流域黑臭河涌综合生态修复研究

廖永洪

（梅州森淼环保科技有限公司 广东梅州 514000）

引言

河涌是广东方言中河流的一种称谓，在广州地区主要指除珠江干流以外的河道水系。境内河涌纵横交错，景色优美。近年来，随着城市化、工业化进程的加快，居民生活污水不断排入城区河涌，污水在涌内迂回往复，缓慢消散，加重河道污染[1]。2021 年9 月，生态环境部督察组督察时发现，中山市大量污水未收集处理直接排入河，内河涌污染严重，2021 年第二季度1028条河涌中，劣Ⅴ类河涌达459 条，占44.6%，水污染治理形势依然严峻。近年来，广东省加大了河涌治理力度，相继出台了《城市内河涌水环境调查技术规范》《广东省全面推行河长制 “一河一策” 实施方案（2017-2020 年）》《广东省珠江三角洲河涌整治与修复规划》等等，着力打好碧水保卫战，整治城市黑臭水体。

1 流域黑臭河涌生态修复工艺

黑臭河涌污染类型主要是水体的富营养化，大量有机污染物沉积于河涌底泥，经长期厌氧分解产生硫化氢臭气及硫化铁等，从而导致河涌发黑发臭。目前，流域黑臭河涌生态修复工艺主要包括以下几种。

1.1 物理法

流域河涌黑臭的主要因素之一是河涌水体供氧、好氧发生了失衡，因此，通过物理法，加强河涌水体溶解氧含量，增强河涌水体自净功能，促进水环境修复。目前，物理法修复黑臭河涌工艺，主要包括人工曝气、底泥疏浚和调水补水等。

（1）人工曝气是通过人工充入氧气，使河涌中复氧速率大于好氧速率，恢复河涌水体好氧水平，通过快速氧化分解硫化氢、硫化铁及氨等致黑臭物质，实现河涌水体改善的效果。此外，人工曝气能够增加水体交换、扰动及微循环流动，使河涌水体溶解氧加速传递、扩散（见表1）。

（2）底泥疏浚。河涌沉积物中含有重金属、营养物等，即便在外源污染得到有效控制的基础上，河涌中的生物或物理等因素，也会促使沉积物释放，出现水质恶化或富营养化，因此，通过底泥疏浚，可将河涌污染底泥永久去除，从而达到修复水体的效果。目前，河涌底泥疏浚包括：利用热解法、玻璃化、生物降解等技术破坏疏浚底泥污染物或降低污染物质；淋洗法、超声波降解法、浮选法等固相分离污染物与疏浚底泥；稳定固化污染物技术。

（3）调水补水。利用群闸联控或者单闸单控，为恶臭河涌调水补水，调活水体，增大水体流速，能够有效改善氨氮、化学需氧量等[2]。

1.2 化学法

化学法修复恶臭河涌，主要是利用铁盐、铝盐等混凝剂、生石灰沉淀剂或双氧水等氧化剂去除河涌中的悬浮物、氮及溶解态磷等目标污染物。化学法包括化学除藻法、化学除磷法和化学絮凝法[3]。

（1）化学除藻法。恶臭河涌中，由于水体富营养化加剧藻类生物快速生长泛滥，选用化学除藻法就是利用化学试剂快速除去河涌中的藻类生物，从而实现去除河涌中的藻类生物。但化学除藻法不宜长期使用，过量除藻剂的使用，易导致河涌二次污染，且藻类生物抗药性增强，影响除藻效率。

（2）化学除磷法。在黑臭河涌中投加化学药剂，使河涌水体中形成不溶性磷酸盐沉淀物，再通过固液分离技术，将污水中的磷去除，实现改善河涌水质的效果。化学除磷法可达到80%-95%的高效除磷效果，且该工艺技术操作简便。但不足之处是药剂使用量较大，处理费用高，且化学药剂的使用会产生化学污泥污染物。

（3）化学絮凝法。将絮凝剂投加至黑臭河涌中，以改善河涌水质。在河涌水流量低或者封闭型地表水污染较重时，大多选择化学絮凝工艺技术[4～6]。化学絮凝工艺处理黑臭河涌具有良好的除磷效果，在富营养化较重的城市黑臭河涌治理中具有广泛的应用前景，可有效去除黑臭河涌中的总磷、固体悬浮物、化学需氧量等污染物。

1.3 生物法

生物法修复黑臭河涌包括植物净化技术、微生物强化技术、生物膜技术和生物-生态净化技术。

（1）植物净化技术。水生植物具有发达的根系，在其生长过程中吸收黑臭河涌中的有毒有害物质，从而降低河涌水体中的氮、磷等营养物质、污染物，避免河涌因氮磷等营养物含量高而出现富营养化，实现水质进一步改善的效果。目前，水生植物用以净化河涌有睡莲、浮萍、马蹄莲、芦苇、美人蕉等。植物净化技术修复黑臭河涌成本低，可美化水体景观，但其不足是受温度等影响，存在显著的季节性，且在污染物浓度高的河涌中难以存活。

（2）微生物强化技术。以微生物作为代谢活动基础物，降解、转化黑臭河涌水体中的有毒有害物质，从而达到修复被破坏的水生态平衡，实现黑臭水体修复目的。利用微生物强化技术，不仅能够净化河涌污染物，还能够使河涌水体生态朝着良性方向演替。微生物强化技术具有良好应用前景，但也有其不足，如微生物代谢途径不明，存在二次污染风险，代谢影响因素较多，修复效果稳定性差[7]。

（3）生物膜技术。利用天然或合成材料，为微生物生长提供附着表面，利用微生物的降解作用，实现黑臭城市河涌修复效果。目前，生物膜技术已经广泛应用于黑臭河涌修复，在河涌内采用生物廊道、生物滤池等工艺技术，当河涌中的有机物被微生物吸附、吸收，实现河涌中的污染物降解，达到水体净化的效果。

（4）生物-生态净化技术。利用生态系统自身调控、净化和修复能力，运用其自身规律和特点，实现黑臭河涌水体净化效果。目前，生物-生态净化技术主要有曝气增氧-生态净化技术、生物酶-生态复合技术等等。

2 流域黑臭河涌生态现状

城市河涌在经济社会和城市的长期发展过程中，一直扮演着十分重要的角色，在城市防洪、排涝、航运过程中发挥着重要作用。在流域河涌管理过程中，要根据流域河涌现状，认真做好管理、整治、利用及保护工作。其中，分析流域河涌水质现状是做好治理、整治、利用和保护工作的前提，发挥着重要的基础性作用。

2.1 项目概况

某流域河涌综合治理工程，全长10.25km，流域汇水面积4.15km2，支涌从上游至下游规划河道宽度为6.5-40.5m，河道过流量3.2-6.5m3/s。在河涌未治理前，整个河涌水体呈黑色、浑浊，且散发出浓烈的恶臭气味。根据《城市黑臭水体整治工作指南》，经河涌水样监测，对水体中的溶解氧、透明度、氨氮等进行监测，水质均为V 类，根据《指南》，该河涌水体的黑臭程度为轻度黑臭水体（见表2）。

表2 该河涌水体污染程度

2.2 原因分析

根据流域河涌周边调查及污染源分析，其流入河涌的污染主要有点源污染：居民生活污水直排、截污管渗漏溢流，以及雨污水管错混接等，点源污染物浓度较高，排入河涌地段较为集中，对河涌水体污染贡献度大。面源污染，主要是来自流域周边城中村、老旧小区，生活垃圾、城市建设垃圾等，堆放在河涌周边水域，经雨水浸泡、渗漏、冲刷等，再随着雨水径流至河涌水体，从而导致河涌水体变质变差。面源污染范围广、污染物成分复杂多样，可控性较差。内源污染主要是指河涌底泥长期积累物，如水生物落叶、悬浮物、漂浮物、藻类等在微生物作用下分解产生的污染物[8]。内源污染物影响河涌水质缓慢且长期，汛期或夏季高温时节，河涌氮、磷及有机物较大。

2.3 排口调查

经过现场走访调查统计，发现该修复流域河涌排水口多达85 处，其中，合流排口53 处，污水排口11处，雨水排口21 处。点源污染为该流域河涌的主要污染，雨水、污水及合流排口为其排口性质。从排口管径测量结果来看，主要介于200-850mm 之间，其中600mm 管径居多。污水排口主要分布于南支涌工业区和北支涌生活区。河涌污水主要有综合性生活污水和工业区排水。

3 流域黑臭河涌生态修复方案

流域黑臭河涌生态修复，需要根据其河涌水质及排污调查等，科学合理的制定出相应的修复方案，确定明确的修复技术路线，加强截污控源、清淤疏浚、清水补给和生态修复等，做到综合施策，确保能够取得预期实效。

3.1 技术路线

流域黑臭河涌修复工艺遵循“适用性、综合性、经济性、长效性和安全性”原则，按照“一河一策”的方案，选择“截污控源、清淤疏浚、清水补给、生态修复”的技术路线。

3.2 截污控源

根据河涌周边污染源调查情况，针对不同片区的污染源选择相应的截污控源措施。

一是采取雨污分流。例如，城中村、老旧小区生活污水，则选择雨污分流措施，改造条件片区，改造雨污分流系统。根据管线铺设情况，选择相应的改造方案，一方面，新建雨污分流系统，另一方面，还要保留原河流系统中的污水系统。针对部分老旧小区没有施工条件的，可沿河截污纳管。

二是完善市政管网。根据现场污染源调查情况，对运行不合理的市政管网，过流能力无法满足设计要求或者实际过流能力的，应及时做好漏管、缺管的升级改造或改扩建，将污水引导至相应的污水主干管，实现截污控源。

三是改造雨水混接。通过河涌周边市政管网的物探调查，发现存在部分雨水管接进污水管、污水管接进雨水管的混接现象，要对其混接、错接点位进行改造，将雨水管改接至雨水井，污水管改接至污水井。可通过封堵错接管道或另铺设新的管道等[9]。

3.3 清淤疏浚

通过黑臭河涌现状来看，4 条河涌不同程度的存在底泥淤积现象，根据环保及排涝防洪需要，需要在部分河涌段进行清淤。

一是清淤厚度。根据底泥监测来看，4 条河涌底泥厚度在0.25m-0.78m 之间，污染底泥淤积厚度平均约为0.55m。根据清淤需要，对底泥污染层、污染过渡层底泥进行环保清淤，清淤厚度设计在0.5m-0.78m。

二是清淤方法。本次河涌底泥清淤选择湿法清淤施工，在退潮后关闭主涌水闸，从上游至下游顺序进行，先河涌中央再到两侧的顺序，选择机械与人工清淤相结合。

三是清淤断面。河涌清淤兼顾环保与防洪相结合，满足河涌行洪断面，清楚底泥污染层，保留河床底泥生态系统。针对本河涌河道较宽，两岸坡度较缓，清淤时先从缓坡底部开始，清淤边坡坡比1:1.5-1:55，根据河涌地质及宽度确定具体坡比。

四是底泥处理。将清淤产生的底泥输送至底泥处理厂格栅沉渣池，做好固液分流，底泥沉淀，余水经处理达标外排。调理底泥至脱水车间进行脱水，制成泥饼回填利用。

3.4 清水补给

清水补给涉及水源多样性、复杂性，应从流域及水资源方面做好清水补给。

一是活水水源。根据流域黑臭河涌水源分析，主要有中水和外河。其中，中水主要来自附近城镇生活污水处理厂排放的尾水；外河可通过已补水的较大河涌，也可通过增设堰坝体存蓄雨水，以满足河涌活水水源补给所需。

二是活水平衡分析。本次整治工程涉及4 条河涌，可利用蒙大拿法（以预先确定的多年平均流量百分数为基础，将保护水生态河水环境的河流流量推荐值分为最大允许极限值、最佳范围值等，根据历史流量资料可以评价或估算生态水量。）或R2CORSS 法（生物栖息地质量的水力学指标，认为如能在浅滩类型栖息地，保持这些参数在适宜的水平，即可维护鱼类在河流内的水生栖息地将河流平均深度、平均流速和湿周率作为反映，专门针对水资源论证方面设置。）分别对不同河涌补水量及水源可用水量进行分析。

三是补水水源分析。分析4 条河涌补水，北河涌通过设置堰坝拦截雨水，保证该河涌有水状态；南河涌、南河支涌通过附近城镇生活污水处理厂排放的尾水，实现补水。

3.5 生态修复。

根据流域黑臭河涌水体生态修复实际需要，选择微生物生态修复、水生植物修复和水生物生态保育[10]。

第一步：微生物生态修复。通过黑臭河涌污水提取、催化、激活、培育原址原位微生物，投放生长定制微生物工具酶，激发黑臭河涌水体污水及底泥中具有分解氨氮、总磷等微生物组团，加速繁殖，进一步分解底泥有机质胶体、悬浮物；利用微生物呼吸作用，经硝化、反硝化还原硝态氮、亚硝态氮，去除氨氮。此外，通过抑制河涌藻类因氨、有机氨等生长导致黑臭，降低河涌化学需氧量、生化需氧量，提升河涌水质透明度。

第二步：水生植物生态修复。经投放苦草、竹叶眼子菜、狐尾藻等沉水植物，经培育成耐碱、耐酸、抗污染沉水植物群，进一步去除流域黑臭河涌氨氮及黑臭物，吸收水中富营养物，净化水质。此外，还可采取植物浮岛、河道曝气、氧化塘、生态驳岸等，对黑臭河涌进行综合生态改造。

第三步：水生物生态保育。将生长系列水生生物投放，使河涌河床底部60%以上为沉水植物所覆盖，建立水生生态系统，构建良性生态系统。采集摄食富营养化藻类、悬浮物浮游动物，生成一类、二类水生物，进一步净化水质，修复河涌水体生态系统食物链，降解河涌底泥污染物，将底污中营养物转移至植物蛋白，再转化成动物蛋白，增强河涌自净能力，提升河涌环境容量，重构良好自然水环境系统。经微生物修复、水生植物修复和水生物生态保育，监测流域河涌水质，满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准。经 水 样 监 测，COD 浓 度＜20mg/L，NH3-N 浓 度＜1.0mg/L，TP 浓度＜0.2mg/L。

结语

随着工业化、城市化进程的加快，以及城市建设规模的不断扩大，大量生活污染物、工业污染物直接排入到周边水环境中，加剧了城市河涌污染程度，使一些承担着排洪、泄洪、景观等功能的城市河涌水质变差，黑臭河涌污染主要是由于水体的富营养化加剧，水体中大量有机污染物沉积于河涌底泥，经长期厌氧分解产生硫化氢臭气及硫化铁，导致河涌发黑发臭，出现了黑臭现象。城市河涌黑臭不仅污染了环境，导致河涌水体净化等功能衰退、丧失，也会直接对河涌周围居住的市民生产生活造成较大困扰。因此，需要根据黑臭河涌的现状，分析其污染物状况，根据不同修复工艺技术应用特点，采取合适的修复工艺技术。尽快恢复河涌的行洪和环保功能，根据河涌的污染源及其排污调查分析，坚持“一河一策”，选择适宜的生态综合治理方法，为市民打造良好的生态居住环境，不断提升居民的获得感、幸福感。