南方城市水环境综合整治技术路径研究*

许锦林，宫经成，陈泽锐，李艺芳，杨慧珠

(中国建筑一局(集团)有限公司，北京 100161)

1 南方河流特点及污染特征

1.1 河流特点

受气候、经济等因素影响，南北方河流呈现出较大差异。南方河流众多、河网密布，雨季降雨量丰富、时间长、汛期多，无结冰期，且含砂量较北方少。南北方河流对比如表1所示。

表1 我国南北方河流对比

1.2 污染特征

1.2.1有机污染为主

不同于北方的农业、畜牧业污染，南方河流以生活污水、工业废水、初期雨水污染为主。随着城市化和工业化的发展，使生活污水和工业废水排放量剧增，再加上城市排水系统处理能力不足，大量污水直排入河，对水体造成极大负荷。污水中含有大量有机物，水体中的微生物分解有机物过程中消耗大量溶解氧，使水体缺氧，从而发黑变臭。生活污水和工业废水中含有的大量氮和磷直排入河还会引起水体富营养化。初期雨水是城市面源污染的重要组成部分，是造成黑臭水体的关键成因之一。初期雨水冲刷道路粉尘、地表垃圾、动植物残体等，对水体造成严重污染。南方中心城市河流水质状况如表2所示。

表2 南方中心城市河流水质状况

1.2.2河流生态平衡受损

南方城市降雨量丰富、汛期多，为了防洪排涝，保障水利安全，很多河道新建了许多水利设施，对河道进行截弯取直加固河岸，破坏了河流的连续性，再加上水体黑臭和富营养化，河流自净能力和自我调节能力严重受损，导致河流生态系统被破坏。

2 水环境问题原因分析

2.1 南方城市化发展迅速

近年来，南方城市化发展迅速，人口密度不断增大，工业企业数量增长较快。随之而来的是生活污水、工业废水、生活垃圾数量剧增。加上南方城市排水系统多为合流制，污水管网建设也不完善，大量污水、废水未经处理直排入河。沿街商铺排污现象普遍，企业、小作坊偷排漏排现象严重，沿河区域生活垃圾随意堆放倾倒入河。这一系列问题使水环境污染越发严重。

2.2 径流量年际变化大

南方城市多为亚热带季风气候，降雨量年际变化大，河流随之出现枯水期与洪水期(见图1)。枯水期水流缓慢甚至出现淤积，水中溶解氧含量大幅降低，水体黑臭现象加重。洪水期会对城市安全造成威胁，为了改善河道防洪排涝的能力，保障城市安全，许多城市都在河道中建设水利设施、对河道采取截弯取直、硬化河岸、修筑堤坝等措施，以提高防洪排涝能力。但在建设过程中，忽略对河道生态系统的保护，不仅破坏了河道的连续性，还阻断了河道生态系统的物质循环，破坏了河道生态平衡，水体自净能力与自我调节能力不足，水质不断恶化，水体污染加重。

图1 漳州市年降雨量与蒸发量统计

2.3 水产养殖业发达

南方水系发达，河流众多且温度适宜，促进了水产养殖业的发展。但由于水产养殖技术不足等原因，常出现过量投喂，大量饲料和水产品日常代谢产物沉入水底，水中有机物随着时间推移不断增多，水中溶解氧大量消耗，导致水中生物大量死亡，水体容易出现黑臭。同时，水产养殖过程中为了防治病害，促进养殖生物生长，会向水体投加化学农药、添加剂、抗生素等，由于使用管理不当，常出现滥用现象，氮磷元素不断累积会导致水体富营养化。

3 水环境治理技术措施

3.1 控源截污

控源截污是黑臭水体治理的核心，从源头治理，将污水截流纳入污水收集和处理系统，避免直排入河。控源截污主要包括截污纳管和面源控制两项技术。

3.1.1截污纳管

截污纳管是黑臭水体治理最直接有效的工程措施，亦是采用其他措施治理黑臭水体的前提。截污纳管是通过建设和改造水体沿岸管道，完善城市污水管网，并结合调蓄池和污水泵站，对排入河道的污水进行截流集中处理。

3.1.2面源控制

针对面源污染，可从源头、过程、末端三方面采取措施，采用雨水渗蓄系统进行控制。源头可采取下沉式绿地、绿色屋顶等技术，可通过生态滞留带和植草沟调节。末端目前较有效的工程措施是雨水调蓄池技术，在降雨初期利用雨水调蓄池将初期污染较为严重的雨水收集起来，待雨停后再通过污水泵站送往污水处理厂集中处理，从而减少对河道的污染。

3.2 内源治理

内源治理主要是对沿岸垃圾堆放点、水面垃圾、落叶漂浮物及底泥进行处理，其中底泥治理是关键。

3.2.1原位处理技术

原位处理技术包括原位覆盖、化学修复和生物处理。主要通过铺设掩蔽物覆盖底泥、投加化学药剂、添加特异性微生物和种植水生植物对底泥进行固定，避免底泥发生扰动释放污染物对水体造成二次污染。

3.2.2异位处理技术

异位处理技术主要是对河道进行清淤疏浚，即将河道中的污染底泥进行清理，移除到其他地方再进行处理，是治理河道污染的重要措施。底泥疏浚能够将污染物直接移出水体，对改善河道水质有极大作用，同时河道清淤也具有疏通河道、提升防洪排涝等级的功能，并且为后续水生态修复提供基础条件。清淤疏浚过程中要合理控制底泥清除深度，清理过深会对河床造成破坏，过浅则底泥无法清除彻底。底泥应妥善处置，否则在疏浚、运输、利用过程中都易造成二次污染，各环节都应严格把关。

3.3 生态修复技术

生态修复技术是在河道外源污染、内源污染得到较好控制后，依据生态学原理，对水环境生态系统进行修复，恢复水体的自净与自我调节功能。水环境综合整治过程中，采用物理技术和化学技术进行修复，必定对水体造成影响，而生态修复技术是在保证河道生态系统平衡的情况下，对水质进行改善，推动水环境生态系统的可持续发展。

3.3.1岸带修复技术

岸带修复技术主要是通过生态护岸对河床河岸发生硬化的水体进行修复，恢复河岸带对污染物过滤、吸附、截留的作用，避免污染物直接入河，减轻面源污染对水质的影响。生态护岸根据材质不同可分为植被型护岸、石材型护岸、混凝土护岸。其中，石材型护岸又可分为干砌块石护岸和石笼护岸，混凝土护岸可分为生态混凝土护岸和多孔混凝土预制块护岸。对各护岸技术进行对比，如表3所示。

表3 生态护岸技术对比

3.3.2生态净化技术

生态净化技术主要有人工湿地、生态浮岛、水生植物种植等。

1)人工湿地是模拟天然湿地系统结构和功能而建造的、可控制运行的湿地系统，用以对受污染水体进行处理的一种工艺，由围护结构、人工介质、水生植物等部分构成。当水进入人工湿地时，其污染物被床体吸附、过滤、分解而起到水质净化作用。

2)生态浮床也称生态浮岛，是将水生植物种植于漂浮在水面的人工浮板上，利用水生植物根系与水体接触从而对污染物进行降解，实现对水体的净化作用，改善水质。

3)水生植物具有显著的环境生态功能，利用水生生物法种植水生植物，通过植物的生长转移水体系统中的污染负荷，其发达的根系为微生物提供生长繁殖场所，分解水中污染物以供植物吸收，具有一定的吸收净化、澄清水质、抑制藻类的功能。水生植物不仅能够净化水质，还能美化环境，是生态修复过程中常用的一种技术。

3.3.3人工增氧技术

一般而言，水体中的氧气主要来源于大气复氧和水生植物光合作用。但是，对于流动性差的水体，由于水体基本不流动，大气复氧会受到极大抑制。为给水体内生物创造有利环境，有必要改变单纯依靠自然复氧这一被动增氧机制，采取机械增氧的强化措施以提高目标水体流动性和溶氧水平。机械增氧往往是进行沉水植物修复、微生物修复等生态工程的辅助条件。向处于缺氧或厌氧状态的河道进行人工充氧可以增强河流的自净能力、改善水质，改善或恢复河流的生态环境。

3.4 其他

3.4.1补水活水

流动的活水中含有足够的溶解氧供微生物进行分解反应，水体能够自我修复，具有自净能力。许多受污河道水流缓慢甚至淤堵，加上大量污染物入河，水体丧失自净能力。通过人工引水补水，能够增加水体的流动性，提高水中溶解氧含量，增强水体自净能力。通过补水活水也能够对水体污染物进行物理稀释，改善水体水质。补水活水措施对保障城市水生态环境具有积极作用。

3.4.2分散式处理设施

城市污水大多为集中收集处理，对于无污水管网覆盖、距离污水处理厂较远、短期内无法实现截污纳管的地区，可建设分散式处理设施，对污废水进行分散处理。

4 案例分析

4.1 区域概况

漳州市为东南部沿海城市，港口优良，水产种类丰富。全境属亚热带季风性湿润气候，光、热、水资源丰富。降雨的年际与季节变化大,地理分布也不均匀，夏季台风活动频繁，旱涝灾害常交替出现。经过前期调查，发现该市三大流域水质现状污染严重，整体黑臭比例在60%以上，且存在河道淤泥导致内源污染的情况。暗涵内部情况复杂，底泥淤积，雨污混接、错接严重，排口不易溯源，出口水质恶劣，暗涵出水对下游水质形成严重的断面污染。

4.2 控源截污

1)源头减排 近期重点改造地块红线范围内的化粪池错接，并根据实际情况对小区排水管网及化粪池进行清淤疏通，远期结合小区立管改造实现完全分流。根据污染源普查成果，由于目前小区全分流改造实施难度较大且国内尚无完整的技术指导标准，本次在项目实施期内可因地制宜结合对错接问题较多的部分老旧小区进行完全分流试点改造，为远期小区改造提供技术指引。此外，对街道沿街店铺污水错接混接进行分流改造，将污水就近接入市政污水井内。

2)过程控制 由于本项目中普遍存在居民利用楼面雨水立管排放阳台洗衣废水的问题，近期均以截流方式在小区出口处进行解决。此外，针对部分城中村进行截流改造。针对源头减排和过程控制，共计划设计截污措施约1 729处，共新建、改造污水管道约58 000m。

3)末端截流及溢流污染控制 在排口进入河道前，计划修建末端截污管道共9 000m，新建可调堰高分流井23座，截流上游源头难以改造的混接点污水。同时根据排口摸查，市区内河存在大流量重点排口约30处，对内河影响较大，由于工程实施周期较长，需要对以上重点排口进行前期截污，主要措施为围堰+临时水泵抽排，确保工程实施期内排口污水晴天不溢流，保障实施期内的河道水质。

4.3 内源治理

内源治理工程主要采用异位处理技术对底泥进行处理，本项目清淤方式共分为4种形式：清污泵抽吸、水陆两用挖掘机清淤、小型环保式绞吸挖泥船环保清淤、暗涵人工清淤。清淤方式将根据河道具体宽度以及周边区域交通条件具体确定。底泥处置方法主要有填埋利用、农业园林利用、垃圾填埋场覆土封场、建材利用等。结合当地具体情况，对底泥进行园林利用和垃圾填埋场覆土封场，避免清除的底泥造成二次污染。

4.4 生态修复

考虑到该市河岸河床硬化程度并不高，故生态修复主要采用生态净化和人工增氧技术。通过在河道中设置将近200台曝气增氧设备实现人工增氧，保证水体中溶解氧含量。同时还在河道中种植了大量沉水植物、挺水植物和浮叶植物并进行水生动物群落优化，对水环境生态系统进行修复。

4.5 补水活水与分散式旁路处理

该市三大流域部分河道上游无生态基流，且缺乏补给水源，因此，需要采取补水措施提高内河的水动力性能，改善其水生态环境，与截污、清淤、水生态四管齐下，更进一步提高内河的水体水质。主要采取自然生态补水和人工生态补水措施。在河道上游新建蓄水工程，以提高河道基流，保障生态用水。通过人工方式抽取附近优质水源，置换内河水体，从而改善水环境。

在部分断面污染较严重的河段，初步决定设置旁路强化净化装置，结合净水湿地进行生态深化处理，解决上游来水污染问题，主要采用一体化强化处理设备或生态塘等。

在采取一系列治理技术后，漳州市河道水质明显改善，水体透明度增高，水中动植物种类增加，水环境综合整治已有初步成效。

5 结语

水环境综合整治与人民生活质量、城市经济发展息息相关。水环境问题需要通过控源截污、内源治理、生态修复并结合其他技术进行综合治理。水环境综合整治过程中不能盲目跟风，应结合实际，针对不同问题采取不同技术，因地制宜开展水环境修复工作。本文结合南方城市河流特点，针对南方河流污染特征对水环境综合整治技术路径进行思考，并结合漳州市水环境综合整治项目进行具体分析，提高治理效率。