城河道治理案例的方法、原理、效果

1、1城市河道治理案例的方法、原理、效果及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)研判上海和協(xié)生態(tài)環(huán)境科技有限公司邵業(yè)峰李昊摘要：對迄今城市河道的治理案例進(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、綜合效果及綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等 方面進(jìn)行應(yīng)用性研判。1 1 概述我國多數(shù)城市河道承擔(dān)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(bǔ)充水源才能維 持水面。伴隨經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市河道污染日益嚴(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)施了大量河道治理工程，并相繼制定 了全面開展河道深度治理的計劃

2、。已實(shí)施的河道治理工程采用了多種技術(shù)方法：（1 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 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 3）采用生態(tài)工程和環(huán)境工程組合方 法的案例數(shù)量開始大量增多；（4 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(yīng)倉、等離子體反應(yīng)器等新技術(shù)方法工程的案例僅次于市 政工程，小型項(xiàng)目數(shù)量很多。2然而，對污染較重的河道，能達(dá)到較好的治理效果，又能達(dá)到 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

3、要研判標(biāo)準(zhǔn)，對不同類型河道采用的不同治理方法進(jìn)行 比較研判。2 2 案例、原理及效果2.12.1 截污、河濱帶整治、駁岸修筑、清淤、換水等作為基礎(chǔ)的市政工程方法國家 8585 課題研究成果表明：在水體白凈能力未得到恢復(fù)時，水 體水力停留時間（HRTHRT 高于 3 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。南通濠河依據(jù)上述成果，在較徹底截污后，設(shè)計最大引水量 HRTHRT 2.2.7 7天，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。大量引水換水成本很高，難以保持 HRTHRT 三天。多數(shù)地表

4、水 P P、N N 等富營養(yǎng)化因子遠(yuǎn)超過界限（限制因子 P-0.02mg/lP-0.02mg/l ），所以換水?dāng)?shù)周 后，水體透明度便開始驟降，及至重現(xiàn)藻華。加之老城市難以徹底 截污、地表徑流污染、人流污染難以阻斷、內(nèi)源底泥釋放等因素， 多數(shù)案例水質(zhì)惡化時間很短，只在應(yīng)對重大活動，重要節(jié)日時，大 量投入才能保持較好水質(zhì)。需要說明的是，（1 1）硬質(zhì)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(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、昆山等地也多有構(gòu)筑軟質(zhì)、半硬質(zhì)生 態(tài)駁岸、構(gòu)筑3二級淺水生態(tài)駁岸的案例。（2 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

5、封閉的歷史污染，有礙于后 期生態(tài)修復(fù)。并且，清淤數(shù)月后通量向下的底泥沉積又會開始釋放 新的內(nèi)源污染。美國環(huán)保法對不影響航道的清淤有嚴(yán)格的審查程序， 包括提供清淤區(qū)地球化學(xué)資料等。而與清淤結(jié)合就地構(gòu)筑有利于生 態(tài)修復(fù)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(shù)量級以上的內(nèi)源污染釋放。對駁岸和河底斷面的設(shè)計需要市政 （河 道）工程與生態(tài)工程的結(jié)合，才能有益于后續(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。2.22.2 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)工程方法近年，實(shí)施生態(tài)修復(fù)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)

6、境災(zāi)變和白然在變時， 甚至全軍覆沒。近年生態(tài)修復(fù)工程有二種類型：（1 1）當(dāng)水體承受的污染負(fù)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，HRTHRT越高，越容易保持澄清水質(zhì)，把劣 v v 類甚至生活污水水源凈化為 m m 類水，透明度達(dá)到 2m2m 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 D 港（河段進(jìn)出水可控）、許多房地 產(chǎn)較為封閉的河湖等。迄今治理此類水體成功的面積多在數(shù)萬平方 米之內(nèi)。面積大，水系邊界條件復(fù)雜，水源可控性差的水體，屬于 以下情況；（2 2）現(xiàn)代城4市河湖的多數(shù)

7、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、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(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)被摧毀。許多案例 開始生態(tài)修復(fù)做得好，生物多樣性，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，遇到較小的沖擊污染后可以慢慢恢復(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，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(xiàng) 目動輒百萬千萬投入，匆匆上馬，設(shè)計、施工及管理單位還沒有長

8、期專業(yè)化的經(jīng)驗(yàn)，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解 決。猶如古老的農(nóng)業(yè)，看似門檻很低，有史以來年緩慢發(fā)展步履維 艱。當(dāng)高度發(fā)達(dá)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)逐漸被廣大農(nóng)村認(rèn)識之后，近年的 農(nóng)業(yè)有了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。生態(tài)工程正處在在迅速進(jìn)步的過程中， 如下述2.32.3 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，數(shù)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(dāng)年生態(tài)工程尚不發(fā)達(dá)，在截污等基 礎(chǔ)工程之上，采用大量配谿了蘆葦濕地，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，

9、持續(xù)高水平的管理等措施。 為系統(tǒng)工程組建了獨(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5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 配谿更合理，效果更好，現(xiàn)場水質(zhì)清徹透明，可見生物多樣性的水 下森林中可見魚蝦游動，呈現(xiàn)生機(jī)勃勃生態(tài)景觀。但污水廠與生態(tài) 工程的協(xié)調(diào)工作一般難以進(jìn)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(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)。把生化型水

10、處理廠原理白然水體化之后與水生態(tài) 修復(fù)有機(jī)結(jié)合，應(yīng)用到白然水體，能取得更好的綜合效果。在歷史 基礎(chǔ)上的遞進(jìn)原理簡單而深刻，是重富營養(yǎng)化水體治理技術(shù)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 547547 m,m,寬 8-128-12 m m 的污水河，成為水清魚游，20002000 m m2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1010 年，當(dāng)時，加拿大公司這一技術(shù)在世界已實(shí)施 5050 多處，包括在布什后花園 也有應(yīng)用。但 800800 萬元投資過高限制了在我國的推廣。采用各類曝氣機(jī)、生態(tài)浮島、微生物、環(huán)形流水體等方法治理 城市河道

11、的案例很多。其中有一個關(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)底泥小一個數(shù)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(zhuǎn)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(dá)到穩(wěn)定效果和高技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的關(guān)鍵。多數(shù)曝氣設(shè)備需要 很多的動力或臺數(shù)（福州加拿大技術(shù)即是）6才能達(dá)到這一效果，這 是很難實(shí)現(xiàn)的。這也是迄今多數(shù)案例的生態(tài)系統(tǒng)，遇到?jīng)_擊性環(huán)境 災(zāi)變難以穩(wěn)定的主要原因。從 20022002 年開始，在南京湯泉生態(tài)型污水廠以及其后的多個項(xiàng)目 中，對相關(guān)技術(shù)和裝備不斷演進(jìn)，形成了系列專利技術(shù)，在南京、 杭州 2020 余處，蘇北，

12、安徽，蘇南 3030 余處案例，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)專利和專有技術(shù)構(gòu)成新組合技術(shù)。新組合 技術(shù)模擬污水廠水和污泥的路徑，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， 直接參與生化過程，又利用光合作用低成本充氧，強(qiáng)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)0.06-0.10.06-0.1 元/ /接納噸污水。污泥量極少是新方法的另一優(yōu)點(diǎn)

13、。生化污泥通過生態(tài)系 統(tǒng)內(nèi)容物種的吸收、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。為清除私白放養(yǎng)食草魚類 而清塘?xí)r，運(yùn)行數(shù)年后測量污泥沉積量小于1cm/1cm/年。新組合技術(shù)建立間歇造流強(qiáng)化異養(yǎng)微生物系統(tǒng)，修復(fù)健康的水 生態(tài)系統(tǒng)，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， 有效的治理富營養(yǎng)化。2.42.4 采用生化-物化藥劑、臭氧、納米微氣泡、沉水生物帶（人工水 草）、7竹炭生物濾床、生化過箱濾、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)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(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。每種方法都有好的技術(shù)原理和專長。能解決白然界龐雜多 變富營養(yǎng)化水體的創(chuàng)新技術(shù)需要很強(qiáng)的應(yīng)變應(yīng)對能力。經(jīng)過多年的 機(jī)理深入研究，試驗(yàn)示范放大研究，必然能產(chǎn)生高效，穩(wěn)定