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国外黑臭河道治理典型案例与技术路线探讨
中国水工业网|时间:2018-11-26 11:59     编辑:张洋

  2015年中共中央、国务院《关于加快推进生态文明建设的意见》(中发〔2015〕12号文)指出:“要将生态文明建设放在突出的战略位置,加大自然生态系统和环境保护力度,使蓝天常在、青山常在、绿水常在,实现中华民族永续发展”。针对我国水环境的严峻形式,国务院于2015年4月份颁布了《水污染防治行动计划》(“水十条”,国发〔2015〕17号文)指出:“到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内,到2030年,城市建成区黑臭水体总体得到消除"的控制性目标”。 黑臭水体整治作为防治水污染的难点重点,住建部又于2016年9月公布了《城市黑臭水体整治工作指南》,建立全国城市黑臭水体整治监管平台,定期发布有关信息,接受社会监督。本文结合相关资料,总结了英国、韩国、德国、法国、奥地利等多个河道治理成功案例,为国内黑臭河道治理提供借鉴,加快解决或大大缓解我国河道水环境污染、水资源短缺等生态问题。


  01 国外黑臭河道治理典型案例


  一、英国伦敦泰晤士河综合治理案例


  1)水环境问题分析


  泰晤士河全长402km,流经伦敦市区,是英国的母亲河。19世纪以来,随着工业革命的兴起,河流两岸人口激增,大量的工业废水、生活污水未经处理直排入河,沿岸垃圾随意堆放。1858年,伦敦发生“大恶臭”事件,政府开始治理河流污染。


  2)治理思路及措施


  一是通过立法严格控制污染物排放。20世纪60年代初,政府对入河排污做出了严格规定,企业废水必须达标排放,或纳入城市污水处理管网。企业必须申请排污许可,并定期进行审核,未经许可不得排污。定期检查,起诉、处罚违法违规排放等行为。


  二是修建污水处理厂及配套管网。1859年,伦敦启动污水管网建设,在南北两岸共修建七条支线管网并接入排污干渠,减轻了主城区河流污染,但并未进行处理,只是将污水转移到海洋。19世纪末以来,伦敦市建设了数百座小型污水处理厂,并最终合并为几座大型污水处理厂。1955~1980年,流域污染物排污总量减少约90%,河水溶解氧浓度提升约10%。


  三是从分散管理到综合管理。自1955年起,逐步实施流域水资源水环境综合管理。1963颁布了《水资源法》,成立了河流管理局,实施取用水许可制度,统一水资源配置。1973年《水资源法》修订后,全流域200多个涉水管理单位合并成泰晤士河水务管理局,统一管理水处理、水产养殖、灌溉、畜牧、航运、防洪等工作,形成流域综合管理模式。1989年,随着公共事业民营化改革,水务局转变为泰晤士河水务公司,承担供水、排水职能,不再承担防洪、排涝和污染控制职能;政府建立了专业化的监管体系,负责财务、水质监管等,实现了经营者和监管者的分离。


  四是加大新技术的研究与利用。早期的污水处理厂主要采用沉淀、消毒工艺,处理效果不明显。20世纪五六十年代,研发采用了活性污泥法处理工艺,并对尾水进行深度处理,出水生化需氧量为5-10mg/L,处理效果显着,成为水质改善的根本原因之一。泰晤士水务公司近20%的员工从事研究工作,为治理技术研发、水环境容量确定等提供了技术支持。 五是充分利用市场机制。泰晤士河水务公司经济独立、自主权较大,其引入市场机制,向排污者收取排污费,并发展沿河旅游娱乐业,多渠道筹措资金。仅1987~1988年,总收入就高达6亿英镑,其中日常支出4亿英镑,上交盈利2亿英镑,既解决了资金短缺难题,又促进了社会发展。


  3)治理效果


  泰晤士河水质逐步改善,20世纪70年代,重新出现鱼类并逐年增加;80年代后期,无脊椎动物达到350多种,鱼类达到100多种,包括鲑鱼、鳟鱼、三文鱼等名贵鱼种。目前,泰晤士河水质完全恢复到了工业化前的状态。


  二、韩国首尔清溪川综合治理案例


  1)水环境问题分析


  清溪川全长11km,自西向东流经首尔市,流域面积51km2。20世纪40年代,随着城市化和经济的快速发展,大量的生活污水和工业废水排入河道,后来又实施河床硬化、砌石护坡、裁弯取直等工程,严重破坏了河流自然生态环境,导致流量变小、水质变差,生态功能基本丧失。50年代,政府用长5.6km、宽16m的水泥板封盖河道,使其长期处于封闭状态,几乎成为城市下水道。70年代,河道封盖上建设公路,并修建了4车道高架桥,一度视为“现代化”标志。


  2)治理思路及措施


  2000年初,政府下决心开展综合整治和水质恢复,主要采取了三方面措施:


  一是疏浚清淤。2005年,总投资3900亿韩元(约3.6亿美元)的“清溪川复原工程”竣工,拆除了河道上的高架桥、清除了水泥封盖、清理了河床淤泥、还原了自然面貌。


  二是全面截污。两岸铺设截污管道,将污水送入处理厂统一处理,并截流初期雨水。


  三是保持水量。从汉江日均取水9.8万m3,通过泵站注入河道,加上净化处理的2.2万m3城市地下水,总注水量达12万m3,让河流保持40cm水深。


  3)治理效果


  从生态环境效益看,清溪川成为重要的生态景观,除生化需氧量和总氮两项指标外,各项水质指标均达到韩国地表水一级标准。从经济社会效益看,由于生态环境、人居环境的改善,周边房地产价格飙升,旅游收入激增,带来的直接效益是投资的59倍,附加值效益超过24万亿韩元,并解决了20多万个就业岗位。


  三、德国埃姆舍河综合治理案例


  1)水环境问题


  埃姆舍河全长约70km,位于德国北莱茵—威斯特法伦州鲁尔工业区,是莱茵河的一条支流;其流域面积865km2,流域内约有230万人,是欧洲人口最密集的地区之一。该流域煤炭开采量大,导致地面沉降,致使河床遭到严重破坏,出现河流改道、堵塞甚至河水倒流的情况。19世纪下半叶起,鲁尔工业区的大量工业废水与生活污水直排入河,河水遭受严重污染,曾是欧洲最脏的河流之一。


  2)治理思路与措施


  一是雨污分流改造和污水处理设施建设。流域内城市历史悠久,排水管网基本实行雨污合流。因此,一方面实施雨污分流改造,将城市污水和重度污染的河水输送至两家大型污水处理厂净化处理,减少污染直排现象。另一方面建设雨水处理设施,单独处理初期雨水。此外,还建设了大量分散式污水处理设施、人工湿地以及雨水净化厂,全面削减入河污染物总量。


  二是采取“污水电梯”、绿色堤岸、河道治理等措施修复河道。“污水电梯”是指在地下45m深处建设提升泵站,把河床内历史积存的大量垃圾及浓稠污水送到地表,分别进行处理处置。绿色堤岸是指在河道两边种植大量绿植并设置防护带,既改善河流水质又改善河道景观。河道治理是指配合景观与污水处理效果,拓宽、加固清理好的河床,并在两岸设置雨水、洪水蓄滞池。


  三是统筹管理水环境水资源。为加强河流治污工作,当地政府、煤矿和工业界代表,于1899年成立了德国第一个流域管理机构,即“埃姆舍河治理协会”,独立调配水资源,统筹管理排水、污水处理及相关水质,专职负责干流及支流的污染治理。治理资金60%来源于各级政府收取的污水处理费,40%由煤矿和其他企业承担。


  3)治理效果


  河流治理工程预算为45亿欧元,已实施了部分工程,预计还需几十年时间才能完工。目前,流经多特蒙德市的区域已恢复自然状态。


  四、法国巴黎塞纳河综合治理案例


  1)水环境问题


  塞纳河巴黎市区段长12.8km、宽30-200m。巴黎是沿塞纳河两岸逐渐发展起来的,因此市区河段都是石砌码头和宽阔堤岸,三十多座桥梁横跨河上,两旁建成区高楼林立,河道改造十分困难。20世纪60年代初,严重污染导致河流生态系统崩溃,仅有两三种鱼勉强存活。污染主要来自四个方面,一是上游农业过量施用化肥农药;二是工业企业向河道大量排污;三是生活污水与垃圾随意排放,尤其是含磷洗涤剂使用导致河水富营养化问题严重;四是下游的河床淤积,既造成洪水隐患,也影响沿岸景观。


  2)治理思路与措施


  工程治理措施主要包括四方面:


  一是截污治理。政府规定污水不得直排入河,要求搬迁废水直排的工厂,难以搬迁要严格治理。1991~2001年,投资56亿欧元新建污水处理设施,污水处理率提高了30%。


  二是完善城市下水道。巴黎下水道总长2400km,地下还有6000座蓄水池,每年从污水中回收的固体垃圾达1.5万m3。巴黎下水道共有1300多名维护工,负责清扫坑道、修理管道、监管污水处理设施等工作,配备了清砂船及卡车、虹吸管、高压水枪等专业设备,并使用地理信息系统等现代技术进行管理维护。


  三是削减农业污染。河流66%的营养物质来源于化肥施用,主要通过地下水渗透入河。巴黎一方面从源头加强化肥农药等面源控制,另一方面对50%以上的污水处理厂实施脱氮除磷改造。但硝酸盐污染仍是难以处理的痼疾。


  四是河道蓄水补水。为调节河道水量,建设了4座大型蓄水湖,蓄水总量达8亿立方米;同时修建了19个水闸船闸,使河道水位从不足1m升至3.4~5.7m,改善了航运条件与河岸带景观。此外还进行了河岸河堤整治,采用石砌河岸,避免冲刷造成泥沙流入;建设二级河堤,高层河堤抵御洪涝,低层河堤改造为景观车道。


  除了工程治理措施外,还进一步加强了管理。一是严格执法。根据水生态环境保护需要,不断修改完善法律制度,如2001年修订《国家卫生法》要求,工业废水纳管必须获得批准,有毒废水必须进行预处理并开展自我监测,必须缴纳水处理费。严厉查处违法违规现象。二是多渠道筹集资金。除预算拨款外,政府将部分土地划拨给河流管理机构(巴黎港务局)使用,其经济效益用于河流保护。此外,政府还收取船舶停泊费、码头使用费等费用,作为河道管理资金。


  3)治理效果


  经过综合治理,塞纳河水生态状况大幅改善,生物种类显着增加。但是沉积物污染与上游农业污染问题依然存在,说明城市水体整治仅针对河道本身是不够的,需进行全流域综合治理。


  五、奥地利维也纳多瑙河综合治理案例


  1)水环境问题


  多瑙河全长2850km,是欧洲第二长河,奥地利首都维也纳市地处其中游。维也纳多瑙河综合治理开发,形成了一套现代化的河流综合治理和开发体系,即在传统治理理念基础上突出“生态治理”概念,并运用到防洪、治污、经济开发等各个领域。


  2)治理思路与措施


  主要措施包括两方面:


  一是建设生态河堤。恢复河岸植物群落和储水带,是维也纳多瑙河治理和开发的主要任务之一。基于“亲近自然河流”概念和“自然型护岸”技术,在考虑安全性和耐久性的同时,充分考虑生态效果,把河堤由过去的混凝土人工建筑,改造成适合动植物生长的模拟自然状态,建成无混凝土河堤或混凝土外覆盖植被的生态河堤。


  二是优化水资源配置和使用。维也纳周边山地和森林水资源丰富,其城市用水99%为地下水和泉水,维持了多瑙河的自然生态流量。维也纳严禁将工业废水和居民生活污水直接排入多瑙河,废污水由紧邻多瑙河的两座大型水处理中心负责处理,出水水质达标后,大部分排入多瑙河,少部分直接渗入地下补充地下水。此外,严格控制沿岸工业企业数量并严格监管。


  3)治理效果


  经过综合治理,水生态状况大幅改善,生物种类显着增加。但是沉积物污染与上游农业污染问题依然存在,说明城市水体整治仅针对河道本身是不够的,需进行全流域综合治理。


  02 技术路线


  结合国外典型案例,综合国内目前黑臭河道现状,笔者结合参与的黑臭河道治理相关项目,主要有以下几种技术:


  一、 控源截污技术


  1)截污纳管


  适用范围:从源头控制污水向城市水体排放,主要用于城市水体沿岸污水排放口、分流制雨水管道初期雨水或旱流水排放口、合流制污水系统沿岸排放口等永久性工程治理。


  技术要点:截污纳管是黑臭水体整治最直接有效的工程措施,也是采取其他技术措施的前提。通过沿河沿湖铺设污水截流管线,并合理设置提升(输运)泵房,将污水截流并纳入城市污水收集和处理系统。对老旧城区的雨污合流制管网,应沿河岸或湖岸布置溢流控制装置。无法沿河沿湖截流污染源的,可考虑就地处理等工程措施。严禁将城区截流的污水直接排入城市河流下游。实际应用中,应考虑溢流装置排出口和接纳水体水位的标高,并设置止回装置,防止暴雨时倒灌。


  限制因素:工程量和一次性投资大,工程实施难度大,管位及截污井设置难关大,实施周期长;截污将导致河道水量变小,流速降低,需要采取必要的补水措施。截污纳管后污水如果进入污水处理厂,将对现有城市污水系统和污水处理厂造成较大运行压力,否则需要设置旁路处理。


  2)面源控制


  适用范围:主要用于城市初期雨水、冰雪融水、畜禽养殖污水、地表固体废弃物等污染源的控制与治理。


  技术要点:可结合海绵城市的建设,采用各种低影响开发(LID)技术、初期雨水控制与净化技术、地表固体废弃物收集技术、土壤与绿化肥分流失控制技术,以及生态护岸与隔离(阻断)技术;畜禽养殖面源控制主要可采用粪尿分类、雨污分离、固体粪便堆肥处理利用、污水就地处理后农地回用等技术。


  限制因素:工程量大,影响范围广;雨水径流量及径流污染控制需要水体汇水区域整体实施源头减排和过程控制等综合措施,系统性强,工期较长;工程实施经常受当地城市交通、用地类型控制、城市市容管理能力等因素制约。


  二、内源治理技术


  1)垃圾清理


  适用范围:主要用于城市水体沿岸垃圾临时堆放点清理。


  技术要点:城市水体沿岸垃圾清理是污染控制的重要措施,其中垃圾临时堆放点的清理属于一次性工程措施,应一次清理到位。


  限制因素:城市水体沿岸垃圾存放历史较长的地区,垃圾清运不彻底可能加速水体污染。


  2)生物残体及漂浮物清理


  适用范围:主要用于城市水体水生植物和岸带植物的季节性收割、季节性落叶及水面漂浮物的清理。


  技术要点:水生植物、岸带植物和落叶等属于季节性的水体内源污染物,需在干枯腐烂前清理;水面漂浮物主要包括各种落叶、塑料袋、其他生活垃圾等,需要长期清捞维护。


  限制因素:季节性生物残体和水面漂浮物清理的成本较高,监管和维护难度大。


  3)清淤疏浚


  适用范围:一般而言适用于所有黑臭水体,尤其是重度黑臭水体底泥污染物的清理,快速降低黑臭水体的内源污染负荷,避免其他治理措施实施后,底泥污染物向水体释放


  技术要点:包括机械清淤和水力清淤等方式,工程中需考虑城市水体原有黑臭水的存储和净化措施。清淤前,需做好底泥污染调查,明确疏浚范围和疏浚深度;根据当地气候和降雨特征,合理选择底泥清淤季节;清淤工作不得影响水生生物生长;清淤后回水水质应满足“无黑臭”的指标要求。


  限制因素:需合理控制疏浚深度,过深容易破坏河底水生生态,过浅不能彻底清除底泥污染物;高温季节疏浚后容易导致形成黑色块状漂泥;底泥运输和处理处置难度较大,存在二次污染风险,需要按规定安全处理处置。


  三、生态修复技术


  1)岸带修复


  适用范围:主要用于已有硬化河岸(湖岸)的生态修复,属于城市水体污染治理的长效措施。


  技术要点:采取植草沟、生态护岸、透水砖等形式,对原有硬化河岸(湖岸)进行改造,通过恢复岸线和水体的自然净化功能,强化水体的污染治理效果;需进行植物收割的,应选定合适的季节。


  限制因素:工程量较大,工程垃圾处理处置成本较高;可能减少水体的亲水区,降雨或潮湿季节,岸带危险性可能增加;生态岸带植物的收割和处理处置成本较高、维护量较大。


  2)生态净化


  适用范围:可广泛应用于城市水体水质的长效保持,通过生态系统的恢复与系统构建,持续去除水体污染物,改善生态环境和景观。


  技术要点:主要采用人工湿地、生态浮岛、水生植物种植等技术方法,利用土壤-微生物-植物生态系统有效去除水体中的有机物、氮、磷等污染物;综合考虑水质净化、景观提升与植物的气候适应性,尽量采用净化效果好的本地物种,并关注其在水体中的空间布局与搭配;需进行植物收割的,应选定合适的季节。


  限制因素:应用生态净化技术要以有效控制外源和内源污染物为前提,生态净化措施不得与水体的其他功能冲突;生态净化措施对严重污染河道的改善效果不显着;植物的收割和处理处置成本较高。


  3)人工增氧


  适用范围:作为阶段性措施,主要适用于整治后城市水体的水质保持,具有水体复氧功能,可有效提升局部水体的溶解氧水平,并加大区域水体流动性。


  技术要点:主要采用跌水、喷泉、射流,以及其他各类曝气形式有效提升水体的溶解氧水平;通过合理设计,实现人工增氧的同时,辅助提升水体流动性能;射流和喷泉的水柱喷射高度不宜超过1m,否则容易形成气溶胶或水雾,对周边环境造成一定的影响。 限制因素:重度黑臭水体不应采取射流和喷泉式人工增氧措施;人工增氧设施不得影响水体行洪或其他功能;需要持续运行维护,消耗电能。


  四、在线处理措施


  1)活水循环


  适用范围:适用于城市缓流河道水体或坑塘区域的污染治理与水质保持,可有效提高水体的流动性。


  技术要点:通过设置提升泵站、水系合理连通、利用风力或太阳能等方式,实现水体流动;非雨季时可利用水体周边的雨水泵站或雨水管道作为回水系统;应关注循环水出水口设置,以降低循环出水对河床或湖底的冲刷。


  限制因素:部分工程需要铺设输水渠,工程建设和运行成本相对较高,工程实施难度大,需要持续运行维护;河湖水系连通应进行生态风险评价,避免盲目性。


  2)清水补给


  适用范围:适用于城市缺水水体的水量补充,或滞流、缓流水体的水动力改善,可有效提高水体的流动性。


  技术要点:利用城市再生水、城市雨洪水、清洁地表水等作为城市水体的补充水源,增加水体流动性和环境容量。充分发挥海绵城市建设的作用,强化城市降雨径流的滞蓄和净化;清洁地表水的开发和利用需关注水量的动态平衡,避免影响或破坏周边水体功能;再生水补水应采取适宜的深度净化措施,以满足补水水质要求。


  限制因素:再生水补源往往需要铺设管道;需加强补给水水质监测,明确补水费用分担机制;不提倡采取远距离外调水的方式实施清水补给。


  3)就地处理


  适用范围:适用于短期内无法实现截污纳管的污水排放口,以及无替换或补充水源的黑臭水体,通过选用适宜的污废水处理装置,对污废水和黑臭水体进行就地分散处理,高效去除水体中的污染物,也可用于突发性水体黑臭事件的应急处理。


  技术要点:采用物理、化学或生化处理方法,选用处理能力大,效果好,占地小,简便易行,运行成本较低的装置,达到快速去除水中的污染物的目的;临时性治理措施需考虑后期绿化或道路恢复,长期治理措施需考虑与周边景观的有效融合。


  限制因素:目前传统技术排放出水效果差,需加快研制新型物化处理装置;需降低费用支持和专业的运行维护;部分化学药剂对水生生态环境具有不利影响。


  4)旁路治理


  适用范围:主要适用于无法实现全面截污的重度黑臭水体,或无外源补水的封闭水体的水质净化,也可用于突发性水体黑臭事件的应急处理。


  技术要点:在水体周边区域设置适宜的处理设施,从污染最严重的区段抽取河水,经处理设施净化后,排放至另一端,实现水体的净化和循环流动;临时性治理措施需考虑后期绿化或道路恢复,长期治理措施需考虑与周边景观的有效融合。


  限制因素:需加快研制处理效果更好的新型物化处理装置;需要费用支持和专业的运行维护。


  总结


  黑臭河道治理是多专业、跨部门、综合性的全过程系统工程。在治理过程中,控源截污、内源治理、生态修复及其他治理方案,需结合“一河一策”进行统筹考虑。点源污染为主要污染,面源及内源污染也不能忽视,截污、纳污系统的建设与完善直接关系水环境综合整治目标的实现,将传统的工程措施与生态治理技术相结合是保障长治久清的根本措施之一。 目前采用传统或PPP模式的河道治理项目,均需制定良好的技术方案及运维保障机制,逐步完善纳污、排污系统及雨污分流系统;结合在线处理消除难以截污及初雨溢流污染;逐步实现生物多样性,强化自我修复能力;融合景观建设,结合文化旅游,建立健全水环境治理工程建设运行管理体系和机制;生态环境治理与城市社会经济发展和谐共存,实现城市可持续发展;确保实现河道水质与水环境持续改善,达到河畅、水清、岸绿、景美的效果。


  参考文献:张显忠. 黑臭水体原位修复技术试验研究与工程示范[J]. 《中国市政工程》,2017,第1期:23-25.




来源:城建水业

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