汨罗市黑臭水体治理技术应用研究

孔瑞华

(湖南建设投资集团有限责任公司，湖南 长沙 410000)

随着城市经济和社会的发展，由于水资源供需矛盾，常常导致水生态系统被破坏，进而影响人居环境[1]。国家先后发布《水污染防治行动计划》《城市黑臭水体治理攻坚战实施方案》，支持各地开展黑臭水体整治工作。治水是一项长期且复杂的工作，主要内容包括合流制系统整治和合流制溢流(以下简称CSO)污染控制以及城市面源污染控制等[2]。

湖南汨罗市城西排水渠、小桥湖、涂家套排口，承担了城区70%以上雨水和污水储存及转输的功能。雨天，大量生活污水和径流污染，未经处理，经排渍泵站排至汨罗江，对汨罗江水源地造成很大的危害。彻底治理沿江排口，是有效改善汨罗江水环境质量的重要环节，也是保证流域当地居民饮用水安全的重要举措。下文以城西排水渠排口整治工程为例，并对工程技术方案的应用和治理成效进行了探讨，以期为类似城区黑臭水体治理工程提供参考与借鉴。

1 概况

1.1 城区流域水系

汨罗市城市水系格局为“一江两水多河渠”，“一江”，指汨罗江；“两水”，为罗水和湄水；“多河渠”，指李家河、友谊河、上马溪、丛羊渠、团山渠、新书渠等。汨罗江是洞庭湖水系中仅次于湘江、资江、沅江、澧水的第五大水系，是重要的水源保护地，水质改善对洞庭湖污染削减有重要意义。

1.2 排水系统现状

汨罗江是汨罗市城区主要排水系统的受纳水体，城区排渍泵站均沿江而建，现状排渍站总规模为13m3/s。城西排水渠排口涉及汇水区面积约4km2，为城市截污干管末端的溢流排口，汇水量主要为合流污水和污水处理厂尾水，建设范围约0.085km2。场地多处坑塘，最大水体为李家河，河流北岸及东南边分散着一些住户，现状场地内基本未开发。李家河通过东侧低排涵和百丈排渍泵站排水，含城西排水渠和铁西排水渠2个子汇水区。

2 问题及成因

汨罗市中心城区合流制排口溢流问题尤为突出，给汨罗江水环境的有效治理与改善带来难度。中心城区排水系统及污水处理问题体现在4个方面。

2.1 污水收集率低

因城郊地区截污系统建设时序不一致，排水管网建设缺少统一协调，部分集污主干管滞后于支管建设，造成合流污水直排水体。在分流制区域，因污水管建成后无出路，只能混接到雨水管渠中，造成该区域管线交杂严重，污水走向不明，收集困难。根据汨罗市城市污水厂2018年1月至2019年6月污水进水量监测数据，现状污水厂进水量(生活污水)均值为1.75万t/d，与以现状供水量估算出的2.81万t/d，以及人均综合用水指标估算出的2.48万t污水量差距较大。城区为雨污合流制系统，排水末端实行截流，截流倍数只达到1，达不到规范2～5倍的截流倍数要求。现状截污，通过设置截污坎，形式不规范，且雨天截污量无法确定。

2.2 污水处理厂进水水量及水质波动大

根据污水厂2018年1月至2019年6月进水污水量监测数据，污水厂进水流量在0.795～2.86万t/d，污水进水量约2.25万t/d，峰值流量为最低流量的3.6倍，其间，约有58.7%的天数污水厂处于低负荷运行状态。污水厂COD、TN、NH3-N、TP进水水质波动幅度较大，大部分时段各指标进水水质低于设计进水水质。汨罗市部分地区排水管道修建较早且建设标准较低，管网老化破损严重，引发高地下水位的地下水渗入量较严重，导致污水进水水质偏低。

2.3 雨天排口溢流污染严重

城区采用截流式合流制，雨天有部分混合污水通过溢流井直接排入水体，又因截流倍数较低，造成雨季溢流次数较多，溢流量大，水体污染严重。

2.4 泵站及调蓄池排水行涝能力不足

部分地段地势低洼，暴雨时容易积水受淹，管渠过水能力有限，以及排渍泵站及其配套调蓄水体规模不足，导致内涝。根据《汨罗市城市排水(雨水)防涝综合规划》(2013—2020年)，百丈排渍泵站设计规模为11.57m3/s，配套调蓄水体容积为20万m3，而实际上，百丈排渍泵站现状规模仅3.9m3/s，李家河排水行涝能力则严重不足。

3 综合整治方案

3.1 技术路线

根据城区排水渠排口的地理位置和周边环境，构建“以控制合流制溢流为基础、以达到消除黑臭为目标、以生态修复为特色”的功能定位，确定了“合流制溢流控制、湿地处理、活水循环”的综合治理，技术路线如图1所示，提升污染物削减率，恢复生态功能。具体路线为：城西排水渠排口→分流井→格栅沉沙池→CSO调节池→高密度沉淀池、加药及污泥处理系统→多级生物滤池(以下简称WTS)→出水湿地→李家河。

图1 综合整治技术路线图

3.2 CSO控制

通过合理确定污水截污倍数、控制降雨场次频率、降雨深度和年溢流体积控制率，确定处理水量。进水水质，参考城市污水厂近半年的平均进水水质，出水水质，目标设定为地表水Ⅴ类标准。根据污水厂处理规模和现状截污情况，设置截污设施分流井，通过水位、水质智能设施调节流量以及阀门启闭。旱季污水，通过分流井直接截流至附近汨罗城市污水处理厂进行处理。雨季时，将部分合流污水截流至汨罗城市污水处理厂进行处理。

根据CSO水量变化较大及其初期冲刷污水中悬浮物含量较高的特点，设置格栅沉沙池，截留浮渣和大颗粒泥沙，去除污水中比重较大的无机颗粒(相对密度ρ≥2.65，粒径Φ≥0.2mm的沙粒)，以减轻对管道的堵塞及下游环节设施的磨损，便于后续生化处理。设置CSO调节池，提高溢流控制体积。对前期已进入调蓄池较脏的合流水进行调蓄，通过污水泵，提升至一体化应急处理设备进行处理，提高水处理净化效果。在雨量较大时，CSO调节池有调蓄峰值及沉淀作用，减少后续处理设施超负荷运行时间，提高水处理效率。CSO调节池提升泵运行时，接提升泵来水，进入高密度沉淀池、加药间及经过污泥脱水设备进行处理；提升泵不运行时，在格栅沉沙池未进水时，可根据出水湿地和水体水质情况，开启循环泵，接入一体化应急处理设备，进行循环处理。处理后，接入WTS系统后排出，形成良性循环。

3.3 湿地处理系统

3.3.1 处理方案

从主要污染物指标处理程度和处理效率方面考虑，采用类人工生态湿地技术(含WTS)进一步控制CSO污染，削减污染物总量。人工湿地是通过模拟自然湿地而人为设计和建造的具有可控性和工程化特点的水处理系统[3]，利用系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，实现水质净化，也是实现雨水调蓄、雨水径流处理、尾水生态净化和地表水质改善的重要技术手段。同时还能营造出优美、和谐的人工湿地生态景观。目前，已被广泛运用于生活污水、污水厂尾水等处理过程中。根据布水方式的不同，人工湿地分为表面流和潜流两种，而潜流又分为水平潜流和垂直潜流两种[4]。WTS是结合植物景观打造的生物滤池系统，李杰等[5]在镇江市海绵公园生物滤池的生产性实验研究中得出，WTS对氨氮、悬浮物和总磷的去除率能分别达到59.7%、45.9%和41.7%。生物滤池技术在水处理中具有高水力负荷、运行稳定、良好的生态景观效果等优点，可以对CSO进行有效处理。

项目通过对不同湿地在水流方式、负荷能力、占地面积等参数进行处理对比，显示WTS处理能高效去除水体污染，提升水动力，效果明显优于其他湿地系统，见表1。依据城西排水渠排口临靠李家河的场地性质，以及从后期运维管理方面考虑，确定采用WTS+表面人工湿地的处理方案。

表1 湿地处理对比

3.3.2 WTS工艺

WTS包括砾间滤池与介质滤池2个部分。砾间滤池为上向流布置，下部设置布水盲管，用于拦截及过滤颗粒悬浮物，防止介质滤池堵塞，并起到均匀布水的作用。由下至上为：砾石层与火山岩层，底部设排泥槽，用于底部排泥。介质滤池，上部为植物介质层，间隔种植美人蕉、金森女贞、香蒲、海桐、水葱、黄菖蒲等，可有效发挥对污染物的吸附、过滤、滞留及好氧/厌氧微生物降解作用；下部为砾石层及排水盲管，排水盲管与出水渠连通，出水渠设有可调堰板，可调节出水堰水位，合流污水处理后堰流至出水湿地后最终排至李家河。

WTS表层，采用碳化树皮平铺高约100mm的覆盖层，起到粗过滤作用，进一步拦截污染物和悬浮颗粒，大大减少了进入WTS内部填料的悬浮颗粒量，保证WTS的高度抗堵塞性能。内部生物介质，采用沙、种植土、椰糠、沸石等，按一定比例配置而成。椰糠具有很高的膨胀性，保证WTS在交替运行过程中微生物得到较好地恢复，而沸石具有较大的比表面积和较好的吸附性能，可提高设施的污染物去除能力及有效防止堵塞。

3.4 活水循环系统设计与构建

CSO具有较强的季节分布特征，旱季时溢流污水的频次与量大大降低。为维持水质净化系统微生物活性，保障设施处理效果，设置活水循环系统。李家河光照充分、通风条件良好，通过设置曝气充氧设备，种植水生植物荷养鱼等强化设施，形成一个大容量的好氧塘，发挥出水湿地的兼性塘功能，利用水循环形成兼性塘与好氧塘多级串联的多级生态库塘系统，植物、菌、藻的共生系统对水体进行净化处理，进一步改善水质。

3.4.1 出水湿地

在WTS后设置2级表流湿地，出水湿地采用自然塘体，自然放坡，自然驳岸，出水湿地由进水区、处理区、出水区组成，进水区与WTS出水管相连，处理区内生长的植物可以去除细颗粒和溶解性污染物，出水区采用堰流出水。

3.4.2 李家河好氧塘

采用人工增氧(太阳能曝气系统)的方式向水体充氧，加速水体复氧过程，提高水体中好氧微生物的活力，有效改善和提升水质。

3.4.3 水生植物带

水生植物带由河道水位变幅带和水向辐射带共同组成，通过水生植被的人工恢复、种群置换，加快滨岸带生态系统的演替过程。根据滨岸带水生植物生存特性，按水深，由浅入深，分为挺水植物带、浮叶植物带和沉水植物带，结合湿生植物带进行修复。

3.4.4 水下生态系统

构建“水下森林-水生动物-微生物群落”共生系统，重新构建水下生态系统，完善水生态系统食物链，长效保障水质。恢复水生植物群落，水生植物可以显著提高富营养水体的水质，对有毒的有机污染也有明显的净化作用[6-7]，改善水体水质及景观效果，沉水植物主要种植苦草、小茨藻、黑藻、眼子菜等品种，配以挺水植物如水葱、香蒲、黄菖蒲等，以及浮叶植物睡莲等。同时在水体中投放优选、养殖的水生动物，如鱼、虾、螺、贝等，促进水体的微循环，为其他水生物的生长创造更佳条件。

4 治理成效

4.1 水质效果

整治前，李家河地表水检测中氨氮、总磷化学需氧量指标为劣Ⅴ类，属于轻度黑臭水体。经过整治，在不同时间段进行检测，每次选择3个取样点，溶解氧、氨氮、透明度3个指标的检测值显示，水体稳定达到设计出水水质为地表水Ⅴ类标准(TN除外)的目标，见表2。

表2 2022年整治后水质指标

4.2 景观效果

在WTS覆盖土上种植大片植物营造花海大地景观，在出水湿地与李家河连接处，结合湿地植物，成功打造符合生态要求的湿地景观。同时，结合现状的林带，设置观景廊架，营造休憩空间，在临水处，设置亲水木栈道，整体提升了河道生态景观效果，实现排水渠排口与河道的良好衔接。

4.3 满意度调查

通过第三方向政府相关部门及社会公众(受益对象)开展满意度调查，结果显示：政府部门满意度98%，社会公众满意度91%。

城西排水渠排口CSO污染得到有效控制，大幅度削减径流污染物总量，显著提升了区域的生态承载力及综合生态效益，实现李家河水面不黑不臭的整治目标。

5 结语

项目核心处理设施，采用具有生态化特点的WTS，构建出水湿地系统，净化水质，消除水面的黑臭现象，改善李家河及汨罗江水体环境，提升水体自身的净化能力，提升区域的生态承载力及综合生态效益。成为该区域成功打造CSO治理典范，具有良好的示范作用。不足之处：工程在设计处理规模时，采用相邻地区的降雨数据，是按比例进行调整后的数据。但考虑到水质、水量的波动直接影响溢流污染控制的效果，未来设计时，应采用当地降雨数据，同时，将排口统一纳入城市排水一体化，进行联动监控，并对采集数据进行动态监控，为推广及应用提供借鉴。