“点-线-面-管”治理模式在太湖流域复合污染型支浜水环境治理的应用

陈 肖，何 辛，范 俊，梁 英

(1.南京华创环境技术研究院有限公司，江苏 南京 211106；2.中国电建市政建设集团有限公司，天津 300000)

1 引言

太湖流域是我国经济发达地区大型浅水湖泊，自“九五”起，该流域便居我国重点治理的“三湖”之首，经过多年持续努力，太湖污染治理已取得了初步成效，流域污染物排放总量大幅削减，水环境质量显著改善，但是基于2020年太湖湖体的水质目标(总氮≤1.5 mg/L，总磷≤0.05 mg/L)[1]，水污染治理工作仍任重道远，水体富营养化问题依然严峻。入湖河支浜的水质直接影响入湖河流的水质，最终影响湖泊水质[2，3]，因此要治理好太湖需遵循“治湖先治河，治河先治浜”基本思路。

针对苏南地区某复合污染型支浜，通过开展污染调查与污染负荷分析，梳理了水质、水动力和水管理方面的问题，形成了以“点-线-管-面”为基础的综合治理思路；通过实施点源污染控制、线性生态修复、面源污染拦截、智慧小流域管理等集成技术改善了支浜的生态环境，提高了支浜的自净能力，为太湖流域复合污染型支浜水环境综合治理提供了新的思路。

2 项目概况

支浜全长 1.2 km，平均河宽15 m，平均水深2 m。通过现场调研和勘察，支浜两岸主要污染源为附近居民区的生活污水、支浜两岸农田面源污染以及部分铸造企业排水污染，水生态环境恶化，部分区段出现严重黑臭现象。

3 工程方案设计

3.1 点源污染控制

对工程示范段支浜进行现场调查，两岸主要有两座雨水排口，直径为DN1000，排口存在旱季排水，水质较差气味难闻，雨污管网错接、混接。因此，在支浜治理前应对两侧的雨污混合排水管道进行控源截污，将污染源引入市政管网进行统一处理，从源头上杜绝支浜污染。但是由于老旧管网改造施工难度较大、周期长、造价较高等原因，因此近期就地将污水全部拦截处理达标后排入支浜，活水循环。

污水采用“截留+ SENPs脱氮除磷一体化滤池”工艺，根据排水水质特点，重点去除水中氮磷污染物。改造雨水管道设置截留井，通过提升泵将污水泵入岸上SENPs脱氮除磷一体化滤池，经过好氧和缺氧等模块处理后主要指标COD、氨氮、总氮、总磷等达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准后一部分回流至支浜前端活水，另一部分进入支浜异位人工湿地系统深度处理。

3.2 线性生态修复

针对支浜内源污染严重、河床淤积等问题，首先采用水力冲挖法对支浜进行生态疏浚；针对支浜水生态环境恶化、水体自净能力差等问题，利用“基质-微生物-植物”协同作用，构建支浜原位反应器和支浜异位人工湿地，恢复水体的溶解氧，提升水体的自净能力。

3.2.1 支浜生态疏浚

支浜河段已有至少4年未清淤，底泥淤积严重，底泥多为软泥，呈现黑色且伴随浓烈臭味，淤积厚度约为50～70 cm，底泥中氮、磷、重金属等污染物含量较高。因此对支浜底泥进行清淤，减少内源氮磷释放，对支浜水质改善有着重要作用。

支浜生态疏浚工程采用水力冲挖的方式清理污泥[4]，疏浚长度约1200 m，深度0.5 m，疏浚土方量量约为11500 m3。在疏浚段下游设置集泥坑，并在采用泥浆泵将淤泥输送至干化场干化处理。集泥坑的位置根据清淤段自然坡底及泥层厚度合理设置。

3.2.2 支浜原位反应器

支浜原位生态反应器技术通过曝气增氧、阿克曼生态基强化、生态浮岛等相关技术[5]，构建缺氧/好氧原位生态净化系统，共设置缺氧区河段400 m，好氧区河段800 m。

好氧区每间隔100 m设置1台潜水式离心曝气机，共8台，每台潜水式离心机增氧能力为8 kgO2/h，通过曝气使好氧区的溶解氧达到2 mg/L以上；在水下每间隔3 m布置1道阿克曼生态基，每道面积为10 m2，共布置阿克曼生态基生物载体1200 m2，通过投加微生物菌剂有效提高支浜中好氧微生物量[6]，使氨氮更加有效转化成硝态氮。缺氧区主要覆盖生态浮岛[7]，采用高密度聚氯乙烯浮盘组装，长度190 m，分块分布，总面积约487 m2，每块浮床用浇筑混凝土块锚定，主要种植旱伞草、黄菖蒲、西伯利亚鸢尾、美人蕉、金钱草等水生植物，通过水生植物根系和浮盘下生物膜吸收水中污染物，有效去除水中的硝态氮。

3.2.3 支浜异位生态净化工程

支浜异位生态净化工程采用湿地处理技术，利用景观风车以及太阳能提水泵，将河水引入河岸湿地处理系统，通过多级湿地对河水进行异位处理，处理出水进入支浜活水循环。异位生态净化工程占地总面积约2300 m2，长77 m，宽26～36 m。湿地填料主要为鹅卵石和硫铁复合砾石，上层和底层主要分布鹅卵石，中层分布硫铁复合砾石，河水经过上层好氧硝化处理，进入中层硫铁复合砾石填料反硝化除磷，具有强化脱氮除磷的功能。支浜异位生态净化工程布置见图1。

图1 支浜异位生态净化工程布置

3.3 面源污染生态拦截

农业面源污染已经成为水体污染的重要来源之一。农业面源污染负荷对水体的贡献率TN 34%～52%，TP 17%～54%[9]，已成为造成水体污染的主要污染源。支浜沿线周边农田面积约300亩，主要种植水稻、大豆、蚕豌豆、玉米、小麦等农作物以及葡萄、梨子等果林地，葡萄园排水通过渠道进入支浜中，缺乏有效的面源污染控制措施，导致周边农业面源污染入河量较大。基于此，结合当地地形与植被情况，在东西支浜与农田间设置岸边缓冲带，岸边缓冲带面积约9800 m2。缓冲带滨岸乔木植物利用当地现有树木，乔木、灌木种植区种植金丝垂柳、红叶石楠，草本植物区种植聚菌草，配合设置植草砖人工步道，提高缓冲带景观效果。河岸缓冲带通过植物吸收、阻隔，土壤过滤、吸渗、沉积等作用，有效地阻止地表径流中颗粒物、氮、磷等营养物质和农药等进入地表水和地下水[3]。

3.4 小流域智慧管理

支浜水环境综合治理工程包含多项子工程，各子工程中又包含多套操作系统，日常管理工作较复杂，基于此开发了一套支浜水环境综合治理智慧管理系统，利用成熟可靠的物联网技术实现支浜治理各个子系统实时监控，管理者可以通过手机APP或PC机客户端实现对现场设备的远程控制，极大地提高了管理效率。

4 工程效果与经济效果分析

4.1 工程效果

工程于2015年立项，2016年开始施工建设，2016年11月建设完成开始运行调试。分别选取2015年(工程实施前)、2016年(工程建设期)、2017年(工程调试运行期)代表性月份以下游考核断面为取样点测定了工程实施前后的水质变化(图2)。

图2 工程实施前后水质指标变化

工程于2016年1月开展生态疏浚工程，2016年3月完成生态疏浚工程，通过生态疏浚工程清除了沉积物表层的氮、磷、有机质的富集层，切断了支浜水体内营养盐物质循环锁链，将大部分富含营养盐的物质移出水体，因此2016年5月支浜主要水质指标COD、总氮、总磷浓度均大幅度降低，尤其是总磷最大约削减70%；2016年6月完成了曝气复氧工程，水体中溶解氧浓度得到了较大提高，浓度达到了3 mg/L以上，为水体中微生物的生长和繁殖创造了有利的条件。2016年11月完成了所有工程的施工，2016年12月开展调试运行，经过6个月的调试运行，水体中的溶解氧浓度进一步提高，最高溶解氧达到了6.3 mg/L；通过基质-植物-微生物协同修复，缺氧/好氧环境的交替运行以及以硫铁基质中微生物的反硝化作用，强化了氮磷的去除，总氮最大削减率达到了83%，TP最大削减率达到了75%，COD最大削减率达到了42%，水体自净能力得到增强，水生态系统得到恢复(图3)。

图3 工程治理前后的水体对照

5 结论与建议

支浜通过水环境综合治理后，水质得到改善，溶解氧可控制在3 mg/L以上，总氮最大削减率达到了83%，TP最大削减率达到了75%，COD最大削减率达到了42%，主要指标基本达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水指标。为保证支浜长治久清，提出以下建议。

(1)积极开展第三方运行维护。由于工程涉及到的设备较多，专业性要求较高，因此建议委托专业的第三方环境运营公司开展工程运行维护工作。日常维护重点关注SENPs脱氮除磷生物滤池生化系统以及人工湿地、生态浮岛等植物生长情况。定期监测主要水处理设备的进出口水质，保证生化系统运行正常；及时补种或收割植物，保证生态系统正常运行[10]。

(2)严控企业雨水排口。在施工过程中发现部分企业通过雨水排口排放污水，造成了水体污染，水质恶化，因此建议严格监控两岸企业雨水排口，在条件允许的情况下，对雨水排口进行改造，安装自动阀门和视频监控，实现“一企一口”。

(3)积极优化调整农业种植结构，推广不施肥、少施肥作物的种植(如大豆、芝麻、苗木等)，减少高施肥量作物的种植(如玉米、花生等)。