幸福河水環境治理研究

劉 偉

(江蘇省環境工程技術有限公司，江蘇 南京 210019)

自2016年以來，全國各地如火如荼地開展了城市黑臭水體整治工作。截至2020年底，全國地級及以上城市已消除98.2%的黑臭水體。然而，對于長江沿線及部分重點湖泊區域，根據《安徽省水環境功能區劃(報批稿)》，安徽省境內的長江干流水質管理目標為Ⅲ類，長江流域其他主要河流水質管理目標為Ⅳ類，與較高的斷面水質要求相比，河道治理仍然任重道遠。本研究以設有國控斷面(Ⅳ類)的來河支流——幸福河為研究對象，以其主要水質指標(CODcr、NH3-N、TP)達到Ⅳ類進行水環境治理工程設計，并希望通過相關工程的實施，提高國控斷面的水質達標率。

1 現狀及主要問題

1.1 區域概況

本研究中的河道(幸福河)位于安徽省滁州市來安縣水口鎮，鎮域內以農村用地為主，耕地約占鎮域面積的70%。農田溝渠交織密布，通過若干條排水干渠于鎮區匯入幸福河。幸福河長約1.3km，平均寬度約40m，在其末端設有閘門用于控制排澇。鎮區建設用地約7km2，人口約2萬，鎮區內居民住宅以自建房為主，建有學校、小型商業區、行政辦公區、菜市場等公共設施，配備自來水、燃氣、通信設施及生活污水處理廠。幸福河及其支流分布見圖1。

1.2 存在的主要問題

a.幸福河水質不達標，部分支流水質差。經檢測，幸福河現狀主要水質指標(CODCr、NH3-N、TP)為劣Ⅴ類，不滿足Ⅳ類水質要求，主要超標因子為CODCr及NH3-N。雖然部分農田溝渠冬季水質指標(CODCr、NH3-N、TP)優于Ⅳ類，但部分幸福河支流為劣Ⅴ類。

b.管網系統不完善，管道缺陷嚴重。鎮域內雖已建立部分排水管網，但排水系統仍不健全。主要問題包括：?在面積較大的農村地區基本無污水管網，在幸福河及其支流沿線污水直排入河；?鎮區內管網大多為合流制，雨季溢流嚴重，大量雨水進入污水管網導致污水處理廠進水量激增，最高達到年均值的1.7倍；?在分流制區域存在混接錯接；?管網缺陷問題普遍，河水入滲污水管道，鎮區污水處理廠進水濃度偏低，全年平均進水CODCr小于100mg/L。

c.河道底泥富營養化，內源污染嚴重。由于生活污水入河、農業種植、畜禽養殖及漁業養殖等原因，導致污染物大量沉積于河底，底泥富營養化。幸福河及大部分支流多年未清淤，底泥淤積較厚，內源釋放不容小覷。

d.農業種植面積廣，農業生產污染貢獻大。幸福河匯水范圍內農田面積約28km2，且以種植水稻為主。在農作物生長過程中產生大量農田退水，沿河居民利用部分支流進行畜禽養殖和漁業養殖，均對河道水質產生不利影響。

e.水生態系統不健全，水體凈化能力低。幸福河及其大部分支流水系內水生植物匱乏，幾乎無水生植物生長，水生態系統不健全，對污染物的自凈能力較低。

2 工程設計

2.1 總體思路

該工程目標治理河道幸福河雖然只有1.3km，但其主要支流總長超過10km，匯水范圍約32km2。因此，宜從流域角度對幸福河開展源頭治理和系統治理。針對上述問題，該工程以削減入河污染為基礎、以恢復河道自然生態為核心、以旁路凈化為支撐，通過相關工程的實施，保障幸福河主要水質指標(CODCr、NH3-N、TP)達到地表水Ⅳ類。

根據以上分析，確定的該工程的技術路線見圖2。

2.2 控源截污工程

“黑臭在水里，根源在岸上”，雖然幸福河現狀為非黑臭水體，但控源截污仍然是水質達標的基本前提?？卦唇匚酃こ讨饕ㄑ睾咏匚酃こ?、鎮區市政管網完善工程、小區雨污分流工程及片區末端截污工程，實施范圍涵蓋幸福河的整個匯水范圍。

2.2.1 沿河截污納管工程

按照污水來源，沿河污水排口可分為沿河居民生活污水排口、市政排口、企事業單位排口。對于鎮區沿河居民生活污水直排口，沿河新建污水管道收集直排生活污水，并接至污水管網；對于非鎮區沿河村莊居民直排生活污水，通過管道收集后就近采用一體化污水處理設施進行處理，處理達標后排入附近農田溝渠，經農田溝渠進一步凈化后進入河道。對于市政排口，采用末端截污方式將污水接入污水管網；對于企事業單位排口，就近接入污水管網。同時，對于高程較低的排口，在截污的同時考慮設置防倒灌設施，避免河道高水位時河水倒灌入污水管網?！妒彝馀潘O計標準》(GB 50014—2021)推薦截留倍數為2～5，考慮到水質目標及在采取沿河截污納管的同時將會進行管網改造工程，對于沿河污水直排口中的合流制管道截留倍數取2。

2.2.2 管網改造工程

鎮區大部分住宅為自建房，分布相對散亂，難以將各住戶的污水接出并匯入污水干管，實施系統的雨污分流工程。因此，擬結合污水主干管建設情況，將鎮區劃分為若干片區，在每個片區的出口設置截污設施，將片區內的旱季污水截入污水主干管，雨季超過截留能力的合流污水則通過管道輸送至河道。為減少合流污水進入污水管道，減小下游污水管道管徑，部分截留設施采用浮球閥或智能截留井對合流污水流量進行控制。

對于鎮區少量的集中式住宅，具備雨污分流條件的盡量實施雨污分流工程，部分老舊小區結合拆遷改造計劃同步實施；由于空間狹窄等原因難以實施雨污分流的，在小區總出口設置截留設施，保證旱季污水全部接入市政污水管網，減少雨季高濃度合流污水進入河道。

2.2.3 鎮區市政主管網完善工程

鎮區排水體制規劃為分流制，但現狀大部分管網為合流制。因此，結合規劃在分流制區域主要進行市政主管道的病害修復及混接改造，尤其是對沿河污水干管加強修復、防滲措施；對合流制區域補建缺失的雨污管網；對無雨污管網的地區進行雨污管網的同步完善，消除管網空白區。

2.3 內源治理工程

底泥為河道內水生植物、動物、微生物的生存提供了便利條件，但生活污水、管網沉積物、枯枝落葉、農田退水等污染源進入河道后導致底泥污染，污染物主要包括氮、磷、有機質及重金屬。研究表明：即使在外源污染輸入得到有效控制后，底泥中內源污染物的釋放仍會導致水體富營養化[1]。幸福河及其部分支流多年未清淤，底泥淤積層較厚，局部超過50cm。因此，需開展環保清淤，消除污染層，實施范圍為幸福河、一級支流、重要的和污染嚴重的二級支流。

底泥清淤的重點在于把握清淤深度，清淤深度過大易破壞河底生態，清淤太淺則不能有效清除底泥中的污染物[2]。依據《湖泊河流環保疏浚工程技術指南》[3]，環保清淤前采取柱狀樣進行檢測，清淤深度結合氮、磷吸附-解析實驗及Hankanson指數確定。該工程治理河流為內河，水位較淺，便于排干作業。從節約成本考慮，采用干挖清淤與水力沖淤相結合的方式進行清淤。

依據《固體廢物鑒別標準 通則》(GB 34330—2017)及《固體廢物處理處置工程技術導則》(HJ 2035—2013)，清淤底泥在處理處置前需首先判定是否屬于危險廢物，并根據《一般工業固體廢物貯存和填埋污染控制標準》(GB 18599—2020)進一步判定其屬于Ⅰ類還是Ⅱ類工業固體廢物。該工程河道匯水范圍內用地以農田和居民住宅為主，基本無工業企業。從縮短檢測周期、減少檢測費用角度考慮，底泥危險廢物屬性鑒別結合底泥清淤深度指標檢測同步進行，重點檢測常見重金屬及農業生產中的農藥。底泥若屬于危險廢物，交由相應有資質單位進行處理；若為一般固體廢物，可用于建筑材料、綠化種植土或進行填埋處理，并應符合相應規定。

2.4 農田退水治理工程

國內外很多學者對農田面源污染控制進行了研究，除通過科學施肥從源頭減少施肥量進而控制污染源釋放外，還可構建農田生態溝渠[4]或人工濕地[5-6]等發揮“滯”和“凈”作用。該工程治理河道上游農田密布，無新建人工濕地空間，因此，設計構建農田生態溝渠對農田退水污染物進行沿途削減?？紤]到大部分農田溝渠常年水深低于10cm甚至處于半濕潤狀態，擬在幸福河匯水范圍內的農田斗溝、支溝、干溝中恢復本土生長良好的茭白，在發揮水質凈化功能的同時也可產生一定的經濟效益。

2.5 水生態系統構建工程

水生態修復工程主要包括水生植物恢復、水生動物投放，其中水生植物主要包括沉水植物和挺水植物。研究表明：沉水植物不僅可直接吸收河道中的營養物質、光合作用產生溶解氧，還可通過化感作用抑制藻類生長，是淺水水體生態修復的核心[7]。挺水植物對氮、磷也具有較好的水質凈化作用，甚至對部分重金屬、有機污染物具有較強的適應能力[8-9]，但大部分挺水植物形態高大，大面積種植時易對河道排澇造成不利影響。水生動物主要包括濾食性魚類及底棲動物，它們可通過濾食作用控制氮、磷，凈化水質[10]。水生態修復工程的實施范圍為幸福河及其一級、二級支流。

參照《內陸水域“測水配方”水生態養護技術規范》(DB37/T 4332—2021)，結合其他河道治理經驗[11]，沉水植物種植于水深0.5～2m的區域，種植面積約為水面面積的60%；挺水植物主要種植于河道最高排澇水位以上30cm內，沿岸線帶狀間隔種植。水生植物優先選擇耐污能力強、凈化效果好、便于管理的本土植物，淺水區水深(0.5～1.5m)沉水植物主要選用苦草、馬來眼子菜，水體較深處(水深大于1.5m)主要選用微齒眼子菜、狐尾藻、金魚藻、黑藻，同時搭配一定比例的菹草，以便冬季其他水生植物衰亡時為水體提供一定的溶解氧。挺水植物除考慮凈化能力外，還從植株高度、花期等景觀因素考慮，選擇菖蒲、燈芯草、旱傘草、水生美人蕉、再力花及本土物種茭白。水生動物主要選擇鰱魚、鳙魚、銅銹環棱螺、河蚌，并搭配少量的鲴類。

2.6 旁路凈化工程

即使在實施控源截污及內源治理工程后，合流制溢流污染、地表徑流污染及超過生態溝渠凈化、調蓄能力的農田退水進入河道后仍會導致入河污染負荷大于河道環境容量。為盡快恢復雨后幸福河水質，擬采取旁路凈化工程提升水體的凈化能力。

常見的河道旁路凈化工藝包括混凝沉淀技術、超磁分離技術、曝氣生物濾池技術、生物接觸氧化技術[12]及人工濕地技術[13]?；炷恋?、超磁分離技術通常對于NH3-N沒有凈化效果；曝氣生物濾池技術需要對原水中的懸浮物進行預處理防止系統堵塞，且反沖洗系統復雜[14]；而單獨采用人工濕地技術需要占用大量土地。結合河道主要超標因子(CODCr、NH3-N)、周邊用地現狀及規劃(以農田為主，局部位置分布水塘)，采用接觸氧化工藝，可充分利用河道周邊現有水塘，在不新增用地的前提下實現水質凈化。因此，該工程擬利用靠近幸福河面積較大的水塘，采用生物接觸氧化工藝去除CODCr及NH3-N，并在生物接觸氧化塘末端設置除磷單元，通過吸附材料對磷的物理化學作用將磷去除，保障出水中的磷穩定達標。

在無水源補給的情況下，河道基本處于不流動狀態，旁路凈化后的水體難以與未處理的河水快速交換，容易呈現“一端好一端差”的現象。因此，在旁路凈化基礎上同時采取活水循環促進水體流動。從類似工程來看，循環水通常采用15～30d的循環周期[12]。因此，考慮水體循環時間為20d，并得出旁路凈化工程的處理規模。參照《生物接觸氧化法污水處理工程技術規范》(HJ 2009—2011)，水力停留時間取4h，據此確定接觸氧化池塘體體積、填料量。

2.7 綜合調度

為使旁路凈化工程充分發揮作用，在雨季及農田集中退水時節宜適當降低河道水位，發揮河道自有調蓄作用，延長污染物停留時間，以使污染物在旁路凈化系統中充分發揮降解作用。同時，為保障河道排澇功能、減小對旁路凈化區的沖擊，在汛期來臨時應注意河道水位變化情況。當超過預定水位時，及時打開河道中的閘壩并關閉旁路凈化系統中的進水系統，滿足河道排澇要求。

3 結論與建議

a.工程實施后極大地削減了入河污染負荷，水生態系統得以完善，提升了水體凈化能力，可保障幸福河主要水質指標(CODCr、NH3-N、TP)達到Ⅳ類標準。

b.建議在鄉鎮發展過程中，逐步建立起與人口、經濟、環境要求相適應的排水及處理系統。同時，加強對鎮區排水設施監管，嚴禁管道私接，禁止企業生產廢水接入雨水管道。

c.建議劃定河道保護范圍，嚴禁在保護范圍內傾倒垃圾、種植、畜禽養殖及漁業養殖。

d.建議提供農業技術服務，指導科學施肥、減少化肥使用量，從源頭減少污染物排放量。