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流域黑臭河涌综合生态修复研究

2022-10-31廖永洪

资源节约与环保 2022年9期
关键词:底泥清淤流域

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。

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