巢湖流域鱼塘存水达标排放设计研究

余 婷，许田地，杨棠武

(1.安徽省水利水电勘测设计研究总院有限公司，安徽 合肥 233000； 2.南大(常熟)研究院有限公司，江苏 苏州 215501)

巢湖是全国五大淡水湖之一，自20世纪80年代以来，湖泊富营养化状况严重，成为国家水污染重点防治的“三河三湖”之一。2012年合肥市全面启动了环巢湖地区水环境治理与生态修复工程建设，提出了“控制增量、削减存量、扩大容量”的总体策略，目前治理已初见成效。

十八联圩位于巢湖北岸，中部2814渔场区总面积4.31km2，共有养殖鱼塘533口，多年的投饵养殖，导致渔场区底泥富集、水质恶化。为构建生态湿地，鱼塘存水排放成为施工阶段首要进行的工作。常规工程施工中，对场地存水一般采用自排或者抽排的形式直接排走。本文从保护巢湖，控制入湖污染增量的角度出发，对鱼塘存水进行现状分析和调查，将鱼塘定性为低、中、高风险塘口，提出按照风险等级分期排水的思路，重点针对重风险塘口存水总磷超标进行了方案比选，为类似湖泊水环境治理和保护提供参考和借鉴。

1 项目区概况

十八联圩位于安徽省合肥市肥东县境内，南淝河入巢湖口以东区域，总面积27.6km2。圩内共有大小18个圩口，用地以农用地、建设用地、林地、坑塘沟渠、道路交通用地为主。2814渔场区位于十八联圩中部，共有养殖鱼塘533口，鱼塘水系总面积约317.1hm2，养殖时间为1989—2016年7月。作为农业部水产健康养殖示范场，2814渔场区年上市水产品8000多t，销售收入约6000万元。多年的鱼塘养殖，导致渔场区底泥富集、水质恶化。

2020年习近平总书记考察安徽，在巢湖大堤十八联圩罗家疃段，察看巢湖水势水情。总书记强调：“要坚持十八联圩湿地蓄洪区的定位和规划，尽快恢复生态湿地蓄洪区的行蓄洪功能和生态保护功能。”总书记视察巢湖重要讲话，为十八联圩建设指明了方向，把巢湖治理保护推向了新的高度。

依据习总书记讲话精神，十八联圩总体定位为生态湿地蓄洪区，要求具有蓄滞洪水、生态修复、净化水质等功能。目前一期、二期湿地区已建成，三期(2814渔场区)正在建设，四期正在规划设计中，项目区地理位置如图1所示。

鉴于三期湿地以鱼塘为主，鱼塘存水排放成为施工阶段首要进行的工作。常规项目施工中主要通过自排或者抽排的形式，将场地中存水直接排走。考虑到2814渔场区，由于多年饲料投放、鱼塘水体不流动，导致鱼塘水质总体为劣Ⅴ类，外排对象为巢湖，巢湖现状水质基本满足Ⅳ类水标准，鱼塘存量塘水排放必须以不污染巢湖为前提，因此对现有鱼塘存水进行净化处理后，达标排放，是十分必要的。

图1 项目区地理位置图

2 水质现状及分析

2.1 外河水质分析

十八联圩位于巢湖西北岸，依据《合肥市水功能区划》，巢湖西部湖区水质要求主要指标达到地表Ⅳ类水标准。目前巢湖水质虽达到国家考核要求但水质不稳定，湖区氮磷浓度偏高，蓝藻水华时有暴发。

2.2 2814渔场区水质分析

(1)进洪前水质状况

2020年7月4日，对渔场区水质进行采样分析。考虑到渔场区面积较大，以圩内排涝干沟、高铁线路为界，将渔场区分为A、B、C、D四个区域，如图2所示。

图2 鱼塘风险评估示意图

依据水质检测结果，COD浓度范围为5.1～120mg/L，平均浓度满足Ⅳ类水标准；TP浓度范围为0.13～4.54mg/L，平均浓度高于Ⅴ类水标准；氨氮浓度范围为0.02～5.50mg/L，平均浓度满足Ⅳ类水标准。其中A、B、C区水质相对较差，D区各指标浓度相对较低。

参照水质检测成果，结合项目区历史养殖情况，对项目区鱼塘进行风险评估。将养殖历史较长及检测浓度较高的区域定为高风险区；将养殖历史中等及浓度一般的区域定为中风险区；将养殖历史短且浓度较低的区域定为低风险区。经统计，2814渔场区共有高风险鱼塘112.6hm2，中、低风险鱼塘174.1hm2，高风险鱼塘占鱼塘总面积的40%。

(2)进洪后水质状况及分析

2020年7月19日十八联圩破堤蓄洪，为分析进洪后鱼塘水质，分别在10月30日和11月24日进行了2次水质检测。根据2次水质检测成果，鱼塘中存水水质总体转好，COD和氨氮基本达标，低风险和中风险塘口水质基本满足Ⅳ类水标准，高风险鱼塘存水中总磷较高，需要处理后排放。

洪水前鱼塘总磷平均值为1.0mg/L，洪水后鱼塘总磷平均值为0.5mg/L。重污染鱼塘中，约28%的鱼塘水体中总磷低于0.3mg/L，另外71%总磷高于0.3mg/L。总磷最高值为1.7mg/L，平均值为0.5mg/L，为劣Ⅴ类水平，因此本次鱼塘存水处理以降低高风险鱼塘中总磷为主要目标。

进洪前后鱼塘存水总磷含量对比如图3所示。

3 排放标准

2814渔场区鱼塘、沟渠等总水面面积约317.10hm2，依据实测资料显示，鱼塘平均底高程7.0m，常水位8.1m，总存水量约354.9万m3，约有40%的水体中总磷超标(劣Ⅴ类)，需要处理达标后排放。

2020年1—9月，巢湖全湖平均水质为Ⅳ类，鉴于目前巢湖水质整体转好的趋势，十八联圩鱼塘存量塘水排放原则是不能污染巢湖；同时参照《合肥市水功能区划》中对巢湖西半湖的水质要求，本次鱼塘存水排放标准定为主要指标满足地表水Ⅳ类标准。即COD低于30mg/L，总磷低于0.3mg/L，氨氮低于1.5mg/L。

4 施工排水安排与工艺

4.1 排水安排

中、低风险塘口水质基本满足Ⅳ类水标准，可以直排。高风险塘口中总磷超标严重，需处理后达标排放。同时考虑到鱼塘底部积水排出困难，需要在塘口底部开挖排水沟，局部要采用潜水泵抽排，泥水界面扰动会污染底部水体水质。已有研究表明，底泥是水体营养的重要储存库，随着排水形成的水流以及池塘中水位的逐渐降低，沉积在底泥中的营养盐又会重悬释放到水体中。为确保水体达标排放，本次对所有塘口30%的下层水统一按照重风险塘存水考虑，排水分三期进行。

一期：低风险和中风险塘口水中总磷满足Ⅳ类水标准，对塘口中70%上覆水，利用塘口两侧沟渠直接排水，最终利用泵站抽排入新河。

二期：将重风险塘口70%上覆水导入下游塘洼，强化处理达标后排入新河。二期总处理水量86.7万m3，集水坑的总面积为485亩，由于总处理水量较大，积水处理需分3～4次进行，每次处理前应封闭集水坑的进出水墙，处理完成经水质检测达到排放标准后，利用泵站抽排入新河。

三期：将所有塘口下层水导入下游塘洼进行强化处理，强化处理达标后排入新河。三期为塘底的积水，水污染较大，总处理水量94.6万m3，直接利用二期水处理的集水坑，总面积为485亩。积水处理需分3～5次进行，处理完成经水质检测达到排放标准后，利用泵站抽排入新河。

鱼塘排水路径如图4所示。分期排水水量见表1。

4.2 处置方式

针对鱼塘存水中总磷偏高的问题，本次推荐3个方案进行比选。

图3 进洪前后鱼塘存水总磷含量对比图

表1 分期排水水量测算

图4 鱼塘排水路径示意图

方案一：将高风险塘水导入一期、四期湿地区处理。

开挖排水干沟，分批次降低塘埂高程，低风险上层水直接排出，高风险和所有下层塘水导入一期、四期处理，达标后排放。方案一排水路径如图5所示。

图5 方案一排水路径图

其中高铁以北片区，通过十字沟就近导入四期工程范围内，需净化总水量约为101万m3，主要利用十字沟两侧空地，总面积约202hm2，蓄水深约0.5m，局部低洼处堆高处理，在区域内种植有净化能力的水生植物，通过植物净化作用，降低TP。考虑到冬季水温较低，水力负荷采用0.02m3/(m2·d)，预计可处理约4.04万m3/d。则通过四期处理，预计需要约25d。

高铁以南片区，需净化总水量约为80.3万m3，通过兴隆桥大沟，导入十八联圩一期湿地进行净化处理，一期湿地面积约226hm2，有效面积按照80%计算，一期蓄水深为0.40m，考虑到冬季水温较低，水力负荷采用0.02m3/(m2·d)，预计可处理约3.6万m3/d。则通过一期处理，预计需要约23d。

方案二：对于高风险塘水(TP均值0.5mg/L)，通过聚合氯化铝(PAC)+硫酸铁的方式，将总磷处理至0.2mg/L以下。

聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂。主要通过压缩双层，吸附电中和、吸附架桥、沉淀物网捕等机理作用，使水中细微悬浮粒子和胶体离子脱稳，聚集、絮凝、混凝、沉淀，达到净化处理效果。聚合氯化铝的投加量约为10mg/L 。硫酸铁是一种絮凝剂，与磷酸根生成磷酸铁沉淀，硫酸铁投加量约为20～70mg/L。投药后，沉淀24h，可将上清液排出。

工程施工期间，结合喷洒搅拌船进行搅拌，确保均匀混合。工程实施完成后，将底泥晾干，干挖至生态渗滤岛中，防止污染释放。

方案三：利用超磁分离净化技术。

超磁分离净化技术是借助外加高梯度磁场以磁力将水中形成的磁性絮团分离出水体的物化处理技术。超磁分离净化技术最主要的特点及优势有：高效的混凝反应；磁分离效率高，分离时间一般为4～6min，占地面积小，可实现移动车载式；出水水质优，通常情况下，出水SS浓度能够控制在10mg/L以下，总磷浓度控制在0.2mg/L以下；低碳节能，运行费用低，自动化程度高，磁种回收率可达98%以上；排泥浓度高，无需浓缩直接脱水。

超磁分离最大单套设备可达到5万t/d。

鱼塘高风险塘水处理方案对比见表2。

通过方案对比，可以看出方案二在施工难度、处理时间、处理效果、综合单价方面均有较大的优势，因此本文对高风险鱼塘存水采用投加聚合氯化铝(PAC)+硫酸铁的处理方式，使存水达标后排放。

4.3 鱼塘存水处理时间

2814渔场区地势低洼，排水需要通过泵站抽排。以高铁线为界，A、B区鱼塘存水通过十字沟经姚埠圩东站抽排入新河，最终入巢湖，姚埠圩东站设计抽排流量1.3m3/s。C、D区鱼塘存水通过十八联圩排涝站抽排入新河，最终入巢湖，十八联圩排涝站设计抽排流量为4.8m3/s。对鱼塘存水分3期抽排，对重风险塘口存水进行强化处理，共需约43d(考虑排水和强化处理时间)，能使2814渔场区存水达标后排放。鱼塘存水处理时间见表3。

表2 鱼塘高风险塘水处理方案对比表

表3 鱼塘存水处理时间

由于施工区面积较大，当区域发生降水时，沟塘内易产生汇流积水，因此在降雨后应根据降水量的大小，及时采取措施对沟塘的积水进行检测抽排，降水期的积水抽排也应满足排放要求。

5 结语

十八联圩2814渔场区现有533口鱼塘，存水总量约354.9万m3，其中总磷严重超标的水量约181.3万m3，如果不对污染塘口存水进行处理，直接排放，势必影响巢湖水质。2020年习总书记考虑合肥时强调：“八百里巢湖要用好，更要保护好、治理好，使之成为合肥这个城市最好的名片”。本文从保护巢湖角度出发，针对施工期2814渔场区存水达标排放展开研究，提出了分3期达标排水的治理思路；针对重风险塘口存水总磷超标，通过方案比选推荐了投加聚合氯化铝(PAC)+硫酸铁的处理方式，不仅处理工艺简单、处理时间短、同时处理成本最节省，为环巢湖地区坑塘存水达标排放提供借鉴，更为巢湖水质稳步提升、打造城湖和谐共生样板，让巢湖成为合肥最好的名片尽一份力。