临沂市柳青河流域黑臭水体治理案例分析

郝如杰 于 楠 郑纪永 吴传友

（金锣水务有限公司 山东临沂 276000）

引言

黑臭水体治理一直是我国水处理行业的热点。截至2021 年，全国城市黑臭水体认定数量共计2914 个，65%以上分布在广东、江苏、安徽、湖北、湖南、山东、河南和四川8 省[1]。国内学者针对黑臭水体的治理问题，提出了众多治理思路及技术措施，包括从点源、面源、内源以及水动力学条件等方面分析黑臭水体成因和污染来源，采取控源截污、内源治理、生态修复、活水保质、监控与管理等治理措施[2][3]。陈武等[4]研究了深圳市茅洲河流域黑臭水体治理的案例，总结了九项行之有效的治理措施，成果显著。王凡等[5]对贵阳市七彩湖黑臭水体治理案例进行了分析，该流域采用了以箱体内设泥渣砂油（SSgo）固液秒分离技术和固定床生物膜反应器（FBBR）工艺为核心的污水处理集成技术开展水体治理。张德祥等[6]针对性的提出外源减排及截污、内源清淤及消解底泥、水动力恢复、水质净化和生态修复5 个方面系统性治理方案解决了巨野县会盟景观带黑臭水体问题。

根据《临沂市落实<水污染防治行动计划>实施方案》、《临沂市黑臭水体治理攻坚战作战方案》，临沂市黑臭水体主要为涑河、青龙河、陷泥河、柳青河、祊河等16 条河流24 段黑臭水体，本文以柳青河流域黑臭水体治理案例进行探讨。

1 背景论述、水质现状

1.1 流域概况

柳青河是沂河的一级支流，全长34 km，流域面积258.7 km2，位于兰山区沂河、祊河两河之间，有东西两源，汇于枣沟头镇陶家庄东，向南贯穿北城新区，流经李官、白沙埠、汪沟、半程、枣沟头等5 镇和柳青街道，途经村庄、社区100 余个。柳青河流域的工业、农业、养殖业迅速发展，工业污水及生活污水成为柳青河水质改善的主要隐患，再加上流域内的城镇尾水、生活垃圾时有倾倒，虽经多项措施治理，但河流部分河段水质离城市水功能区要求仍有较大差距。

1.2 流域水质调查

选取柳青河不同河段进行取样检测，根据《城市黑臭水体整治工作指南》，永太河、柳青河下游河段判定为轻度黑臭，龙王河河段判定为重度黑臭。选取柳青河不同河段进行取样检测，结果如下。

表1 治理前河道水质

2 河流问题分析

2.1 点源

污水直排、管网不完善。柳青河流域沿途村庄、社区较多，管网及污水处理厂缺乏，且大部分村庄、社区污水未进入污水管网，直接流入柳青河或其支流。另外流域内工业发达，主要工业园区6 个，包括半程工业园、杏花工业园、乔家湖工业园等，涉及行业种类较多，其中主要为：肉类、塑料、粮油、泵业、铝业、木材、饲料加工等。部分工厂污水未进入污水管网，直接流入柳青河或其支流。经前期调查，流域内生活污水排放口136 个，工业污水排放口81 个，直排入水体是造成水体污染的重要原因。

2.2 面源

柳青河流域面积大，流域内大量农田退水和秸秆汇入农田排水沟，秸秆腐烂后产生大量有机物，随农田退水进入柳青河及其支流；养殖场较多，且大部分散户、小养殖场未设置污水处理措施，产生的高浓度养殖废水排入柳青河及其支流；沿途生活垃圾、流域面积内初期雨水汇入河道，也会造成河道水体污染。

2.3 内源

河道淤积。柳青河因建设年代较早，河道缺少护岸的保护作用，河道抗水流冲击能力较差，在水流冲击、太阳烘晒以及人力的相互作用下出现水土流失现象，一部分沉降到河道底部，一部分到下游易沉积河段发生沉积，引起河床抬升、河道变窄等现象。经过前期调查及论证分析，淤积河段主要为永太河河段及枣林庄河段。

3 治理方案

针对柳青河流域黑臭问题，采取控源截污、环保清淤、活水循环、清水补给、生态治理与修复的综合治理方案。永太河河段轻度黑臭，主要原因为污水直排及河道淤积，源头治理及清淤完成之后黑臭状况可有效缓解。龙王河及柳青河下游河段黑臭原因主要为上游污水直排导致，面源污染、垃圾堆积为次要原因，需进行源头治理，清理垃圾并修复河道生态。为巩固治理成果，防治黑臭反复，对清淤、裸露河岸进行绿化加固，引水入荷塘生态湿地进一步净化水质。

3.1 控源截污

（1）新建一体化污水处理设备。按照污水“就地收集、就地处理”的原则，在辖区半程镇、枣园镇、白沙埠镇、李官镇等污水管网无法覆盖的80 个村社区，分散安装金锣水务自主研发的中小型一体化污水处理设备金锣净水系统116 台，增加污水处理能力34800 m3/d。设备安装方式采取先支流后干流、先上游后下游的顺序，根据各村社区污水产生量的不同，污水处理设备规模为50～10000 m3/d 不等，采用装配式技术，从安装到调试时间跨度不超过20 天，有效提升了治理效率。（2）汇水点新建临时污水处理站。为尽快消除黑臭恢复河道水质，在永太河、龙王河、金锣二路汇水点3 条较大支流安装了合计16000 m3/d 的一体化污水处理设备，采用了“A/O+混凝沉淀”工艺为主的一体化排污设备。（3）新建截污管道。对流域内能够并入污水管网的直排入河道的生活污水及工业污水进行截污，封堵部分排污口，新建截污管网约23km，依托处理量40000 m3/d的柳青河污水处理厂进行集中处理，并充分利用733.3 hm2荷塘湿地，进一步净化处理后的污水和初期雨水。柳青河污水处理厂占地2.2 hm2，服务人口5.5 万人，已完成配套管网28.7 km，是兰山区水污染治理的重点工程，也是淮河流域水污染防治的重点工程之一。污水处理厂采用AMSBR 工艺标准，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A 标准。（4）其他措施。另外，在各村社区合理布置垃圾桶及垃圾收集处，通过加强环保监察、政策鼓励、引导等，要求养殖场设立专门污水处理设施、散户设置化粪池、秸秆还田、生活垃圾集中处理等，有效解决了养殖废水散乱排的现象。经上述措施处理后，基本实现柳青河上中游区域点源生活污水及工业废水“零直排”，有效缓解面源污染对水质影响，污水中COD、NH3-N 去除率在80%以上，河道水质明显改善。

3.2 环保清淤

主要针对永太河及枣林庄河段进行环保清淤。秸秆、树叶、粪便、生活垃圾等大量有机物质长期堆积，底泥厌氧发酵，河道透明度降低，异味严重。永太河河段地势平坦、易于沉降，底泥较厚、河道较窄；枣林庄河段水流较小，长期淤泥沉积，水流不畅。永太河河段清理长度约3 km，拓宽河道距离约3 m，清淤深度约1 m；枣林庄河段清理长度约5 km，清淤深度为0.3～1m。根据实际情况，采用人工配合机械清淤方式，经清理后，河道有机物质大幅降低，DO、透明度上升明显，水体异味得到有效去除，河段水量储存能力上升，自净能力得到恢复，抗冲击能力明显增强。

3.3 活水循环、清水补给

河道补水途径主要有一体化设备再生水、污水厂再生水以及荷塘生态湿地流出的清水。柳青河污水处理厂及柳青河支流河道水进入荷塘生态湿地，净化后流入河道，河道水体得到稀释，水体流动性和氧气均获得提升，自净能力增强，能有效降低COD、NH3-N、TP等含量。再生水进入河道，能够增加河道水量，对缓解水资源短缺、减少污水二次污染均有重要意义[7]。

3.4 生态治理、修复

上海市采用物理结构修复、水质生态净化、生物群落恢复3 个方面的各项措施针对黑臭水体进行了系统性治理，取得了显著效果[8]。永太河、龙王河河段岸坡裸露、河道垃圾堆积，水生植物缺乏，针对以上问题，通过种植护岸植物、水生植物、清理河道垃圾等措施，在永太河、龙王河下游河道形成了自然恢复的河道型生态湿地长廊。据报道，芦苇、水葱具有高适应性，能够维持人工湿地水力传输、富集水体中的污染物，是比较常见的湿地植物[9][10]。故选择在永太河、龙王河河段种植芦苇、水葱、百喜草、黑麦草等植物，种植面积合计约9834m2，可加固新拓宽河道岸坡，有效防止汛期冲刷河坡造成河道淤积。使用垃圾车将河段中堆积垃圾运往附近垃圾收集站，同时为防止植物冬季死亡后对水体造成污染，安排园林绿化人员对河坡、河道定期清理。

3.5 远程监控、无缝巡查

为进一步巩固柳青河流域治理效果，通过“物联网+”手段使用“40 组高清摄像头+24 小时监控+政企联合”模式加强全程管控。该模式具有以下优势：对风机、水泵、阀门的开/关、运行状态以及污水流量等进行实时监测与调控；实时存储监测数据，为运行诊断、优化提供依据；具备多种系统保护及报警功能，及时发现设备故障并发出对应故障短信报警，利于管理人员及时进行设备检修维护；可实现监管部门实时上网查阅所属污水处理站的运行情况。项目组设置专门运维与巡查人员，与政府部门联手合作，不间断对柳青河流域各设备进行巡查，及时解决出现的各种异常情况，随时监管河道水质变化情况。

4 典型治理装备与技术

4.1 一体化污水处理设备

采用A/O 一体化装配式污水处理设备金锣净水系统对居民生活污水在产水源头进行治理。其利用具有自主知识产权的高浓度活性污泥技术、污泥过程减量技术、泥水分离技术、气水分离技术等多项专利技术高效集成。采用装配式安装方式，将各区域骨架、墙板等拆分成若干单元，能够根据现场需求灵活组合拼装，体积从几十立方到上万立方。各单元之间通过简单螺栓固定组合，具有高效率，低成本，安装便捷，占地面积小，运行稳定等优点。出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A 标准，部分设备运行情况见表2。

表2 部分设备进出水情况

4.2 高浓度活性污泥技术

高浓度活性污泥技术是在系统中保持相对较高的污泥浓度，降低单位活性污泥基质的有机物负荷率。与传统活性污泥法相比：高浓度活性污泥生物反应器可以有效减少污泥膨胀的问题；反应器维持很高的污泥浓度，使硝化及反硝化菌截留在生物反应器内，可以更好的进行生化反应，有效去除NH3-N 及TN；可以截留一时难以降解的大分子有机物，延长其停留时间使之得到最大限度的降解。反应器应用高浓度活性污泥工艺技术，出水水质良好稳定。

4.3 污水厂设备工艺技术

完善配套污水管网后，柳青河流域内3 个镇及2个工业园区的工业污水主要依托处理量40000 m3/d的柳青河污水处理厂进行集中处理，该污水厂污水处理工艺为AMSBR。AMSBR 工艺是在MSBR（改良型序批反应器）工艺的基础上进一步进行创新，根据SBR技术特点，结合传统活性污泥技术，发展起来的较为理想的废水处理工艺。该工艺由A 段曝气、厌氧、缺氧、好氧、SBR 等多个处理单元组成，核心可归结为A2O及SBR，具有良好的除磷脱氮作用。运行过程中，SBR单元可根据实际需要来调整厌氧、缺氧、好氧、沉淀等过程所需时间，实现多种运行模式。AMSBR 无需设初沉池和二沉池，且在恒水位下运行。

具体工艺流程见图1。

图1 柳青河污水处理厂工艺流程

4.4 荷塘生态湿地

荷塘生态湿地位于龙王河、永太河交汇处，面积约733hm2，平均水深1m。进水采用自流引水，主要来自柳青河污水处理厂及柳青河支流河道，约7 万m3/d，有效容积按50%计，水力停留时间约52d。湿地内主要种植荷花、芦苇等植物，水塘内放养泥鳅、鱼、青蛙等动物，水深处有各种藻类生长，在水生植物、水产生物以及微生物的相互作用下，可对水体的营养浓度进行适度调节，减少水体富营养化，有效修复受污染水体。为防止冬季植物死亡后进入水体，腐烂变质，引起污染物浓度上升，安排人员定期对荷塘植物进行清理。

5 工程治理效果及经济分析

5.1 工程治理效果

工程共计安装119 台一体化污水处理设备，控制生活污水点源排放80 余个，处理水量达50800 m3/d，基本实现流域点源污染全覆盖，针对各村社区生活污水污染的不同情况，利用运行参数调整等手段保证出水水质。通过加强流域污水厂监管，分散式面源收集处理，有效减轻了流域内秸秆、垃圾等侵占、污染河道问题。各河段经底泥清淤后，有机物质降低，异味消除，水量储存能力上升，抗冲击能力增强。根据永太河、龙王河、柳青河下游河段检测结果，DO 均值约4.8 mg/L，COD 均值约30 mg/L，NH3-N 均值约1.8 mg/L，柳青河各支流以及柳青河主河道水质均发生了显著的变化，检测结果见表3。

表3 治理后河道水质

图2 柳青河治理实景

5.2 经济分析

以柳青河为例，若采用建设污水管网和污水处理厂的方式，污水管网至少要修建100 km，1 km 按照平均150 万成本计算，污水管网需要1.5 亿元，加上20000 m3/d 污水处理厂建设费用5000 万元，共需支出2 亿元。管网及配套设施维护费用，按照1 km 需5 万元计算，一年需要500 万元；建设完成需要2 年，每年污水处理费1000 万元，污泥处置费250 万元。综上，项目建设周期2 年，需投资21250 万元，建成后每年运维费用为500 万元。

针对柳青河流域治理问题，临沂市兰山区采取政府购买污水处理服务、租赁污水处理设备的方式，节省了流域治理的时间以及资金。以居民生活污水治理为例，无需新修建管网，采取就地安装一体化污水处理设备。在柳青河流域建设安装119 台一体化污水处理设备，建设完成仅耗时约4 个月，极大缩短了污水处理设备投运时间。政府每年仅需支付租赁费用2400 万元，减少了一次性投资压力，降低了污水处理成本。

根据系统运行稳定后数据统计，116 台点源治理系统污水运行成本平均为0.8～1.5 元/m3，3 台支流净化系统运行成本平均为0.5～0.8 元/m3，柳青河污水厂运行成本约0.5 元/m3，具有较好的经济效益。

结语

采用控源截污、环保清淤、活水循环、清水补给、生态治理与修复等措施，配合远程监控、无缝巡查等监管手段，柳青河流域黑臭水体已完成了初步整治，河道黑臭水体已经基本消除，水质达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅴ类要求。但是后续仍需加强河道的监测和日常管理，巩固现有黑臭水体治理成果，确保水体长治久清。