城市黑臭水体的功能恢复与水质改善案例分析

作者:聂俊英 邹伟国
单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司
摘要:针对上海市中心城区某河道采用了强制活水循环、水处理站异位修复、区域内初期雨水径流污染控制等组合方式, 配套水利工程与景观工程, 使该水体达到了地表水Ⅳ类水水质, 水面清澈透明, 提高了区域的景观效果。
关键词:黑臭水体 河道治理 活水循环 水质修复 示范工程
作者简介:邹伟国, E-mail:zouweiguo@smedi.com;
基金:上海市人才发展资金项目 (201442);

 

   以上海市中心城区某黑臭河道的一段为研究对象, 长度约为1.5km, 根据其特点进行技术论证后治理。该水体位于某高新技术园区, 该园区规划为中高档及市政府保障房居住区, 对景观环境要求高。该河道水体特点为高水位为4.44m, 低水位为1.50m, 防汛状态高水位为4.67m, 河道底标高0.00m。根据一个完整潮汛周期 (15天) 河网模型计算分析, 该河段水流流速小于0.2m/s的情况占63.6%, 流速小于0.25 m/s的情况占79.4%, 水流速度小。水利部门已经对底泥进行疏浚、排水管理部门已对进入水体的合流管进行了截污改造。

1 水质情况

   水利部门完成底泥疏浚、排水管理部门完成对合流管的改造后, 对水质进行了3个月的跟踪, 取样点距离约300m, 水质指数平均值见表1。由表1可知, 由于水体流动性差, 靠水体本身的自净能力, 无法达到景观水水质要求。工程河段属于劣V类水体, 其中氨氮、磷含量超标2~5倍, 水体呈灰黑色, 有臭味, 河面漂浮杂物多, 受污染情况较严重。

   表1 2011年5~7月综合水质指数法评价结果   

表1 2011年5~7月综合水质指数法评价结果

2 治理目标

   通过治理, 本河道水质要达到的定性指标为清洁、无异味, 感观良好, 具有较好的透明度, 不易长藻类、无臭, 不影响感官, 具有较好的观赏性;要达到的定量指标为COD≤30mg/L, BOD5≤6mg/L, NH3-N≤1.5mg/L, TP≤0.1mg/L。

3 治理技术

   黑臭水体的治理包括适用性、综合性、经济性、长效性和安全性几个原则[1]。基于以上原则, 主要可以分为外源处理技术、内源处理技术和生态活水三类技术。本河道进行了底泥疏浚, 内源处理已经完成。外源处理技术阻止污染物进入河道水体是最直接的方法, 主要指截断进入河道水体的污染源, 包括合流管的改造、减少初期雨水进入水体的可能性[2,3]。排入河道的合流排水系统已经改造, 污水全部导入污水处理厂, 初期雨水截留在本次治理范围内。生态活水是本次治理的目标之一。

3.1 外源阻隔

   通过治理对象所在园区管理部门与水利部门的协调, 该水体用活动水坝与园区外部水体隔开, 但不影响防洪, 维持所围区域一定的水位, 尽量保证水质不受外界影响;当坝内水漫过坝顶时, 可形成溢流;当需防汛调度时, 可让坝体放平于底板面上过水。

3.2 异位强化处理

   本河道在汛期必须具有排洪功能, 而河道处于中心城区, 用地紧张, 不宜选取生态修复技术。基于实际情况, 在不影响防汛通道、不占用景观用地、不征地的基础上, 拟采用水体异位集中强化处理的方式。人工曝气充氧是最为简单直接的生态处理技术, 可以有效提高水体溶解氧浓度和氧化还原电位, 缓解水体黑臭状况[4]。德国萨尔河、英国泰晤士河、澳大利亚天鹅河、上海苏州河的治理中都采用了曝气增氧的方法[5]。磷的控制是城市河道黑臭控制关键要素之一, 本河道治理需要强化除磷。采用投加合适的药剂, 使水中溶解态磷酸盐形成不溶性固体沉淀去除。为了保证水体具有良好的感官效果, 异位强化处理的末端设置过滤系统, 降低水中的悬浮物。将以上处理工艺进行集中布置并优化, 设置水处理站, 管理相对集中, 在增加溶解氧的同时减少水体中的污染物, 对水体水质有长效的保持机制。

3.3 活水循环

3.3.1 循环水量

   景观河道的水资源配置技术是以河道常水位与水质因子为标量, 综合分析生态水量与水质需求, 确定合理的循环水量, 保证水体具有一定的流动性, 有利于保证水体水质。水处理站主要目标是处理好循环水, 将两个坝所围区域内水体的循环水通过水处理站处理后再返回该水体, 增加景观水体的溶解氧, 运行初期主要解决黑臭问题[6], 稳定运行后主要对景观水体水质进行长效保持。循环水量太大使运行费用非常昂贵。从国内类似水体来看, 通常采用15~30d的循环周期。本河道进行外源阻隔后, 河道蓄水量约64 000m3, 循环周期取15d, 循环水量为4 250m3/d。

3.3.2 补充水量

   该河道作为景观水体, 天然补充水有降水、地表径流、河底渗水, 这些水量都不稳定, 在补充水计算中可以忽略, 所以补充水主要通过人工强化补水, 即坝外取黑臭水通过水处理站处理后进入坝内, 保持景观水水位。损耗的水量包括景观浇灌用水和水面的蒸发水量, 这些水量相对稳定。因此水体的水量平衡计算可表示为:

    

   式中W———补充水量, m3/d;

   Ql———绿化浇灌与硬地浇洒量, m3/d;

   q1———蒸发水量, m3/d。

   景观水体周边绿地、硬化道路面积3.57hm2, 浇洒绿地用水标准按3L/ (m2·d) 计, 硬地浇洒用水标准为2L/ (m2·d) 计, 上述两项用水量合计约为100m3/d。根据上海年水面蒸发量观测, 统计值为1~6mm/d。走马塘该段河道的长度约1 500m, 河道上口宽24m, 面积36 000 m2, 按最大蒸发量计, 因蒸发需补水量为216m3/d。

   绿化浇灌与硬地浇洒量+蒸发水量=316m3/d。每天所需最大补水量为316m3/d, 每天循环水量为4 250m3/d, 雨天时还需考虑初期雨水处理, 综合考虑, 水处理站设计总处理规模按5 000 m3/d考虑, 实际循环周期为13.7d。

4 水处理站设计

4.1 综合水处理池

   设计处理水量5 000m3/d, 进水设计水质考虑雨水初期水质与实测水质特点, 确定为COD 40mg/L、BOD510mg/L、NH3-N 3mg/L、TP 0.2mg/L。

   水处理站主要设施为综合处理池, 采用一体化模式, 共底板共结构设计, 包括接触氧化池、混凝沉淀池、滤池、污泥池、药剂池、设备间及控制室, 平面布置见图1。综合处理池为地下式, 长为37m, 宽度为12m, 总深度为6m。综合处理池位于河道护岸规划的观景平台下, 不影响景观工程的效果, 不做围墙与大门, 但需布置进出通道, 方便设备的安装与检修。

图1 综合处理池平面布置

   图1 综合处理池平面布置

    

   综合处理池的主要工艺为接触氧化池, 体积2 000m3, 悬浮式填料填充率28%, 分2格, 曝气量为0~14m3/h。通过接触氧化后, 进入混凝沉淀单元, 混凝剂采用市售聚氯化铝溶液, 混合池停留时间20min, 采用斜管沉淀, 表面负荷5.0 m3/ (m2·d) , 沉淀池采用穿孔管排泥。混凝沉淀出水进入滤池, 滤池的滤速为9.5m/h。污泥池与药剂池都设在靠近市政道路一侧, 方便槽罐车运输。

   设备间布置了鼓风机、污泥泵、药剂计量泵。控制室集中设置控制柜, 整个水处理站可以实现自动控制。

   综合处理池土建施工与水利工程护岸修复与加固、防汛通道的设置、景观绿化工程同步进行, 做到了景观与水处理的完美统一。

4.2 进出水设计

   综合处理池设在护岸外侧, 进水主要包含三个部分:坝内循环水、坝外补充水与周边地块截留的初期雨水。进水正常运行状态只处理坝内水, 低水位状态补入坝外水, 降雨状态优先处理初期雨水。

   出水也由三部分构成, 出水采用提升泵, 主要排入景观水体, 推动景观水体的流动;其次供给附近地块的浇洒;少量处理水引入商业地块消毒后作为再生水使用。

5 运行效果

   该水处理站在2013年12月投入使用, 到现在已经有3年多, 主要水质指标测试结果见表2。

   表2 运行期主要水质指标   

表2 运行期主要水质指标

   2014年4月开始, 坝内水质开始清澈起来, 大部分水质指标已经达到设计目标。2015年到现在该段景观水体一直清澈, 定性与定量指标都达到设计要求。该项目由出资人自行管理, 水处理站的运行根据水质指标灵活运行。

  


 

    

参考文献[1]胡洪营.整治城市黑臭水体的技术措施.城乡建设, 2015, (11) :11

[2]张鵾, 车伍.海绵城市建设背景下对城市径流污染问题的审视, 建设科技, 2016, (1) :32~36

[3]仇保兴.城市黑臭河道治理协同海绵城市建设.建设科技, 2016, (1) :14~17

[4]林培.《城市黑臭水体整治工作指南》解读.建设科技, 2015, 18:14~15

[5]詹卫华, 赵玉宗, 汪升华, 等.水生态文明城市建设的国际经验与借鉴.中国水利, 2016, 789 (3) :42~45

[6]李珍明, 蒋国强, 朱锡培.上海地区黑臭河道治理技术分析.净水技术, 2010, 29 (5) :1~3

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