生态治理技术在山湖苑黑臭水体整治中的应用研究

(1.常熟市尚湖水利管理服务站，江苏 常熟 215500；2.江苏省望虞河常熟管理所，江苏 常熟 215500；3.常熟市水务局，江苏 常熟 215500)

城市因水而秀美，因水而灵动。目前，城市经济发展、人口增长与水环境承载能力不足的矛盾日趋突出，河道生态系统承受的压力在持续增加，城市水环境遭到严重威胁。常熟市位于江苏省东南部，河网密布，是典型的江南水乡。因城市经济发展，常熟城区水质不容乐观，部分河道出现黑臭现象，制约了常熟经济社会可持续发展。2015年，国务院发布《水污染防治行动计划》，将城市黑臭水体治理列入其中并提出整治目标要求，黑臭水体治理日益成为研究热点。

焦志杰[1]通过对昆山市古仙江治理前后4个监测断面污染物去除效果进行分析，研究截污纳管、清淤、增氧曝气、水生植物及微生物技术在黑臭水体治理中的成效。李丽[2]系统分析了生境改善、生态构建、生态维护管理在黑臭河道生态治理中的应用情况。吴刚等[3]以常熟市曹家湾河、蒋家村河黑臭水体整治工程为例，在前期调研、污染成因、对策研究、过程控制、效果分析等方面开展工作。朱丽丽等[4]以常熟市山湖苑河为例，重点进行了水环境问题分析、黑臭成因诊断并以水体生态系统的时间、纵向、横向、垂向维度为思路对水体生态治理策略进行初步探讨。本文以常熟市山湖苑河黑臭水体生态治理为例，基于水体黑臭成因，重点对黑臭水体整治措施及治理效果进行跟踪分析，探讨城市河流生态治理方式，为今后城市黑臭水体生态治理提供参考。

1 水体状况

山湖苑河位于常熟市中心城区甸桥村，在虞山尚湖风景名胜区与尚湖饮用水源保护区之间(见图1)。该河道为断头浜，仅南侧与外河连通，河道总长750m，由300m环形河道及450m主河道组成，河道宽度为15～20m，水体面积0.91hm2，汇水区面积14.09hm2。山湖苑河存在的主要水环境问题为夏季河道内多处暴发蓝藻[4](见图2)，散发强烈鱼腥味，居民投诉时有发生，严重影响两岸百姓日常生活；河道水质不佳，水体透明度差，溶解氧含量低，达到轻度黑臭级别；水体流动性差，整体水生态状况较差。

图1 山湖苑黑臭水体位置

图2 山湖苑黑臭水体蓝藻暴发实景

2 黑臭成因

黑臭反映的是有机污染在水体中的一种极端现象[5]，水体黑臭现象的形成具有十分复杂的原因。对于黑臭水体的治理，首先要分析河道黑臭成因。山湖苑河夏季蓝藻大面积暴发，河道黑臭主要由以下原因造成[4]：外源污染是河道黑臭的主要污染源，也是藻类暴发时营养物质的主要来源，外源污染主要为污水管网错接、漏接、混接导致的生活污水直排以及初期降雨径流；河道断头及原有筑坝导致水体流动性差；河道淤积严重，底泥有机质降解和污染物释放导致水体内源污染；河道两岸生态结构单一脆弱，生态系统基本丧失了生态净化功能，水体自净能力弱。

3 整治目标

山湖苑河水体黑臭成因较多，因此针对该河道的治理应多措并举，系统考虑多种适用技术、措施相结合进行综合治理。根据山湖苑河自然环境特征、周边土地利用现状、污染排放特性和河道治理目标，以“因地制宜、综合措施、技术集成、统筹管理、长效运行”为基本原则，将山湖苑河水污染防治、蓝藻治理、生态系统建设以及生态文明建设融为一体，全面控制内外污染源，控制河道内蓝藻暴发，提升水质，改善河道生态系统。

4 治理措施

河道治理工程共分为外源污染控制和水质净化工程、内源污染控制工程、河道生态修复工程、活水循环工程4个板块。河道总体布局图及河道整治后效果图见图3、图4。

图3 山湖苑河总体布局

图4 山湖苑河主河道整治后效果

4.1 外源污染控制和水质净化工程

在河道两侧设置815m河道原位三相净化系统(见图5)，拦截并处理初期雨水及未完全截污的生活污水。该系统可实现物化作用、微生物降解、植物吸收三者的统一。其基本构造是全封闭柔性围隔+森美思填料+中空纤维膜+先锋漂浮植物+挺水植物。全封闭柔性围隔创造独立的雨、污口排放空间，阻断与主河道的水力和物质交换；森美思填料快速降低水体污染物浓度，并在填料周边形成高浓度污染物生境；中空纤维生物膜对溶解态和颗粒态有机物进行高效快速降解；先锋漂浮植物对分解产生的氮、磷进一步深度处理。

图5 三相净化系统

通过泵站抽取原位三相净化系统出水，接入800m2人工复合梯级湿地及840m2景观型边坡表面流湿地(工艺为微曝气垂直流湿地+水平潜流湿地)进行深度净化，见图6，最后通过生态河道(工艺为沉水植物+生态浮床)的水力循环过程，输送到河流末端，以此来循环往复整个处理流程。

图6 人工湿地效果

4.2 内源污染控制工程

对河道污泥采用底泥原位消减技术，并加入缓释型底泥修复材料，降解和维持底泥有机质含量，同时固定沉积物中的磷。

4.3 活水循环工程

在环形河道设置溢流坝，分隔人工复合湿地出水与河水，同时实现环形河道内水体逆时针单向流动；在东南侧河流末端设置液压坝，在保持常水位的基础上，利用水泵使河道水体呈逆时针流动，实现活水循环，改善河道内水动力条件；利用人工曝气增氧技术，设置浮水喷泉式曝气机2台，太阳能解层式曝气机3台，罗茨曝气风机4台，消除水体分层，提高水体复氧能力，实现河道内活水循环，改善河流水质。河道活水循环示意图见图7。

4.4 河道生态修复工程

利用生态浮床浮岛、硬质驳岸生态改造工程，改善河道生境，提高生物多样性，优化河流生态系统。在主河道两侧设置1600m人工生态浮床，在河道中央设置26座人工生态浮岛，浮盆上种植挺水植物、漂浮植物，浮盆下悬挂复合填料，加强对河道水质的净化能力。对主河道硬质驳岸进行生态改造，结合河道原位三相净化系统的配置，将硬质驳岸与生态浮床相结合，驳岸上种植迎春、连翘、常春藤等挂壁式植物，柔性围隔内的人工浮床种植耐污型、景观性强的挺水植物和漂浮植物，共计1024m；将环形河道原有垂直混凝土驳岸拆除改造为生态驳岸，共计80m。

图7 山湖苑河活水循环示意图

5 治理效果

山湖苑黑臭河道通过历时5个月的生态整治，水质得到较大改善。第三方检测机构根据《城市黑臭水体整治工作指南》相关要求，对山湖苑河开展了持续半年的水质监测，主要指标数据见表1。根据山湖苑河所有采样监测数据绘制变化曲线图(见图8、图9)。

表1 山湖苑河水质监测数据汇总

图8 水质监测数据(透明度、溶解氧)变化曲线

图9 水质监测数据(氨氮、氧化还原电位)变化曲线

由图8分析可得，2018年11月基本完成土建施工后，溶解氧及透明度指标已明显提高；2019年1月设备全面运行后，这两项指标进一步显著提高。整治后，山湖苑河水体透明度监测指标最高值达1.81m。根据实地观察，部分河段可直接看到河底卵石，视觉感官上河道水体清澈，鱼虾成群，治理成效明显。在设备全面运行后，透明度始终维持在80cm以上，但透明度指标受降雨、季节变化影响较大，数据波动较明显。山湖苑河溶解氧浓度从轻度黑臭状态的0.90mg/L增加至9.0mg/L左右，数据增长10倍，溶解氧浓度大幅增加，指标达到地表水环境质量标准Ⅱ类水，水生态环境和水质净化能力大大提升。

由图9分析可得，2018年11月基本完成土建施工后，山湖苑河氨氮含量由4.69mg/L大幅下降到0.50mg/L以下，下降近89%，已远低于城市轻度黑臭水体指标。在半年的水质监测中，该指标稳定保持在0.20mg/L左右，指标达到地表水环境质量标准Ⅱ类水。数据表明通过原位三相净化工程、人工湿地及生态河道的循环治理对消除氨氮作用明显。氧化还原电位指标是4项指标中整治前后变化最小的，均维持在较优水平。

在半年的水质监测中，山湖苑河水质稳定达标，说明外源污染和水质净化工程、内源污染控制工程、河道生态修复工程、活水循环工程运行状况良好，水体达到长治久清的目标。

6 优缺点分析

原位三相净化系统无须土建池体施工，没有用地空间难题，较灵活便捷，去除效率高，施工及后期运行维护操作简单，自带景观效果。相比传统人工湿地工艺，人工复合湿地大大改善并增强了水质处理效果与运行稳定性，成为周边居民休息健身的场所。原位消减技术可就地解决污泥处理问题，无须挖取及运输，无二次污染，施工成本较低，无死角，见效快，可有效改善底泥环境。生态修复工程中生态浮岛及生态浮床均安装方便，既可有效降解有机物浓度以及氮、磷营养盐，使河流能够恢复一定的自净能力，又改善了原有河道驳岸的冰冷硬质景观效果，增加了河道的美观性。活水循环工程使断头浜恢复了河道水体循环，消除了水体分层，可制造富氧活水流，改善水体微生环境和景观，提高河道自净能力。

植物的维护是人工湿地系统后期运营管理工作的重点与难点，后期的运营及长效管理需要保证足够的资金及人力。人工生态湿地及曝气装置均会在白天产生一些噪声。

7 结 语

通过对山湖苑河黑臭水体整治应用及成效进行研究，可以看出生态治理措施对于河道黑臭水体消除、水质改善、河道生态系统修复、景观效果提升起到了十分积极的作用。外源污染控制和水质净化工程、内源污染控制工程、河道生态修复工程、活水循环工程共同作用，保证了河道长治久清。山湖苑工程的实施，不仅改善了沿岸居民的生活品质，受到周边居民认可，而且作为典型案例对常熟市黑臭水体的生态治理意义重大，取得了较好的经济效益、社会效益、生态效益。꿺