“點-線-面-管”治理模式在太湖流域復合污染型支浜水環境治理的應用

陳 肖，何 辛，范 俊，梁 英

(1.南京華創環境技術研究院有限公司，江蘇 南京 211106；2.中國電建市政建設集團有限公司，天津 300000)

1 引言

太湖流域是我國經濟發達地區大型淺水湖泊，自“九五”起，該流域便居我國重點治理的“三湖”之首，經過多年持續努力，太湖污染治理已取得了初步成效，流域污染物排放總量大幅削減，水環境質量顯著改善，但是基于2020年太湖湖體的水質目標(總氮≤1.5 mg/L，總磷≤0.05 mg/L)[1]，水污染治理工作仍任重道遠，水體富營養化問題依然嚴峻。入湖河支浜的水質直接影響入湖河流的水質，最終影響湖泊水質[2，3]，因此要治理好太湖需遵循“治湖先治河，治河先治浜”基本思路。

針對蘇南地區某復合污染型支浜，通過開展污染調查與污染負荷分析，梳理了水質、水動力和水管理方面的問題，形成了以“點-線-管-面”為基礎的綜合治理思路；通過實施點源污染控制、線性生態修復、面源污染攔截、智慧小流域管理等集成技術改善了支浜的生態環境，提高了支浜的自凈能力，為太湖流域復合污染型支浜水環境綜合治理提供了新的思路。

2 項目概況

支浜全長 1.2 km，平均河寬15 m，平均水深2 m。通過現場調研和勘察，支浜兩岸主要污染源為附近居民區的生活污水、支浜兩岸農田面源污染以及部分鑄造企業排水污染，水生態環境惡化，部分區段出現嚴重黑臭現象。

3 工程方案設計

3.1 點源污染控制

對工程示范段支浜進行現場調查，兩岸主要有兩座雨水排口，直徑為DN1000，排口存在旱季排水，水質較差氣味難聞，雨污管網錯接、混接。因此，在支浜治理前應對兩側的雨污混合排水管道進行控源截污，將污染源引入市政管網進行統一處理，從源頭上杜絕支浜污染。但是由于老舊管網改造施工難度較大、周期長、造價較高等原因，因此近期就地將污水全部攔截處理達標后排入支浜，活水循環。

污水采用“截留+ SENPs脫氮除磷一體化濾池”工藝，根據排水水質特點，重點去除水中氮磷污染物。改造雨水管道設置截留井，通過提升泵將污水泵入岸上SENPs脫氮除磷一體化濾池，經過好氧和缺氧等模塊處理后主要指標COD、氨氮、總氮、總磷等達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918-2002)一級A標準后一部分回流至支浜前端活水，另一部分進入支浜異位人工濕地系統深度處理。

3.2 線性生態修復

針對支浜內源污染嚴重、河床淤積等問題，首先采用水力沖挖法對支浜進行生態疏浚；針對支浜水生態環境惡化、水體自凈能力差等問題，利用“基質-微生物-植物”協同作用，構建支浜原位反應器和支浜異位人工濕地，恢復水體的溶解氧，提升水體的自凈能力。

3.2.1 支浜生態疏浚

支浜河段已有至少4年未清淤，底泥淤積嚴重，底泥多為軟泥，呈現黑色且伴隨濃烈臭味，淤積厚度約為50～70 cm，底泥中氮、磷、重金屬等污染物含量較高。因此對支浜底泥進行清淤，減少內源氮磷釋放，對支浜水質改善有著重要作用。

支浜生態疏浚工程采用水力沖挖的方式清理污泥[4]，疏浚長度約1200 m，深度0.5 m，疏浚土方量量約為11500 m3。在疏浚段下游設置集泥坑，并在采用泥漿泵將淤泥輸送至干化場干化處理。集泥坑的位置根據清淤段自然坡底及泥層厚度合理設置。

3.2.2 支浜原位反應器

支浜原位生態反應器技術通過曝氣增氧、阿克曼生態基強化、生態浮島等相關技術[5]，構建缺氧/好氧原位生態凈化系統，共設置缺氧區河段400 m，好氧區河段800 m。

好氧區每間隔100 m設置1臺潛水式離心曝氣機，共8臺，每臺潛水式離心機增氧能力為8 kgO2/h，通過曝氣使好氧區的溶解氧達到2 mg/L以上；在水下每間隔3 m布置1道阿克曼生態基，每道面積為10 m2，共布置阿克曼生態基生物載體1200 m2，通過投加微生物菌劑有效提高支浜中好氧微生物量[6]，使氨氮更加有效轉化成硝態氮。缺氧區主要覆蓋生態浮島[7]，采用高密度聚氯乙烯浮盤組裝，長度190 m，分塊分布，總面積約487 m2，每塊浮床用澆筑混凝土塊錨定，主要種植旱傘草、黃菖蒲、西伯利亞鳶尾、美人蕉、金錢草等水生植物，通過水生植物根系和浮盤下生物膜吸收水中污染物，有效去除水中的硝態氮。

3.2.3 支浜異位生態凈化工程

支浜異位生態凈化工程采用濕地處理技術，利用景觀風車以及太陽能提水泵，將河水引入河岸濕地處理系統，通過多級濕地對河水進行異位處理，處理出水進入支浜活水循環。異位生態凈化工程占地總面積約2300 m2，長77 m，寬26～36 m。濕地填料主要為鵝卵石和硫鐵復合礫石，上層和底層主要分布鵝卵石，中層分布硫鐵復合礫石，河水經過上層好氧硝化處理，進入中層硫鐵復合礫石填料反硝化除磷，具有強化脫氮除磷的功能。支浜異位生態凈化工程布置見圖1。

圖1 支浜異位生態凈化工程布置

3.3 面源污染生態攔截

農業面源污染已經成為水體污染的重要來源之一。農業面源污染負荷對水體的貢獻率TN 34%～52%，TP 17%～54%[9]，已成為造成水體污染的主要污染源。支浜沿線周邊農田面積約300畝，主要種植水稻、大豆、蠶豌豆、玉米、小麥等農作物以及葡萄、梨子等果林地，葡萄園排水通過渠道進入支浜中，缺乏有效的面源污染控制措施，導致周邊農業面源污染入河量較大。基于此，結合當地地形與植被情況，在東西支浜與農田間設置岸邊緩沖帶，岸邊緩沖帶面積約9800 m2。緩沖帶濱岸喬木植物利用當地現有樹木，喬木、灌木種植區種植金絲垂柳、紅葉石楠，草本植物區種植聚菌草，配合設置植草磚人工步道，提高緩沖帶景觀效果。河岸緩沖帶通過植物吸收、阻隔，土壤過濾、吸滲、沉積等作用，有效地阻止地表徑流中顆粒物、氮、磷等營養物質和農藥等進入地表水和地下水[3]。

3.4 小流域智慧管理

支浜水環境綜合治理工程包含多項子工程，各子工程中又包含多套操作系統，日常管理工作較復雜，基于此開發了一套支浜水環境綜合治理智慧管理系統，利用成熟可靠的物聯網技術實現支浜治理各個子系統實時監控，管理者可以通過手機APP或PC機客戶端實現對現場設備的遠程控制，極大地提高了管理效率。

4 工程效果與經濟效果分析

4.1 工程效果

工程于2015年立項，2016年開始施工建設，2016年11月建設完成開始運行調試。分別選取2015年(工程實施前)、2016年(工程建設期)、2017年(工程調試運行期)代表性月份以下游考核斷面為取樣點測定了工程實施前后的水質變化(圖2)。

圖2 工程實施前后水質指標變化

工程于2016年1月開展生態疏浚工程，2016年3月完成生態疏浚工程，通過生態疏浚工程清除了沉積物表層的氮、磷、有機質的富集層，切斷了支浜水體內營養鹽物質循環鎖鏈，將大部分富含營養鹽的物質移出水體，因此2016年5月支浜主要水質指標COD、總氮、總磷濃度均大幅度降低，尤其是總磷最大約削減70%；2016年6月完成了曝氣復氧工程，水體中溶解氧濃度得到了較大提高，濃度達到了3 mg/L以上，為水體中微生物的生長和繁殖創造了有利的條件。2016年11月完成了所有工程的施工，2016年12月開展調試運行，經過6個月的調試運行，水體中的溶解氧濃度進一步提高，最高溶解氧達到了6.3 mg/L；通過基質-植物-微生物協同修復，缺氧/好氧環境的交替運行以及以硫鐵基質中微生物的反硝化作用，強化了氮磷的去除，總氮最大削減率達到了83%，TP最大削減率達到了75%，COD最大削減率達到了42%，水體自凈能力得到增強，水生態系統得到恢復(圖3)。

圖3 工程治理前后的水體對照

5 結論與建議

支浜通過水環境綜合治理后，水質得到改善，溶解氧可控制在3 mg/L以上，總氮最大削減率達到了83%，TP最大削減率達到了75%，COD最大削減率達到了42%，主要指標基本達到《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)Ⅳ類水指標。為保證支浜長治久清，提出以下建議。

(1)積極開展第三方運行維護。由于工程涉及到的設備較多，專業性要求較高，因此建議委托專業的第三方環境運營公司開展工程運行維護工作。日常維護重點關注SENPs脫氮除磷生物濾池生化系統以及人工濕地、生態浮島等植物生長情況。定期監測主要水處理設備的進出口水質，保證生化系統運行正常；及時補種或收割植物，保證生態系統正常運行[10]。

(2)嚴控企業雨水排口。在施工過程中發現部分企業通過雨水排口排放污水，造成了水體污染，水質惡化，因此建議嚴格監控兩岸企業雨水排口，在條件允許的情況下，對雨水排口進行改造，安裝自動閥門和視頻監控，實現“一企一口”。

(3)積極優化調整農業種植結構，推廣不施肥、少施肥作物的種植(如大豆、芝麻、苗木等)，減少高施肥量作物的種植(如玉米、花生等)。