太湖流域河道水體綜合整治技術研究及應用

張瑞斌

（1.江蘇龍騰工程設計股份有限公司，南京 210000； 2.南京市雨污水資源化利用工程技術研究中心，南京 210001；3.南京市生態河道工程技術研究中心，南京 210001）

太湖流域河道水體綜合整治技術研究及應用

張瑞斌1、2、3

（1.江蘇龍騰工程設計股份有限公司，南京 210000； 2.南京市雨污水資源化利用工程技術研究中心，南京 210001；3.南京市生態河道工程技術研究中心，南京 210001）

以太湖流域河道水體為例，開展了河道水體綜合整治技術研究，研究出“初雨控制、控源截污、生態清淤、高速脫色、生態修復、景觀營造”全方位治理模式，通過進一步優化，可形成適合于太湖流域河網地區的水環境質量改善和生態凈化系統技術。

河道；黑臭水體；生態凈化；綜合整治；太湖流域

太湖流域河網地區的眾多河道及支浜流速緩慢，自凈能力較弱，局部出現黑臭現象。本研究針對太湖流域河道水體，采用“初雨控制、控源截污、生態清淤、高速脫色、生態修復、景觀營造”立體式全方位治理模式，融合海綿城市技術理念，打造出“水清、岸綠、景美、自然、群眾滿意”的宜居城市環境，實現低污染水再利用和資源化[1～3]，為太湖流域黑臭河道整治及水質改善提供示范。

1 初期雨水污染控制

針對城市道路雨水徑流具有瞬時匯集量大、污染負荷高的特征，詳細分析道路徑流水質的時空變化規律和產流特性后，采用“水力旋流-快速過濾”的處理工藝。初期雨水調蓄池進水采用水位控制技術，通過“水力旋流-快速過濾”處理工藝，采用模塊化拼裝雨水蓄水模塊、高效吸附凈化帶、地下潛流阻隔墻，進行初期雨水旋流快濾處理。

該工藝具有快速、穩定、兼顧固形物和溶解物去除等功能，實現了源控制、過程控制、匯控制的動態平衡，具有占地面積小、負荷削減高效、不額外增加污水系統壓力等優點，較適合在人口密度高的老城區推廣。

北塘河作為常州標志性的景觀河道，在其整治方案中，利用該技術實施了初期雨水旋流快濾工程，設計工程服務面積12,000平方米，處理設施占地僅35平方米。根據運行監測結果，旋流器主要去除36%的大顆粒SS，而濾池能較為有效地去除各污染物，相應去除率約為SS95%、COD50%、氨氮80%、總氮30%、總磷70%。工程的實施，有效地控制了道路雨水徑流對北塘河的污染。

2 控源截污

2.1 “重力調蓄—線性真空”截污模式

老城區存在房屋臨河而建、污水無序排放等問題，部分城中村合流污水排入河道造成污染。但由于老城區地處市中心，常規的開挖埋管的截流方式根本無法實施。針對這一特征，開發了適用于老城區濱河帶截污工程的真空排水系統，提出了適宜于老城區的“重力調蓄-線性真空”截污模式。

“重力調蓄-線性真空”截污模式在南京市十字河濱河帶進行的應用，該工程的收集范圍覆蓋濱河帶約1公里，截污大小排污口6處，安裝隔膜閥2處，設計污水收集能力為每天150立方米。根據實際監測，工程截污量約110立方米，系統負壓漏損率＜5%，現場基本無噪聲及臭氣問題。

2.2 “五步循環截流”技術

以分流制為主的排水管網，在河道排污口調查時仍會發現，實現雨污分流區域的雨水管會排出少量污水（早期南方地區存在的陽臺污水），為此，研發了“五步循環截流”技術。該技術核心在于截流系統按照旱天抽排（低水位運行）—初雨加大抽排（初雨入網）—雨中停運—雨后排空—旱天抽排的設計來運行。系統極大地減少了工程投資，盡可能利用管道系統富余能力處理初期雨水，既實現了良好的截污效果，又減輕了對既有污水系統的沖擊。該技術的關鍵是低水位運行，即在低水位基礎上制定各泵站最優低水位運行標準。可及時發現不明來水，防止污水外滲污染地下水；防止倒灌排水戶，損壞計量設施；實現水力沖洗養護，減少清淤挖淤工作量，使整個管道系統分析、評估、診斷、修復實現常態化。

“五步循環截流”技術在常州市橫塘浜、葉家浜、徐家浜等類似分流制排水系統得到了成功應用。系統極大地減少了工程投資，盡可能利用管道系統富余能力處理初期雨水，既實現了良好的截污效果，又減輕了對既有污水系統的沖擊。

2.3 分散式截污凈化技術

分散式截污凈化技術通過在河岸邊構建一個或多個小型高效水處理設施，由管道或溝渠將污染水體提升或推流進入處理設施，經過生化處理回流至水體，實現周而復始循環凈化的作用。出水主要指標可以達到《城市污水再生利用景觀環境用水》（GB/T18921-2002）的要求。

3 生態清淤

通過清淤減半+底泥改良+強磁活化，剩余淤泥為生態修復創造條件，實現生態系統內循環。

3.1 原位透析—污泥減量化聯用技術

原位透析技術采用分段隔離，逐段采用微磁強化絮凝—超磁高效沉淀，設備內通過投加少量復合絮凝劑和改性磁粉，使泥水迅速形成磁核絮體，再通過高效沉淀，實現泥水分離。在運輸前，增加淤泥泥漿水脫水干化工序。淤泥泥漿水變成泥塊，方便運輸[4]。

3.2 底泥改良削減技術

底泥改良削減技術是指在受污染底泥中，通過人為添加具有特殊親合性的生物促升劑，強化土著微生物的生物活性，提供其新陳代謝作用的原位生物修復成本低廉，適合于大面積、低污染負荷底泥的生物修復。

3.3 水體強磁活化技術

底泥上浮主要是由于底部污泥厭氧發酵產生氣體，氣體上升的同時攜帶污泥結塊上浮，造成水面浮現大塊底泥。水體強磁活化技術利用流體的特性，以極低能耗輸入驅動水，產生大范圍的流動和循環，形成涌升流，實現表層水與底層水充分交換，杜絕水體缺氧現象，從而消除底泥上浮現象的發生。

4 生態修復

4.1 高流速磁性樹脂脫色技術

高流速磁性樹脂脫色技術主要由水處理系統、再生系統和脫附液處理系統3個主要部分組成。圍繞毒害污染物治理與資源化，以磁性樹脂吸附為核心，以廢水的深度處理與回用以及飲用水深度凈化為重點。其優勢為：水溶性有機污染物、TN、TP的去除率分別為50%～60%、20%～30%、40%～50%；投資及運行成本低，為常規樹脂及臭氧活性炭工藝的1/2。廣泛應用于城市河道、廢水和飲用水等水質深度凈化領域。

4.2 生態修復模塊化集成技術

采用低碳氮比緩流水體高效脫氮技術、超磁分離水體凈化技術、固載智能微生物強化技術、底層微孔曝氣技術等多種技術的集成[5～8]。主要技術實施要點：1）人工增氧，防止厭氧分解，提高水體中有機污染物質的降解速度；2）投加底質改良劑或氮磷控制劑，降低內源污染釋放（僅適用于滯流型水體、封閉和半封閉型水體）；3）旁路處理，對水體進行循環處理；4）生態凈化（人工濕地、植物塘、生態浮島等），利用水生植物的凈化功能改善水質。

超磁分離水體凈化技術基于磁性物種與物化技術的耦合，與水體顆粒物相互作用，把不帶磁性的污染物賦予磁性，通過超磁分離進行固液分離凈化水體。對分離后的水體進一步進行高效生化處理，達到深度凈化，實現污水的達標排放。該技術具有出水水質優，占地面積小，使用靈活，耐有機負荷高，投資少等特點，磁種與泥渣分離后可循環使用。

5 “海綿城市”生態景觀構建技術

通過“滲、滯、蓄、凈、用、排”六大技術，建設自然積存、自然滲透、自然凈化的綠色海綿[9]。“海綿城市”生態景觀構建示意如下圖所示。

“海綿城市”生態景觀構建示意圖

5.1 下凹式綠地雨水收集利用系統

該系統由棄流式雨水口、棄流式雨水井、垃圾收集溝等組成，通過下凹式綠地，雨水中的垃圾進入垃圾收集溝，雨水中的沉積物經重力流分流后，排入城市污水管道。處理后的雨水進入玻璃鋼蓄水池，實現雨水收集與利用[10]。

5.2 透水型多功能混凝土植草磚

以干硬性混凝土為主要原料，采用二次布料成型技術，經壓制而成，鋪裝時可實現四角互鎖，或具有球面承壓凸臺。除了磚體的豎向開孔結構形成路面雨水下滲的主要通道外，磚體混凝土自身也具有一定的透水能力，透水率≥1.0×10-2cm/s（試驗方法GB/T25993）。植草磚基體混凝土可使用部分固廢材料生產。產品相關技術性能指標應符合《植草磚》（NY/T1253）標準要求。

5.3 輕質屋面綠化系統

該技術包括蓄排水層、過濾層、基質層和植被層，其中蓄排水層為雙面有凹凸感的蓄排水板，可將多余的水量儲存起來，并具有對植物阻根功能，在美化屋面景觀的同時，對屋頂有保護作用，并可有效截留雨水，減少地表徑流，將多余的雨水引流收集再利用[11]。

5.4 硅砂蜂巢結構凈化蓄水池

該產品由硅砂定型設計的砌體拼裝成六邊形井室，形成蜂窩狀儲水空間，實現砌塊凈水與結構儲水有機結合，結構穩定，儲水率可達90%。砌塊本體具有凈化功能，可提高水體溶解氧，延長雨水儲存時間。池頂的覆土深度不宜超過2m[12]。

5.5 雨水口自動截污裝置

該裝置是雨水口截污輔助裝置，由截污槽和濾袋組成。截污槽設置在井篦子下方，當截污槽內積水和垃圾重量達到設定重量時，翻板打開使垃圾落入濾袋內。具有雨水徑流量與垃圾積累量溢流的自動調節功能，以便保證雨水口排水通暢。

5.6 人工濕地垂直流生態濾床

人工濕地垂直流生態濾床主要包括垂直流生態濾床、沉淀池（塘）、粗濾床等預處理設施，根據需要設有深度處理塘、污泥生態干化濾床。采用PLC控制技術，達到均勻配水、充分富氧；生態濾料無需清洗、更換；可采用水位控制和時間控制兩種方式。對COD、TN、TP、氨氮去除率可達85%以上[13]。

5.7 柔性生態護坡技術

該產品是以聚酰胺（PA6）為原材料，采用干拉工藝一次性加工制成的呈倒金字塔狀彈性均勻構形，孔隙率大于95%的土工合成材料。利用該土工合成材料制成水土保護毯，可為植物生長提供額外的加筋立體護坡體系。產品鋪設后，將被植物根系纏繞，使土壤得以整體性的錨固，為植物提供地面保護，減少水土流失。且在工程使用中可抵御3～7m/s的水流沖刷；并具有耐極端溫度、耐化學腐蝕、抗紫外線耐老化等特點，滿足各類工程需要[14]。

5.8 多孔質生態環境修復技術

該技術將透水混凝土、凝膠材料和添加劑制成的多孔質基材護砌至堤壩坡面，具備面層植被緩沖、多孔質骨架防護、植物根系加固三重防護功能，具有強度高、構造利于植物生長、低堿環境和適用范圍廣的特點。

5.9 行道樹雨水收集回用保護裝置

該裝置由行道樹保護板和三通管組成行道樹樹池和綠化帶保護體，可保證交通安全步行，避免道路垃圾流入的同時，使樹池具有一定的貯水空間，增加雨水滲透，方便養分與氧氣供給，有利于樹木生長。

6 結論

通過“初雨控制、控源截污、生態清淤、高速脫色、生態修復、景觀營造”立體式全方位治理模式，研究出適合于太湖流域河網地區黑臭水體的綜合整治關鍵技術。通過示范工程的實施，河道水體中COD、NH3-N、TN、SS等的去除率均可達60%以上，并取得良好的生態效果和景觀效果。

太湖流域為平原河網地區，流域內的河道綜合整治技術應用空間較大。該研究成果對太湖流域及其它類似污染水體的污染治理及示范工程的進一步開展具有重要的指導意義。

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Technical Research and Application of Comprehensive Realignment of River-way Water Body in Taihu Basin

ZHANG Rui-bin1,2,3
(1.Jiangsu Long-leaping Engineering Design Co., Ltd, Nanjing 210000; 2.Nanjing Research Center for Engineering Technology of Rainwater Resource Recycling, Nanjing 210001; 3.Nanjing Ecological River Engineering Technology Research Center, Nanjing 210000, China)

By taking the river-way water body of Taihu basin as an example, the paper carries out the technical study of comprehensive realignment of river-way water body. The research shows the complete governance mode for Taihu Lake Basin, which includes the “early rain control, point source pollution control, ecological dredging, high-speed decoloring, ecological rehabilitation and landscape construction”. By further optimized, the key common technologies of the water quality improvement and ecological purifcation can be suitable for Taihu basin river network area.

riverway; black odor water body; ecological purifcation; comprehensive realignment; Taihu Basin

X703

A

1006-5377（2017）08-0059-04

南京市科技計劃項目（201608023）；江蘇省自然科學青年基金項目（BK20140603）；“六大人才高峰”高層次人才項目（JNHB-099）。