城市河網水環境綜合治理的關鍵技術集成探索

李丹丹

（安徽綠通工程設計咨詢有限公司，安徽 蕪湖 241000）

河流生態系統擁有自凈特征，而生物群落在河流生態系統內扮演著生產者、消費者、分解者等角色，可以推進河流治理、修復和防護等，是河流自凈的前提條件[1]。近幾年，人工智能、生物工程等技術不斷進行有效融合，城市河網水環境綜合治理關鍵技術持續創新。

1 城市河網水環境被污染的危害

河網水體的污染物主要包含石油類、氨氮（NH3-N）、化學需氧量（COD）等。城市的可持續發展和河流具有密切聯系，在全球范圍內，許多發達城市均依河而建。例如，倫敦依泰晤士河而建，紐約依哈德遜河而建，上海依蘇州河而建。目前，流經國內大中型城市的44 條河流均出現參差不齊的污染狀況，將近一半的主要水資源難以達到飲用水標準[2]。越發達的城市遭受的水污染影響越大，人口越集中的大城市污染負載越高。伴隨工業污染的日益嚴重，雨水徑流引起許多城市河網水體出現黑臭現象，最終致使主要污染物指標大于Ⅴ類水標準[3]。

2 城市河網水環境綜合治理技術

2.1 底泥疏通

城市河網水體通常位于核心城區，岸邊兩側高樓林立，場地受到制約，河道的深淺程度不同，大多數河道船只難以通行，因此，清理淤泥已變成城市河網水環境綜合治理的主要方面，應該進行科學設計。建設階段河底淤泥處置和經營階段淤泥治理是處理河網水污染的重點方面，各種河段與各種地段可以采用對應的底泥疏通治理技術。對于船只難以行駛的河道，采用階段式圍堰疏通底泥，利用人工、機械相互合作的模式，疏通底泥采取離心脫水工序就地進行固化；對于比較寬、水位較深的河道，利用絞吸船、浮管傳送到固化廠進行脫水固化。底泥被脫水后，其固渣含水量縮減至60%～70%，能夠實現堆積后不流水、運送過程中不漏水，降低環境污染[4]。

2.2 水下森林

水下森林是按照水生植物的凈化成效而開發的新技術，從使用效果而言，其可以清理河網水體底部存在的磷、氮等污染物，凈化河網水體的生態環境。并非一切水環境都符合水生植物的繁殖要求，它對光照、溫度等方面均有嚴苛的要求，當超過生長指標時，其就會出現死亡現象。所以，河網水體采用水生植物進行凈化時，應先分析水質條件，充分考慮多種影響要素，選取合適的水生植物。

2.3 植物淺溝

雨水污染物初始濃度較高，雨水管網可與市政管網連接，配置溢流井，把初始階段污染較為嚴重的雨水引入污水管，多出部分將自動溢出，進入河流。植被淺溝技術是避免與降低徑流產生的污染物流入受納水體的有效手段。植物淺溝是指在地面表層溝渠內栽種植被，利用重力流采集雨水。雨水經過較淺溝渠，在下降、篩選、滲透、吸收、生物降解等環節的同步作用下，雨水徑流污染物得到治理。可栽植治理見效快的高級植物，例如，蘆葦、蓮藕等擁有較高的物理封閉特點，促使泥沙堆積，減少泥沙再懸浮現象，同時大量吸收水體中的營養鹽，進而凈化水質。

2.4 人工濕地

人工濕地前端可配置生物質添加渠，采用水中生物質、根莖等有機質進行發酵產酸，彌補人工濕地反硝化的碳源需求，科學地處理城市污水處理廠尾水反硝化的碳源供給問題，精簡生物質處理流程。另外，可以創建由新型復合填料構成的離子互換-生物重生體系，吸附磷、氮等河網水體污染物[5]。當城市污水處理廠尾水符合《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）[6]的一級A 標準時，人工濕地水力停留時間為4 d，處理后的水質可以符合《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）[7]的Ⅳ類水標準。在河網水體一側，污水處理廠可以創建水平潛流人工濕地處理尾水。

3 城市河網水環境綜合治理模式的集成技術

水環境治理是一項綜合性工程，只采用形式單一的方法，不但難以有效地控制污染，而且會造成巨大的資源浪費。通過對國內外水環境綜合治理研究與工程實踐進行總結，筆者設計出適合我國水污染特點的城市河網水環境綜合治理模式，如圖1 所示。

圖1 城市河網水環境綜合治理模式的集成技術

與以往簡易治理方式相比，城市河網水環境綜合治理模式主要有3 個優點。一是優化排水系統，及時處理排口，融合駁岸改造、海綿城市建設等技術，從源頭上減少污染，降低污染物排放濃度。二是以生態修復為中心，通過曝氣增氧，活化本土微生物，建立水生動植物群落，建立新的生態系統，逐漸恢復河流自凈功能。三是加強后期經營管理，持續改善水質。

3.1 控源截污

污染源包括點源、面源和內源等，不同污染源要采取不同的應對措施。一是點源污染。上游排水管道不健全，可造成雨污合流，導致雨水管道混有大量污水。要優化上游排水系統，增設攔阻設施，減少甚至避免污水入河。二是面源污染。城市前期雨水含有大量污染物，可以建設生態駁岸或者海綿設施，對初期降雨進行滯蓄和凈化，然后排放到外部水體中。三是內源污染。河流中的污染物長年累積并沉淀，在河床上形成泥沙，造成二次污染。因此，可以采用機械清淤、底泥生態修復等方法，減少河道沉積物對環境的污染。

3.2 人工凈化工程

一是引、換水項目。利用調水方式，將河道中的污染物排入下游，有效地減少區域污染，但會對下游河流造成污染，因此其應用范圍狹窄。二是通風和增氧。污水中溶解氧（DO）濃度普遍偏低，不利于微生物降解污染物，采用射流曝氣、噴泉曝氣、微孔曝氣等方法，提高水中溶解氧含量，加速污染物的降解。三是原生生物激活體系。本地微生物對河道的二次污染較小，利用本地微生物活化因子，活化本地微生物，不僅能消解污染物，還能修復河流生態環境。

3.3 生境構建與生態系統恢復

生境構建是恢復河流生態系統和提高水體自凈能力的重要措施。在河道整治中，生態恢復為關鍵要素，其可以改善河流水質。污染水體可以建立以挺水植物、浮水植物和沉水植物為主的植物群落，吸收和降解污染物，改善河湖水質，降低河湖富營養化程度，促進生態環境修復。沉水植物在水質生態恢復中起到核心作用，濕地植物可以慢慢修復且重塑水生態環境。

4 案例分析

某城市河流總長為6.5 km，流域面積為15.6 km2，水深為2～3 m，水體透明度低至0.31 m，水體污染嚴重，達到黑臭程度，生態環境受到嚴重的影響。通過采樣測定，COD、總磷（TP）、NH3-N、DO 濃度分別為85.6 mg/L、3.4 mg/L、4.54 mg/L、0.85 mg/L，均達不到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的V 類水標準。為了降低河道污染物濃度，提升水質，采用以生態恢復為核心的綜合治理方式，及時實施治理工程。

4.1 集成技術綜合治理

治理工程首要任務是控制入河污染源。一是采取封閉或生物圍護措施，截留排口的污水和管網淤積物；二是優化上游排水系統，防止雨污管網錯接，并加大對管網淤積的清理力度；三是建立生態岸坡，在沿河區域建設海綿設施，減少入河污染物；四是在河流上游增加生態凈化屏障，減少河流污染，并保持正常的流量交換。同時，針對長年累月累積的內源性污染，采取清淤、生態降解等方法，將淤泥清除或轉化為無害物質，減少內源污染影響。在有效減少外源和內源污染的同時，增加噴泉曝氣、本地微生物活化系統、水生植物群落等水質改善措施，逐步改善水生態系統，提高河道自凈能力，達到降解污染物、實現水質提升的目標。在河道生態系統逐步恢復的過程中，要建立巡查機制，強化運行管理，嚴格禁止偷排污水，及時清理垃圾，保持河面整潔，確保河道水質修復效果能夠保持。

4.2 水質檢測

通過加強污染物削減、生態修復、自我凈化等措施，河道水質得到明顯改善，生態治理的新格局逐步形成。治理前后，COD、NH3-N、TP、DO 和透明度的測定結果如表1 所示，COD、NH3-N、TP 的去除率分別為62.22%、55.31%和88.07%。

表1 水質檢測結果

治理工程實施后，各項水質指標均有所改善，水中DO 濃度保持在7.65 mg/L 左右，水質提升明顯，透明度不小于1.2 m，河流清澈見底，水質達到《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）的V 類水標準。治理工程的重點措施為：前期加強源頭控制和截污，降低污染物排放，通過微孔曝氣、激活河道原生微生物、構建水生態體系等手段，逐步恢復河道自凈能力，使河道水質長期保持穩定。

5 結語

城市河網水環境復雜，需要進行綜合治理。底泥疏通、水下森林、植物淺溝和人工濕地是城市河網水環境綜合治理技術的重要組成部分，可以減少河網水體內部污染，提高污水處理廠的尾水水質，修復城市河網水生態系統。未來，水環境治理要綜合運用環境科學、水動力學、生態學、微生物學等學科理論，全面修復河流生態環境，從而推動我國生態文明建設。