浅析茶亭排渠水环境问题及综合治理方案

钱 浩

（广州市环境保护工程设计院有限公司，广东 广州 510030）

引言

2015年4月，国务院印发《水污染防治行动计划》，根据文件要求：未达到水质目标要求的地区要制定达标方案，将治污任务逐一落实到汇水范围内的排污单位，明确防治措施及达标时限。茶亭排渠属珠江口水系沙河流域，位于惠州市博罗县园洲镇境内。多年来，随着该流域内社会经济和人口的快速增长，其环境承载力已不堪重负，水质长期劣于V类。

1 工程概况

茶亭排渠全长4.8 km、宽2～7 m，堤岸为自然河堤、局部有垂直挡墙，水流自北向西通过茶亭排灌站排入沙河，最终汇入东江。茶亭排渠主要接纳片区居民生活污水、工业企业生产生活废水、鱼塘和农田排水等，由于片区管网建设不完善，绝大部分废水未经处理直接排入河渠，导致茶亭排渠水质长年处于黑臭状态。对该河道水质进行为期1年连续监测的水质数据，见表1。

表1 茶亭排渠1-12月水质监测数据

监测数据显示：茶亭排渠全年水质劣于V类，主要污染因子为化学需氧量、氨氮（NH3-N）和总磷，其中氨氮超标7.7倍，污染最为严重。

2 污染源识别

2.1 点源污染

点源污染是指有固定排放点的污染源，指工业废水和城市生活污水，经城市污水处理厂或经管渠输送到水体排放口，作为重要污染点源向水体排放。

通过对现场排口摸查和水质水量实测：茶亭排渠沿河共31个排污口，其中生活污水排污口12个、工业生活混合排污口15个、工业直排污口1个、雨水口3个；总水量约4 465.5 m3/d；计算得出排污口平均入河负荷COD、NH3-N和TP分别为：389.67 kg/d、65.01 kg/d和8.47 kg/d。

2.2 面源污染

面源污染又称非点源污染，主要由土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药、各种大气颗粒物等组成，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水、土壤或大气环境[1]。

根据园洲镇土地利用分布图，选取各村面积最大的土地利用类型，作为选择农作物类型和建成区面积修正系数的依据，同时根据各村实际情况选择其它指标的修正系数，计算化学需氧量、氨氮、总磷的源强系数，计算污染物产生量。然后选取合适的面源污染物入河系数，最终计算得出地表径流污染负荷COD、NH3-N和TP分别为42.1 kg/d、8.9 kg/d和1.8 kg/d。

2.3 内源污染

内源污染主要指进入河道中的营养物质通过各种物理、化学和生物作用，逐渐沉降至河湖底质表层。积累在底泥表层的氮、磷营养物质，可在一定的物理化学及环境条件下，从底泥中释放出来而重新进入水中，从而形成河道内污染。不同水体底泥中污染物质含量差别较大，茶亭排渠河道底泥各污染物平均释放强度，见表2。

表2 茶亭排渠河底各污染物平均释放强度 单位：kg/(m3·a）

经计算得出茶亭排除底泥中COD、NH3—N和TP分别为16.8 t/a、0.096 t/a、0.008 t/d。

3 综合治理方案

3.1 治理思路

流域水环境综合治理是一项涉及面广、关联度高、技术性强、投资金额大的系统工程，必须实行“全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理”原则，坚持问题导向，坚持以流域为单位系统治理，坚持工程措施和管理措施协同推进。

流域治理总体思路应在系统分析城市水体、水质、水量等环境特征及污染物来源的基础上，依据流域环境条件与控制目标，充分结合其城市规划，筛选技术可行、经济合理、效果明显的技术方法，综合统筹，确定综合技术路线，评估水体整治效果，形成流域治理总体方案[2]。

结合流域的本底情况调查分析，本工程以“控源截污、内源治理、活水循环、生态修复”为综合治理技术路线。

3.2 水环境综合措施

3.2.1 截污管网工程

（1）上游截污管网工程：茶亭排渠上游排污口已另行立项进行截污，截污管道沿排渠敷设，最终进入上游李屋基围仔人工湿地，本次不涉及上游截污管网工程。

（2）中游截污管网工程：茶亭排渠中游段沿排渠布置截污管，自东北向西南，近期接入一体化污水处理站，远期接入园洲大道截污主干管，最终至规划白马围污水处理厂进行处理。管径DN500，截污管总长约1 000 m，坡度2‰主要采用开挖施工，部分采用混凝土包封施工。

（3）下游截污管网工程：白马围现状已经建设一座规模为500 m3/d一体化污水处理站，截污管网沿茶亭排渠及白马围工业区道路敷设，近期接入一体化污水处理站，远期进入园洲大道截污主干管。

茶亭排渠截污管：沿茶亭排渠下游段右岸进行布置，管径DN300，截污管总长约230 m，坡度2‰，采用开挖施工。

白马围工业区截污管：在白马围工业区内沿道路敷设截污管道，管径DN400，截污管总长约940 m，坡度2‰，采用开挖施工。

3.2.2 污水处理站建设及活水循环工程

近期茶亭排渠分上、中、下游共设置3处污水处理设施，其中上游和下游利用现有已建处理设施进行处理，中游寮仔村片区需要新建一套临时污水处理设施，见图1。

新建污水处理设施采用一体化设备形式，污水处理能力为1 500 m3/d，工艺采用“磁混凝沉淀+曝气生物滤池”，水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A后，与支渠1200 m3/d的水量一并接入生态湿地进行处理，最终达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）V类标准后回补到茶亭排渠上游进行补水，实现河道活水循环。

3.2.3 内源治理工程

本项目结合现状采用“绞吸污泥泵+管道搅拌固结+就地利用”的清淤工艺，在管道中搅拌加入底泥调理剂及固化剂进行充分混合调理，再利用临时脱水设施进行脱水陈化，最终经检验合格后，运输到湿地公园及生态驳岸进行资源化利用。

参考《疏浚与吹填工程设计规范》，本项目采用断面面积法进行计算：水域面积为18 379 m2，平均清淤厚度43.6 cm，茶亭排渠底泥总量约为8 012 m3。固化剂和稳定剂用量应根据底泥有机质和重金属含量计算确定，本工程按照3.5 kg/m3和1.8 kg/m3投加，总计所需固化剂约28.5 t、稳定剂约14.5 t。

3.2.4 生态净化及修复工程

（1）生态坝工程：生态坝采用砾石和碎石在被污染的河道中人工垒筑坝体，然后在坝体上配置具有净化作用的水生植物，综合利用生态坝过滤、吸附、生物降解和植物净化等原理，对水体进行净化。生态坝在黑臭水体中具有广泛应用，特别在水力坡降小、河网密集的平原地区。

通过建设生态坝，在上游河道形成一个净化缓冲区，延长水体水力停留时间，促进水中泥沙沉降和营养盐降解，由于水生植物的吸收、吸附和拦截作用，水中营养盐含量得到进一步降低，从而延缓了富营养化进程，改善了水质，同时上游水位的抬升也为后续生态修复技术的实施创造了条件。本工程结合防洪要求和水利部门相关建议，在茶亭排渠下游新建一座生态坝，长4 m、高1 m。

（2）曝气工程：河道水体发黑发臭通常是由于水体缺氧、有机物腐败造成的。人工曝气技术就是向水体中补充氧气提高水体溶解氧含量，使其由缺氧水体转变为富氧水体，恢复水体自净能力。

本工程按照污染物消减量计算需氧量，茶亭排渠需消减COD约42.1 kg/d（折合BOD523.2 kg/d）和NH3-N 8.9 kg/d；此外，还需将河道溶解氧含量由均值1.04 mg/L提升至3 mg/L，其中茶亭排渠上游来水量为6 000 m3/d。

根据BOD5和NH3-N硝化过程总方程式可知：1 gBOD5需消耗1.47 g氧气、1 g NH3-N需消耗4.57 g氧气（其中亚硝化3.43 g，硝化1.14 g）。则污染物降解需氧量为74.8 kgO2/d、河道增加溶解氧需氧量为11.8 kgO2/d，总需氧量为86.6 kgO2/d。考虑到传氧效率等影响，设计充氧量定为需氧量的150%，即129.9 kgO2/d。

本次采用5台造流增氧机，每台增氧能力为3 kgO2/d、功率1.5 kW，循环通量450 m3/h。

（3）生态湿地工程：生态湿地净化对象为一体化污水处理站出水及茶亭排渠中游支流来水，一体化污水站尾水约1 500 m3/d，支渠水量约1 200 m3/d。总净化水量约2 700 m3/d。湿地面积采用污染物表面负荷进行计算，根据《污水自然处理工程技术规程》（CJJT 54-2017）、《人工湿地污水处理工程技术规范》（HJ 2005-2010）和相关实践经验，生态湿地氨氮表面负荷取1.2 g/（m2·d）。

根据一体化污水站设计出水要求和支渠实测水质，通过加权平均后预测生态湿地进出水水质，见表3。经过计算，生态湿地面积为6 750 m2。

表3 生态湿地进出水水质表 单位：mg/L

（4）生态修复工程：水生植物（包括挺水植物、浮水植物、沉水植物）在水污染治理中可以发挥多种作用。水生植物自身生长代谢可大量吸收氮、磷等营养物质，光合作用可提高水体溶解氧含量，植物根茎吸收吸附及其附着的大量微生物代谢活动还可以富集重金属、降解有机污染物、抑制藻类的生长，从而控制水体富营养化，最终达到净化水质的目的。

本工程综合考虑水生植物的特点特性，选择水生植物种类、种植密度和种植面积。

挺水植物主要以美人蕉、鸢尾、水芹和菖蒲为主，种植密度9～25株/m2，种植长度770 m（两侧种植），约占驳岸长度的8%。

浮叶植物主要以荇菜、浮萍草和铜钱草为主，种植密度10～20株/m2，种植面积920 m2，约占水面面积的5%。

沉水植物主要以眼子菜和黑藻为主，种植密度16～36株/m2，种植面积2 757 m2，约占水面面积的15%。

3.2.5 生态护岸工程

生态护岸利用植物或者将植物与土木工程相结合，对河道坡面进行防护，有助于对河流水质的改善。河岸是水陆交错带，是陆域生态系统和水域生态系统的过渡地带，是一个完整的生态系统，它不仅包括植物还包括动物及微生物，整个系统内部和与相邻系统之间发生着能量和物质交换，维系和支持着较高水平的物种多样性和种群密度。

生态护岸类型众多，本工程对茶亭排渠局部进行人工生态型护岸改造，以石笼作为基础勒脚和生态植生袋相结合等方式，在满足边坡稳固性、生物多样性的同时，具有良好的滨水绿化和生态效果，生态护岸长度3 300 m，见图2。

图2 茶亭排渠生态护岸示意图

4 调试运行

本工程建设完成后，经过1个月的调试运行，对河道水质进行连续监测，水质情况见图3、图4、图5、图6。

图3 入河断面COD数据折线图

图4 入河断面NH3-N数据折线图

图6 入河断面DO数据折线图

经过1个月调试运行，茶亭排渠水质得到明显改善，基本消除黑臭现象。COD、NH3-N和TP均有明显降低，DO得到明显提高，各水质指标稳定达到地表水V类标准。在此期间，水面洁净，无藻类等漂浮物聚集，生态系统和水体自净能力逐渐恢复。

5 结论与建议

结果表明，茶亭排渠水环境综合治理效果稳定，技术上是可行的。本工程治理段水面洁净、无藻类等漂浮物，各水质指标稳定达到地表水V类标准，生态系统和水体自净能力逐渐恢复。

水环境综合治理是系统性工程，需要统筹兼顾工程与管理措施协同推进，确保流域水环境治理任务和目标的实现；区域城市规划应充分结合海绵城市的理念，采用“渗、滞、蓄、净、用、排”等多重措施，实现城市良性水文循环，维持或恢复城市“海绵”功能。