黑臭水體綜合整治案例分析
——以海口市美舍河為例

李曉潔，劉瑞霞，傲德姆，孫菲，高紅杰

中國環(huán)境科學研究院流域水環(huán)境污染綜合治理研究中心

我國近年來水體黑臭問題日益嚴重，主要因城鎮(zhèn)排污量大，且截污治污、管網(wǎng)等設(shè)施建設(shè)滯后于城市開發(fā)建設(shè)，導致生活污水和工業(yè)廢水肆意入河，水體中大量污染物聚集，逐漸引起河道底泥變厚，水體缺氧和富營養(yǎng)化，水生態(tài)系統(tǒng)嚴重退化，自凈能力大幅下降甚至消失，從而水體黑臭，嚴重影響了居民生活和城鎮(zhèn)生態(tài)景觀[1]。2015年4月國務(wù)院發(fā)布《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)，明確了黑臭水體治理的目標[2-3]。2015年9月，海南省啟動“城鎮(zhèn)內(nèi)河(湖)水污染治理三年行動方案”，包括美舍河在內(nèi)的全省64條城鎮(zhèn)重污染水體被列入治理清單，要求各有關(guān)市縣到2018年消除劣Ⅴ類水體，力爭達到Ⅳ類及以上水質(zhì)標準[4]。針對黑臭水體的成因，國內(nèi)普遍采用控源截污、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復等綜合措施來消除黑臭[5-6]。目前黑臭水體治理技術(shù)主要包括污染源控制和治理技術(shù)、水質(zhì)凈化與生態(tài)修復技術(shù)、水動力改善及水力調(diào)控技術(shù)[7]。筆者總結(jié)了海口市美舍河水體黑臭的原因和美舍河的整治措施，分析了美舍河黑臭水體治理的經(jīng)驗及成效，以期為其他城市提供治理與修復的經(jīng)驗。

1 美舍河流域概況

美舍河流域包含美舍河、河口溪、山內(nèi)溪、板橋溪共4條水體。其中，河口溪位于瓊山區(qū)，全長1.8 km，匯水面積為53 hm2；山內(nèi)溪位于美蘭區(qū)，全長1.2 km，匯水面積為80 hm2；板橋溪位于美蘭區(qū)，全長0.7 km，匯水面積為102 hm2(圖1)。流域內(nèi)最長的河流美舍河干流發(fā)源于海口市南部秀英區(qū)與瓊山區(qū)交界的羊山地區(qū)，全長23.86 km，流域面積為50.16 km2，水域面積為0.74 km2，旱天常水位狀態(tài)下，上游沙坡水庫下泄流量為0.3 m3/s，可基本保障鳳翔閘以南河段的生態(tài)基流；河道中游自南渡江司馬坡島補水3.0 m3/s，用以保障下游河段的生態(tài)補水需求；下游入海口段受潮水漲落影響較大，水體含鹽度較高，多年平均潮位為1.0 m，多年平均高潮位為1.3 m[8]。美舍河流經(jīng)龍華、瓊山、美蘭3個區(qū)，沿線有居民33萬人，是海口地區(qū)的母親河。但隨著經(jīng)濟的發(fā)展及人類活動的干擾，流域生態(tài)問題凸顯。美舍河約有16 km長的河段出現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量退化、水生態(tài)功能退化、水環(huán)境健康弱化等問題，最終成為黑臭水體，黑臭河段起點為沙坡水庫，終點為長堤路入海口(圖2)。其中，A段(沙坡水庫—丁村橋，3.2 km)、B段(丁村橋—國興大道，8.7 km)、C段(國興大道—長堤路，4.1 km)均被住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、生態(tài)環(huán)境部列入城市黑臭水體整治范圍[9-10]。

圖1 海口市美舍河流域分布Fig.1 Distribution map of Meishe River Basin in Haikou City

圖2 美舍河黑臭段示意Fig.2 Schematic diagram of the black and odorous sections of Meishe River

2 主要問題分析

近30年來，美舍河長期存在沿線生活污水直排，雨污錯接、混接，合流溢流污染等問題，使得水環(huán)境質(zhì)量退化，水體發(fā)黑發(fā)臭，嚴重影響周邊居民的正常生活，特別是夏季，蚊蠅成群、臭氣熏天的美舍河成為居民投訴、媒體曝光的熱點，多年來更是走入“治反復、反復治”的怪圈，污染問題始終得不到徹底解決，更是被國家列為掛牌督辦的黑臭水體。

2.1 污水直排

美舍河在治理前存在大量的點源和面源污染，排污口污水直排現(xiàn)象嚴重。截至2017年6月15日，美舍河沿線(沙坡水庫—長堤路)共有407個排水口，其中污水直排口125個，其他排放口為282個。污水直排現(xiàn)象嚴重，總排污量約4.3萬m3/d。日均化學需氧量(COD)污染負荷量為7.6 t/d，氨氮污染負荷量為1.26 t/d，總磷污染負荷量為0.21 t/d。

2.2 雨污水管網(wǎng)混接錯接

美舍河兩岸小區(qū)居民較多，雨污混流較為嚴重，市政管網(wǎng)和污水處理廠缺乏。美舍河上游部分污水未納入市政污水管道，周邊村莊的生活污水均排入美舍河沿線的雨水管道，造成旱季污水直排入河；納入市政管網(wǎng)的污水需要25 km以上的污水管道輸送，經(jīng)多級提升，最終接入位于美舍河下游的白沙門污水處理廠。由于管道建設(shè)年代較久，滲漏、破損等問題嚴重，造成大量地下水、海水、河水倒灌入污水管道，影響污水處理系統(tǒng)的正常運行。美舍河下游鳳翔橋至國興大道存在部分管道破損、堵塞等問題，導致污水排放不暢，進而造成部分生活污水排入市政雨水管道；另外由于當?shù)厥忻裼嘘柵_放置洗衣機、陽臺改廁所或廚房的行為，導致大量生活污水隨雨水排入美舍河。

2.3 合流制溢流污染

美舍河沿線在治理前共有89個合流制溢流排放口，總匯水面積為2 242.41 hm2。典型年溢流次數(shù)為34～50次，溢流污水量為596萬m3，溢流污水中COD全年平均值為150 mg/L，氨氮濃度為15 mg/L，則COD排放量為893 t/a，氨氮為89 t/a。

2.4 面源污染嚴重

城市面源：美舍河沿線共計199個雨水口，雨水口匯水面積約為1 121.21 hm2。COD排放量為144.7 t/a，總磷為8.04 t/a。

農(nóng)業(yè)面源：美舍河上游段兩岸有少量農(nóng)田，農(nóng)田的排水渠終點即為美舍河。因此，大量的農(nóng)田退水及雨水沖刷農(nóng)田攜帶大量營養(yǎng)鹽和農(nóng)藥的地表徑流進入排水渠，最終匯入河道，增加河道污染負荷。

2.5 內(nèi)源污染

美舍河上游位于海口市郊區(qū)域，下游位于市區(qū)(上下游以鳳翔橋為界)，上游和下游區(qū)域人口密度及周邊環(huán)境差距較大。美舍河上游河道大部分河段河底淤泥較少，河底為軟底，局部底泥黑臭；下游底泥黑臭，淤積嚴重，淤泥深為0.3～1.0 m。

2.6 生態(tài)失衡

美舍河上游部分河段兩岸存在駁岸土體裸露，水生植被逐漸變少，甚至枯萎死亡的現(xiàn)象。美舍河下游兩岸為硬質(zhì)垂直駁岸，基本沒有水生植被存在，河岸硬化、植被缺失、河床裸露，水土流失現(xiàn)象嚴重，且豐水期河水攜帶大量泥沙，影響下游水體的水質(zhì)。豐水期與枯水期河流水量差別大，枯水期水量小，水體相對靜止，河道濱河生態(tài)景觀效果差。

3 治理措施

美舍河治理技術(shù)路線遵循控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復三步走原則，系統(tǒng)多元化提升美舍河的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，而后通過岸坡改造，建立植被緩沖帶等措施進一步對水質(zhì)進行凈化。首先是控源截污，對美舍河沿線排水口進行摸排，針對每個排污口，采用特定的截污措施進行處理，消除點源污染。第二步進行內(nèi)源治理，清除河道內(nèi)的污染底泥，消除內(nèi)源污染。最后進行生態(tài)修復，打造景美岸綠的自然駁岸，對水域進行生態(tài)修復，根據(jù)不同水域環(huán)境，采取不同的措施，不斷提升水體自凈能力，使水體水質(zhì)能夠穩(wěn)步提升。

3.1 控源截污

黑臭在水里，根源在岸上，關(guān)鍵在排口，核心在管網(wǎng)，控源截污是黑臭水體治理的重中之重。美舍河黑臭水體控源截污治理工程立足于整個排水系統(tǒng)，按照源頭減排、過程控制、系統(tǒng)治理的原則，實施了污水處理廠布局及排水分區(qū)優(yōu)化、管網(wǎng)系統(tǒng)修復、源頭減排等治理措施[8]。

在美舍河控源截污的治理中，對水體中污染物的來源及混流管道的流向、出處等調(diào)查發(fā)現(xiàn)，管線總長度為216.8 km，總住戶超過10萬戶，沿岸排水口為339個。

針對上述問題，在美舍河開展的控源截污工程主要包括：1)新建臨時污水處理站。新建石塔村一體化污水處理站、雨水方涵一體化污水處理站、高鐵站污水處理站3個臨時一體化污水處理設(shè)施。該臨時污水處理設(shè)施工程總規(guī)模為7 500 m3/d，污水處理采用以A3/O+移動床生物膜反應(yīng)器(MBBR)工藝為主的一體化設(shè)備(內(nèi)含紫外線消毒)。2)新建污水處理廠。在海口市南部美舍河上游段建設(shè)處理規(guī)模為3.0萬m3/d的丁村污水處理廠，在下游段擬建處理規(guī)模為3.0萬m3/d的長堤路污水處理廠，以縮減海口市北部白沙門污水處理廠的收水范圍。3)新建截污管道。布設(shè)合流制排放管及截污管道共計6.5 km，截留兩岸排口污水以及滲漏出來的黑臭水。4)加設(shè)限流閥和拍門。對美舍河沿岸合流管、合流溝出水口進行截流，并在污水截流管道加設(shè)限流閥，控制截流污水量，截流污水接入河岸已建污水方溝或已建污水主管內(nèi)，并在合流方溝出口加設(shè)拍門，防止河水倒灌。5)封堵排污口。封堵美舍河沿線125個污水直排口，并將排污管接入已有的污水主管內(nèi)。6)污水主管清淤。對鳳翔橋至國興大道約11 km污泥淤積的污水主管進行清淤，確保污水主管排水通暢。主要工程內(nèi)容見表1。

表1 美舍河控源截污主要工程Table 1 Main projects of source control and pollution interception along Meishe River

3.2 內(nèi)源治理

河道底泥中含有大量的污染物[11]，污染物的釋放是河道水質(zhì)污染的重要因素之一[12]。但同時河道底泥還是保障水體自然屬性、恢復河道自凈能力的重要載體。因此，內(nèi)源治理不僅要清淤，更要綜合考慮河道的水環(huán)境容量、底泥污染程度、資源循環(huán)利用等要素，因地制宜地選擇機械清淤或原位處置的方式[8]。

美舍河的底泥污染主要通過原位修復和機械清淤2種方式進行修復與治理。通過退堤還河、改硬質(zhì)的直立斷面為草坡入水的復式斷面的方式，對美舍河進行原位修復，沿線增加了4萬m2的淺灘濕地，就地消納了5萬m3的河道底泥。通過機械清淤的方式累計清淤38.4萬m3，平均清淤深度為0.5 m。

在清淤工程中，針對美舍河上游部分河段旱季河道水位較淺，河道內(nèi)沉積泥沙淤積嚴重，河床內(nèi)水草較多的特點，采用挖掘機+人工清淤的方法進行機械清淤；同時，為避免在淤泥脫水時對脫水設(shè)備造成影響，在清淤前，對現(xiàn)狀河床內(nèi)的水草進行清理，水草清理后就地粉碎，送至海口市垃圾焚燒處理廠處理。清淤工程中，用塊石對可能存在的超挖以及上游河段存在的非法采砂河床進行回填、理平。美舍河上游機械清淤后，由于河道底質(zhì)環(huán)境遭到嚴重擾動，底泥中的污染物容易釋放到河道水體中，增加河道水體富營養(yǎng)化程度，對美舍河上游實施底質(zhì)改良工程。采用底質(zhì)改良型環(huán)境修復劑對底質(zhì)進行改良，一方面繼續(xù)分解剩余底泥中的污染物，控制內(nèi)源污染的釋放；另一方面，改善底泥的環(huán)境要素，快速恢復底泥中的有益微生物系統(tǒng)，穩(wěn)定底泥環(huán)境，減少內(nèi)源污染的釋放，促進底泥中底棲生物的自我恢復和沉水植被的恢復。

針對美舍河下游段河道兩岸排口較多，生活污水、垃圾進入河道等導致水體黑臭的現(xiàn)象，并結(jié)合美舍河下游水位較深，覆蓋在底泥上部的污泥密度較輕的特點，采用絞吸船泵送淤泥、垃圾砂石分揀、淤泥調(diào)理、泥漿濃縮、淤泥脫水等方式(圖3)。經(jīng)檢測，處置后的底泥含水率平均值低于45%，有機質(zhì)濃度較高，重金屬濃度較低，適宜用作梯級潛流人工濕地基質(zhì)以及資源化利用。

圖3 美舍河河道底泥絞吸船泵送淤泥清淤工藝流程Fig.3 Desilting process of dredger pumped sludge in Meishe River

3.3 生態(tài)修復

生態(tài)修復是在控源截污的基礎(chǔ)上，通過營造功能完整、結(jié)構(gòu)均衡的水生態(tài)系統(tǒng)，提高河流自凈能力；通過構(gòu)建水岸交融、藍綠交織的水生態(tài)空間，進一步提升水環(huán)境質(zhì)量，最終實現(xiàn)形態(tài)、生態(tài)的和諧統(tǒng)一。

3.3.1沉水植被系統(tǒng)構(gòu)建工程

沉水植被系統(tǒng)是水下森林的生產(chǎn)者，是水體生態(tài)系統(tǒng)中重要的組成部分，其根系和整個葉面直接吸收水體和淤泥中的營養(yǎng)物質(zhì)[13]，所需碳源直接從水體中吸收，從下而上對整個水體產(chǎn)生巨大的凈化作用。在美舍河構(gòu)建沉水植被系統(tǒng)，選擇適合熱帶海洋季風氣候的沉水植被，如輪葉黑藻、苦草、狐尾藻、龍須眼子菜、微齒眼子菜等，種植總面積為36萬m2，沉水植被種植密度為36叢/m2。

3.3.2水生動物系統(tǒng)構(gòu)建工程

水生動物系統(tǒng)是指往水體中投加濾食性魚類及螺貝等，完善水體生態(tài)系統(tǒng)中消費者鏈條。因為水系中僅有水下森林(生產(chǎn)者)，微生物群落(分解者)還不能達到生態(tài)平衡，還需要有一定的魚、蟹、貝(螺蚌)類等消費者和捕食者。因此根據(jù)水體生態(tài)要求與魚類生態(tài)學的特點，選用具有可操縱性的濾食性魚、蟹、螺、貝類投放到水體中，幫助清掃水草表面的懸浮物，轉(zhuǎn)移水體中的氮、磷營養(yǎng)物。在美舍河上游河道全水域0.43 km2進行水生動物系統(tǒng)構(gòu)建，水域主要投放種類有烏鱧、蘿卜螺、螺類、環(huán)棱螺、河蚌、水草以及附著藻清潔工等。

3.3.3微生物系統(tǒng)構(gòu)建工程

在水生態(tài)中，作為分解者的微生物，能將水中的污染物加以分解、吸收，變成能夠為其他生物所利用的物質(zhì)，創(chuàng)造有利于水生動植物生長的水體環(huán)境，還能改良土壤，改善土壤的團粒結(jié)構(gòu)和物理性狀，提高水體的環(huán)境容量，增強水體的自凈能力，同時也減少了水土流失，抑制了植物病原菌的生長。微生物功能菌劑通過提取本地有益微生物進行擴培，其適應(yīng)能力強，凈化效果好。美舍河橫穿市區(qū)，周邊環(huán)境復雜，零散排污較多，突發(fā)排污事件難免頻繁發(fā)生，在全水域適時適量地投加微生物功能菌劑可以迅速地改善水體內(nèi)的微生物環(huán)境，很大程度上提升了水質(zhì)凈化效果。

3.3.4水域生態(tài)構(gòu)建輔助工程——橡膠壩工程

為保障美舍河水位，將美舍河原有的2個水閘改建為橡膠壩，用于控制上游濱河生態(tài)景觀水位，確保水生態(tài)系統(tǒng)工程構(gòu)建所需水位要求，同時又能滿足其行洪要求。經(jīng)改造的2座橡膠壩，壩體高1.0 m，壩寬約22 m。

3.3.5岸線改造

整體河道斷面形式采用復式斷面，河床高程保持不變，降低兩岸原直立擋墻高程，并外擴擋墻形成淺水區(qū)域，在淺水區(qū)域設(shè)人行棧道，新增左、右岸淺水棧道，新增棧道不占用原河道斷面，并增加行洪斷面。還原河岸生態(tài)功能，修復河岸生境，擴大河道水面面積，降低原有駁岸，增加花田臺地，這樣既滿足了河道的雨洪適應(yīng)性又堅固美觀。同時，種植耐鹽堿的鄉(xiāng)土水生植物，以及水質(zhì)指示性植物紅樹林，形成濱水濕地，增設(shè)貼近水面的景觀棧道，使游人可以在濕地中穿梭，增強濱水景觀體驗，在緊鄰城市界面增加自行車路和活動廣場，給周圍鄰里提供自然舒適的休閑健身活動空間。

4 典型治理技術(shù)

充分考慮美舍河的場地現(xiàn)狀(具有場地較大，且具有自然高差，同時對景觀需求高的地方)、水質(zhì)參數(shù)(濕地進水SS濃度小于0.5 mg/L，COD、氨氮等指標為正常生活污水水質(zhì)指標)等條件，在美舍河流域“退塘還濕”“退塘還河”，構(gòu)建鳳翔濕地公園，創(chuàng)新性地建造了梯級潛流人工濕地[14]，鳳翔梯田濕地占地面積為1.4萬m2，近期每天處理0.5萬m3生活污水，遠期每天處理1.0萬m3的污水處理廠尾水。梯級潛流濕地共有8級，以三級臺地作為一個組合處理單元，污水在三級臺地中有組織地進行自上而下、再自下而上的垂直流動，每一級均含有粗石子、細石子和生物填料顆粒填充的過濾層，并配合各種植物，營造出良好的景觀。通過填料的過濾、植物根系的吸收、微生物的代謝作用，去除水中的有機物、病原微生物等污染物。與此同時，為了減少污水中的懸浮物濃度，降低濕地堵塞的概率，減少運營期間填料更換的次數(shù)，在梯級潛流人工濕地進水前端增加沉淀設(shè)備。濕地具體的工藝流程如圖4所示。

圖4 鳳翔濕地公園污水處理流程Fig.4 Sewage treatment flow chart of Fengxiang Wetland Park

5 整治成效

整治之前，美舍河沿線污水直排現(xiàn)象嚴重，水體發(fā)黑發(fā)臭。通過控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復系列工程，水質(zhì)得到了顯著改善。參照“全國城市黑臭水體監(jiān)管平臺”中對美舍河2016年整治前水質(zhì)的記錄，溶解氧濃度平均值為1.72 mg/L，如今美舍河溶解氧濃度平均值為5.16 mg/L，水質(zhì)從2016年的劣Ⅴ類整體提升為2020年的Ⅲ類～Ⅳ類。經(jīng)調(diào)查，整治前美舍河里幾乎沒有水生動植物存活，通過生態(tài)修復工程，在美舍河沿岸新增紅樹(株)約30萬株，水生態(tài)種植面積426 716.4 m2，目前河里魚類的種類和數(shù)量明顯增多，多種鳥類回歸筑巢。沿線景觀得到了極大的提升(圖5)，新建了親水棧道、鳳翔濕地公園等，前來游覽、散步的人絡(luò)繹不絕。同時，水體周邊的房價有顯著的提升，如鳳翔濕地公園附近的房價由治理前的8 000元/m2增至15 000元/m2。

圖5 美舍河治理前后對比Fig.5 Comparison chart before and after Meishe River treatment

6 結(jié)語

(1)通過借鑒海綿城市、生態(tài)河道的先進理念，美舍河黑臭河道從控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復3個方面開展一系列綜合整治，目前水體已全部消除黑臭，水環(huán)境質(zhì)量得到極大改善。

(2)美舍河的治理采用了梯級潛流人工濕地技術(shù)，不僅提高了污水的處理效率，還營造出良好的景觀，短期內(nèi)呈現(xiàn)出較好的治理效果，但后期存在溝道堵塞、凈化能力下降的風險，建議在工程和技術(shù)上繼續(xù)完善，進一步提高水體治理效果。

(3)美舍河黑臭水體整治應(yīng)進一步健全長效管理機制，通過網(wǎng)絡(luò)的手段對城市水體治理與生態(tài)修復進行智能運維，省級生態(tài)環(huán)境部門通過對水體進行在線查詢、故障報警、遠程反控、動態(tài)監(jiān)測、精確定位、數(shù)據(jù)反饋六大功能，減少和縮短人工及時間成本。

致謝：海口市水務(wù)局為本文的撰寫提供了大量的材料、數(shù)據(jù)和照片，在此表示感謝！