福州市浦上河黑臭水体综合治理探析

李 涛

(福州市水务投资发展有限公司总工办 福建福州 350001)

0 引言

随着我国经济社会发展和人民生活水平的提高，工业废水和生活污水排放不断增加，但城市基础设施特别是市政管网由于缺乏超前规划，建设相对滞后。许多城市水体污染物严重超标，城市河道水环境问题日益突出[1]。城市水体黑臭现象频发，不仅会破坏城市水生态系统，不利于城市可持续发展和城市整体形象，还会对当地居民生活带来严重困扰，亟须采取措施，恢复城市河流生态系统的正常运行。

福州市金山片区河道纵横，多条河道成为住房建设部和生态环境部联合督办的重度黑臭水体。而福州浦上河又是其中的典型重度黑臭水体和福州市金山片区水系综合治理PPP项目的重点整治河道，加快其水体治理，消除水体黑臭现象刻不容缓。本文以福州市金山片区水系综合治理PPP项目浦上河为例，分析了导致河道水体黑臭的原因，并针对原因给出具体解决方案，旨在为国内城市黑臭水体治理提供借鉴和参考。

1 治理前河道水质状况及原因分析

1.1 河道概况

浦上河位于福州市南台岛金山片区，河道规划长度约3.93 km，规划河道宽度为18 m～20 m，规划河底标高3.80 m～3.30 m。浦上河上游为洋洽河，中下游连接飞凤河及流花溪，最终汇入闽江。浦上河治理前为断头河，河道北段未与洋洽河连通，河底为硬质底，河道沿岸分布有城中村、中心城区和工业区等区域，如图1所示。

图1 浦上河分段示意

1.2 河道污染状况

根据国家住建部《城市黑臭水体整治工作指南》[2]定义，黑臭水体为呈现令人不悦的颜色和(或)散发不适气味的水体。评价黑臭水体的指标主要有溶解氧、氨氮、氧化还原电位和透明度等。通过对浦上河多个河道断面水质进行检测发现，各检测点溶解氧、氧化还原电位、氨氮指标均属于重度黑臭(表1)，河道水体基本丧失水体自净能力(图2)。

图2 治理前浦上河水质状况

表1 治理前浦上河水质状况表

1.3 污染源调查

1.3.1 生活污水及工业废水

通过实地调查发现，浦上河在开展黑臭水体治理前，河道全线共有148个排口，其中主要排口有30个；沿河居民排水口108个，主要为居民散户污水排放及雨污水管道混接，最终造成大量污水经雨水管道进入河道。

浦上河沿线分布着未完成拆迁的城中村，河道两岸分布着数十个居民和商户排水管。管径一般为100 mm～150 mm，居民和和商户生活污水混入雨水排水系统或者直排入河。此外，工业区也存在排水口，河道污染严重。通过对河道主要排口排水量实测，浦上河污水量约3400 m3/d，主要排口污水CODcr浓度波动较大，最高可达236 mg/L，部分排口NH3-N浓度最高，最高达35.1mg/L。主要排口水质情况如表2所示。

表2 河道沿岸主要排口水质状况

1.3.2 面源污染

河道沿线分布着部分城中村，城中村区域存在农业种植和畜禽养殖，种植过程中使用的化肥、生活垃圾以及畜禽粪便降雨时随径流进入河道，导致面源污染严重。总体上，生活垃圾及农业面源污染占主要地位，还存在部分合流制溢流污染[3]。对于已建成区，河道沿线初期雨水未有效截留，初期雨水带来的面源污染问题较为严重。

1.3.3 河道底泥

原有河底采用条石铺砌，由于长期接收沿河周围污染物，加上浦上河河道未连通，河道水动力不足，河水流速下降，导致浦上河河道沉积大量有机物，内源污染严重[4]。上游河道断头，水活性差，水活力及水生态极易恶化，也加重了河道底泥污染，河道底泥淤积情况如图3所示。

图3 河道底泥污染状况

1.4 水体黑臭的成因及机理分析

1.4.1 生活、生产污水直排

浦上河沿岸生活污水和工业污水直接流入河道，加之初期雨水污染严重，导致大量污水进入河道，水体有机物剧增。当有机物大量进入水体后，微生物快速繁殖，对有机物进行分解，而在这个过程中会消耗大量氧气。当水体的耗氧量大于复氧量时，就会造成水体缺氧，形成厌氧状态[5]。厌氧状态下，厌氧菌大量繁殖，分解水体中的硫、氮等物质产生硫化氢和氨气等致臭气体，一部分储存在底泥中，一部分以气泡形式进入大气，引起水体发臭。与此同时，工业废水和初期雨水含有大量铁、锰等重金属，缺氧条件下与硫化氢反应形成硫化铁和硫化锰，造成水体发黑。

1.4.2 内源污染

水体由于长期受到污染，水中污染物大量沉积。当底泥中污染物达到饱和后，则会向水体中释放。厌氧菌通过代谢方式发生反硝化、甲烷化反应，造成底泥上浮。此外，汛期雨水大量进入河道，河底淤泥受强烈扰动作用大量上浮，从而引发河道水体黑臭。

1.4.3 水动力不足

浦上河上游由于未与其它水系连通，且为雨源性河流，缺乏有效补水，河道水动力不足，水生藻类泛滥(图4)，微生物快速繁殖，导致水中溶解氧含量不断降低，水体自净能力基本丧失，水体长期处于黑臭状态。

图4 河道藻类生长状况

2 治理措施

浦上河治理以控源截污、水系连通为基础，通过清淤疏浚、水利调控、景观提升、生态修复、建设水环境物联网等治理措施，实现水清、河畅、岸绿、景美的治理目标。

2.1 控源截污

针对浦上河河道沿岸大量污、废水直排和初期雨水污染问题，以控制污染物进入河道为核心，加大污水收集力度，强化混接污水截留设施建设，确保旱天污水不进入河道，初期雨水进行收集。具体思路为:首先对雨污混接、错接进行排查和整治，增加雨水初期效应。然后通过沿岸铺设截污管线，对河道沿线污水和初期雨水进行截留，同时设置截留调蓄设施和末端处理装置，对截留雨污水进行调蓄和处理，减少污染排放，控制溢流污染，如图5所示。

图5 截留管网及调蓄池布置

2.1.1 雨污分流改造

对浦上河沿岸排口上游混错接管道进行系统梳理，解决雨污管道混接、排水管道及检查井各类缺陷的修复问题。

2.1.2 截污管道布置

由于浦上河沿岸存在城中村片区，雨污改造难度较大，难以彻底实现分流。因此，在河道沿岸布置截污干管，截污主要针对沿岸污水排放口、分流制雨水管道初期雨水，以及目前合流制污水系统排放口。浦上河截污管网系统采用重力流方式，管材选用球墨铸铁管和钢筋混凝土管。其中项目主管道全长4.65 km，干管管径为DN600-DN1600，主要用于截留旱季污水和初期雨水。

为防止旱天时河水进入截留管道，确保污水收集，浦上河共设置23座截留井，包括13座开式堰门截留井、9座普通电控闸门截留井和1座旋转式堰门截留井。浦上河设计常水位4.1 m～4.5 m，为确保小雨及高潮水位河水不倒灌。按照5.5 m作为防倒灌设计水位，对于大管径(管径>DN1000)排口，选择能够灵活应对水位的下开式堰门，小管径排口选择普通闸门控制，并在涝水位上设置溢流口。截留井内设置潜污泵和超声波液位计，降雨结束后，待河道水位下降至适当高度，水泵启动将截留井上游水管内雨水抽排至河道，由超声波液位计反馈信号。

2.1.3 末端调蓄及处理

(1)调蓄池设计

浦上河共设置两个调蓄池，总调蓄规模为9000 m2，单座调蓄池均为4500 m3,有效水深为4.2 m。调蓄池内主要包括铸铁镶铜圆闸门、门式自动冲洗系统、潜污泵和离子除臭设备。旱季污水经调蓄池调蓄后，通过提升泵接入市政管网。雨季时，初期雨水通过截污管网收集后，暂时储存在调蓄池中，待降雨结束后，提升至顶部一体化处理装置，经处理后排入河道，达到控制面源污染的效果。

(2)初期雨水处理

为避免大规模初期雨水纳入市政管道，增加城市污水处理厂运行负荷，影响污水厂出水水质，对初期雨水进行单独处理，处理后排放至河道。采用水力旋流处理工艺处理初期雨水(图6)，装置采用一体化设计，主要去除初期雨水中的沉积物、油污和悬浮垃圾。一体化处理装置主要包括高效净化器、PAC/PAM加药装置和叠螺脱水机等设备。

图6 水力旋流处理工艺

2.2 水系连通

针对浦上河上游与洋洽河未连通的情况，按规划新开挖谢宅路至洋洽河段河道。新开挖部分河道长约0.8 km，采用斜坡式自然生态驳岸，以实现提升流水流速，增强河水动力，解决水体流动不畅的问题。

2.3 清淤疏浚

浦上河清淤以规划河底标高为基础，对河道进行干塘清淤，范围主要在浦上河原有河道范围内进行。河道整体淤积厚度为0.2 m～2.2 m，清淤前河道底标高介于3.60 m～4.72 m，清淤后河道底标高为2.57 m～3.13 m，现状河道清淤河道范围约为2.23 km。现场采用干塘清淤，清淤至硬质底。清淤量约为27 869.72 m3，使用半干式水泥泥浆组合方式进行清淤。利用高压水枪切割淤泥形成高浓度泥浆，由泥浆泵输送到临时堆场，使用同步筛分技术对淤泥进行脱水固化，用于绿化种植和生产有机肥。

2.4 水利调度

保证内河水利调控，控制内河水位，提升和河道排涝能力，结合对片区内河水力模型构建。在浦上河下游与流花溪交汇南侧与北侧分别建设2座钢坝闸，闸门尺寸分别为B×H=8 m×2.5 m、B×H=20 m×2.5 m。

2.5 景观提升

为提升河道沿河环境，对河道沿岸规划绿线范围内的各类建筑进行拆除，总计拆除面积约10751 m2建筑；同时利用现有街边绿地打造3处串珠公园，总面积约11 800 m2，丰富市民休闲空间；河道两岸房屋完成拆迁后沿河建设景观步道，并进行景观绿化，总面积约51 700 m2，整合滨河空间，提升河道景观，改善沿岸居住环境,如图7所示。

图7 沿河景观步道

2.6 生态修复

浦上河水系连通后，总长度达3.93 km，分为原有河道和新建河道。其中原有河道2.23 km，且均为硬质河底。全河道构建沉水植物和水生动物群落，沉水植物选择去污能力较强的狐尾藻、马来眼子菜、篦齿眼子菜和龃草；水生动物选择鲢鱼、鳙、河蚌螺及虾等水生动物，并建设抛石生物巢。抛石生物巢选用粒径10 cm～50 cm的块石随机布置于河底，共设33个，每个0.8 m3。挺水植物群落可以提高水体自净能力，兼具良好的景观效果。新建河道按照水面面积的6%用于种植挺水植物，构建挺水植物群落，植物选择为花叶芦苇、黄花鸢尾和美人蕉，兼具污染去除和美观效果。

2.7 建设水环境物联网

为确保浦上河治理完成后的长效运维，结合金山片区11条内河，在金港河设立金山片区水系二级调度中心，建立河道信息数字化呈现智慧预警分析与决策功能的水环境物联网系统，如图8所示。通过水环境物联网系统，实现河道水文水质、设施的实时监控与远程控制；实现水环境趋势分析与预警，以提升水质为目标的闸泵智能优化调度以及突发水质事件响应。

图8 金山片区水系二级调度中心

3 河道治理效果

福州市金山片区水系综合治理PPP项目浦上河于2020年9月完工，通过一系列工程和生物措施的综合应用，已完成治理，转入运营期。目前，经过后期精细化管理和运营维护，浦上河河道水质已经基本达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)[6]Ⅳ类水水质，周边水环境和水生态质量得到明显提升(图9)，具体水质状况如表3所示。

图9 治理后河道景观

表3 治理后河道水质状况

4 结语

城市黑臭水体治理是一项系统工程，应当在精准把握污染源的基础上，分析水体黑臭产生原因，秉持“系统结合、生态自然、标本兼治”的理念，因地制宜的开展一系列综合整治措施，实现城市水环境的长治久清。在合流制排水系统暂时不能被完全取代前，需辅以沿河截污系统解决沿河直排问题[7]；同时需加强对配套污水处理厂、污水管网的建设。此外，建议加强对河道后期的监管监控和设施的管理维护，建立长效保护机制，实现河水的长治久清。