城市河湖治理環(huán)院

1、城市河湖治理案例的方法、原理、條件適應(yīng)性及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)研判南京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院陳森上海和協(xié)生態(tài)環(huán)境科技有限公司邵業(yè)峰摘要：對迄今城市河湖已實(shí)施治理的案例進(jìn)行了分類歸納，分析了各類方法的原理和在各種條件下的效果。并從條件適應(yīng)性及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面進(jìn)行應(yīng)用性研判。1概述伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市河湖污染日益嚴(yán)重，多數(shù)處于嚴(yán)重富營養(yǎng)化狀態(tài)，經(jīng)常藻華聚集乃至黑臭，是城市可持續(xù)發(fā)展亟待解決的問題之一。多年來，我國多數(shù)城市實(shí)施了大量河湖治理工程，并相繼制定了全面開展河湖深度治理的計(jì)劃。已實(shí)施的河湖治理工程采用了多種技術(shù)方法：（1）采用截污、岸線整治、駁岸修筑、清淤、換水等市政（水利）工程方法的治理案

2、例最多；（2）采用淺灘濕地、浮島濕地、沉水植被修復(fù)，漂浮植物抑藻等生態(tài)工程方法的案例較多；（3）采用生態(tài)工程和環(huán)境工程組合方法的案例數(shù)量近年大量增多；（4）采用生化-物化藥劑、臭氧、超聲波、納米微氣泡、生化過濾箱、高強(qiáng)磁場、沉水生物帶（人工水草）、竹炭濾床、太陽能生物反應(yīng)倉、等離子體反應(yīng)器等新技術(shù)方法的案例僅次于市政工程，小型項(xiàng)目數(shù)量很多。然而，對污染較重的河湖，能達(dá)到好的治理效果，又能取得較好技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的案例很少。本文采用治理效果和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為主要研判標(biāo)準(zhǔn)，對不同類型河湖采用的不同治理方法進(jìn)行比較研判。2案例、原理及效果2.1截污、岸線整治、駁岸修筑、清淤、換水等市政（水利）工程方

3、法南通濠河在完成較徹底截污及岸線整治、駁岸修筑后，設(shè)計(jì)HRT2.7天長江水最大換水量，取得了較好的結(jié)果。多數(shù)城市河道項(xiàng)目由于難以徹底截污，換水量不足等原因，導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定或達(dá)不到預(yù)期的水質(zhì)改善效果。國家85課題研究成果表明：在水體生態(tài)白凈能力未得到恢復(fù)時(shí)，水力停留時(shí)間（HRT）高于3天，富營養(yǎng)化程度便開始加重。如未進(jìn)行徹底截污，浮游藻類增殖速度更快，及至發(fā)生藻華。大量引水換水成本很高，難以保持HRT三天。多數(shù)地表水P、N等遠(yuǎn)超過富營養(yǎng)化界限（限制因子P-0.02mg/l）,加之老城市難以徹底截污、地表徑流污染、人流污染難以阻斷、再加之內(nèi)源底泥釋放等因素，所以換水?dāng)?shù)周后，水體透明度便開始驟降，及

4、至重現(xiàn)藻華。由于持續(xù)換水成本很高，只有在應(yīng)對重大活動(dòng)，重要節(jié)日時(shí)，應(yīng)急換水才能保持較好水質(zhì)。需要說明的是，（1）截污、岸線整治、駁岸修筑、清淤、換水等市政（水利）工程方法實(shí)施后，仍然需要完成生物多樣性的生態(tài)修復(fù)工程，提高水體白凈能力。硬質(zhì)駁岸占位了生物多樣性的生存空間，不利于后期生態(tài)修復(fù)，發(fā)達(dá)國家近年多有拆除硬質(zhì)駁岸恢復(fù)生態(tài)駁岸的工程，我國北京、上海、昆山等地也有采用軟質(zhì)、半硬質(zhì)生態(tài)駁岸以及二級淺水生態(tài)駁岸，完成生態(tài)修復(fù)提高白凈能力的案例。（2）大體量的異地清淤會破壞生物多樣性的生存空間，暴露已被淤積封閉的歷史污染，不利于后期生態(tài)修復(fù)。而且，清淤數(shù)月后通量向下的底泥沉積又會開始釋放新形成的內(nèi)源

5、污染。美國環(huán)保法對不影響航道的清淤有嚴(yán)格的審批程序，包括提供清淤層的地球化學(xué)資料等，進(jìn)行審查。近年有一些成功案例利用底泥就地構(gòu)筑有利生態(tài)修復(fù)的斷面，并加以生態(tài)和物理的覆蓋薄層，進(jìn)行封閉，可以降低內(nèi)源污染釋放。當(dāng)生態(tài)修復(fù)完成后，表層還原態(tài)黑臭底泥轉(zhuǎn)化成棕黃氧化態(tài)底泥后，內(nèi)源污染會以一個(gè)數(shù)量級以上幅度大量降低。（3）對駁岸和河底斷面需要市政（水利）工程與生態(tài)工程聯(lián)合合設(shè)計(jì)，才能有利后續(xù)生態(tài)修復(fù)，形成生態(tài)水體白凈能力，達(dá)到系統(tǒng)工程的整體效果。2.2淺灘濕地、浮島濕地、沉水植被生態(tài)修復(fù)，漂浮植物抑藻等生態(tài)工程方法近年生態(tài)修復(fù)工程有二種類型：（1）水體外源污染負(fù)荷較低時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)可以保持健康狀態(tài)，發(fā)揮緩

6、慢的深度凈化能力，高HRT更易于保持澄清水質(zhì)，把作為水源的劣v類水和生活污水凈化成為m類水，透明度達(dá)到2m以上，清澈見底，呈現(xiàn)水下森林般生態(tài)景觀。此類案例的水體邊界條件大多相對封閉，或人為可控。此類水體治理成功的案例很多，如昆山開發(fā)區(qū)晨曦湖（外源污染可控）、上海滴水湖D港（河段進(jìn)出水可控）、貴陽紅楓湖水源保護(hù)地、許多房地產(chǎn)比較封閉的河湖等。迄今此類水體治理成功的面積多在二十萬平方米以下。（2）現(xiàn)代城市河湖的多數(shù)水體邊界條件龐雜多變，水生態(tài)系統(tǒng)能夠抵御較小的沖擊污染負(fù)荷，遇到偶發(fā)的環(huán)境災(zāi)變和白然災(zāi)變以后，有機(jī)污染，營養(yǎng)鹽污染、濁度光限制等沖擊污染對生態(tài)系統(tǒng)的脅迫往往是致命的，最終導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)被摧

7、毀。實(shí)踐證明，面積大，水系邊界條件復(fù)雜，水源可控性差的富營養(yǎng)化水體，難以用純生態(tài)工程的技術(shù)方法進(jìn)行有效治理。眾多案例開始生態(tài)修復(fù)做得好，生物多樣性及總生物量足夠，水體已經(jīng)有了很強(qiáng)的白凈能力；但生態(tài)系統(tǒng)的白凈能力是緩慢的、深度的、低負(fù)荷的類型，在較小的沖擊污染之后可以慢慢恢復(fù)，偶遇現(xiàn)代城市的環(huán)境災(zāi)變和白然災(zāi)變，沖擊污染遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于白凈能力時(shí)，生態(tài)系統(tǒng)往往在短時(shí)間被摧毀，失敗的案例不勝枚舉。隨著近年的生態(tài)熱，從事生態(tài)工程的單位迅速膨脹。許多項(xiàng)目動(dòng)輒百萬千萬投入，匆匆上馬,設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理都缺乏經(jīng)驗(yàn),從而導(dǎo)致項(xiàng)目失敗。這也是失敗案例很多的原因之一。以上種種問題，在生態(tài)工程技術(shù)發(fā)展的過程中正在逐步得到

8、解決。猶如古老的農(nóng)業(yè)，看似門檻很低，有史以來進(jìn)展緩慢步履維艱。當(dāng)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)逐漸推廣到廣大農(nóng)村之后，農(nóng)業(yè)才有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。生態(tài)工程也正處在迅速進(jìn)步的過程中，如下述。2.3采用生態(tài)工程和環(huán)境工程組合方法的案例能抵御環(huán)境災(zāi)變和白然在變，能解決重污染水體富營養(yǎng)化、藻華乃至黑臭難題泰晤士河是大型水體最早采用生態(tài)工程、環(huán)境工程、水利工程組合系統(tǒng)工程的典型案例。當(dāng)年生態(tài)工程尚不發(fā)達(dá)，在截污等基礎(chǔ)工程之后，采用大量配置蘆葦濕地，重污染河段截流水送達(dá)岸上的水處理廠，再生水回流泰晤士河，長期高水平的管理等措施。為此，專門組建了獨(dú)立的泰晤士河管理局，前一節(jié)講的生態(tài)駁岸，河床斷面，合理清淤等體制條塊分

9、割的問題，由管理局統(tǒng)籌，容易得到科學(xué)合理的解決。近年，圓明園采用污水處理廠再生水作為景觀水源，與泰晤士河的一個(gè)處理單元類似。由于現(xiàn)代生態(tài)修復(fù)技術(shù)更發(fā)達(dá)，水生植物，效果更好，現(xiàn)場水質(zhì)清徹透明，生物多樣性的“水下森林”中可見魚蝦游動(dòng)呈現(xiàn)生機(jī)勃勃生態(tài)景觀。由于污水廠與生態(tài)工程的跨行業(yè)協(xié)調(diào)工作一般難以進(jìn)行，此方法推廣的案例較少。一百三十年前，從第一個(gè)沉淀水解裝置開始，生化型污水廠集人類的智慧長期演進(jìn)，現(xiàn)代生化型水處理廠已能達(dá)到很好的處理效果和綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。生化-生態(tài)組合技術(shù)把生化型水處理廠原理白然水體化并與水生態(tài)修復(fù)有機(jī)結(jié)合，取得了更好的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。百年歷史基礎(chǔ)上的遞進(jìn)技術(shù)，原理簡單而深刻，

10、是重富營養(yǎng)化水體治理技術(shù)創(chuàng)新的簡捷有效途徑。十二年前實(shí)施的福州白馬支河污水河道生化-生態(tài)組合工程，成功采用浮島濕地加穿孔曝氣方法，治理長547m，寬8-12m,5000噸污水/天的污水河，成為水清魚游、2000m2景觀浮島濕地蟲蛙鳥鳴的生態(tài)公園。迄今項(xiàng)目已穩(wěn)定運(yùn)行了10余年，加拿大公司這一生化-生態(tài)組合技術(shù)在世界各地已實(shí)施50多處，包括在布什總統(tǒng)后花園湖也有應(yīng)用。但800萬元投資過高限制了此技術(shù)在我國的推廣。采用各類曝氣機(jī)、環(huán)形流水體、生態(tài)浮島、微生物、跌水曝氣等方法治理城市河道的案例很多。其中有一個(gè)關(guān)鍵的要點(diǎn)：三十年前研究者已經(jīng)探明，氧化態(tài)底泥營養(yǎng)鹽釋放量比還原態(tài)底泥低一個(gè)數(shù)量級以上。如何采

11、用盡量少的動(dòng)力，能夠使大部份底泥表面從黑臭還原態(tài)轉(zhuǎn)變成棕黃色的氧化態(tài)，使很大面積的水體能夠沒有死區(qū)，是達(dá)到穩(wěn)定效果和提高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵。多數(shù)曝氣設(shè)備需要很多的動(dòng)力或臺數(shù)（福州白馬支河等案例）才能達(dá)到這一效果，投資和運(yùn)行費(fèi)必然很高。這也是迄今多數(shù)生態(tài)修復(fù)案例，遇到?jīng)_擊性環(huán)境災(zāi)變難以穩(wěn)定的主要原因。從2002年開始，在南京烏龍譚公園、湯泉生態(tài)型污水廠以及其后的多個(gè)項(xiàng)目中，對相關(guān)技術(shù)和裝備不斷演進(jìn)，形成了“EV生化-生態(tài)系列專利技術(shù)”，在南京、杭州20余處，蘇北，安徽，蘇南30余處工程案例，實(shí)施了“循環(huán)推流生化-生態(tài)組合技術(shù)”輔以“新型浮島濕地濾床”和“潛水造流生化處理機(jī)”二設(shè)備，幾項(xiàng)專利構(gòu)成新

12、組合技術(shù)。新組合技術(shù)模擬污水廠流程水和污泥的路徑，通過推流、導(dǎo)流使水和生化污泥反復(fù)經(jīng)過水解、接觸氧化、低負(fù)荷活性污泥、沉淀、污泥水解厭氧消化等區(qū)域。在過程中，生態(tài)系統(tǒng)多物種的巨大比表面積和生物量直接參與了生化過程，光合作用低成本充氧、生態(tài)系統(tǒng)的吸收、生物遷移等綜合作用，使污水處理效果優(yōu)于污水廠效果，而耗電和運(yùn)行費(fèi)遠(yuǎn)低于污水廠運(yùn)行費(fèi)，達(dá)0.06-0.1元/噸污水。污泥量極少是新方法的另一優(yōu)點(diǎn)。生化污泥通過生態(tài)系統(tǒng)多物種吸收、生物遷移和反復(fù)的生化水解、厭氧、氣化和通量向下的無機(jī)化沉積，得以大幅度減量。運(yùn)行數(shù)年后測量水底斷面污泥沉積量小于1cm/年。EV生化-生態(tài)組合技術(shù)把污水處理廠的原理白然水體化

13、與生態(tài)修復(fù)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，有效克服了沖擊污染和環(huán)境災(zāi)變，保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，用較低的投資和運(yùn)行費(fèi)用，解決了重污染水體的富營養(yǎng)化和黑臭治理難題。EV生化-生態(tài)組合技術(shù)經(jīng)歷了十年以上的實(shí)踐，日趨成熟。迄今，已經(jīng)取得十幾萬平方米級別大型水體穩(wěn)定運(yùn)行三年的成果，正著手解決數(shù)十萬至百萬平方米級別的更大型水體富營養(yǎng)化治理難題。2.4采用生化物化藥劑、臭氧、超聲破、納米微氣泡、生化過濾箱、高強(qiáng)磁場、沉水生物帶（人工水草）、竹炭生物濾床、太陽能生物反應(yīng)倉、等離子體反應(yīng)器等新技術(shù)方法富營養(yǎng)化治理技術(shù)在不斷發(fā)展提高。采用生化-物化藥劑、臭氧、超聲波、納米微氣泡、生化過箱濾、高強(qiáng)磁場、沉水生物帶（人工水草）、竹炭生物濾床、太陽能生物反應(yīng)倉、等離子體反應(yīng)器等新技術(shù)方法的案例數(shù)量很多，每種方法都有技術(shù)原理方面的特點(diǎn)。這些創(chuàng)新技術(shù)多處在數(shù)千平方米級別的逐級放大實(shí)踐完善過程中，每一級別都要經(jīng)過一年以上的時(shí)間考驗(yàn)，才能產(chǎn)生成熟，穩(wěn)定，具有更好綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的創(chuàng)新技術(shù)。已經(jīng)比較成熟的