摘要：針對(duì)昆山市牛灣涇黑臭河道現(xiàn)狀，綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、生物-生態(tài)、水動(dòng)力學(xué)等優(yōu)勢(shì)技術(shù)，提出了控源截污、生態(tài)清淤、生態(tài)修復(fù)、景觀營(yíng)造、智慧管理的總體治理思路，開展了牛灣涇黑臭河道治理與生態(tài)修復(fù)工作。該工程建成后經(jīng)過6個(gè)月的穩(wěn)定運(yùn)行，水體已全面消除黑臭，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，保障了生態(tài)景觀系統(tǒng)的恢復(fù)，構(gòu)建了牛灣涇“水清、岸綠、景美”的水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了水生態(tài)系統(tǒng)的良好循環(huán)。
隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，江蘇省昆山市牛灣涇河道周邊區(qū)域居民小區(qū)、商業(yè)店鋪及飯店數(shù)量劇增，周邊市政管網(wǎng)不完善導(dǎo)致排入河道的污染物日益增加，水體黑臭嚴(yán)重，影響周邊居民生活及城市形象。為貫徹落實(shí)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，加快城市黑臭水體治理，改善人民生活壞境，昆山市委市政府將牛灣涇河道治理列為黑臭水體整治的重點(diǎn)項(xiàng)目之一。按照住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《城市黑臭水體整治工作指南》的要求，開展了牛灣涇黑臭河道治理與生態(tài)修復(fù)工作，綜合運(yùn)用物理、化學(xué)、生物-生態(tài)、水動(dòng)力學(xué)等優(yōu)勢(shì)技術(shù)，打造牛灣涇“水清、岸綠、景美”的水環(huán)境。
01 牛灣涇概況
牛灣涇位于西河聯(lián)圩，聯(lián)圩總面積1.932km2，牛灣涇為圩內(nèi)一條骨干河道，東起青陽港，西至東環(huán)城河，中間橫穿4條主干道（分別是珠江路、黃河路、長(zhǎng)江路、黑龍江路），主要通過牛灣涇東西站閘排澇及日常引調(diào)水，總長(zhǎng)1.8km，平均河口寬20m。
牛灣涇河段概況見圖1。
牛灣涇水體感官渾濁，流動(dòng)性差，河道兩岸多為垂直硬質(zhì)駁岸，隱藏大量直排雨污水管。河道水深約2.5m，2013年清淤以來已產(chǎn)生較厚淤泥層，深約1m，攪動(dòng)氣泡較多，池底厭氧程度高，無高等水生生物，總體呈現(xiàn)黑臭現(xiàn)象。治理前，委托專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)橫穿牛灣涇的跨河橋梁段處進(jìn)行取樣和水質(zhì)檢測(cè)分析。水質(zhì)取樣點(diǎn)及水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。由表1可知，根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》規(guī)定，黃河路橋梁段總體水質(zhì)指標(biāo)劣于重度黑臭標(biāo)準(zhǔn)（主要體現(xiàn)在氨氮指標(biāo)上），評(píng)價(jià)為重度黑臭水體；珠江路橋梁段、長(zhǎng)江路橋梁段和黑龍江路橋梁段有多項(xiàng)指標(biāo)符合輕度黑臭標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)價(jià)為輕度黑臭水體。經(jīng)檢測(cè)，4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的溶解氧、COD、氨氮、總氮、總磷均不滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，尤其是珠江路橋梁段和黃河路橋梁段的氨氮和總氮超標(biāo)8～10倍，評(píng)價(jià)為劣Ⅴ類水。
02 治理目標(biāo)及總體思路
牛灣涇黑臭河道治理與生態(tài)修復(fù)的治理目標(biāo)是通過控源截污，消除城市生活污水和工業(yè)廢水直接排入河道的現(xiàn)象，結(jié)合生態(tài)修復(fù)，改善河道水質(zhì)，全面消除河道黑臭，通過景觀營(yíng)造真正實(shí)現(xiàn)“水清、岸綠、景美”的效果，最終河道水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)河道現(xiàn)狀及其治理目標(biāo)，牛灣涇河道治理總體思路如下：①控源截污。通過控源截污、初期徑流污染控制工程的實(shí)施，消除河道直接污染源。②生態(tài)清淤。通過生態(tài)清淤，消除內(nèi)源污染，結(jié)合基底改良，提升河道自凈能力。③生態(tài)修復(fù)。重建河道水生生態(tài)系統(tǒng)，保持水體水質(zhì)長(zhǎng)效穩(wěn)定。④景觀營(yíng)造。通過景觀綠化及其配套工程的建設(shè)，營(yíng)造城市美麗景觀，改善人居環(huán)境。⑤智慧管理。利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)管理手段，使工程建設(shè)與后期運(yùn)行更加高效便捷。
03 工程設(shè)計(jì)
3.1 控源截污工程
牛灣涇兩側(cè)共有各類污水直排口75個(gè)，周邊地區(qū)雨污分流不徹底，雨水管和污水管混接嚴(yán)重，且原有沿河側(cè)污水管道建設(shè)年代久遠(yuǎn)，滲漏嚴(yán)重。針對(duì)牛灣涇水體黑臭狀況，現(xiàn)狀污水直排口全部進(jìn)行截流式改造，結(jié)合昆山市相關(guān)規(guī)劃及《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50014—2006，2016年版），確定截流倍數(shù)為2.0。牛灣涇南北兩側(cè)沿岸新建窨井103座、溢流井14座、凈化池1座；累計(jì)翻建DN400～DN600污水主管565m（包含翻建DN600混凝土管315.8m、DN400混凝土管249.2m），新建DN400～DN600污水主管1 489.3m。為防止地下水滲入污水管網(wǎng)，污水截流主管采用HDPE波紋管。采用可調(diào)式閘門進(jìn)行截流，通過調(diào)節(jié)閘門高度精確控制進(jìn)入河流的溢流水量，旱季閘門將污水全部截入污水主管，汛期通過人工提閘方式保障河道順利泄洪。牛灣涇常水位2.50m，20年一遇洪水位3.10m，河道地面高程約4.0m，截污主管的管底大部分位于洪水位以下，為防止河水倒灌，設(shè)置了浮箱式拍門，為減小雨季雨污合流水對(duì)污水處理廠的影響，還須設(shè)置限流閥。
3.2 生態(tài)清淤工程
3.2.1 河道清淤
由于牛灣涇河道不通航、水位淺以及岸邊存在建筑和工廠，考慮采用干河施工、水力沖挖清淤方式，先將清淤區(qū)域采用圍堰隔水，再通過高壓水槍沖洗泥漿表面，使其形成水潭，放下泥漿泵抽吸泥漿，送到排泥區(qū)，最后通過專用泥漿車外運(yùn)。淤泥清除部分可根據(jù)實(shí)際河床面高程及后期生態(tài)修復(fù)需求來考慮清淤程度，如需種植水下森林，則宜保留適量底泥。根據(jù)勘測(cè)單位測(cè)量成果計(jì)算，河道清淤總量大致為1.3×104m3。針對(duì)河道清淤對(duì)底層干擾嚴(yán)重、易產(chǎn)生二次污染的問題，采用“河道綠色生態(tài)清淤處理系統(tǒng)及其處理方法”專利技術(shù)，清淤精度達(dá)0.1mm，在清除表層底泥的同時(shí)保證下層底泥不被破壞，保留底泥中的大量微生物及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低清淤過程中的二次污染。采用原位透析技術(shù)分段隔離，逐段采用微磁強(qiáng)化絮凝-超磁高效沉淀工藝，設(shè)備內(nèi)投加少量復(fù)合絮凝劑和改性磁粉，使泥水迅速形成磁核絮體，再通過高效沉淀實(shí)現(xiàn)泥水分離，增加淤泥泥漿水脫水干化工序，使淤泥泥漿水變成泥塊，方便運(yùn)輸，經(jīng)計(jì)算運(yùn)輸成本降低約20%，且產(chǎn)生的淤泥經(jīng)過改性處理后，可用于景觀營(yíng)造和護(hù)坡設(shè)計(jì)，可節(jié)約8%左右的工程成本。
3.2.2 基底修復(fù)
為種植水生植物以及保障其存活，清淤后會(huì)保留適量底泥，但此時(shí)河道基底仍積累了大量腐殖質(zhì)及有毒污染物，可引發(fā)二次污染。根據(jù)一般工程經(jīng)驗(yàn)，河道治理慎用化學(xué)藥劑，以免破壞生態(tài)以及造成二次污染，故使用微生物制劑對(duì)河道基底進(jìn)行改良是較好的選擇，該方法溫和高效、環(huán)保無污染，可為后續(xù)河道水生生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)和生態(tài)群落結(jié)構(gòu)構(gòu)建創(chuàng)造有利環(huán)境，提高河道自凈能力，且已有較多成熟應(yīng)用案例。本工程清淤后，將基底底泥暴曬5～8d，然后投加底泥改良微生物制劑，按照每0.5kg微生物制劑添加50L水的比例稀釋后均勻潑灑在底泥上，處理面積4.6×104m2，8d后按照首次投放量進(jìn)行第二次投放，基本可以達(dá)到改良效果。
3.2.3 淤泥處理處置
淤泥的處理處置是目前黑臭河道治理中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和重要難點(diǎn)，經(jīng)取樣分析，牛灣涇河底淤泥重金屬指標(biāo)未超出《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)浸出毒性鑒別》（GB 5085.3—2007）標(biāo)準(zhǔn)限值，為避免淤泥運(yùn)輸處置或棄置造成二次污染和處理成本高的問題，探索出一條低成本原料處理和高性能產(chǎn)品生產(chǎn)的淤泥制磚資源化利用路徑，以深度干化后的淤泥為主要原料（淤泥摻量可達(dá)到80%），添加硅鋁類改性劑和復(fù)合礦料（如長(zhǎng)石、高嶺土、石英、云母等），擠壓成型后進(jìn)行干燥，在950～1050℃煅燒后制得劈開磚。不同淤泥摻量生產(chǎn)的劈開磚見圖2。
本工程共實(shí)現(xiàn)0.8×104m3淤泥的資源化利用，生產(chǎn)約2×104m2的劈開磚，節(jié)約近10萬元的礦土原料成本。經(jīng)檢測(cè)，制得的劈開磚吸水率、強(qiáng)度、收縮以及放射性等性能均滿足有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求（見表2）。該技術(shù)采用自然堆場(chǎng)、陽光房和煅燒窯尾氣三階段組合干燥技術(shù)進(jìn)行淤泥制磚，能耗降低16%，同時(shí)減輕了大量淤泥棄置對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的二次污染，為淤泥的資源化利用提供了重要的技術(shù)支持。
3.3 生態(tài)修復(fù)工程
3.3.1 生態(tài)浮床
牛灣涇河道較寬，可以沿河構(gòu)建浮床凈化帶，特別是橫穿牛灣涇的珠江路、黃河路、長(zhǎng)江路、黑龍江路跨河橋梁段處直排口較多，污染較為嚴(yán)重，水質(zhì)較差，因此須重點(diǎn)設(shè)計(jì)和布置。河道沿線設(shè)計(jì)布置高密度聚乙烯材質(zhì)的生態(tài)浮床，其中沿岸布置間距為20～40m，單個(gè)浮床面積為15m2，以駁岸牽引方式固定，在凈化水質(zhì)的同時(shí)軟化硬質(zhì)駁岸；河道中央布置間距為30～50m，單個(gè)浮床面積為20m2，以重物拋錨方式固定，營(yíng)造水面景觀。浮床下層布設(shè)DN32微孔曝氣管，水生植物采用種植籃形式加固在浮島中心圓孔中，以本土植物為主，減少后期維護(hù)。
3.3.2 水生植物修復(fù)帶
牛灣涇沿岸存在多處雨水排口，初期徑流污染對(duì)河道水質(zhì)影響較大，同時(shí)為減輕引水、風(fēng)浪對(duì)底泥的擾動(dòng)，提高水域生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性，在雨水排口處設(shè)置水生植物修復(fù)帶（見圖3），用于雨天凈化初期雨水，非雨天原位凈化河水，設(shè)計(jì)距河邊1~5 m處為挺水植物種植帶，距河邊2～5m處為浮葉植物種植帶，距河邊7～10m處為沉水植物種植帶，其中距河邊1～2m且水深在0.7m以上的為伊樂藻、金魚藻和苦草套種區(qū)，距河邊5～8m且水深為0.8～1.5m的為輪葉黑藻和菹草套種區(qū)，在水質(zhì)較差的珠江北路段—黃河路段兩側(cè)設(shè)置挺水植物帶（香菇草36m2、黃菖蒲13m2、香蒲4m2），挺水植物結(jié)合浮葉植物帶（睡蓮62m2、鳶尾12m2），挺水植物結(jié)合沉水植物帶（千屈菜7m2、美人蕉8m2、粉綠狐尾藻34m2）。
3.3.3 水動(dòng)力改善及微生物強(qiáng)化降解
曝氣增氧技術(shù)成本低廉，能夠顯著促進(jìn)水體流動(dòng)、增加水中溶解氧含量和消除水體氣味，成為目前治理黑臭河道的首選技術(shù)。牛灣涇水體黑臭且流動(dòng)性差，溶解氧低于2mg/L，適宜采用曝氣增氧技術(shù)。選擇表面曝氣結(jié)合底部曝氣兩種增氧措施：沿河道兩端及4條主干路跨橋處均布置1臺(tái)強(qiáng)力推流式曝氣機(jī)（18kW），促進(jìn)河道水體流動(dòng)；沿河全線布置6臺(tái)表曝增氧機(jī)（單臺(tái)2kW），增加設(shè)備周圍水體溶氧量；在污染較重區(qū)域增設(shè)底部曝氣設(shè)備，配置曝氣風(fēng)機(jī)和底部微孔曝氣管，曝氣區(qū)總長(zhǎng)約650m，充氧量0.10～0.25kg/（m3·h），具體參數(shù)設(shè)置根據(jù)河道不同區(qū)域水質(zhì)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。
凈水菌群是指一類既可以凈化水體，調(diào)節(jié)河道水質(zhì)，提高植物的成活率，又可以為水生動(dòng)物提供豐富食物，對(duì)水體沒有任何毒副作用的益生菌。河道蓄水后，每1kg凈水菌劑添加200L水進(jìn)行稀釋，然后均勻潑灑入水體，每月潑灑一次，共潑灑2～3次，同時(shí)配合曝氣增氧設(shè)備可將上泛的底泥和動(dòng)植物尸體及殘骸強(qiáng)力分解，將一些有害的污染物快速吸收和轉(zhuǎn)化成無毒害或毒害較小的無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素，避免了二次污染。
3.4 景觀營(yíng)造工程
根據(jù)河道30年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)，通過岸坡斷面構(gòu)建技術(shù)、生態(tài)浮島與水生植物組合生態(tài)修復(fù)等，對(duì)牛灣涇河道進(jìn)行過水?dāng)嗝嫱貙?、駁岸及擋墻設(shè)計(jì)等一系列景觀改造。經(jīng)過實(shí)地踏勘及地形分析，牛灣涇河床整治以河道主流槽改造為主，使河道主流槽線型蜿蜒曲折，急流與緩流相間，深潭與淺灘交錯(cuò)；拆除部分硬質(zhì)駁岸，新建生態(tài)石籠墻進(jìn)行生態(tài)改造，以此改善地面徑流與河水交接滲透，同時(shí)增強(qiáng)景觀效果。新建格賓網(wǎng)式生態(tài)石籠擋墻1km，濕地平臺(tái)及擋墻底基礎(chǔ)處理962.27m3，生態(tài)護(hù)坡外購?fù)练?.8×104m3。
3.5 雨后水環(huán)境保障措施
昆山市為亞熱帶季風(fēng)氣候，夏季時(shí)常出現(xiàn)短時(shí)強(qiáng)降雨，牛灣涇水體溫度、pH、溶解氧等發(fā)生劇烈變化，容易引起泛底缺氧，導(dǎo)致水生動(dòng)物缺氧中毒和有益藻類的死亡，天氣轉(zhuǎn)晴后，藻類快速大量繁殖，引起壞水現(xiàn)象。為保障牛灣涇雨后水環(huán)境質(zhì)量，須采取如下措施：強(qiáng)化雨后巡視檢查，密切關(guān)注沿線排水情況及河道水環(huán)境，發(fā)現(xiàn)問題快速反饋、及時(shí)處理；加強(qiáng)雨后河道保潔，增加圍網(wǎng)，及時(shí)打撈水面漂浮物；科學(xué)調(diào)度西河聯(lián)圩循環(huán)水體；采取架設(shè)樁膜圍堰、播灑生物制劑、加大曝氣裝置充氧量、穩(wěn)固生態(tài)浮床等措施改善河道水質(zhì)，抑制藍(lán)藻生長(zhǎng)。
3.6 智慧管理
近年來對(duì)河道治理的信息化、可視化水平要求日益提高，智慧河道應(yīng)用越來越廣泛。智慧河道是指通過數(shù)采儀、無線網(wǎng)絡(luò)、水質(zhì)水量表、水位控制裝置等在線監(jiān)測(cè)設(shè)備實(shí)時(shí)感知河道運(yùn)行狀態(tài)，并將其匯集到云計(jì)算服務(wù)器或數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行快速分析，做出相應(yīng)的判斷和建議，以更加精細(xì)和動(dòng)態(tài)的方式管理河道，達(dá)到高效、智慧的狀態(tài)。牛灣涇黑臭河道治理和生態(tài)修復(fù)離不開有效的管理手段，除水域日常保潔、定期開展河道清淤、水處理設(shè)施日常維護(hù)等常態(tài)化管理措施外，還在河道兩岸定點(diǎn)設(shè)立水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)站進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。監(jiān)測(cè)站由站房、水質(zhì)/水量傳感器和數(shù)據(jù)采集儀等組成，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線裝置實(shí)時(shí)發(fā)送至智慧管理平臺(tái)電腦端，使河道主管部門通過顯示屏隨時(shí)隨地了解河道現(xiàn)狀。在牛灣涇沿岸兩側(cè)直排口處尤其是滬士電子雨污水管總排口處設(shè)置水量監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)排污情況，檢查截污效果；在橫穿牛灣涇的珠江路、黃河路、長(zhǎng)江路、黑龍江路跨河橋梁段處設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)河道水質(zhì)情況；沿河道全線定點(diǎn)設(shè)置在線視頻監(jiān)控，為河道治污和排污監(jiān)控預(yù)警和追源取證；通過水位控制裝置自行啟動(dòng)引調(diào)水系統(tǒng)，流量5.0m3/s。
自該工程運(yùn)行以來，已自動(dòng)調(diào)水20余次，年均引調(diào)水頻率6～8次。智慧河道建設(shè)與運(yùn)維流程見圖4。
04 工程實(shí)施效果
昆山開發(fā)區(qū)在牛灣涇黑臭水體治理及長(zhǎng)效管理方面做了大量工作，河道水質(zhì)改善取得了顯著成效（見表3）。
該工程于2017年建成后經(jīng)過半年的運(yùn)行，水體已全面消除黑臭，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。河道生態(tài)群落逐步形成，水體自凈能力逐步恢復(fù)。牛灣涇治理前、后效果對(duì)比見圖5。
05 結(jié)論
牛灣涇黑臭河道治理與生態(tài)修復(fù)，通過截污控污、生態(tài)清淤、生態(tài)修復(fù)、景觀營(yíng)造、智慧管理等工程措施，解決了周邊生活污水和工業(yè)廢水直接排入河道的問題，全面消除了河道黑臭，增強(qiáng)了水體自凈能力，恢復(fù)了牛灣涇水體生態(tài)系統(tǒng)健康，使河道水質(zhì)達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建了“水清、岸綠、景美”的水環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了人居環(huán)境的改善。通過使用多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，該項(xiàng)目整體建設(shè)費(fèi)用較低，處理效果穩(wěn)定，淤泥制磚資源化利用有效解決了淤泥處理處置難題，重建后水生態(tài)系統(tǒng)的維護(hù)通過智慧管理手段得到有效保障，具有工程化應(yīng)用推廣的可能性，可為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。
