城市河道黑臭水體暨污染底泥治理及標準探究

中國安能集團第一工程局有限公司南寧分公司 羅小生

一、城市河流污染原因

1.外源性污染

在工業生產不斷發展的背景下,由于污染嚴重,對流域的水質環境形成了危害。在城市中,因為沒有對污水排放和垃圾處理的嚴格管理,使得沒有處理的污泥排入河道,污染了河流環境。垃圾經常被大雨沖刷進河里,使河水產生了刺鼻的臭味,嚴重破壞了生態平衡。污染物在水體環境中不易分解,但污染物長期在河水中存在,造成河水中溶解氧量降低,并形成大量黑色和惡臭氣體,嚴重破壞了水體質量。

2.內源性污染

除了外源性污染物以外,河流中的內源性污染物也是破壞水環境的主要原因。水中的污染物會溶解和損害水體環境,排放出不同的有機化合物。因為河水養分豐富,在水生環境中的藻類等生物會大量生長,進而破壞了水生環境的生態平衡。同時藻類會浮游到水面,隔斷水中環境和空氣之間的交流,從而造成河水污染的范圍擴大,排放出了大量腥臭氣體,嚴重破壞城市。

二、黑臭水處理技術

（一）技術路線的選擇原則

(1)相關性。根據河流的水文、氣象、地質和其他條件以及污染程度、狀態、污染原因和監管階段的目標,適當選擇適用的技術路線和處理方法。

(2)系統化。由于城市黑臭水體普遍存在原因復雜、危害成因多樣的特征,因此修復技術須全面、綜合。要全面系統地考慮不同技術措施的組合,選擇多種措施,對灰臭土壤和水體實施系統管理。

(3)科學、合理、經濟。對技術處理方案進行技術經濟比較和選擇,以確保技術處理方案在經濟上可行，在科學、技術上合理。

(4)安全與可靠性。通過針對表面處理工藝實施技術與安全性評價,以減少在施工過程中對周圍環境的二次污染,保證處理工藝及技術措施全過程的安全性與可靠性。

（二）黑臭水體處理關鍵技術

1.控源截污

源頭管理和污截流技術不僅是對河道黑臭水體管理的關鍵,同時也是其他技術管理措施實施的前提。目前,舊城區的污水處理系統已經不能承載當前的污水處理壓力，使得沒有經過處理的生活污水可以直接進入河流。同時沿河也嚴重缺少截污干管,使得很多生活和工業廢水可以直接進入河道水體。為此,需要通過重建新老小區的雨水、污水排放體系,通過加強城市污水管網建設實現雨、污分流,通過全面整治城區河岸,重建或新增二岸的攔阻干管布置,逐步恢復攔阻功能,把攔阻能力引入城市廢水處理體系,并合理配置城市污水處理廠資源,達到對污水處理的最大強度要求,從根本上斷絕向河流水域排污的外來污染源。

2.疏浚清淤以消除內源性污染

由于污染物隨水體不斷流入、沉淀并遺留在河道中,河流多年來從未進行過整治,部分甚至大部分河道都受到了破壞,從而造成河道的泄洪功能和水文能力下降。隨著淤積污染物的進一步增殖與排放,河流水體變黑、發臭并逐漸惡化。在制定河道涂層規范時,通過疏浚等措施,從根本上減少了河道內源的融資污染物,進而降低或消除內源融資污染物排放對河道水環境的危害,是提高河道內水環境保護水平的主要技術之一。

3.給排水技術

河流降水集中、降雨分布嚴重不平衡,枯水期河流供水不足,導致城區富裕水體滯流緩慢、水體流動性低,易使河流中的漂浮污染物沉積沉淀,導致水污染持續惡化。所以,為河水添加補充設施和配水量,提升枯水期河川流量,保持河川地下水體的活力是水資源管理的主要對策之一。主要在河流上下游確定進水管,沿主要支流布設進水管和配水,并與進水管道保持有效聯系,建立完善的進水管道網絡系統和配水。同時,合理設置泵站建筑物,與管網信息系統組成水體環境調控系統,通過監控和調整河道水位,有效增大河流水量,改善河道水體的流動性和環境容量,提升河道水體的自凈能力和防污染能力。

4.其他污染源控制技術

因為大部分支流河流遍布于都市住宅區,居民的產品和生活廢棄物隨意堆積于河道兩側。河水兩旁的涂料也很多年不進行管理,潛藏了很大的危害。將廢棄物在河道中進行集中處理,嚴重影響了河道水體。政府注意到這些問題,首先清除沿河排土場,隨后維修、重建或新建河道兩岸的建筑物,并修復河道兩岸的欄桿等保護設施,同時搭建了步行道路平臺,設置景觀,避免生活垃圾和其他垃圾沿河堆放,污染水體。

三、論常規污染控制技術的適應性探討

（一）概述

常用的污染底泥處置工藝技術一般是通過運用物理、化工和生物生態學的方式,通過分散轉化污染,固化污染,使之與河道等水域自然環境分離,并消除水域自然環境中的污染底泥,以減少水域環境污染和底泥中污染物質的含量,從而改善水域自然環境,提升水質標準。由于環境污染底泥方式的差異,環境污染底泥處置工藝技術一般包含了原位處理工藝技術和異位處置工藝技術。

（二）現場處理技術

目前應用的生物原位處理技術主要包括生態浮島工程、生物拖纜、添加功能性微生物的生物制劑等。由于對生態浮島和生態拖纜船的保護與治理成本相對較高,且凈化能力有限,因此對黑色和惡臭水體的處理并不重要。對于微生物制劑和藥劑的處理效果有限,不能滿足預期。目前,國內外行業專家和學者尚未就在河流水體后期添加微生物制劑的影響和風險得出明確結論。

（三）異位治療技術

異位污沉淀的常規處置技術是采用開挖、疏通等方式除去河流中的淤泥,然后再以多種方式去除。常見的處置方式有填埋、傾倒和填埋、干熱加工等,因為這一類處置技術無法從根本上去除沉淀污染物,很容易對周邊環境產生二次污染,消耗和處置是這種工藝技術的主要弊端所在。

四、生物膜反應法處理黑色、惡臭水污染

膜生物反應器工藝主要是通過生物反應實現污水處理,通過結合膜的生物反應器可以實現廢水分離、固液混合物分離以及污染物達標排放,從而保證水體達標排放。也因為結合膜的特點,在污水處理過程中可以得到較多的懸浮物,污水處理效率清晰可見。薄膜生態反應器還能夠幫助生長發育較慢的固氮細菌和硝化細菌繁殖,并成功消除硫和磷等。在這些方面,反映了生物膜反應器在小型污水處理中的重要應用。

（一）有機物去除機理

在膜生物反應器處理有機質的過程中,如果首先對有機質加以分解,可以大大改善膜生物反應器中有機質的處理效率。其次,膜生態反應堆可高效截留高分子化合物,并處理污泥中的高分子化合物,給其他細菌的化學反應創造了更多時間,從而大大提高了有機質除去率。總體而言,含氮有機質的除去率較高,除去率達到90%,出流水質也可滿足回用標準,且污泥負荷也相對較低,所需水力時間大大縮短,且抗沖擊負載能力顯著增強。

（二）含氮化合物的去除特性

在膜生態反應器系統的工作流程中,由于溶解氧豐富,利于硝化細菌的繁殖,脫氮效果也很好。一般情況下,污水中的氮氧化物去除率可超過90%。間歇曝氣膜生物反應器系統的脫氮率一般在80%以上,說明其能夠改善反硝化過程,同時在幾個簡單的好氧消化作用步驟中,反硝化過程能夠同步完成,C和N能夠同時被消除,去除率可達到40%-60%,說明膜生物反應器系統工藝已經具備了同步硝化與反硝化的功能,能夠在一定程度上消除含氮的化合物。

（三）去除細菌和病毒的特性

傳統的城市污水處理需要經過消毒處理,消毒的常規手段主要有氯化或超強光輻射。但是,用氯氣消毒后會形成致癌物,對身體不利。在處理城市污水中的微生物和病毒時,大多使用紫外線法,但是因為紫外消毒對大腸桿菌的消除效果并不好,所以污水處理的最終效果并不突出。而通過生物膜反應則能夠實現對污泥的小規模篩選。在篩選流程中,膜孔的長度減小,有效地增加了對微生物和病毒的處理效果。在膜生物反應器的作用下,由于沉淀在膜表層,物理化學效應能夠有效消除病毒和微生物,促進了整個環境的變化。而生物膜表層的沉淀還能夠吸收微生物和病毒,進而實現了有效凈化。從環境清潔的角度來說,這種技術也可以成為消毒流程中的綠色技術。

五、新污染沉積物處理技術

（一）疏浚清淤技術

為了降低開挖過程中對污染底泥開挖的影響,同時提高建筑施工質量,減少對建筑施工過程中污染底泥的二次污染,通航區段河道底泥疏浚清理主要使用中小規模絞吸式挖泥船。絞吸式挖泥船在建筑施工時便于在水底作業。

疏浚作業時被污染的水流和泥沙對水體的影響也較小,受干擾的泥水混合物受到切割器底部吸入管孔高真空的影響，大量受到干擾的泥水混合物進入了吸入管,由挖泥船泵入泥漿接收，沿途無泄漏污染,基本避免了作業過程中水下污染沉積物的傳播,且泥漿采用全密閉管路運輸,有效抑制了沿途黑臭空氣的傳播。

（二）源控分離技術

即疏浚污水經過污泥輸送系統后進入排渣系統,并分散成污泥,最后通過自動輸送裝置集中處理。水泥砂漿分離則是指將疏浚泥渣經過分選后,利用調沙系統分離出砂子,再利用淋濾系統得到較潔凈的砂石資源。

（三）固化脫水技術

從受控的源頭分離后,廢水可以進入濃度調節、調理和調質體系中,并實現無害化處置，然后利用脫水裝置使污泥與雨水完全分開,生成含水率大約35%的無害硬塑料泥餅。遇水時泥漿不會渾濁,作用力不會減小,不會產生二次污染，硬質的塑料泥餅可堆積、壓實,并進行清理加工。

（四）廢水處理技術

隨著河道沉積物中各類污染的逐漸富集,鉸刀吸泥后沉積物與河水的充分混合也會加劇泥漿中的污染。盡管經壓濾和沉降后,回水的污染物含量都已降低,但仍有一些污染物殘留在回水中。同時,在回流河道污水處理池末端通過超磁凈化技術,在有效期內除去了污泥中的大懸浮液、總磷等物質,尤其適合除去小懸浮液、難以確定的總磷以及其他輕污物,并保證回流河道的殘余污水沒有對周邊環境造成二次污染。

六、通過保護城市河道邊坡緩解淤泥的措施

要完全解決黑臭水體,還需要借助更現代化的治理技術,目前我國的黑臭水治理技術仍有發展空間。黑臭水污染的城市相當廣闊,如果無法達到相應規范的要求,可能會對環境、空氣質量、水資源以及環境等產生嚴重損害。所以,城市中黑臭水體處置方法的落后嚴重抑制著行業的進步與發展,政府在處置黑臭水體之時,有必要對城市河流邊坡做好保護,以減少城市污水入河現象,從而提升對黑臭水體的處置效益。

（一）格混凝土植草護坡

框架混凝土植草護坡方法是指根據河流建設的具體需要,用水泥做成不同形式的水泥砌塊,并按設計標準施工。澆筑完畢后,先建立框架,然后再在框架內填土并栽種植被,不但能夠達到護坡功效,還能夠達到城市美化和綠化的功效。而且,這種傾斜的保護方式不易產生老化,而且具備長期性和耐久性。

（二）連鎖塊護坡

鎖塊的傾斜保護具有自鎖、耐久性好、防清洗的特點，使用了相對特殊的鎖設計,把鑰匙塊聯系在一起,以保證準確定位，避免移動。這種護坡能夠擴大花卉的栽培范圍,達到園林綠化效果,改善城市生態。

（三）磚砌邊坡的生態防護

環保磚是一個正六角形的空心磚,厚度約為10cm，這種磚主要是由合成纖維和水泥制成，不僅耐久性很好,而且承載能力高。邊坡保護功能必須具備良好的穩定性與可靠性，能在城市河道工程中達到良好的使用效益,符合工程的基本條件。同時,利用生態磚孔隙,為植被提供優越的生長條件,涵養水源,給城市居民提供良好的自然景觀與自然環境,使河道工程與生態融合。

生態混凝土護坡技術主要應用在現階段的中小河道整治中，該種護坡技術的好處是后期養護比較簡單。既可達到良好的護坡生態功效,又可起到良好的景觀目的。但是,該種護坡方式的主要弊端是初期建設成本投入很大、施工難度較大。

（四）邊坡防護，房屋距離的設置

一般的管轄區域為距堤岸邊坡線10m-30m,一般保護區域則為距堤岸邊坡線200m以外。在邊坡的沿挖線設有防滑樁和板墻,以補償邊坡的主動開挖地壓。并按照現場土壤設計,傾斜過載較厚的路段應采用防滑樁和切割板墻進行加固。

抗滑樁的散射截面為1.6mx20m,樁總長為17.0m,樁間距為6.0m。在抗滑樁之間調整了地面的擋土墻面板,以封閉邊坡，排水孔應固定在擋土板上。

（五）坡體截排水措施

邊坡應加以修補,連坡頂與邊坡的大排水溝也應該作為現場排水,防止地表水排干邊坡,腐蝕和平整邊坡，還可調整成幾條縱向水渠,與截水溝連接,以攔截斜坡上的地表水。排水溝應設置在傾斜端部,以防止地表水腐蝕傾斜端部。

七、技術標準和規范

隨著我國對環保的關注,河水中的黑水與臭水的處理急需規范標準。通過研究具體的河道污染,研究具體項目,我國制定了《國務院辦公廳有關發布水污染防治行動計劃的通告》(國發〔2015〕17號)和《水污染防治行動計劃》的“十條水”等有關規定,并制定了幾項國家河道整治標準。

八、結論

目前,城市污水中還存在著一些不易處理的污染,此類污染物在河水中含量較高,且不易降解,嚴重影響了城市黑臭水體的處理效益。所以,有必要對城市黑臭水體實施高效治理,通過采取攔阻干管的方式，從根源上加以解決,并研究先進的污水處理工藝技術,以進一步提高城市污水處理效能。

目前,一些地區有關技術已相當成熟,并取得了相應的研究成果。基于此,當前人們應該關注膜生態反應器的應用,以緩解日益嚴重的環境污染問題,并進行污染物調控,以提高對污染物的合理利用。