福州市浦上河黑臭水體綜合治理探析

李 濤

(福州市水務投資發展有限公司總工辦 福建福州 350001)

0 引言

隨著我國經濟社會發展和人民生活水平的提高，工業廢水和生活污水排放不斷增加，但城市基礎設施特別是市政管網由于缺乏超前規劃，建設相對滯后。許多城市水體污染物嚴重超標，城市河道水環境問題日益突出[1]。城市水體黑臭現象頻發，不僅會破壞城市水生態系統，不利于城市可持續發展和城市整體形象，還會對當地居民生活帶來嚴重困擾，亟須采取措施，恢復城市河流生態系統的正常運行。

福州市金山片區河道縱橫，多條河道成為住房建設部和生態環境部聯合督辦的重度黑臭水體。而福州浦上河又是其中的典型重度黑臭水體和福州市金山片區水系綜合治理PPP項目的重點整治河道，加快其水體治理，消除水體黑臭現象刻不容緩。本文以福州市金山片區水系綜合治理PPP項目浦上河為例，分析了導致河道水體黑臭的原因，并針對原因給出具體解決方案，旨在為國內城市黑臭水體治理提供借鑒和參考。

1 治理前河道水質狀況及原因分析

1.1 河道概況

浦上河位于福州市南臺島金山片區，河道規劃長度約3.93 km，規劃河道寬度為18 m～20 m，規劃河底標高3.80 m～3.30 m。浦上河上游為洋洽河，中下游連接飛鳳河及流花溪，最終匯入閩江。浦上河治理前為斷頭河，河道北段未與洋洽河連通，河底為硬質底，河道沿岸分布有城中村、中心城區和工業區等區域，如圖1所示。

圖1 浦上河分段示意

1.2 河道污染狀況

根據國家住建部《城市黑臭水體整治工作指南》[2]定義，黑臭水體為呈現令人不悅的顏色和(或)散發不適氣味的水體。評價黑臭水體的指標主要有溶解氧、氨氮、氧化還原電位和透明度等。通過對浦上河多個河道斷面水質進行檢測發現，各檢測點溶解氧、氧化還原電位、氨氮指標均屬于重度黑臭(表1)，河道水體基本喪失水體自凈能力(圖2)。

圖2 治理前浦上河水質狀況

表1 治理前浦上河水質狀況表

1.3 污染源調查

1.3.1 生活污水及工業廢水

通過實地調查發現，浦上河在開展黑臭水體治理前，河道全線共有148個排口，其中主要排口有30個；沿河居民排水口108個，主要為居民散戶污水排放及雨污水管道混接，最終造成大量污水經雨水管道進入河道。

浦上河沿線分布著未完成拆遷的城中村，河道兩岸分布著數十個居民和商戶排水管。管徑一般為100 mm～150 mm，居民和和商戶生活污水混入雨水排水系統或者直排入河。此外，工業區也存在排水口，河道污染嚴重。通過對河道主要排口排水量實測，浦上河污水量約3400 m3/d，主要排口污水CODcr濃度波動較大，最高可達236 mg/L，部分排口NH3-N濃度最高，最高達35.1mg/L。主要排口水質情況如表2所示。

表2 河道沿岸主要排口水質狀況

1.3.2 面源污染

河道沿線分布著部分城中村，城中村區域存在農業種植和畜禽養殖，種植過程中使用的化肥、生活垃圾以及畜禽糞便降雨時隨徑流進入河道，導致面源污染嚴重。總體上，生活垃圾及農業面源污染占主要地位，還存在部分合流制溢流污染[3]。對于已建成區，河道沿線初期雨水未有效截留，初期雨水帶來的面源污染問題較為嚴重。

1.3.3 河道底泥

原有河底采用條石鋪砌，由于長期接收沿河周圍污染物，加上浦上河河道未連通，河道水動力不足，河水流速下降，導致浦上河河道沉積大量有機物，內源污染嚴重[4]。上游河道斷頭，水活性差，水活力及水生態極易惡化，也加重了河道底泥污染，河道底泥淤積情況如圖3所示。

圖3 河道底泥污染狀況

1.4 水體黑臭的成因及機理分析

1.4.1 生活、生產污水直排

浦上河沿岸生活污水和工業污水直接流入河道，加之初期雨水污染嚴重，導致大量污水進入河道，水體有機物劇增。當有機物大量進入水體后，微生物快速繁殖，對有機物進行分解，而在這個過程中會消耗大量氧氣。當水體的耗氧量大于復氧量時，就會造成水體缺氧，形成厭氧狀態[5]。厭氧狀態下，厭氧菌大量繁殖，分解水體中的硫、氮等物質產生硫化氫和氨氣等致臭氣體，一部分儲存在底泥中，一部分以氣泡形式進入大氣，引起水體發臭。與此同時，工業廢水和初期雨水含有大量鐵、錳等重金屬，缺氧條件下與硫化氫反應形成硫化鐵和硫化錳，造成水體發黑。

1.4.2 內源污染

水體由于長期受到污染，水中污染物大量沉積。當底泥中污染物達到飽和后，則會向水體中釋放。厭氧菌通過代謝方式發生反硝化、甲烷化反應，造成底泥上浮。此外，汛期雨水大量進入河道，河底淤泥受強烈擾動作用大量上浮，從而引發河道水體黑臭。

1.4.3 水動力不足

浦上河上游由于未與其它水系連通，且為雨源性河流，缺乏有效補水，河道水動力不足，水生藻類泛濫(圖4)，微生物快速繁殖，導致水中溶解氧含量不斷降低，水體自凈能力基本喪失，水體長期處于黑臭狀態。

圖4 河道藻類生長狀況

2 治理措施

浦上河治理以控源截污、水系連通為基礎，通過清淤疏浚、水利調控、景觀提升、生態修復、建設水環境物聯網等治理措施，實現水清、河暢、岸綠、景美的治理目標。

2.1 控源截污

針對浦上河河道沿岸大量污、廢水直排和初期雨水污染問題，以控制污染物進入河道為核心，加大污水收集力度，強化混接污水截留設施建設，確保旱天污水不進入河道，初期雨水進行收集。具體思路為:首先對雨污混接、錯接進行排查和整治，增加雨水初期效應。然后通過沿岸鋪設截污管線，對河道沿線污水和初期雨水進行截留，同時設置截留調蓄設施和末端處理裝置，對截留雨污水進行調蓄和處理，減少污染排放，控制溢流污染，如圖5所示。

圖5 截留管網及調蓄池布置

2.1.1 雨污分流改造

對浦上河沿岸排口上游混錯接管道進行系統梳理，解決雨污管道混接、排水管道及檢查井各類缺陷的修復問題。

2.1.2 截污管道布置

由于浦上河沿岸存在城中村片區，雨污改造難度較大，難以徹底實現分流。因此，在河道沿岸布置截污干管，截污主要針對沿岸污水排放口、分流制雨水管道初期雨水，以及目前合流制污水系統排放口。浦上河截污管網系統采用重力流方式，管材選用球墨鑄鐵管和鋼筋混凝土管。其中項目主管道全長4.65 km，干管管徑為DN600-DN1600，主要用于截留旱季污水和初期雨水。

為防止旱天時河水進入截留管道，確保污水收集，浦上河共設置23座截留井，包括13座開式堰門截留井、9座普通電控閘門截留井和1座旋轉式堰門截留井。浦上河設計常水位4.1 m～4.5 m，為確保小雨及高潮水位河水不倒灌。按照5.5 m作為防倒灌設計水位，對于大管徑(管徑>DN1000)排口，選擇能夠靈活應對水位的下開式堰門，小管徑排口選擇普通閘門控制，并在澇水位上設置溢流口。截留井內設置潛污泵和超聲波液位計，降雨結束后，待河道水位下降至適當高度，水泵啟動將截留井上游水管內雨水抽排至河道，由超聲波液位計反饋信號。

2.1.3 末端調蓄及處理

(1)調蓄池設計

浦上河共設置兩個調蓄池，總調蓄規模為9000 m2，單座調蓄池均為4500 m3,有效水深為4.2 m。調蓄池內主要包括鑄鐵鑲銅圓閘門、門式自動沖洗系統、潛污泵和離子除臭設備。旱季污水經調蓄池調蓄后，通過提升泵接入市政管網。雨季時，初期雨水通過截污管網收集后，暫時儲存在調蓄池中，待降雨結束后，提升至頂部一體化處理裝置，經處理后排入河道，達到控制面源污染的效果。

(2)初期雨水處理

為避免大規模初期雨水納入市政管道，增加城市污水處理廠運行負荷，影響污水廠出水水質，對初期雨水進行單獨處理，處理后排放至河道。采用水力旋流處理工藝處理初期雨水(圖6)，裝置采用一體化設計，主要去除初期雨水中的沉積物、油污和懸浮垃圾。一體化處理裝置主要包括高效凈化器、PAC/PAM加藥裝置和疊螺脫水機等設備。

圖6 水力旋流處理工藝

2.2 水系連通

針對浦上河上游與洋洽河未連通的情況，按規劃新開挖謝宅路至洋洽河段河道。新開挖部分河道長約0.8 km，采用斜坡式自然生態駁岸，以實現提升流水流速，增強河水動力，解決水體流動不暢的問題。

2.3 清淤疏浚

浦上河清淤以規劃河底標高為基礎，對河道進行干塘清淤，范圍主要在浦上河原有河道范圍內進行。河道整體淤積厚度為0.2 m～2.2 m，清淤前河道底標高介于3.60 m～4.72 m，清淤后河道底標高為2.57 m～3.13 m，現狀河道清淤河道范圍約為2.23 km。現場采用干塘清淤，清淤至硬質底。清淤量約為27 869.72 m3，使用半干式水泥泥漿組合方式進行清淤。利用高壓水槍切割淤泥形成高濃度泥漿，由泥漿泵輸送到臨時堆場，使用同步篩分技術對淤泥進行脫水固化，用于綠化種植和生產有機肥。

2.4 水利調度

保證內河水利調控，控制內河水位，提升和河道排澇能力，結合對片區內河水力模型構建。在浦上河下游與流花溪交匯南側與北側分別建設2座鋼壩閘，閘門尺寸分別為B×H=8 m×2.5 m、B×H=20 m×2.5 m。

2.5 景觀提升

為提升河道沿河環境，對河道沿岸規劃綠線范圍內的各類建筑進行拆除，總計拆除面積約10751 m2建筑；同時利用現有街邊綠地打造3處串珠公園，總面積約11 800 m2，豐富市民休閑空間；河道兩岸房屋完成拆遷后沿河建設景觀步道，并進行景觀綠化，總面積約51 700 m2，整合濱河空間，提升河道景觀，改善沿岸居住環境,如圖7所示。

圖7 沿河景觀步道

2.6 生態修復

浦上河水系連通后，總長度達3.93 km，分為原有河道和新建河道。其中原有河道2.23 km，且均為硬質河底。全河道構建沉水植物和水生動物群落，沉水植物選擇去污能力較強的狐尾藻、馬來眼子菜、篦齒眼子菜和齟草；水生動物選擇鰱魚、鳙、河蚌螺及蝦等水生動物，并建設拋石生物巢。拋石生物巢選用粒徑10 cm～50 cm的塊石隨機布置于河底，共設33個，每個0.8 m3。挺水植物群落可以提高水體自凈能力，兼具良好的景觀效果。新建河道按照水面面積的6%用于種植挺水植物，構建挺水植物群落，植物選擇為花葉蘆葦、黃花鳶尾和美人蕉，兼具污染去除和美觀效果。

2.7 建設水環境物聯網

為確保浦上河治理完成后的長效運維，結合金山片區11條內河，在金港河設立金山片區水系二級調度中心，建立河道信息數字化呈現智慧預警分析與決策功能的水環境物聯網系統，如圖8所示。通過水環境物聯網系統，實現河道水文水質、設施的實時監控與遠程控制；實現水環境趨勢分析與預警，以提升水質為目標的閘泵智能優化調度以及突發水質事件響應。

圖8 金山片區水系二級調度中心

3 河道治理效果

福州市金山片區水系綜合治理PPP項目浦上河于2020年9月完工，通過一系列工程和生物措施的綜合應用，已完成治理，轉入運營期。目前，經過后期精細化管理和運營維護，浦上河河道水質已經基本達到《地表水環境質量標準》(GB 3838-2002)[6]Ⅳ類水水質，周邊水環境和水生態質量得到明顯提升(圖9)，具體水質狀況如表3所示。

圖9 治理后河道景觀

表3 治理后河道水質狀況

4 結語

城市黑臭水體治理是一項系統工程，應當在精準把握污染源的基礎上，分析水體黑臭產生原因，秉持“系統結合、生態自然、標本兼治”的理念，因地制宜的開展一系列綜合整治措施，實現城市水環境的長治久清。在合流制排水系統暫時不能被完全取代前，需輔以沿河截污系統解決沿河直排問題[7]；同時需加強對配套污水處理廠、污水管網的建設。此外，建議加強對河道后期的監管監控和設施的管理維護，建立長效保護機制，實現河水的長治久清。