海仔河水環境綜合整治思路與實踐

段青梅，王小君，陳小丹

(1.東莞市水務技術中心，廣東 東莞 523413；2.廣東省水利水電科學研究院，廣東 廣州 510635)

1 概述

近年來，隨著經濟的快速發展，城市化水平不斷提高，相伴而來的水污染現象日益嚴重，水環境問題已成為制約經濟和城市發展的重要因素。針對水環境現狀，國家和地方治理力度逐漸增大。2015年，國務院發布了《水污染防治行動計劃》[1]，住建部、環保部聯合印發《關于公布全國城市黑臭水體排查情況的通知》，出臺了《城市黑臭水體整治工作指南》[2]，2016年，廣東省住房和城鄉建設廳等四部門印發了《關于全面開展城市黑臭水體整治有關工作的通知》，2017年，廣東省住房和城鄉建設廳出臺《廣東省城市黑臭水體整治技術指引》。東莞市人民政府也相繼出臺了《東莞市水污染防治行動計劃實施方案》《東莞市2018年度水污染防治工作方案》和《東莞市水務發展“十三五”規劃》，要求全力推進落實黑臭水體的整治工作，制定了2016—2020年內河涌污染整治計劃。海仔河水環境綜合整治項目列為2017年重污染河涌綜合整治示范項目之一。

2 項目概況

2.1 項目概況

海仔河位于石排鎮中部，東邊位于沙角村，通過沙角水閘與東引運河相連，走向由東向西后拐向北端，通過橫山排站、獨洲排站匯入東江，是海仔河北片區主要排水通道，河寬為10～20 m，長約為10.1 km，其中約1.2 km 河段已進行了整治，一級支流4條。水質指標氨氮為5.74 mg/L、透明度為22 mg/L、溶解氧為0.6 mg/L、氧化還原電位為-124 mV。根據國家2015年頒布的城市黑臭水體整治工作指南和地表水環境質量標準[3]，海仔河現狀水質為劣Ⅴ類，屬典型的黑臭水體。

2.2 存在問題

2.2.1污水排入，淤積較嚴重

石排鎮污水系統大部分為截流式合流制，海仔河范圍內大小排污口共282 個，已建截污管網對大部分排污口進行了截流，設置截流井截流排污口229 個，沿線有53個排污口沒有完成截流。旱季時，大部分污水進入污水處理系統，少量污水直排入河道；暴雨時，未截流排污口污水、雨污合流水、周邊流域產生的面源污染隨雨水大量進入河道。2018年5月清淤后，河道內產生了新的淤積，淤泥深約0.4～0.6 m。

2.2.2無外部水源補充，水動力不足

海仔河部分河段周邊建筑物較密集，雨水和周邊居民排放的污水為海仔河的主要來源，無外部河水補充；汛期時澇水由排站抽排排入外河，為保持河道景觀水位及保護承泄區河道水質，兩端閘門基本為關閉狀態，海仔河水體缺乏流動，幾乎屬于不流動的死河，南方適宜的氣候加速了微生物的繁殖，水體散發出腥臭氣味。

3 總體思路

3.1 綜合治理目標

3.1.1總體目標

解決河道淤積及洪水過流問題，控制河道沿岸污染源入河，完善河道生態系統，提升海仔河水質和自凈能力，恢復河道生態系統。

3.1.2工程標準

工程等別為Ⅳ等，設計防洪標準為20年一遇。主要建筑物級別為4級，次要建筑物級別為5級。場地的抗震設防烈度為Ⅵ度。

2018年底消除黑臭指標，2019年底水質達到準V類地表水標準(不考核總氮指標)，2020年底水質達到V類地表水標準(不考核總氮指標)[4]。

3.2 整治對策分析

王寒濤等[5]在總結梳理美國、歐洲、日本和澳大利亞水環境成功管理模式的基礎上認為城市河流作為復合生態系統，應堅持“流域統籌、系統治理”的基本理念；張莉穎[6]以某流域水環境綜合治理項目為例，提出通過控源截污、污水廠建設等分散與集中處理相結合的方式實現水環境優良，通過洪澇共同治理來實現水安全保障；通過構建濕地、水體曝氣增氧等多元化手段實現水生態修復的總體治理思路。

通過分析河道水環境污染來源，可知海仔河水環境是多種成因疊加的結果，在分析現有水環境整治手段的基礎上，提出海仔河水環境整治采用“控源截污、內源治理、水質凈化、生態修復、活水補水、堤岸整治”等綜合整治的技術手段。工程總體布置示意見圖1所示。

圖1 工程總體布置示意

4 整治措施

4.1 控源截污

控源截污是將排入河道的污水截流或進行處理后排放，是從源頭上采取的整治措施，這是整治的關鍵。

海仔河沿線現有53個排污口未進行截流，其中向西排渠與海仔河交匯處至石崇大道段有36 個排污口，石崇大道至沙角灌站段有11個排污口，另有6個零散分布的排污口。排污口周邊房屋建筑緊鄰河道，無建設截污管的位置，采用掛管截污的臨時措施對沿線未截流排污口進行截流，掛管管徑DN315，管材采用硬聚氯乙烯(UPVC)排水管，管長812 m。截流后污水匯入海仔河已建16-18、15-17批次截污管網中。

為減少雨污合流水進入河道，在大的排污口采用設置圍堰消解池預處理的方式降低對水質的沖擊。根據溢流口來水情況，濾包0.5～1 a更換1次。后期待周邊完成雨污分流，水體恢復一定的自凈功能后，對預處理圍堰進行拆除。

根據各排污口大小不同，預處理圍堰消解池采用不同的尺寸。排污口大小與圍堰包尺寸關系見表1，各圍堰示意見圖2～3。

表1 排污口管徑與圍堰尺寸關系

圖2 ABC類排污口圍堰示意(單位:mm)

圖3 D類排污口圍堰示意(單位:mm)

4條支涌中現有1條支涌正在進行截污整治，為消減支涌污水匯入量，支涌出口增設藥劑包過濾圍堰堤壩，圍堰包尺寸A×B×H=2 m×11 m×2.8 m。

4.2 內源治理

黑臭水體底泥的修復分為異位修復和原位修復[7]。異位修復是指將污染底泥清淤疏浚，再進行固化填埋或物理、化學、生物處理[8-9]。一般當底泥中污染物濃度超出本底值3～5倍且潛在危害人類及水生生態系統的情況下，優選進行異位治理技術[10]。其缺點是清淤出的底泥含水率較高，易對周邊環境造成二次污染。根據清淤作業時是否需排干河道水分為干式、濕式兩種作業技術，濕式作業中最主要的設備是挖泥船，形式有抓斗式、杷吸式、斗輪式等設備[11]；原位修復是指保留底泥，在原位進行污染物治理的技術，相對異位修復技術其對周邊環境污染較小，主要有原位掩蔽技術、原位化學處理技術、原位生物修復技術[10]。原位掩蔽常用的覆蓋材料有改性礦石和天然材料(方解石、細沙等)[12]；原位化學處理主要是向水體投加化學藥劑，通過藥劑與污染物發生氧化還原等反應，降低污染物含量，其缺點是可能增加水體毒性，具有一定的風險性，常作為臨時應急措施；原位生物修復主要是利用微生物將污染物進行分解、消減，使有機物含量降低，減少底泥厚度和體積，主要有向水中投放和底泥中投放兩種方式，李繼洲認為生物修復技術是最具發展前景的修復技術[13]，該方法在河道黑臭水體整治中得到廣泛應用[14-15]。

海仔河底泥已進行過一次清淤，現狀河道內主要為新淤積底泥，其厚度除部分斷面淤積較厚外大部分斷面淤積較淺。為避免污泥上岸，污染周邊環境，底泥處理采用原位修復的方式泥水同治，具體分為直接將微生物與底泥攪拌和設置污染物過流消減坡兩種方法。

微生物與底泥直接攪拌技術是利用高效物化凝聚技術，快速還原水體生態鏈的關鍵胚體—底泥，激活土著微生物，恢復和建立生物床，重構生態系統，達到恢復水體的自凈能力。

污染物過流消減坡技術利用與底泥原位修復相同的高效物化復合劑，混合其他材料組成。一組污染物過流消減坡由三道藥劑處理包跌水壩組成，每道間隔15 m左右，形成自然河段氧化塘。當河水流經三道跌水壩時，利于河道水體增氧，河水中的有機物、總磷等污染物與藥包中復合劑反應，使污染物濃度得到降解，提升過流河水水質。跌水壩藥包持續產生作用，配合經底泥原位修復后河流恢復的自凈能力，逐步改善水體水質。海仔河沿程共設置過濾坡2組，每組過濾坡為3 道潛坡，每道潛坡的尺寸為A×B×H=0.5 m×2.6 m×15 m、每道潛坡處理包立方數為19.5 m3，過濾包用環保袋裝配，碼放整齊后用安全網捆扎固定。過濾坡平面及剖面示意見圖4～5。

圖4 過濾坡水壩平面示意

圖5 過濾坡水壩剖面示意

4.3 水生態修復

水生態修復技術作為黑臭水體整治的重要技術手段，近年來逐漸成為研究的熱點之一，并在各地河道整治中得到廣泛應用。常采用的技術手段有水生動植物群落構建、生態緩沖帶構建、納米曝氣技術、人工濕地技術、生態浮床技術、微生物強化技術等[16-20]。

海仔河沿線較長，河道寬窄不一，結合河道現狀，通過構建生態緩沖帶，種植水生植物及采用曝氣設備組成水生態修復系統。具體工程措施有沿海仔河雙側布置穿孔曝氣管，曝氣管采用DN150 PE100 管，每隔300 m設置沉水式羅茨風機，鼓風機設計參數為：Q=8.4 m3/min，ΔH=29.4 kPa，P=11 kW，沉水式風機安裝示意見圖6，共設置12套；河道中下游較寬處配置耐污沉水植物(四季常綠改良矮型苦草)面積約1 000 m2；邊坡修整種植綠化植物。

圖6 沉水式風機安裝示意

4.4 活水補水

活水補水包含補水和活水兩部分，分為水系連通、活水循環、清水補給3類措施[21]，清水補給一般利用周邊河道水補水、水庫水補水、污水處理達標后中水補水幾種方式。

海仔河東與東引運河相連，北有橫山排站、獨洲排站、向西排站及向西灌排站，中與石洲蓮湖相臨，外部補水條件較好，現狀東引運河水質較差，不適合作為近期補水水源，遠期運河水質達標后可利用海仔河與東引運河銜接處的沙角泵站(擬建)抽水補水。向西灌排站引東江水(已取得相關部門批復同意)用于灌溉周邊農田，隨著城市的開發建設，農田面積呈減少態勢，近期補水方案可引東江水入石洲蓮湖，灌溉后剩余水量用于補充入海仔河，新建補水管道3.32 km，管材采用鋼管。在橫山村設置橫山泵站，新建管道將海仔河與田邊排渠相通，增強海仔河水體的流動性及作為田邊排渠的補水水源，橫山泵站配套補水管道長556 m，管材為鋼管。

4.5 堤岸整治

海仔河全長為10.1 km，已整治1.2 km，未整治段現狀堤岸形式為自然駁岸、半自然駁岸和硬質駁岸，按照設計防洪排澇標準進行整治，對不滿足過流要求的河道拓寬，對堤頂高程不滿足要求的進行加高。

5 整治效果分析

海仔河整治前于2019年7月17日采集水樣，海仔河水體呈微黃色、微臭味、多浮油，透明度、溶解氧、氧化還原電位等指標等級評估為輕度黑臭，整治過程中于2019年11月18日采集水樣，除氧化還原電位仍為輕度黑臭外其余指標已無黑臭，整治完成后于2020年8月6—8日期間分3次采集水樣，水質呈淺灰色、無味、少水面油膜及飄浮物、少肉眼可見物，已不黑不臭(見圖7)，與《城市黑臭水體整治工作指南》中黑臭水體污染程度分級標準相比，水質評價結果已全部為無黑臭，與《地表水環境質量標準》中地表水環境質量標準基本項目標準限值V類相比，除部分斷面氨氮指標超標0.06～0.3倍外，其他指標均滿足V類水標準，項目整治后達到水環境整治目標的要求。

圖7 海仔河k2+200施工前后水質對比

6 結語

水環境治理是一個綜合性的治理工程，單一方法已無法滿足人們對河道水環境改善的要求。控源截污、內源治理、水質凈化、生態修復、活水補水、堤岸整治等多種措施在海仔河水環境整治工程中得到了很好的應用。值得注意的是排污口圍堰、過濾坡及掛管截污均屬于臨時性的工程措施，待完成污水管網及雨污分流工程，鎮區的污水從源頭接入污水系統，雨季不再有雨污合流水進入河道時臨時工程措施均應拆除。后期應加強河道的日常管養，保持河道的生態功能。