城市內河水體感觀透明度提升試驗研究

程順健

（福州城建設計研究院有限公司 福建福州 350001）

1 研究背景

福州市自2017 年啟動城區水系綜合治理以來，44 條黑臭水體已全面消除，2018 年經生態環境部、住建部聯合評定為“全國黑臭水體治理示范城市”。城區已建成的內河均已進入正常管養，水質持續提升，2022 年80%以上城區內河水質主要指標（COD、氨氮）達到地表Ⅳ類水標準。雖然福州市城區大部分內河水質主要指標已達到地表Ⅳ類水標準，但內河水體透明度普遍不高，內河水體雖然已經不黑不臭，但整體觀感仍未恢復到水體被污染前，水草豐茂、魚翔淺底的狀態。

隨著我國社會主要矛盾的轉化，生態環境在人民群眾生活幸福指數中的權重不斷提高，人民群眾從過去“盼溫飽”到現在“盼環?！?、從過去“求生存”到現在“求生態”，期盼享有更加優美的生態環境。建設生態文明既是民意所指，也是民生所求；既能增進民生福祉，也能讓群眾公平享有發展成果。要堅持生態惠民、生態利民、生態為民，切實提高生態環境質量，深入實施水污染防治行動計劃，還老百姓清水綠岸、魚翔淺底的景象是我國為增進民生福祉的新時代要求。所以如何有效提升內河水體透明度就成了當前福州市生態環境提升的重要課題。

本文以福州市打鐵港河水體透明度提升試驗為例，分析影響水體透明度的因素，探究適合福州城區水體透明度提升的技術措施，并進一步探索提高福州城區眾多內河與湖體的感觀透明度及水質的技術路線。這也助于福州市整體生態環境品質提升，對深化生態文明建設具有十分重要的意義。

2 透明度影響因素分析

水體感觀透明度是水質評價的關鍵生態指標，它是一個能夠較為直觀反映水體的渾濁程度以及水體光傳輸能力的常用物理特性指標［1］，也可以作為評價水體富營養化和水生態健康的重要指標［2］。水體透明度的高低主要受水中浮游生物和懸浮顆粒物影響，浮游生物和懸浮顆粒物越多，水體透明度越低［3］。藻類等內源性生產是懸浮顆粒物和總有機碳的重要來源；水溫、氮磷比和風速主要通過調節水體中的總有機碳含量和葉綠素a 含量對水體透明度產生間接影響［4］。

不同水體影響透明度的因素及受到的影響程度可能均不同。根據現場調查，影響福州打鐵港河感觀透明度的主要原因有：

（1）打鐵港河來水為晉安河河水，來水感觀透明度不佳。

（2）水中藻類較多，懸浮物較多，屬于藻型濁水態水體，水體呈綠色較為渾濁。

（3）水中缺乏生態位，存在大量羅非魚，攪動底泥引起底泥懸浮，水體缺乏自凈能力。

影響內河水體感觀透明的直接原因是水中懸浮物多造成的水體渾濁。為此，本次研究利用打鐵港河補水泵站設置了原位混凝沉淀的試驗，初步探索了改善內河水體感觀透明度的方法。

3 試驗概況

本次試驗利用福州打鐵港河補水泵站作為藥劑混合攪拌設施，利用天然河道作為沉淀段，開展原位混凝沉淀試驗，探究最佳的混凝沉淀工藝設計和運行參數，并分析該技術在福州市城區的適用性。

3.1 河道概況

打鐵港河河道平均寬度約20～25 m，上游接瓊東河，下游接新港河，總長度約1.4 km，平均水深約1.8 m，主要補水來自打鐵港補水泵站。打鐵港補水泵站位于群眾東路與六一中路交叉口，主要功能是引晉安河水調配打鐵港河，泵站現有補水泵3 臺（單臺2.7 m3/s，日常開啟2 臺，漲潮期間停機）。打鐵港河兩側遮陰約50%，補水泵開啟時河道流速較快。水藻滋生，底泥易漂浮，觀感透明度約60 cm。

3.2 水體透明度測量方法

本次試驗采用塞氏盤測定水體透明度。將塞氏盤沉入待測水體中，直至恰好看不清塞氏盤的深度時，記錄水面處的刻度，即可測得此處水體的透明度。

3.3 水體透明度本底值

水體透明度本底值是指在沒有人為干擾或污染的情況下，水體自然狀態下的透明度水平。它代表了健康水體的理想透明度，并且對于評估水質和環境狀況至關重要。水體透明度主要受到以下3 個因素的影響：

（1）懸浮物。懸浮物包括沉積物、泥沙、藻類等微小顆粒，它們會使水體變得渾濁并降低透明度。在自然環境中，懸浮物的含量通常是有限的，對水體透明度的影響較小。

（2）溶解物質。水中的溶解物質如酸、堿、鹽等無機物以及有機化合物等，可以吸收光線并降低透明度。然而，在適度的濃度下，這些溶解物質對水體的透明度影響相對較小。

（3）藻類和浮游生物。過多的藻類和浮游生物在水體中繁殖會導致水體變綠或渾濁，從而降低其透明度。這種情況通常發生在富營養化的水體中，由于過量的營養物質供應，藻類和浮游生物得到了大量生長。

透明度本底值的確定通常是通過對沒有明顯污染源的自然水體進行監測和采樣得出的。這可以作為水體健康狀態的1 個參考點，并與日后的監測結果進行比較，以評估水質是否發生變化。

在實際應用中，透明度本底值的測定有助于判斷水體受到污染或人類活動影響的程度。當水體透明度低于本底值時，可能意味著存在懸浮物、溶解物質或富營養物質等污染因素，需要進一步調查和采取措施保護水體環境。該項目試驗開始前，在打鐵港河多個位置測量透明度均為60 cm 左右。

3.4 試驗關鍵技術

本次試驗采用混凝沉淀技術提升水體透明度。

混凝是向水中投加藥劑，通過快速混合，使藥劑均勻分散在廢水中，然后慢速混合形成大的可沉絮體。膠體顆粒脫穩碰撞形成微粒的過程稱為“絮凝”。將混合、凝聚、絮凝合起來稱為混凝，它是水處理的重要環節?；炷a生的較大絮體通過后續的沉淀從水中分離出來的方法稱為混凝沉淀法。

一般來說，混凝沉淀法常用于城鎮污水和工業廢水處理，本項目創新地將混凝劑聚合氯化鋁（PAC）用于內河水體透明度提升。當混凝劑投入到內河水體中時，混凝劑水解形成的高價態的聚合離子，能迅速與懸浮物的負電荷發生電中和作用，從而吸附在顆粒表面上。繼續投加混凝劑，足夠數量的異號離子吸附在顆粒表面上，可以使顆粒表面的電荷減少到某個臨界值，這時候靜電斥力無法阻止顆粒之間的接觸，于是發生凝聚。如果投入過量的混凝劑，超額的異號離子吸附到顆粒物表面，引起表面電荷發生變號，當表面電荷變得足夠高時，膠體會發生重新穩定的現象。因此本項目將重點聚焦于混凝劑（PAC）的投加量。

3.5 試驗方案

本試驗分為采樣試驗和原位試驗2 個部分。

3.5.1 采樣試驗

從打鐵港河中取水樣送至實驗室進行混凝實驗，測試不同PAC 投加量下水樣濁度的降低效果，得出理想狀態下的最佳PAC 投加量。

3.5.2 原位試驗

在打鐵港補水泵站的進水池投加PAC，并在河道距泵站100 m 和150 m 處各設置1 道攔網以攔截絮凝作用產生的礬花。

在不同河段設置5 個監測點，通過對加藥后的水體透明度進行觀測，分析最佳的工藝設計和運行參數。1 號點距離加藥點約200 m；2 號點距離約600 m；3 號點距離約1 km；4 號點距離約1.4 km；5 號點距離1.6 km。

4 試驗結果

4.1 采樣試驗結果

本次在打鐵港上游取水樣，實驗前測定源水濁度為8.1 NTU，使用ZR4-6 型混凝試驗攪拌機開展實驗，混凝劑使用10%的PAC 溶液，混凝程序設置參數為：第1 階段30 s 350 r/min；第2 階段150 s 250 r/min；第3 階段240 s 150 r/min；第4 階段360 s 80 r/min；第5 階段600 s 0 r/min。測試不同混凝劑投加量下水樣濁度的降低效果，實驗結果如表1 所示。

表1 混凝攪拌實驗記錄表

從表1 可知，混凝劑投率達到6.5 mg/L 時（每升水樣投加6.5 mg10%的PAC 溶液），沉淀水濁度可達到1.6 NTU，已接近《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2006）要求的供水濁度（≤1.00 NTU）。因此得出結論：理想狀態下打鐵港河的水樣在混凝劑投加量達到6.5 mg/L 時即可達到較好的透明度提升效果。

4.2 原位試驗結果

試驗直接在河道中將PAC 混凝劑投入水泵進水前池中，利用水泵進行混合攪拌，利用河道作為沉淀段，測試不同藥劑投加量及不同補水量下對于水體透明度提高的效果。

本次試驗在不同工況下的試驗結果見表2～4。

表2 不同加藥量對水質透明度提升的影響

表3 不同補水量對水質透明度提升的影響

表4 最佳加藥量下，不同補水量下的沉淀距離

最佳工況下，加藥后河道透明度可達150 cm。

5 建議

（1）原位投加PAC 混凝劑可顯著提升內河水體透明度，合適工況下水體透明度由60 cm 提升至150 cm 左右。加藥量和河道流速是影響透明度提升效果的主要因素，打鐵港河透明度提升的最佳工況為加藥量25～30 mg/L，河道流速0.053 m/s（補水量1.89 m3/s），最佳工況下水體透明度可達150 cm。應盡量降低河道流速，河道流速與混合段的流速相差不要過大，可以提升混凝沉淀效果，實際運營時可通過適當降低補水量將河道流速控制在0.05 m/s 以下。

（2）根據現場觀察，沉淀段的長度主要與沉淀時間有關，沉淀時間大約1～2 h，針對打鐵港河，沉淀段的長度建議控制在200～300 m 左右，可以在沉淀區末端設置活動攔污壩或水平斜管等設施以提高沉淀效果。但原位投加混凝劑會引起河道沉淀區淤積，若長期投加，則需設置常態化清淤措施。

（3）最佳工況下成品PAC 溶液的日消耗量約6～7 t，藥劑費用約4 000～5 000 元/d。

（4）本次試驗采用的原位混凝沉淀技術對提升水體透明度有較為明顯的效果，但也存在一些局限性：①僅對水體中的懸浮顆粒物有效果，無法有效降低水體藻類含量，水體整體顏色偏綠，透明度有效提升但觀感尚不理想。②無法改善水中生態環境，長期向水體投加混凝劑可能對河道的生態產生影響。③原位投加混凝劑會引起河道沉淀段淤積，若長期使用需定期進行河底清淤。

（5）城區內河水體感觀透明度不佳的直接原因是水中懸浮物與藻類過多，根本原因是水中生態位缺失，水體缺乏自凈能力。原位混凝沉淀技術可快速降低水中懸浮物，提高水體透明度，但不屬于生態手段，運行成本高，且存在一定的生態隱患，不建議作為永久措施長期使用，僅可作為應急手段使用。建議針對不同河道特征采取切實可行的養護手段，例如微生物滅藻法，定期收割、更新沉水植物，生物調控等，可以有效改善水體中各種生物的數量，從而快速提高水體透明度，有效改善城市內河水體環境［5］。

6 結語

綜上所述，原位混凝沉淀技術因地制宜，充分利用現有河道、泵站作為混凝沉淀用地，節省了投資且運營相對簡單，解決了源頭補水渾濁、水中懸浮物多的問題。相較于異位混凝沉淀技術，原位混凝沉淀技術節省了用地及設備投資，適用于一些河道補水前凈化工作或作為應急措施在短期內快速提升水體透明度。