幸福河水环境治理研究

刘 伟

(江苏省环境工程技术有限公司，江苏 南京 210019)

自2016年以来，全国各地如火如荼地开展了城市黑臭水体整治工作。截至2020年底，全国地级及以上城市已消除98.2%的黑臭水体。然而，对于长江沿线及部分重点湖泊区域，根据《安徽省水环境功能区划(报批稿)》，安徽省境内的长江干流水质管理目标为Ⅲ类，长江流域其他主要河流水质管理目标为Ⅳ类，与较高的断面水质要求相比，河道治理仍然任重道远。本研究以设有国控断面(Ⅳ类)的来河支流——幸福河为研究对象，以其主要水质指标(CODcr、NH3-N、TP)达到Ⅳ类进行水环境治理工程设计，并希望通过相关工程的实施，提高国控断面的水质达标率。

1 现状及主要问题

1.1 区域概况

本研究中的河道(幸福河)位于安徽省滁州市来安县水口镇，镇域内以农村用地为主，耕地约占镇域面积的70%。农田沟渠交织密布，通过若干条排水干渠于镇区汇入幸福河。幸福河长约1.3km，平均宽度约40m，在其末端设有闸门用于控制排涝。镇区建设用地约7km2，人口约2万，镇区内居民住宅以自建房为主，建有学校、小型商业区、行政办公区、菜市场等公共设施，配备自来水、燃气、通信设施及生活污水处理厂。幸福河及其支流分布见图1。

1.2 存在的主要问题

a.幸福河水质不达标，部分支流水质差。经检测，幸福河现状主要水质指标(CODCr、NH3-N、TP)为劣Ⅴ类，不满足Ⅳ类水质要求，主要超标因子为CODCr及NH3-N。虽然部分农田沟渠冬季水质指标(CODCr、NH3-N、TP)优于Ⅳ类，但部分幸福河支流为劣Ⅴ类。

b.管网系统不完善，管道缺陷严重。镇域内虽已建立部分排水管网，但排水系统仍不健全。主要问题包括：ⓐ在面积较大的农村地区基本无污水管网，在幸福河及其支流沿线污水直排入河；ⓑ镇区内管网大多为合流制，雨季溢流严重，大量雨水进入污水管网导致污水处理厂进水量激增，最高达到年均值的1.7倍；ⓒ在分流制区域存在混接错接；ⓓ管网缺陷问题普遍，河水入渗污水管道，镇区污水处理厂进水浓度偏低，全年平均进水CODCr小于100mg/L。

c.河道底泥富营养化，内源污染严重。由于生活污水入河、农业种植、畜禽养殖及渔业养殖等原因，导致污染物大量沉积于河底，底泥富营养化。幸福河及大部分支流多年未清淤，底泥淤积较厚，内源释放不容小觑。

d.农业种植面积广，农业生产污染贡献大。幸福河汇水范围内农田面积约28km2，且以种植水稻为主。在农作物生长过程中产生大量农田退水，沿河居民利用部分支流进行畜禽养殖和渔业养殖，均对河道水质产生不利影响。

e.水生态系统不健全，水体净化能力低。幸福河及其大部分支流水系内水生植物匮乏，几乎无水生植物生长，水生态系统不健全，对污染物的自净能力较低。

2 工程设计

2.1 总体思路

该工程目标治理河道幸福河虽然只有1.3km，但其主要支流总长超过10km，汇水范围约32km2。因此，宜从流域角度对幸福河开展源头治理和系统治理。针对上述问题，该工程以削减入河污染为基础、以恢复河道自然生态为核心、以旁路净化为支撑，通过相关工程的实施，保障幸福河主要水质指标(CODCr、NH3-N、TP)达到地表水Ⅳ类。

根据以上分析，确定的该工程的技术路线见图2。

2.2 控源截污工程

“黑臭在水里，根源在岸上”，虽然幸福河现状为非黑臭水体，但控源截污仍然是水质达标的基本前提。控源截污工程主要包括沿河截污工程、镇区市政管网完善工程、小区雨污分流工程及片区末端截污工程，实施范围涵盖幸福河的整个汇水范围。

2.2.1 沿河截污纳管工程

按照污水来源，沿河污水排口可分为沿河居民生活污水排口、市政排口、企事业单位排口。对于镇区沿河居民生活污水直排口，沿河新建污水管道收集直排生活污水，并接至污水管网；对于非镇区沿河村庄居民直排生活污水，通过管道收集后就近采用一体化污水处理设施进行处理，处理达标后排入附近农田沟渠，经农田沟渠进一步净化后进入河道。对于市政排口，采用末端截污方式将污水接入污水管网；对于企事业单位排口，就近接入污水管网。同时，对于高程较低的排口，在截污的同时考虑设置防倒灌设施，避免河道高水位时河水倒灌入污水管网。《室外排水设计标准》(GB 50014—2021)推荐截留倍数为2～5，考虑到水质目标及在采取沿河截污纳管的同时将会进行管网改造工程，对于沿河污水直排口中的合流制管道截留倍数取2。

2.2.2 管网改造工程

镇区大部分住宅为自建房，分布相对散乱，难以将各住户的污水接出并汇入污水干管，实施系统的雨污分流工程。因此，拟结合污水主干管建设情况，将镇区划分为若干片区，在每个片区的出口设置截污设施，将片区内的旱季污水截入污水主干管，雨季超过截留能力的合流污水则通过管道输送至河道。为减少合流污水进入污水管道，减小下游污水管道管径，部分截留设施采用浮球阀或智能截留井对合流污水流量进行控制。

对于镇区少量的集中式住宅，具备雨污分流条件的尽量实施雨污分流工程，部分老旧小区结合拆迁改造计划同步实施；由于空间狭窄等原因难以实施雨污分流的，在小区总出口设置截留设施，保证旱季污水全部接入市政污水管网，减少雨季高浓度合流污水进入河道。

2.2.3 镇区市政主管网完善工程

镇区排水体制规划为分流制，但现状大部分管网为合流制。因此，结合规划在分流制区域主要进行市政主管道的病害修复及混接改造，尤其是对沿河污水干管加强修复、防渗措施；对合流制区域补建缺失的雨污管网；对无雨污管网的地区进行雨污管网的同步完善，消除管网空白区。

2.3 内源治理工程

底泥为河道内水生植物、动物、微生物的生存提供了便利条件，但生活污水、管网沉积物、枯枝落叶、农田退水等污染源进入河道后导致底泥污染，污染物主要包括氮、磷、有机质及重金属。研究表明：即使在外源污染输入得到有效控制后，底泥中内源污染物的释放仍会导致水体富营养化[1]。幸福河及其部分支流多年未清淤，底泥淤积层较厚，局部超过50cm。因此，需开展环保清淤，消除污染层，实施范围为幸福河、一级支流、重要的和污染严重的二级支流。

底泥清淤的重点在于把握清淤深度，清淤深度过大易破坏河底生态，清淤太浅则不能有效清除底泥中的污染物[2]。依据《湖泊河流环保疏浚工程技术指南》[3]，环保清淤前采取柱状样进行检测，清淤深度结合氮、磷吸附-解析实验及Hankanson指数确定。该工程治理河流为内河，水位较浅，便于排干作业。从节约成本考虑，采用干挖清淤与水力冲淤相结合的方式进行清淤。

依据《固体废物鉴别标准 通则》(GB 34330—2017)及《固体废物处理处置工程技术导则》(HJ 2035—2013)，清淤底泥在处理处置前需首先判定是否属于危险废物，并根据《一般工业固体废物贮存和填埋污染控制标准》(GB 18599—2020)进一步判定其属于Ⅰ类还是Ⅱ类工业固体废物。该工程河道汇水范围内用地以农田和居民住宅为主，基本无工业企业。从缩短检测周期、减少检测费用角度考虑，底泥危险废物属性鉴别结合底泥清淤深度指标检测同步进行，重点检测常见重金属及农业生产中的农药。底泥若属于危险废物，交由相应有资质单位进行处理；若为一般固体废物，可用于建筑材料、绿化种植土或进行填埋处理，并应符合相应规定。

2.4 农田退水治理工程

国内外很多学者对农田面源污染控制进行了研究，除通过科学施肥从源头减少施肥量进而控制污染源释放外，还可构建农田生态沟渠[4]或人工湿地[5-6]等发挥“滞”和“净”作用。该工程治理河道上游农田密布，无新建人工湿地空间，因此，设计构建农田生态沟渠对农田退水污染物进行沿途削减。考虑到大部分农田沟渠常年水深低于10cm甚至处于半湿润状态，拟在幸福河汇水范围内的农田斗沟、支沟、干沟中恢复本土生长良好的茭白，在发挥水质净化功能的同时也可产生一定的经济效益。

2.5 水生态系统构建工程

水生态修复工程主要包括水生植物恢复、水生动物投放，其中水生植物主要包括沉水植物和挺水植物。研究表明：沉水植物不仅可直接吸收河道中的营养物质、光合作用产生溶解氧，还可通过化感作用抑制藻类生长，是浅水水体生态修复的核心[7]。挺水植物对氮、磷也具有较好的水质净化作用，甚至对部分重金属、有机污染物具有较强的适应能力[8-9]，但大部分挺水植物形态高大，大面积种植时易对河道排涝造成不利影响。水生动物主要包括滤食性鱼类及底栖动物，它们可通过滤食作用控制氮、磷，净化水质[10]。水生态修复工程的实施范围为幸福河及其一级、二级支流。

参照《内陆水域“测水配方”水生态养护技术规范》(DB37/T 4332—2021)，结合其他河道治理经验[11]，沉水植物种植于水深0.5～2m的区域，种植面积约为水面面积的60%；挺水植物主要种植于河道最高排涝水位以上30cm内，沿岸线带状间隔种植。水生植物优先选择耐污能力强、净化效果好、便于管理的本土植物，浅水区水深(0.5～1.5m)沉水植物主要选用苦草、马来眼子菜，水体较深处(水深大于1.5m)主要选用微齿眼子菜、狐尾藻、金鱼藻、黑藻，同时搭配一定比例的菹草，以便冬季其他水生植物衰亡时为水体提供一定的溶解氧。挺水植物除考虑净化能力外，还从植株高度、花期等景观因素考虑，选择菖蒲、灯芯草、旱伞草、水生美人蕉、再力花及本土物种茭白。水生动物主要选择鲢鱼、鳙鱼、铜锈环棱螺、河蚌，并搭配少量的鲴类。

2.6 旁路净化工程

即使在实施控源截污及内源治理工程后，合流制溢流污染、地表径流污染及超过生态沟渠净化、调蓄能力的农田退水进入河道后仍会导致入河污染负荷大于河道环境容量。为尽快恢复雨后幸福河水质，拟采取旁路净化工程提升水体的净化能力。

常见的河道旁路净化工艺包括混凝沉淀技术、超磁分离技术、曝气生物滤池技术、生物接触氧化技术[12]及人工湿地技术[13]。混凝沉淀、超磁分离技术通常对于NH3-N没有净化效果；曝气生物滤池技术需要对原水中的悬浮物进行预处理防止系统堵塞，且反冲洗系统复杂[14]；而单独采用人工湿地技术需要占用大量土地。结合河道主要超标因子(CODCr、NH3-N)、周边用地现状及规划(以农田为主，局部位置分布水塘)，采用接触氧化工艺，可充分利用河道周边现有水塘，在不新增用地的前提下实现水质净化。因此，该工程拟利用靠近幸福河面积较大的水塘，采用生物接触氧化工艺去除CODCr及NH3-N，并在生物接触氧化塘末端设置除磷单元，通过吸附材料对磷的物理化学作用将磷去除，保障出水中的磷稳定达标。

在无水源补给的情况下，河道基本处于不流动状态，旁路净化后的水体难以与未处理的河水快速交换，容易呈现“一端好一端差”的现象。因此，在旁路净化基础上同时采取活水循环促进水体流动。从类似工程来看，循环水通常采用15～30d的循环周期[12]。因此，考虑水体循环时间为20d，并得出旁路净化工程的处理规模。参照《生物接触氧化法污水处理工程技术规范》(HJ 2009—2011)，水力停留时间取4h，据此确定接触氧化池塘体体积、填料量。

2.7 综合调度

为使旁路净化工程充分发挥作用，在雨季及农田集中退水时节宜适当降低河道水位，发挥河道自有调蓄作用，延长污染物停留时间，以使污染物在旁路净化系统中充分发挥降解作用。同时，为保障河道排涝功能、减小对旁路净化区的冲击，在汛期来临时应注意河道水位变化情况。当超过预定水位时，及时打开河道中的闸坝并关闭旁路净化系统中的进水系统，满足河道排涝要求。

3 结论与建议

a.工程实施后极大地削减了入河污染负荷，水生态系统得以完善，提升了水体净化能力，可保障幸福河主要水质指标(CODCr、NH3-N、TP)达到Ⅳ类标准。

b.建议在乡镇发展过程中，逐步建立起与人口、经济、环境要求相适应的排水及处理系统。同时，加强对镇区排水设施监管，严禁管道私接，禁止企业生产废水接入雨水管道。

c.建议划定河道保护范围，严禁在保护范围内倾倒垃圾、种植、畜禽养殖及渔业养殖。

d.建议提供农业技术服务，指导科学施肥、减少化肥使用量，从源头减少污染物排放量。