南方城市黑臭水体综合治理 ——以南宁市竹排江 ｅ 段(那考河)为例

摘要：竹排江e段(那考河)是南宁市典型的城市黑臭水体,亟需进行治理。分析了那考河水质污染特征,识别其主要污染来源;针对污水和初期雨水入河、河道底泥淤积、生态基流匮乏、河道水生态系统严重退化等问题,提出采取控源截污、内源清理、活水保质、生态修复措施进行综合整治,并因地制宜地开发了流域适用的“净水梯田”生态护岸技术,对溢流或径流雨水进行多级净化;采用政府和社会资本合作(PPP)+按效付费的建设模式,治理后那考河水质稳步改善且达到GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质标准,生态效益显著,水体周边人居与商业环境明显改善。

关键词：城市黑臭水体;控源截污;生态修复;净水梯田;按效付费;那考河

2015年4月国务院印发的《水污染防治行动计划》[1](简称“水十条”)中,正式提出城市黑臭水体治理任务,该任务是“水十条”众多目标任务中难度较大的任务之一[2]。2015年8月,住房和城乡建设部联合原环境保护部等部门联合发布了《城市黑臭水体整治工作指南》[3](简称“指南”)。根据“指南”提出的要求,全国各地相继开展了城市黑臭水体识别,编制了整治方案,启动了城市黑臭水体治理的相关工作。但在治理的初期阶段,部分城市将治理的重心放在黑臭水体本身,即在未有效控源截污的前提下,开展河道曝气、菌剂投撒、调水冲污等措施,未能达到好的治理效果。自2018年5月以来,生态环境部与住房和城乡建设部联合开展了城市黑臭水体整治环境保护专项行动,督促引导各地在城市黑臭水体治理方面达成了“问题在水体、根源在岸上、关键在排口、核心在管网”的共识[4,5],明确了城市黑臭水体治理的难点和重点在于提升城市水环境基础设施,尤其是完善污水收集与处理体系。但在实际治理中,部分城市未从“排清水、堵河水、腾管容、收污水、提浓度”方面下功夫,而是盲目采取新建、扩建污水处理厂的方式进行治理。很多城市普遍存在污水处理厂进水BOD5偏低问题[6,7],这主要是由于管网破损造成清水入渗,河道水位过高使河水通过排口倒灌,管网中的污水流速慢使颗粒物在管网中沉积[8,9,10]造成的。同时,由于污水处理厂处理能力不足,超过处理能力的污水溢流入河;分流制管网存在污水管网和雨水管网混接、错接问题,污水通过雨水管网排入河道;加上管网建设未跟上城市发展的步伐,存在管网空白区,导致旱天污水排放入河,对河流水质造成污染[10,11,12]。全国黑臭水体整治任务仍然艰巨。

随着城市黑臭水体治理工作的推进,全国涌现出一批黑臭水体治理的样板。笔者以南宁市竹排江e段(那考河)为例,介绍了该河段治理前存在的主要问题、治理所采取的有针对性的工程措施和管理措施及治理后取得的生态环境效益、经济效益和社会效益,以期为全国其他城市和县级城市黑臭水体治理提供借鉴。

1 河流概况与污染特征

1.1 竹排江e段(那考河)概况

竹排江位于南宁市城区东北部,是南宁市18条内河之一,发源于南宁市东北郊的高峰岭,流域面积为117 km2,主河道长35.9 km。竹排江担负着排洪、景观等多种功能,是南宁市“中国水城”建设的重要组成部分。竹排江有东西两源,于广西茅桥中心医院附近汇合形成竹排江干流,东源为那考河(图1),西源为沙江河。那考河主要汇水有金桥支流,河水由北流向南。那考河需整治河道长约7 km,治理前河流水环境质量较差,水质为GB 3838—2002《地表水环境质量标准》劣V类,存在氨氮(NH3-N)超标严重、面源污染突出、河道自然植被衰退、水生生物多样性锐减等问题。

1.2 水质现状

自20世纪90年代初以来,随着那考河上游养殖业的兴起,那考河成为纳污河流,水质污染严重。根据2014年5月的采样分析结果,对照《城市黑臭水体整治工作指南》[3]中城市黑臭水体污染程度分级标准,1#(金桥支流)、4#(长堽路铁路桥)采样点水质均属于重度黑臭(表1)。

1.3 污染来源

根据对流域状况的综合分析可知,那考河的主要污染来源为畜禽养殖污水,其后依次为生活污染、农业面源污染和工业污染;此外,河道两岸建筑小区、道路、公园绿地等外排雨水造成雨水径流污染。由于污水和雨水常年直排入河,加上建筑垃圾随意倾倒,私搭乱建等挤占了河床,使河道断面过流能力差。

通过现场调查和相关资料分析,那考河共有44个排水口,其中10个为分流制污水直排排水口,27个为合流制直排排水口,7个为分流制雨污混接雨水直排排水口。合流制直排排水口因未建设截流溢流设施,旱季实为污水直排口,雨季则为混合污水排水口;分流制雨污混接雨水直排排水口因存在源头雨污水管网混接问题,雨水口也有污水排出。

那考河上游汇水区约有100个畜禽养殖场,多年来养殖废水直排入河,导致上游来水水质污染严重。2#(二塘高速入口)、3#(金桥支流入口)采样点的化学需氧量(CODCr)分别高达503、498 mg∕L,NH₃-N浓度分别高达49.8、109.0 mg∕L。与重度黑臭限值[3]相比,NH3-N浓度分别超标2.3倍和6.3倍。

那考河两岸片区内初期雨水总氮(TN)、NH3-N、总磷(TP)浓度和CODCr均较高,平均分别为4.60、3.16、0.47和64.93 mg∕L。由于传统开发建设模式未考虑对初期雨水弃流和雨水径流的净化处理,导致大量污染物随雨水直接进入雨水管网和合流制管网中,最终被冲刷入河,成为那考河的又一污染源。

另外,由于多年的外源污染、垃圾倾倒和颗粒物沉积,导致那考河河道淤积严重,平均淤泥深度为0.8~1.0 m。淤泥成分复杂,包括泥沙、生物废屑、生活垃圾和建筑垃圾等,河道底泥污染严重。现场调研表明,那考河平均水深为0.2~0.3 m,最浅水深仅为0.1 m,由于泥沙淤积,最窄处河面宽度不足1 m,在植物园内支流汇合处下游150 m处,河床淤积的泥沙深达1 m,在河流穿过昆仑大道处、金桥客运站段,多处河面形成了沙洲。

2 治理方案和措施

2.1 治理思路与目标

坚持系统化、专业化、整体化和地域特色化原则,采用政府和社会资本合作(PPP)+按效付费的建设模式,对那考河实施全流域综合整治,将流域源头减排、过程控制以及河道系统治理有机联系起来统筹考虑,以实现河道水质主要指标达到Ⅳ类水质标准,在河道防洪方面满足50年一遇防洪标准,在岸线修复方面生态驳岸长度占比达90%以上,从根本上恢复河流流域自然生态,还城市以山水林田湖草应有的空间和质量。

2.2 控源截污

2.2.1 污水处理厂建设

在那考河上游新建一座处理量为5.0万m³∕d的膜生物反应器(MBR)污水处理厂(南宁北排水环境发展有限公司那考河再生水厂),通过截污管道收集河道两岸及周边片区污水,设计出水优于GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准,尾水经生态净化后排入河道作为补水水源,主要污染物指标达到Ⅳ类水质标准。

2.2.2 截污纳管

对那考河河道两岸现存排水口和初期雨水进行全面截污,截流的污水通过截污管输送至上游新建污水处理厂进行处理。那考河沿岸截污管服务范围主要包括金桥组团和东沟岭组团部分居住区域,面积为76万m2,截流管道截流倍数采用2.0。为避免污水管全线重力流敷设时管道覆土深、施工难度大且进度慢、费用过高的情况,采用重力流与压力流相结合的方式敷设管道。以昆仑大道为界,截流管道工程具体分为2个部分:1)昆仑大道以北段污水管根据污水处理厂位置,由两端往污水处理厂汇集处理;2)昆仑大道以南段污水管由两端往中间汇集,再通过一体化预制埋地污水提升泵站提升至污水压力管,最终进入上游新建污水厂处理。污水重力管管径(D)为300~1 200 mm,管长约8.0 km;污水压力管管径为630 mm,管长约2.6 km。那考河污水处理系统布置、截污管与截留井照片见图2。

2.2.3 尾水湿地净化

以河道水质达到Ⅳ类水质标准的考核目标为导向,设计和构建人工湿地,将那考河新建污水处理厂尾水经人工湿地净化后补入河道。综合考虑那考河水体保护要求及河道沿线用地情况,将人工湿地设置在污水处理厂西北侧,选用占地面积小且具有较好净化效果[13,14]的垂直流潜流湿地。潜流湿地占地面积为50 000 m2,分为36个潜流湿地单元,包括18个下行流潜流湿地单元和18个上行流潜流湿地单元,每个单元面积为1 400~1 500 m2。根据水深及待去除污染物特性,潜流湿地内种植的水生植物选择芦苇、美人蕉等挺水植物。潜流湿地主要设计参数:处理水量为50 000 m3∕d,表面水力负荷为1 m3∕(m2·d),水力停留时间为10 h。那考河污水处理厂尾水净化湿地建设实景如图3所示。

2.2.4 溢流口出水净化

那考河两岸沿线排水口的截流原则为“现况排水口尺寸低于500 mm的全部截流,排水口尺寸大于500 mm的部分截流”,对超出截污管转输能力的部分溢流污水,通过因地制宜地设置各类海绵设施,蓄、滞、净化溢流污水。综合考虑排水口类型、排水口与河道常水位间的高差、排水口周边用地条件等多方面因素,将城市红线范围内排水口分为5种类型,采取“一口一策”思路,因地制宜地设置不同的排水口调蓄净化设施,尽量减少排水口溢流污染。

2.3 内源清理

在现场勘测的基础上,采用正、反铲挖掘机对那考河河道污染底泥进行清淤,清理淤积污泥共计24万m3,清淤时保留部分底泥,以保障清淤后的河道生态系统快速恢复。为防止挖出的淤泥污染环境,及时将其外运并处理处置。对于不具备放坡开挖条件的区域,根据现场实际情况进行临时支护以确保施工安全,清淤完成后,按照河道填方要求分层碾压回填。

2.4 活水保质

那考河流域降水分布不均匀,枯水期降水量少,河流流量小。由于竹排江主河道及支流在丰水年、平水年及枯水年基本无法单独通过运行提升式闸坝下泄蓄水来保证河道生态需水量,因此,设计对那考河进行补水,统筹满足河道生态流量和景观需水的要求。采用水文比拟法[15]计算那考河径流,并进行水量平衡分析。那考河主河道的生态需水量为河道平水年(保证率50%)的平均径流量(约0.67 m3∕s),加上蒸发和渗漏损失(各按5%考虑),则多年平均径流量60%的补水量约为3.85万m3∕d。因此采用污水处理厂5万m3∕d尾水作为补水水源,尾水经潜流湿地处理后排入那考河主河道。那考河支流生态需水量为河道平水年(保证率50%)的平均径流量(约0.36 m3∕s),加上蒸发和渗漏损失(各按5%考虑),则多年平均径流量60%的补水量约为2.03万m3∕d。因此在支流、干流交汇处将2万m3∕d河道内的水提升后补水至支流河道起点处,流经支流最终汇入主河道。补水点分布见图4。

为了巩固和优化河势,改善水流,增加植被生长面积,根据那考河两岸的地形地貌特征,因势利导地拓宽河道。通过水文资料计算最小过水断面,结果表明,那考河主河道最小行洪断面为25 m,支流最小行洪断面为10 m。对原有河道进行拓宽,部分河段拓宽至79 m。根据河道设计纵坡、下游茅桥湖规划常水位及该常水位回水至河道上游保持0.5 m水深处位置、河道的设计常水位面景观效果等因素确定并设置壅水构筑物,以实现河道景观壅水及防洪排涝功能。

2.5 生态修复

在那考河沿线开展生态修复,对河道护岸堤防进行生态改造,构建河道型湿地、湿地公园,从生物多样性、自然景观等方面考虑,配置栽种适合不同水深的多种植物,在达到对那考河主河道和支流水质、水量监测要求的同时,实现水清岸绿、循环畅通、生态健康、人水和谐的河道生态环境。

2.5.1 驳岸改造

由于那考河主河道及支流发生设计洪水时河段流速为0.4~4.4 m∕s,流速变化较大,因此,根据不同流速并结合流域地形条件,采用多种组合护坡形式达到岸坡防冲刷的目的。对于平缓边坡采用自然土质岸坡,进行植物防护,构建岸边湿地;在急流陡坡处,采用钢丝网石笼防护,由于石笼式挡墙属于柔性防洪墙,地基适应性较好,表面空隙填充泥土后为植物生长提供条件,通常在转弯河道临水面采用钢丝网石笼防护,背水面采用木桩防护,保证堤防的安全和岸线的稳定性;也可结合景观长廊或亲水平台,游步道至洪水位以上0.5 m采用三维植被网护坡(图5),不仅满足工程使用要求,还能营造出各种不同的亲水景观效果,具有良好的景观价值。