duì)李村河流域臨時(shí)截污設(shè)施進(jìn)行分區(qū)溯源，建設(shè)完善區(qū)域內(nèi)排污管網(wǎng)，將污水納入污水管道，拆除臨時(shí)截污設(shè)施，李村河沿線社區(qū)開(kāi)展雨污分流改造，加強(qiáng)點(diǎn)源治理，取消臨時(shí)截污措施89處。

通過(guò)上述措施的實(shí)施，2018—2020年青島市污水集中收集率分別為85.8%、86.2%、86.3%，實(shí)現(xiàn)城市生活污水集中收集率穩(wěn)步提升。

2.2.2優(yōu)化污水設(shè)施布局

為進(jìn)一步優(yōu)化流域內(nèi)污水處理設(shè)施布局，綜合考慮區(qū)域特點(diǎn)，構(gòu)建李村河流域空間“上-中-下”、規(guī)模“小-中-大”[4]結(jié)合的三級(jí)布局結(jié)構(gòu)，如圖5所示，近期擴(kuò)建、提標(biāo)下游李村河污水處理廠至30萬(wàn)t/d，中游新建張村河水質(zhì)凈化廠(5萬(wàn)t/d)，上游新建世園會(huì)污水泵站(0.6萬(wàn)t/d)，遠(yuǎn)期新建李村河北岸水質(zhì)凈化廠(5萬(wàn)t/d)、擴(kuò)建張村河水質(zhì)凈化廠二期，保障流域內(nèi)污水“全覆蓋、全收集、全處理”的基礎(chǔ)上，緩解李村河兩岸污水干線壓力，降低污水溢流風(fēng)險(xiǎn)。李村河流域污水收集處理設(shè)施布局情況見(jiàn)表2。

表2 李村河流域污水收集處理設(shè)施布局 單位：萬(wàn)t/d

圖5 李村河流域污水處理系統(tǒng)布局優(yōu)化

2.2.3生態(tài)修復(fù)與活水保質(zhì)

(1)青島市作為中央財(cái)政支持的30個(gè)海綿城市建設(shè)試點(diǎn)城市之一，全面落實(shí)海綿城市建設(shè)理念，采用源頭措施控制削減徑流污染。試點(diǎn)區(qū)域涉及李村河流域9.50km2，2020年又劃定李村河流域面積55.64km2作為海綿城市先行示范區(qū)，在雨污分流改造的基礎(chǔ)上，利用海綿生態(tài)設(shè)施建設(shè)，實(shí)施115項(xiàng)源頭改造項(xiàng)目，李村河流域海綿城市建設(shè)面積達(dá)到45.5%，建筑與小區(qū)81項(xiàng)、公園與綠地10項(xiàng)、道路與廣場(chǎng)24項(xiàng)，并搭建了全市統(tǒng)一共享的海綿城市和排水監(jiān)測(cè)管控平臺(tái)，布設(shè)液位、流量、水質(zhì)等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備214臺(tái)，實(shí)現(xiàn)海綿城市建設(shè)全過(guò)程動(dòng)態(tài)跟蹤。

(2)開(kāi)展河道生態(tài)補(bǔ)水?；诶畲搴蝇F(xiàn)狀非汛期幾近干涸、徑流量極少的特點(diǎn)，采用生態(tài)流速法計(jì)算河道生態(tài)需水量，見(jiàn)表3，考慮到不同月份蒸發(fā)與降雨量差異，補(bǔ)水量選取最不利月份日均補(bǔ)水量，計(jì)算出李村河上、中、下游日補(bǔ)水量分別為0.6萬(wàn)、1.0萬(wàn)、16.0萬(wàn)m3/d。

表3 李村河流域補(bǔ)水河道河段需水量統(tǒng)計(jì)表 單位：m3/d

李村河流域內(nèi)以世園會(huì)再生水凈化廠、張村河污水處理廠、李村河污水處理廠的再生水為補(bǔ)水水源。上游世園會(huì)再生水凈化廠出水補(bǔ)充李村河上游河道，補(bǔ)水量0.6萬(wàn)m3/d；中游張村河水質(zhì)凈化廠再生水補(bǔ)充至張村河中游河道形成景觀水面，補(bǔ)水量4萬(wàn)m3/d；中下游以李村河污水處理廠尾水為補(bǔ)水水源，在青銀高速、君峰路、兩河交匯口、鄭州路河、黑龍江路共設(shè)置5處補(bǔ)水點(diǎn)，補(bǔ)水量20萬(wàn)m3/d。目前，李村河流域再生水穩(wěn)定補(bǔ)水達(dá)到24.6萬(wàn)噸/日，再生水回用率達(dá)到80%以上，實(shí)現(xiàn)了再生水的“生態(tài)耦聯(lián)、梯級(jí)利用”。

同時(shí)，在李村河中游構(gòu)建具有北方城市特色的水下生態(tài)系統(tǒng)，如圖6所示，新建水下森林面積約2.5萬(wàn)m2，建設(shè)具有脫氮功能的人工濕地約500m2以及帶狀生態(tài)濾床120m，對(duì)尾水進(jìn)行深度處理后回灌河道，并對(duì)李村河流域局部岸線規(guī)整，沿河岸增加挺水植物，修復(fù)原有生態(tài)系統(tǒng)，提升河道的水環(huán)境容量。

圖6 李村河中游生態(tài)補(bǔ)水示意圖

3 整治成效分析

3.1 水生態(tài)建設(shè)效果評(píng)估

黑臭水體整治的最終目的是要還老百姓“清水綠岸、魚(yú)翔淺底”的景象。李村河流域通過(guò)河道水體、河岸帶兩部分提升建設(shè)，逐漸恢復(fù)了水體生態(tài)系統(tǒng)，為水生動(dòng)植物提供棲息場(chǎng)所[5]。李村河流域內(nèi)引入海綿城市理念，打造了一批高品質(zhì)的綠地、公園。通過(guò)系統(tǒng)化工程建設(shè)李村河下游國(guó)控?cái)嗝娉掷m(xù)達(dá)標(biāo)，2020年至今水質(zhì)一直維持在地表水III類。李村河中下游2020年監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示如圖7所示，水質(zhì)指標(biāo)持續(xù)向好，河道內(nèi)水生植物豐富，水生動(dòng)物活躍，常年消失的各種沿河棲息的鳥(niǎo)類也返回李村河。

圖7 李村河中下游2020年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(以NH3-N為例)

3.2 再生水補(bǔ)水效果評(píng)估

在黑臭水體的治理目標(biāo)基礎(chǔ)上，為評(píng)估流域內(nèi)再生水補(bǔ)水對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，我單位與中國(guó)海洋大學(xué)聯(lián)合開(kāi)展了非常規(guī)水資源綜合利用課題研究，探究李村河污水處理廠再生水補(bǔ)給李村河后的水質(zhì)變化規(guī)律、生態(tài)系統(tǒng)演替規(guī)律和景觀效果提升規(guī)律。研究設(shè)置了4個(gè)采樣點(diǎn)，包括3個(gè)再生水補(bǔ)水的采樣點(diǎn)，分別為1號(hào)膠濟(jì)線鐵路橋、2號(hào)勝利橋、3號(hào)5萬(wàn)m3補(bǔ)水口下游，以及無(wú)再生水補(bǔ)水的采樣點(diǎn)4號(hào)青龍橋。

結(jié)果顯示，青龍橋處點(diǎn)位葉綠素a濃度較高，為47.23mg/L，補(bǔ)水后水體的葉綠素a濃度顯著降低，藻類減少，補(bǔ)水點(diǎn)附近降低為1.44～6.58mg/L，再生水補(bǔ)水使李村河生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生演變，水生植物種類增多，生物量、密度增大，如圖8—9所示，對(duì)水環(huán)境容量，河流徑流條件，水體自凈能力的提升有很大幫助[6]。生態(tài)系統(tǒng)由以蘆葦、稗草為主的濕生生態(tài)系統(tǒng)和以沉水植物、浮葉植物為主的湖庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)系統(tǒng)演變成以挺水植物為主的河流生態(tài)系統(tǒng)，藻類含量減少，水體的自凈能力變強(qiáng)。

圖8 再生水補(bǔ)水前后葉綠素a濃度變化

圖9 再生水補(bǔ)水前后水生植物平均生物量的變化

4 結(jié)語(yǔ)

黑臭水體治理是一項(xiàng)艱巨而復(fù)雜的系統(tǒng)性工程[7]，通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)化治理模式，李村河流域?qū)崿F(xiàn)再生水景觀回用率達(dá)到80%以上，居全國(guó)領(lǐng)先水平，建管納污、系統(tǒng)診斷、灰綠結(jié)合、補(bǔ)水優(yōu)先的治理方式，創(chuàng)建了青島市城市黑臭水體治理典型示范，也為其他城市提供參考。總而言之，黑臭水體的出現(xiàn)往往根源于流域尺度的多個(gè)因素，其系統(tǒng)性及整體性的治理思路十分重要。在此基礎(chǔ)上，堅(jiān)持建管并重，建立健全長(zhǎng)效機(jī)制，明確運(yùn)維管理主體，完善河長(zhǎng)制、排水許可、排污許可等制度，加強(qiáng)黑臭水體日常巡查及監(jiān)測(cè)，通過(guò)不斷建章立制健全河道生態(tài)系統(tǒng)，還老百姓“清水綠岸、魚(yú)翔淺底”的景象。