長春市東新開河流域黑臭水體污染現狀及綜合治理研究

趙嵩穎，徐建光，王雨亮，王夢娜

(1.吉林建筑大學 市政與環境工程學院，長春 130118； 2.吉林省城鄉規劃研究院，長春 130000)

1 概 述

隨著城市規模的擴大，大量未經處理的污水排入河道，水體中的COD、氨氮、總磷等污染物嚴重超標，導致河流水體黑臭[1-2]。2015年，國務院印發的《水污染防治行動計劃》明確要求，到2020年，地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內[3-4]。東新開河屬于伊通河中游的一級支流，流域面積為98.12 km2，河長16.5 km，河道平均坡度1.5‰，是長春市的重要水體，主要由東新開河、西稗子溝、大稗子溝、稗子溝、葦子溝、金錢溝等干支流組成。目前，流域內水體水質總體較差，COD、氮磷營養鹽嚴重超標，屬于劣V類水體，是典型的黑臭水體，嚴重影響沿岸居民生活質量，長春市河流污染控制和治理工作迫在眉睫。針對東新開河流域水體污染成因，基于水質目標開展制定該流域合理的水污染綜合治理方案，可解決新東開河的水體污染問題，同時可推進海綿城市的建設，為吉林省更多污染河流提供借鑒，因此東新開河流域黑臭水體污染綜合治理意義重大。

2 樣品采集與分析

2.1 樣品采集與分析方法

采樣工作于2016年3月進行，對東新開河干流及主要支流水樣及沉積物進行現場采集，共采集了29個樣點的表層水樣和沉積物，樣點分布見圖1 。樣品采集過程中，選用YSI水質儀等便攜式水質分析儀對表層水溫、pH、ORP、電導率、DO等指標進行測定；表層沉積物采用自重力柱狀采樣器進行采集，沉積物分析指標包括含水率、有機質含量、粒徑、重金屬含量，其中粒徑分布特征由激光粒徑分析儀測定，重金屬含量利用冷凍干燥機冷凍干燥，經微波消解后，用電感耦合等離子體-發射光譜ICP-OES測定[5-6]。

2.2 水質分析及沉積物分析

表層水水質分析及沉積物分析結果見表1。從表1的檢測結果可以看出，表層水COD范圍在13～222 mg/L，平均含量為106.9 mg/L；葦子溝和大稗子溝的COD含量相對較高，平均值為166 和148 mg/L，分別超過地表水環境質量標準V類水的4倍和5倍。東新開河主干流的COD有82%的樣點比例超過V類標準；水體NO3-N含量范圍為0.04～5.83 mg/L，各河段的NO3-N沿河流均呈現遞減趨勢，稗子溝的平均含量最高；兩條支流水體葦子溝和大稗子溝的氨氮平均含量分別為36和13.1 mg/L，東新開河主干流水體氨氮含量出現明顯的空間差異，水體下游分布較均勻，所有樣點均超過V類標準，分析原因是城市和村鎮排放的工業廢水、生活污水所致；東新開河各段水體中TN含量范圍為4.61～107.7 mg/L，均超過V類水標準，TN最大值出現在W1樣點，超過V類水標準53倍，可見各段河流水體氮素污染嚴重；TP均值為2.4 mg/L，超過V類水標準中總磷濃度限值(0.4 mg/L)6倍以上；整個河段SRP均值為2.26 mg/L，表明河流各段水體磷主要以溶解態為主，平均值84%，其中主干流體的SRP比例超過90%以上。

從表1的檢測結果可以看出，整個河流的表層沉積物TP含量平均值為613.03 mg/kg，遠超過國際上沉積物TP閾值范圍500 mg/kg；整個河流表層沉積物TN含量平均值為1 951.3 mg/kg，遠超過國際上沉積物TN閾值范圍1 000 mg/kg，且具有潛在的釋放風險；所有表層沉積物樣品中TC出現顯著差異，百分比范圍為0.27%～6.6%，極大值出現在W3樣點，支流河段空間分布波動較大；TS能夠反映沉積物中的污染組分，平均0.113%，極大值也出現在8號樣點和B1樣點，空間分布波動較小；燒失量(LOI)表征沉積物加熱分解的氣態產物和有機質含量的多少，整個河流表層沉積物有機質出現明顯差異，極大值出現在6號樣點和B2樣點，說明TC和LOI有相近的污染源。

2.3 水環境問題綜合診斷

東新開河流水體以好氧污染為主，COD和氨氮為首控污染物。通過表層水相關指標分析可以看出，表層水營養鹽指標污染嚴重，表層水NH3-N、TN、TP和COD的平均超標倍數為7.3倍、13.6倍、5.8倍和2.6倍。針對河水體污染現狀及污水管網的建設情況進行分析，產生黑臭的原因主要有以下幾個方面。

1) 經排查，該河流流域面積98.12 km2，其中農業用地63.02 km2，占流域面積64.2%，農業面源污染占污染負荷的70%，農村散排污水占污染負荷的 5%，是東新開河流域水體污染的主要來源之一，東新開河流域面源污染負荷見表2。

表1 表層水水質分析及沉積物分析結果

表2 東新開河流域面源污染負荷

2) 流域無污水處理廠。本流域尚未規劃建設污水廠，主要污水經管網收集后輸入下游北郊污水處理廠，造成東新開河中下游流量無法保障，旱季成為干河。

3) 雨水徑流污染沖擊嚴重。目前，東新開河流域雨污合流導致暴雨期污水溢流突出，造成雨洪期河道垃圾泛濫。

4) 河道生態退化，河流自凈能力極弱。該流域生態空間不足，河道內非法亂占灘地耕種，亂建建筑物，導致行洪河道變窄，嚴重影響區域防洪行洪能力和水資源調蓄、河道自凈化能力及景觀效果，這是嚴重影響東新開河流域生態空間的主要問題。

3 綜合治理方案及概預算

3.1 綜合治理方案

基于東新開河水體黑臭原因的分析結果，該河流域受農業面源污染影響較大，結合污染現狀分節特點，制定截污控源、內源消除、生態建設的治理方案。該方案主要包括五大工程，分別是污水廠建設、海綿城市建設工程、垃圾治理與河道淤泥清理工程、臨河農村水污染治理工程以及河流濕地構建工程。

1) 開展內源清淤措施及河道垃圾清除工程，本項目清淤工程46.4 km，可有效減少底泥污染釋放，增加河道行洪能力。清除的底泥通過五級混凝沉淀池實現泥水分離，經晾曬處理后進行填埋。

2) 針對東新開河流域建成區徑流系數(0.7)、地表徑流顯著增加、水質受地表徑流污染影響突出以及生態系統受阻等問題，開展流域海綿城市建設工程。在東新開河金錢溝支流上游構建濕地公園0.8 km2、下游構建5.4 km2，恢復自然水系、濕地等對城市地表徑流污染的滯留、調蓄、凈化功能，削減上游流域面源污染負荷，保障東新開河生態流量；在中游葦子溝流域建設海綿城市試點工程4.7 km2，實現地表徑流污染負荷50%～75%的削減。

3) 針對該流域已有82個坑塘進行增容改造為塘-濕地系統。為完成流域水量保持和水質凈化，完成關鍵濕地建設，共建庫型濕地2處、坑塘濕地3處、河口濕地1處及污水廠尾水人工強化濕地1處，濕地具體面積、蓄水量、污染消減量見表3，位置見圖2。

4) 利用提升泵站將城鎮污水送至污水處理廠進行渠中處理。新建1×104t·d-1污水處理廠1座，采用A/A/O工藝，出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)中的一級A標準，完善配套的截污管網。

5) 針對東新開河流域農村散排污水的特點，設計開發一種生活污水與雨水利用、凈化系統。該系統由雨水和污水收集器、污水凈化器、生態水池組成，可以對生活污水與雨水分別進行收集、凈化，充分利用水資源，凈化達到排放標準后，可進入地表，從而補充地下水資源。

表3 新東開河流域塘-濕地多級水系統統計表

圖2 塘-濕地、流域海綿分布圖

3.2 工程概預算

項目總投資費用26.2億元，工程內容及工程量投資見表4。

表4 流域治理主要工程量及投資

續表4

4 結 論

本文對新東開河流域表層水及沉積物的進行監測分析。分析結果表明，東新開河流水體以好氧污染為主，COD和氨氮為首控污染物，針對新東開河流域水體污染成因，基于截污控源、內源消除、生態建設的治理理念，開展實施新東開河流域合理的水污染綜合治理方案。項目總投資概預算費用約為26.2億元，治理后可解決東新開河的水體污染問題，同時可推進海綿城市的建設，為吉林省更多污染河流提供借鑒，因此其意義重大。