城河道治理案例的方法原理效果

1、城市河道治理案例的方法、原理、效果及綜合技術經濟指標研判上海和協(xié)生態(tài)環(huán)境科技有限公司邵亞峰李昊摘要：對迄今城市河道的治理案例進行了分類歸納，分析了各類方法的原理和在各種條件下的效果。并從條件適應性、綜合效果及綜合技術經濟指標等方面進行應用性研判。1概述我國多數城市河道承擔多種功能。汛期排澇時滯留時間短，枯水期水力滯留時間長，有時靠雜排水甚至污水作為補充水源才能維持水面。伴隨經濟的發(fā)展，城市河道污染日益嚴重，多數處于嚴重富營養(yǎng)化狀態(tài)，經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，我國多數城市實施了大量河道治理工程，并相繼制定了全面開展河道深度治理的計劃。已實施的河道治理工程采

2、用了多種技術方法：（1）采用截污、河濱帶整治、駁岸修筑、清淤、換水等市政工程方法的治理案例最多；（2）采用淺灘濕地、浮島濕地、沉水植被修復，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量開始大量增多；（4）采用生化物化藥劑、臭氧、納米微氣泡、沉水生物帶（人工水草）、竹炭生物濾床、生化過箱濾、太陽能生物反應倉、等離子體反應器等新技術方法工程的案例僅次于市政工程，小型項目數量很多。然而，對污染較重的河道，能達到較好的治理效果，又能達到較好技術經濟指標的案例很少。本文采用治理效果和綜合技術經濟指標作為主要研判標準，對不同類型河道采用的不同治理方法進行比較研判。2

3、案例、原理及效果2.1 截污、河濱帶整治、駁岸修筑、清淤、換水等作為基礎的市政工程方法國家85課題研究成果表明：在水體自凈能力未得到恢復時，水體水力停留時間（HRT）高于3天,富營養(yǎng)化程度便開始加重。如未進行徹底截污，浮游藻類增殖速度更快。南通濠河依據上述成果，在較徹底截污后，設計最大引水量HRT2.7天，取得了較好的結果。多數城市河道項目由于難以徹底截污，換水量不足等原因，導致運行不穩(wěn)定或達不到預期的水質改善效果。大量引水換水成本很高，難以保持HRT三天。多數地表水P、N等富營養(yǎng)化因子遠超過界限（限制因子P-0.02mg/l）,所以換水數周后，水體透明度便開始驟降，及至重現(xiàn)藻華。加之老城市難

4、以徹底截污、地表徑流污染、人流污染難以阻斷、內源底泥釋放等因素，多數案例水質惡化時間很短，只在應對重大活動，重要節(jié)日時，大量投入才能保持較好水質。需要說明的是，（1）硬質駁岸占位了生物多樣性的生存空間，有礙于后期生態(tài)修復，發(fā)達國家近年多有拆除硬質駁岸恢復生態(tài)駁岸的工程，我國北京、上海、昆山等地也多有構筑軟質、半硬質生態(tài)駁岸、構筑二級淺水生態(tài)駁岸的案例。（2）大尺度的異地清淤會破壞生物多樣性的生存空間，暴露已被封閉的歷史污染，有礙于后期生態(tài)修復。并且，清淤數月后通量向下的底泥沉積又會開始釋放新的內源污染。美國環(huán)保法對不影響航道的清淤有嚴格的審查程序，包括提供清淤區(qū)地球化學資料等。而與清淤結合就地

5、構筑有利于生態(tài)修復的斷面，并加以生態(tài)的和物理的封閉方法，則可以降低一個數量級以上的內源污染釋放。對駁岸和河底斷面的設計需要市政（河道）工程與生態(tài)工程的結合，才能有益于后續(xù)生態(tài)修復，形成生態(tài)水體自凈能力，達到系統(tǒng)工程的整體效果。2.2 淺灘濕地、浮島濕地、沉水植被修復，漂浮植物抑藻等生態(tài)工程方法近年，實施生態(tài)修復后能夠長期保持良好效果的案例較多，但更多的案例未能長期保持好的效果，在遇到環(huán)境災變和自然在變時，甚至全軍覆沒。近年生態(tài)修復工程有二種類型：（1）當水體承受的污染負荷較低時，生態(tài)系統(tǒng)可以保持健康狀態(tài)，發(fā)揮緩慢的深度的凈化能力，HRT越高，越容易保持澄清水質，把劣V類甚至生活污水水源凈化為田

6、類水，透明度達到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。在此類水體成功的案例很多，如上海滴水湖D港（河段進出水可控）、許多房地產較為封閉的河湖等。迄今治理此類水體成功的面積多在數萬平方米之內。面積大，水系邊界條件復雜，水源可控性差的水體，屬于以下情況；（2）現(xiàn)代城市河湖的多數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荷，遇到偶發(fā)的環(huán)境災變和自然災變以后，有機污染，營養(yǎng)鹽污染、膠體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，最終導致生態(tài)系統(tǒng)被摧毀。許多案例開始生態(tài)修復做得好，生物多樣性，總生物量足夠，水體已經有了很強的自凈能

7、力；但生態(tài)系統(tǒng)的自凈能力是緩慢的、深度的、低負荷的類型，遇到較小的沖擊污染后可以慢慢恢復，偶遇現(xiàn)代城市的環(huán)境災變和自然災變，沖擊污染遠遠大于自凈能力時，生態(tài)系統(tǒng)往往在短時間被摧毀，案例不勝枚舉。生態(tài)熱是最近幾年的事，從事生態(tài)工程的單位迅速膨脹。許多項目動輒百萬千萬投入，匆匆上馬，設計、施工及管理單位還沒有長期專業(yè)化的經驗，導致項目失敗。這也是失敗案例很多的原因之一。以上種種問題，在生態(tài)工程技術發(fā)展的過程中正在逐步得到解決。猶如古老的農業(yè)，看似門檻很低，有史以來年緩慢發(fā)展步履維艱。當高度發(fā)達的現(xiàn)代農業(yè)技術逐漸被廣大農村認識之后，近年的農業(yè)有了突飛猛進的進步。生態(tài)工程正處在在迅速進步的過程中，如下

8、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)境災變和自然在變，數量快速增多泰晤士河是大型水體最早采用生態(tài)工程、環(huán)境工程、水利工程等組合的系統(tǒng)工程典型案例。當年生態(tài)工程尚不發(fā)達，在截污等基礎工程之上，采用大量配置了蘆葦濕地，重污染河段截流水送達岸上的水處理廠，再生水回流泰晤士河，持續(xù)高水平的管理等措施。為系統(tǒng)工程組建了獨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割的問題，由管理局統(tǒng)籌，容易得到科學合理的解決。近年，圓明園采用污水處理廠再生水作為景觀水源，與泰晤士河的一個處理單元類似。由于現(xiàn)代生態(tài)修復技術更發(fā)達，水生植物配置更合理，效果更好，現(xiàn)場水質清徹透明

9、，可見生物多樣性的水下森林中可見魚蝦游動，呈現(xiàn)生機勃勃生態(tài)景觀。但污水廠與生態(tài)工程的協(xié)調工作一般難以進行，此類方法的推廣的案例不多。從第一個沉淀水解池開始，生化型污水廠集人類一百四十年的智慧長期演進，現(xiàn)代生化型水處理廠已能達到很好的處理效果和綜合技術經濟指標。把生化型水處理廠原理自然水體化之后與水生態(tài)修復有機結合，應用到自然水體，能取得更好的綜合效果。在歷史基礎上的遞進原理簡單而深刻，是重富營養(yǎng)化水體治理技術創(chuàng)新的捷徑和有效途徑。福州白馬支河污水河道浮島濕地加穿孔曝氣的生化-生態(tài)工程，成功治理長547m,寬8-12m的污水河，成為水清魚游，2000m2景觀浮島濕地蟲蛀鳥鳴的生態(tài)公園。迄今項目已

10、穩(wěn)定運行10年，當時，加拿大公司這一技術在世界已實施50多處，包括在布什后花園也有應用。但800萬元投資過高限制了在我國的推廣。采用各類曝氣機、生態(tài)浮島、微生物、環(huán)形流水體等方法治理城市河道的案例很多。其中有一個關鍵的要點：三十年前研究者已經探明氧化態(tài)底泥營養(yǎng)鹽釋放量比還原態(tài)底泥小一個數量級以上。如何采用盡量少的動力，能夠使全部底泥表面能夠從還原態(tài)的黑臭狀態(tài)轉變成棕黃色的氧化態(tài)，使很大面積和長度的水體能夠沒有死區(qū)，是達到穩(wěn)定效果和高技術經濟指標的關鍵。多數曝氣設備需要很多的動力或臺數（福州加拿大技術即是）才能達到這一效果，這是很難實現(xiàn)的。這也是迄今多數案例的生態(tài)系統(tǒng)，遇到沖擊性環(huán)境災變難以穩(wěn)定

11、的主要原因。從2002年開始，在南京湯泉生態(tài)型污水廠以及其后的多個項目中，對相關技術和裝備不斷演進，形成了系列專利技術，在南京、杭州20余處，蘇北，安徽，蘇南30余處案例，實施了“循環(huán)推流生化-生態(tài)組合技術”輔以“新型浮島濕地濾床”和“潛水造流生化處理機”二設備，幾項專利和專有技術構成新組合技術。新組合技術模擬污水廠水和污泥的路徑，通過推流、導流使水和生化污泥反復經過水解、接觸氧化、低負荷活性污泥、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，直接參與生化過程，又利用光合作用低成本充氧，強化了生化效果。加之生態(tài)系統(tǒng)的吸收、生物遷移等過程，使污水處理效果高于污水廠

12、效果，而耗電和運行費遠低于污水廠運行費，達0.06-0.1元/接納噸污水。污泥量極少是新方法的另一優(yōu)點。生化污泥通過生態(tài)系統(tǒng)內容物種的吸收、生物遷移和反復的生化水解、厭氧、氣化和通量向下的無機化沉積，得以大幅度減量。為清除私自放養(yǎng)食草魚類而清塘時，運行數年后測量污泥沉積量小于1cm/年。新組合技術建立間歇造流強化異養(yǎng)微生物系統(tǒng)，修復健康的水生態(tài)系統(tǒng)，有效克服了沖擊污染和環(huán)境災變，保持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，有效的治理富營養(yǎng)化。2.4 采用生化-物化藥劑、臭氧、納米微氣泡、沉水生物帶（人工水草）、竹炭生物濾床、生化過箱濾、太陽能生物反應倉、等離子體反應器等新技術方法富營養(yǎng)化治理技術需要不斷發(fā)展提高。采用生化-物化藥劑、臭氧、納米微氣泡、沉水生物帶（人工水草）、竹炭生物濾床、生化過箱濾、太陽能生物反應倉、等離子體反應器等新技術方法的案例數量很多。每種方法都有好的技術原理和專長。能解決自然界龐雜多變富營養(yǎng)化水體的創(chuàng)新技術需要很強的應變應對能力。經過多年的機理深入研究，試驗示范放大研究，必然能產生高效，穩(wěn)定，具有更好