生態治理技術在山湖苑黑臭水體整治中的應用研究

(1.常熟市尚湖水利管理服務站，江蘇 常熟 215500；2.江蘇省望虞河常熟管理所，江蘇 常熟 215500；3.常熟市水務局，江蘇 常熟 215500)

城市因水而秀美，因水而靈動。目前，城市經濟發展、人口增長與水環境承載能力不足的矛盾日趨突出，河道生態系統承受的壓力在持續增加，城市水環境遭到嚴重威脅。常熟市位于江蘇省東南部，河網密布，是典型的江南水鄉。因城市經濟發展，常熟城區水質不容樂觀，部分河道出現黑臭現象，制約了常熟經濟社會可持續發展。2015年，國務院發布《水污染防治行動計劃》，將城市黑臭水體治理列入其中并提出整治目標要求，黑臭水體治理日益成為研究熱點。

焦志杰[1]通過對昆山市古仙江治理前后4個監測斷面污染物去除效果進行分析，研究截污納管、清淤、增氧曝氣、水生植物及微生物技術在黑臭水體治理中的成效。李麗[2]系統分析了生境改善、生態構建、生態維護管理在黑臭河道生態治理中的應用情況。吳剛等[3]以常熟市曹家灣河、蔣家村河黑臭水體整治工程為例，在前期調研、污染成因、對策研究、過程控制、效果分析等方面開展工作。朱麗麗等[4]以常熟市山湖苑河為例，重點進行了水環境問題分析、黑臭成因診斷并以水體生態系統的時間、縱向、橫向、垂向維度為思路對水體生態治理策略進行初步探討。本文以常熟市山湖苑河黑臭水體生態治理為例，基于水體黑臭成因，重點對黑臭水體整治措施及治理效果進行跟蹤分析，探討城市河流生態治理方式，為今后城市黑臭水體生態治理提供參考。

1 水體狀況

山湖苑河位于常熟市中心城區甸橋村，在虞山尚湖風景名勝區與尚湖飲用水源保護區之間(見圖1)。該河道為斷頭浜，僅南側與外河連通，河道總長750m，由300m環形河道及450m主河道組成，河道寬度為15～20m，水體面積0.91hm2，匯水區面積14.09hm2。山湖苑河存在的主要水環境問題為夏季河道內多處暴發藍藻[4](見圖2)，散發強烈魚腥味，居民投訴時有發生，嚴重影響兩岸百姓日常生活；河道水質不佳，水體透明度差，溶解氧含量低，達到輕度黑臭級別；水體流動性差，整體水生態狀況較差。

圖1 山湖苑黑臭水體位置

圖2 山湖苑黑臭水體藍藻暴發實景

2 黑臭成因

黑臭反映的是有機污染在水體中的一種極端現象[5]，水體黑臭現象的形成具有十分復雜的原因。對于黑臭水體的治理，首先要分析河道黑臭成因。山湖苑河夏季藍藻大面積暴發，河道黑臭主要由以下原因造成[4]：外源污染是河道黑臭的主要污染源，也是藻類暴發時營養物質的主要來源，外源污染主要為污水管網錯接、漏接、混接導致的生活污水直排以及初期降雨徑流；河道斷頭及原有筑壩導致水體流動性差；河道淤積嚴重，底泥有機質降解和污染物釋放導致水體內源污染；河道兩岸生態結構單一脆弱，生態系統基本喪失了生態凈化功能，水體自凈能力弱。

3 整治目標

山湖苑河水體黑臭成因較多，因此針對該河道的治理應多措并舉，系統考慮多種適用技術、措施相結合進行綜合治理。根據山湖苑河自然環境特征、周邊土地利用現狀、污染排放特性和河道治理目標，以“因地制宜、綜合措施、技術集成、統籌管理、長效運行”為基本原則，將山湖苑河水污染防治、藍藻治理、生態系統建設以及生態文明建設融為一體，全面控制內外污染源，控制河道內藍藻暴發，提升水質，改善河道生態系統。

4 治理措施

河道治理工程共分為外源污染控制和水質凈化工程、內源污染控制工程、河道生態修復工程、活水循環工程4個板塊。河道總體布局圖及河道整治后效果圖見圖3、圖4。

圖3 山湖苑河總體布局

圖4 山湖苑河主河道整治后效果

4.1 外源污染控制和水質凈化工程

在河道兩側設置815m河道原位三相凈化系統(見圖5)，攔截并處理初期雨水及未完全截污的生活污水。該系統可實現物化作用、微生物降解、植物吸收三者的統一。其基本構造是全封閉柔性圍隔+森美思填料+中空纖維膜+先鋒漂浮植物+挺水植物。全封閉柔性圍隔創造獨立的雨、污口排放空間，阻斷與主河道的水力和物質交換；森美思填料快速降低水體污染物濃度，并在填料周邊形成高濃度污染物生境；中空纖維生物膜對溶解態和顆粒態有機物進行高效快速降解；先鋒漂浮植物對分解產生的氮、磷進一步深度處理。

圖5 三相凈化系統

通過泵站抽取原位三相凈化系統出水，接入800m2人工復合梯級濕地及840m2景觀型邊坡表面流濕地(工藝為微曝氣垂直流濕地+水平潛流濕地)進行深度凈化，見圖6，最后通過生態河道(工藝為沉水植物+生態浮床)的水力循環過程，輸送到河流末端，以此來循環往復整個處理流程。

圖6 人工濕地效果

4.2 內源污染控制工程

對河道污泥采用底泥原位消減技術，并加入緩釋型底泥修復材料，降解和維持底泥有機質含量，同時固定沉積物中的磷。

4.3 活水循環工程

在環形河道設置溢流壩，分隔人工復合濕地出水與河水，同時實現環形河道內水體逆時針單向流動；在東南側河流末端設置液壓壩，在保持常水位的基礎上，利用水泵使河道水體呈逆時針流動，實現活水循環，改善河道內水動力條件；利用人工曝氣增氧技術，設置浮水噴泉式曝氣機2臺，太陽能解層式曝氣機3臺，羅茨曝氣風機4臺，消除水體分層，提高水體復氧能力，實現河道內活水循環，改善河流水質。河道活水循環示意圖見圖7。

4.4 河道生態修復工程

利用生態浮床浮島、硬質駁岸生態改造工程，改善河道生境，提高生物多樣性，優化河流生態系統。在主河道兩側設置1600m人工生態浮床，在河道中央設置26座人工生態浮島，浮盆上種植挺水植物、漂浮植物，浮盆下懸掛復合填料，加強對河道水質的凈化能力。對主河道硬質駁岸進行生態改造，結合河道原位三相凈化系統的配置，將硬質駁岸與生態浮床相結合，駁岸上種植迎春、連翹、常春藤等掛壁式植物，柔性圍隔內的人工浮床種植耐污型、景觀性強的挺水植物和漂浮植物，共計1024m；將環形河道原有垂直混凝土駁岸拆除改造為生態駁岸，共計80m。

圖7 山湖苑河活水循環示意圖

5 治理效果

山湖苑黑臭河道通過歷時5個月的生態整治，水質得到較大改善。第三方檢測機構根據《城市黑臭水體整治工作指南》相關要求，對山湖苑河開展了持續半年的水質監測，主要指標數據見表1。根據山湖苑河所有采樣監測數據繪制變化曲線圖(見圖8、圖9)。

表1 山湖苑河水質監測數據匯總

圖8 水質監測數據(透明度、溶解氧)變化曲線

圖9 水質監測數據(氨氮、氧化還原電位)變化曲線

由圖8分析可得，2018年11月基本完成土建施工后，溶解氧及透明度指標已明顯提高；2019年1月設備全面運行后，這兩項指標進一步顯著提高。整治后，山湖苑河水體透明度監測指標最高值達1.81m。根據實地觀察，部分河段可直接看到河底卵石，視覺感官上河道水體清澈，魚蝦成群，治理成效明顯。在設備全面運行后，透明度始終維持在80cm以上，但透明度指標受降雨、季節變化影響較大，數據波動較明顯。山湖苑河溶解氧濃度從輕度黑臭狀態的0.90mg/L增加至9.0mg/L左右，數據增長10倍，溶解氧濃度大幅增加，指標達到地表水環境質量標準Ⅱ類水，水生態環境和水質凈化能力大大提升。

由圖9分析可得，2018年11月基本完成土建施工后，山湖苑河氨氮含量由4.69mg/L大幅下降到0.50mg/L以下，下降近89%，已遠低于城市輕度黑臭水體指標。在半年的水質監測中，該指標穩定保持在0.20mg/L左右，指標達到地表水環境質量標準Ⅱ類水。數據表明通過原位三相凈化工程、人工濕地及生態河道的循環治理對消除氨氮作用明顯。氧化還原電位指標是4項指標中整治前后變化最小的，均維持在較優水平。

在半年的水質監測中，山湖苑河水質穩定達標，說明外源污染和水質凈化工程、內源污染控制工程、河道生態修復工程、活水循環工程運行狀況良好，水體達到長治久清的目標。

6 優缺點分析

原位三相凈化系統無須土建池體施工，沒有用地空間難題，較靈活便捷，去除效率高，施工及后期運行維護操作簡單，自帶景觀效果。相比傳統人工濕地工藝，人工復合濕地大大改善并增強了水質處理效果與運行穩定性，成為周邊居民休息健身的場所。原位消減技術可就地解決污泥處理問題，無須挖取及運輸，無二次污染，施工成本較低，無死角，見效快，可有效改善底泥環境。生態修復工程中生態浮島及生態浮床均安裝方便，既可有效降解有機物濃度以及氮、磷營養鹽，使河流能夠恢復一定的自凈能力，又改善了原有河道駁岸的冰冷硬質景觀效果，增加了河道的美觀性。活水循環工程使斷頭浜恢復了河道水體循環，消除了水體分層，可制造富氧活水流，改善水體微生環境和景觀，提高河道自凈能力。

植物的維護是人工濕地系統后期運營管理工作的重點與難點，后期的運營及長效管理需要保證足夠的資金及人力。人工生態濕地及曝氣裝置均會在白天產生一些噪聲。

7 結 語

通過對山湖苑河黑臭水體整治應用及成效進行研究，可以看出生態治理措施對于河道黑臭水體消除、水質改善、河道生態系統修復、景觀效果提升起到了十分積極的作用。外源污染控制和水質凈化工程、內源污染控制工程、河道生態修復工程、活水循環工程共同作用，保證了河道長治久清。山湖苑工程的實施，不僅改善了沿岸居民的生活品質，受到周邊居民認可，而且作為典型案例對常熟市黑臭水體的生態治理意義重大，取得了較好的經濟效益、社會效益、生態效益。?