治理黑臭河道暗渠工程的技術措施

張旭濱，任學燾

（1.天津市政工程設計研究總院有限公司，天津300392；2.廣東省中山市工程建設技術事務中心，廣東 中山528400）

1 黑臭水體環(huán)境問題現(xiàn)狀

1.1 黑臭河道污染現(xiàn)狀

隨著全球工業(yè)化和城市化的迅速發(fā)展，城市水體污染日益嚴重，污染事件頻頻發(fā)生，城市河道水體污染成為全世界的普遍問題。近年來，在我國城鎮(zhèn)化進程加快的背景下，城市排污量的不斷增加，再加上城市水體自身環(huán)境容量小等原因，許多城市水體已受到嚴重污染。

然而，當前我國城市污水管網(wǎng)及污水處理廠等基礎配套設施的建設未能及時跟上，這使一些城市水體，尤其是中小城鎮(zhèn)水體直接成為工業(yè)廢水、生活污水及農業(yè)排水的主要排放通道和場所。大量污染物入河，水體中化學需氧量（COD）、氮（N）、磷（P）等污染物超標嚴重，導致城市水體大面積污染，引起水體富營養(yǎng)化，更嚴重的情況是水體出現(xiàn)季節(jié)性或中年黑臭，嚴重影響城市生活環(huán)境和形象。

1.2 黑臭水體的危害

黑臭水體不僅影響城市水環(huán)境景觀生態(tài)建設，還對人體的呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和消化系統(tǒng)產生不良影響：

1）破壞河道生態(tài)系統(tǒng)。黑臭河流中水體溶解氧含量較少，影響水體中魚類及其他生物正常發(fā)育，造成其大量死亡，導致河流生物多樣性降低，引起河流自凈能力下降。

2）危害市民身體健康。沿流域的地區(qū)和城市由于河流水質被污染，居民的飲用水安全受到重大危險，而且容易滋生致病微生物導致大規(guī)模的疾病暴發(fā)，嚴重危害流域周邊居民的身體健康。

2 黑臭河道成因分析

黑臭河道中的污染物來源分為3部分：（1）水體中的污染；（2）外源污染；（3）內源污染。

2.1 外源性污染造成的缺氧環(huán)境

城市水體超量收納外源性污染物時，外源性污染物會快速消耗水體中的溶解氧。當溶解氧降低至2.0 mg/L，水體將處于缺氧狀態(tài)。在厭氧環(huán)境下，厭氧微生物生物代謝活動旺盛。大量有機物在厭氧菌作用下進一步分解成甲烷、氮氣、硫化氫等帶異味且易揮發(fā)的難溶氣體。厭氧條件下由厭氧放線菌分泌的土臭素和異茨醇也會導致水體發(fā)臭。

同時，氣體在上升過程中會攜帶部分污泥進入水相，導致水體發(fā)黑。在厭氧微生物作用下，溶于水體的帶色有機化合物會發(fā)生反應生成硫化鐵等黑色沉積物，有色沉積物也會在氣體托浮作用下進入水體。

2.2 內源性污染釋放污染物

內源性污染釋放的氮、磷污染物是導致河道黑臭的主要原因：

1）由于底泥與間隙水間的濃度差，底泥污染物向上覆水體釋放。此外，底泥微生物在降解污染物的過程中大量消耗水體溶解氧，再加上外源性污染物的影響，導致厭氧發(fā)酵產生甲烷、氮氣等致使水體黑臭的氣體。在一些污染水體中，底泥中污染物的釋放量與外源性污染物總量相當。

2）藻類過度繁殖導致水體黑臭。藻類瘋狂生長會消耗水體大量溶解氧，同時死亡后的藻類會被分解形成有機物和氨氮，導致河流出現(xiàn)季節(jié)性黑臭。

2.3 河道流速及自然氣候影響

河道水體中溶解氧主要來源于大氣復氧。當水體流動速度過慢甚至停止流動時，河流大氣復氧能力衰退造成局部水域虧氧現(xiàn)象，增加水華爆發(fā)風險，引起水質惡化。

3 暗渠對環(huán)境的影響

隨著城市化進程加劇，城中村改造，許多城市河道空間不斷被侵占、擠壓，原有的河道被改造成為暗渠，大量污水直排到暗渠內，同時在出口末端設置“總口”，變成“死水”。在黑暗、密閉的空間產生厭氧發(fā)臭、淤泥沉積河道變成“死河”。這些暗渠成為城市排污的通道，如果不加以整治就仍是積累大量污染的“黑臭”通道，成為藏污納垢的隱蔽區(qū)。下雨時，大量污染被沖進河道，河流長制久清無法得到保障，且一旦地下暗涵發(fā)生滲漏破裂或垮塌易導致上部建筑發(fā)生沉降傾斜，甚至坍塌引發(fā)嚴重的安全事故。

4 暗渠工程治理的技術措施

針對暗渠最有效的整治方式就是將其“打開”，讓河流重現(xiàn)生機。但是，多種因素疊加后，城市暗渠治理難度極大，是水污染治理最難啃的“硬骨頭”。暗渠整治需要對暗渠內混流排口、污水排口進行溯源，整改暗渠內排口多，內部結構錯綜復雜，排查溯源耗時長、難度大。下面結合具體項目介紹排口溯源、污染源分析、截污、清淤等技術措施。

4.1 項目概況

華南地區(qū)某城市市內的排洪渠全長約1 800 m，其中，明渠段約1 000 m，暗渠段約800 m，河涌寬度大約9 m。治理之前水質為中度黑臭，項目建設目標為全面消除黑臭，按照《城市黑臭水體整治工作指南》（國發(fā)〔2015〕17號）中4項水質指標要求（氨氮＜8.0 mg/L，溶解氧≥2.0 mg/L，透明度≥0.25 m，氧化還原電位≥50 mV）。

4.2 排口溯源

排洪渠最前端為300 m暗渠，中間1 000 m為明渠段，在兩個城中村之間穿過，末端500 m暗渠斜穿過兩條城市主干道及城市快速環(huán)線。通過采用三維激光掃描、蛙人入涵排查等技術，探查出排洪渠沿河共存在排口69個，旱季排水排口37個。其中，包括暗渠中的排口9個。

4.3 污染源結構計算及分析

4.3.1 點源負荷計算

污染物從產生源頭至河道的輸移過程由于蒸發(fā)、滲漏、沉降、降解等因素衰減，最終進入河流的污染物總量可通過一定的入河系數(shù)確定。點源符合的計算公式見式（1）、式（2）：

式中，Wdi，j為排口i水體中污染物j一年的污染排放量，t/a；Wdi，j為排口i水體中污染物j排污濃度，mg/L；Qdi為排口i水體中污染物j排污水量，m3/d；Wd，j為污染物j一年的污染排放量，t/a。

4.3.2 入河面源污染物負荷計算

入河面源污染物負荷的計算，是基于本工程建立的片區(qū)地表徑流污染模型（SWMM），通過模型模擬計算，得出排洪渠河道面源污染物年入河量COD為108.53 t/a，氨氮為7.11 t/a，總磷（Total Phosphorus，TP）為0.84 t/a。

4.3.3 結構分析

排洪渠流域內的污染物主要分布，有點源污染及面源污染，各類型污染源污染負荷數(shù)據(jù)見表1。

表1 各類型污染源污染負荷數(shù)據(jù)

由表1可知：

1）COD指標：點源污染（64%）＞面源污染（36%）。

2）氨氮指標：點源污染（78%）＞面源污染（22%）。

3）TP指標：點源污染（83%）＞面源污染（17%）。

綜合分析可知：點源污染對于COD指標、氨氮指標及TP指標貢獻均大于面源污染。

根據(jù)對排洪渠不同污染源進行現(xiàn)場調查及分析，得出以下結論：流域內污染源分為點源、面源及內源，其中點源污染為主要污染源，面源及內源其次。所以，采取截污措施消除點源污染是消除本項目黑臭水體最有效的措施[1]。

4.4 截污

黑臭河道整治應該遵循“截污—治水—生態(tài)恢復”的總體思路。其中，控源截污是黑臭水體整治最有效的工程措施，也是其他技術措施的前提。本項目截污工程結合當?shù)氐膶嶋H情況，考慮分期實施的需要，截污管過流斷面既要滿足污水過流量，又要考慮片區(qū)大部分地區(qū)雨污合流的現(xiàn)狀。經(jīng)過分析，本項目采用3倍截流倍數(shù)，在排洪渠起點增設截流壩，將上游旱季污水截入新建DN400 mm污水管網(wǎng)。

1）明渠段。沿河涌兩側新建DN400 mm截污管沿途收集周邊區(qū)域污水和初期雨水，阻止污染物入河。針對混流直排口，保留排口，采用上游新建圓形槽式截流井截流。

2）暗渠段。沿暗渠壁兩側鋪設新建DN500 mm截污管1 140 m，沿途針對排口新建截流井收集排入暗渠的污水和初期雨水，阻止污染物入河。在新建管網(wǎng)末端采取暗渠側壁開孔接入DN800 mm污水主管。暗渠內現(xiàn)狀排水口型式多樣，支管接入暗渠檢查井剖面見圖1，支管接入暗渠截流井剖面見圖2，可以根據(jù)這2個剖面圖所顯示的方式來實施接入主干截流管。

圖1 支管接入暗渠檢查井剖面

圖2 支管接入暗渠截流井剖面

4.5 清淤

暗渠蓋板開孔既要滿足施工進料、通風換氣、緊急撤離等施工安全要求，又要兼顧暗渠段截污工程、清淤工程的施工時序。針對此，采取的施工措施有2項：

1）在暗渠清淤工程中采用的是高壓水射流的清淤方式，啟動高壓射水車高壓泵，將水加壓后送入射水噴嘴，其向后的噴射產生的反作用力使射水噴頭和膠管一起向反方向前進，同時清洗管壁；當噴頭到達下游檢查井時，機動絞車將軟管收回，射水噴頭繼續(xù)噴射水流將殘余的沉淀物沖到下游的檢查井，由吸泥車將其吸走。

2）暗涵清淤需要在密閉空間作業(yè)，空間狹窄且大量有毒有害氣體聚積，施工前對暗涵內的氧濃度、有毒有害氣體（如一氧化碳、硫化氫等）濃度等進行檢測，檢測結果達標后，方可進行施工施工時必須采取通風措施，保持空氣流通，并做好監(jiān)測監(jiān)控工作。

5 結語

對于治理黑臭河道水體來說，要遵循客觀規(guī)律，按水體黑臭程度分類整治，堅持“清淤、截污、排口溯源、正本清源”的治理思路，綜合采取“水體內外齊治”等措施，整治前調查，整治后保持，對水體周邊情況精準施策，開展對黑臭河道及暗涵綜合整治，讓暗涵“重見天日”，達到國家提出的全面提升河道水體水環(huán)境的要求。