浅析ISER技术在黑臭河道治理中的应用

黄剑锷 ，季福志 ，董家晏 ，田 旭

（1.上海市崇明区港西镇水务管理所，上海 202154；2.堡森（上海）环境工程有限公司，上海 200441）

0 前言

黑臭河道是当今社会经济发展中急需解决的生态环境问题，严重影响人居环境和健康。根据住建部全国城市黑臭水体整治平台发布信息，已经被认定的黑臭水体有2100个，其中完成治理的黑臭水体有1120个，达到全部黑臭水体的53.3%；正在整治和制定方案的有790个和190个，分别占全部黑臭河道的37.6%和9.1%。加大对黑臭河道的研究，通过综合性手段，营造“水清、岸绿、有景”的亲水自然环境，促进地区经济的可持续发展[1]。

1 底泥原位修复技术（ISER）

底泥原位修复技术（ISER）包括原位生物修复、原位覆盖和原位化学修复等。该技术在降低底泥污染物总量，减少对上覆水体的污染风险在城市黑臭河道治理中有着十分重要的意义[2]，相比于异位修复，原位修复能够极大地减少对底泥和水体的扰动，不会加快底泥中的氮、磷物质的释放；具有不需要将底泥云至其他位置处理，不需要对处置场地的长久监测，工程量小，处理成本低的优点。

底泥原位修复技术针对河道区域原位土壤和清淤底泥的状况分析及工程需求，科学性地提出了淤泥生态修复策略和工程应用方案，使原位土壤、疏浚淤泥及其他固体原材料满足土木工程、水利工程、环保工程建设需求，提升河道淤泥原位资源化利用率和河道整体的景观效应[3]。

因此，根据对河道的淤泥有机质含量的不同，改变ISER改良剂和ISER稳定生态修复材料的最佳配合比。达到原位改良淤泥底质，原位处置和资源化的最佳效果。利用ISER原位河道修复技术，能够同时解决河道整治和轮疏中原位淤泥的处置问题。技术原理图，见图1。

图1 ISER原位河道修复技术原理图

2 河道治理工程概况

2.1 项目介绍

上海市崇明区位于长江入海口，全区地势平坦，由崇明、长兴、横沙三岛组成，总面积1411 km2。崇明岛三面环江，东临东海，全岛东西长约80km，形似卧蚕，总面积1267 km2,约占上海市总面积的约1/6，是世界上最大的河口冲积岛，也是继台湾岛、海南岛之后的中国第三大岛。崇明岛素有“长江门户”东海瀛洲”之美誉。崇明区下辖陈家镇、中兴镇、向化镇等16个镇，新村乡、横沙乡2个乡，涉及62个居委会、271个村委会。

港西镇位于崇明岛中部，东临建设镇、南临城桥镇、西临庙镇、北侧与新海镇、东平镇相接。港西镇行政区域面积45.73 km2，下辖12个行政村、384个村民小组。

2.2 河道概况

港西镇河沟纵横，河道环岛运河从本镇南部和北部流过，区级河道上小竖河、三沙洪以及东效港贯穿境域南北；在区级河道之间有镇级河道22条，共56.36 km，间距1000 m左右；横河之间有村级河道650条，共302.35 km，间距80 m～100 m，村级河道作为水系末端的“毛细血管”遍布整个港西镇，其中有小部分河段岸坡已整治（桩板式护岸、小木桩护岸），部分未整治河道两岸风貌较差，水质黑臭，垃圾堆积、漂浮，村级河道两端大部分位于居民聚居区，大量的生活、餐饮等污水排入河道，污染严重，造成大量营养物质在河道底部积累，远超过自身的自净能力，使很多生物无法生存，进而产生水体食物网结构破坏、生态过程不能完成的次生效应，导致水环境不断恶化，生态功能不断萎缩。

目前，局部水域水质差，水体处于富营养化状态，水体黑臭，透明度较低，底部淤泥沉积严重。村级河道水质恶化和水环境问题极为突出，对居民用水安全、防洪安全、生态建设、人居景观等产生不利影响。因此黑臭底泥的合理化处置是亟待解决的核心问题，也是降低河道水质以及影响人民生产生活用水的关键因素。

3 ISER技术在河道治理工程中的应用分析

3.1 原则

根据区域内黑臭河道实际情况，结合ISER河道原位生态修复技术，主要对其中2条黑臭河道进行生态修复，具体包括以下几个方面。

（1）河道黑臭底泥原位处理，处理深度30 cm～50 cm，形成黑臭底泥硬壳层，阻断黑臭底泥中污染物上覆到水体中；

（2）对直立硬质护岸挡墙断面结构进行优化，坡脚种植，科学选取水生植物及护岸植物，修复滨水生态，提升河流岸坡结构的整体稳定性；

（3）河道配套种植挺水植物、机械曝气装置，对河道水体进行人工曝气增氧，可以提高水中溶解氧，增强河道自净能力。

3.2 断面设计

ISER生态结构体基底的最大压应力应不小于地基的允许承载力。ISER生态结构体自身不允许出现拉应力，压应力应小于允许抗压强度，采用理正岩土计算进行稳定性验算，其中滑裂面形状采用圆弧滑动法（不考虑地震），圆弧稳定分析方法采用Janbu法；土条重切向分力与滑动方向反向时，以下滑力对待。条分法的土条宽度为0.200 m，搜索时的圆心步长为0.100 m，搜索时的半径步长为0.500 m，通过软件计算安全系数为2.894，符合《水工建筑物荷载设计规范》（SL 744-2016）有关规定。计算简图，见图2。

图2 ISER边坡稳定性验算简图

本项目河道淤泥截面积从 5 m2～21 m2不等，通过CS1～CS10断面中淤面高程、地面高程、里程参数的综合比较，结合边坡稳定性验算和经济效益评估，最终选择边坡比为1∶2的CS6作为设计断面[4]。

河道断面CS6河道宽度5 m每延米河道淤泥体积为2.0 m3，采用降水围堰作业，河道黑臭底泥按照处理厚度测算重量，依测算重量和掺量喷洒ISER淤泥改良剂，然后利用专业原位搅拌设备进行原位拌合，闷料24小时后，利用专业原位搅拌设备喷洒ISER生态修复稳定材料，并进行原位搅拌修复，整平、养护，最终形成一个ISER生态修复稳定层壳，固定河底黑臭污染物不上翻，但该稳定层壳具有一定的微孔孔隙率，可以负载微生物和能量交换。

3.3 生态植物设计

河道绿化和种植平台的水生植物的设计，根据四季景观而定[5]。种植平台水生植物安排交错种植的挺水植物，高区采用再力花、香蒲、水生美人蕉、花叶芦竹、芦苇等；低区采用梭鱼草，黄菖蒲、西伯利亚鸢尾，其中西伯利亚鸢尾为四季常青植物保证河岸四季景观；局部景观点采用睡莲等观叶植物修饰，即保证景观性，又保证植物多样性，对水质的净化起到显著效果。ISER原位修复后的河岸线，见图3。

图3 ISER原位修复后的河岸线图

4 结语

随着人们对生态环境要求越来越高，需要对黑臭河道的治理进行创新和调整。通过了解河流的污染类型，查清造成河道黑臭的原因，对不同的河道进行不同治理方式，主要采取“一河一治”的治理方式，从截污控源、消减内源、提高水体自净化能力、生态修复等方面进行治理黑臭河道，同时对生态工程和景观进行建设，营造良好的视觉感，为人们的生活品质提高创造条件。

利用ISER底泥原位生态修复技术对河道黑臭底泥彻底改良和生态修复，运用挺水植物种植平台，改善水质、提升岸坡结构稳定性和河道景观效应，不仅解决了黑臭河道内源污染，而且将黑臭底泥进行资源化应用，避免黑臭底泥的外运和二次污染问题，具有良好的经济效益、环境效益和社会效益。