城市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、效果及综合技术经济指标研判上海和协生态环境科技有限公司 邵亚峰 李昊摘要：对迄今城市河道的治理案例进行了分类归纳， 分析了各类方法的原理和在各种条件下的效果。 并从条件适应性、综合效果及综合技术经济指标等方面进行应用性研判。1 概述 我国多数城市河道承担多种功能。汛期排涝时滞留时间短，枯水期水力滞留时 间长，有时靠杂排水甚至污水作为补充水源才能维持水面。伴随经济的发展，城市 河道污染日益严重，多数处于严重富营养化状态，经常藻华聚集乃至黑臭，是城市 可持续发展亟待解决的问题之一。多年来，我国多数城市实施了大量河道治理工程，并相继制定了全面开展河道 深度治理的计划。已

2、实施的河道治理工程采用了多种技术方法： （ 1）采用截污、河滨带整治、驳 岸修筑、清淤、换水等市政工程方法的治理案例最多； （2 ）采用浅滩湿地、浮岛湿 地、沉水植被修复，漂浮植物抑藻等生态工程方法的案例较多； （ 3）采用生态工程 和环境工程组合方法的案例数量开始大量增多； （4） 采用生化物化药剂、臭氧、纳米 微气泡、沉水生物带（人工水草）、竹炭生物滤床、 生化过箱滤、 太阳能生物反应仓、 等离子体反应器等新技术方法工程的案例仅次于市政工程，小型项目数量很多。然而，对污染较重的河道，能达到较好的治理效果，又能达到较好技术经济指 标的案例很少。本文采用治理效果和综合技术经济指标作为主要研判标

3、准，对不同 类型河道采用的不同治理方法进行比较研判。2 案例、原理及效果2.1 截污、河滨带整治、驳岸修筑、清淤、换水等作为基础的市政工程方法国家 85 课题研究成果表明：在水体自净能力未得到恢复时，水体水力停留时 间（HRT）高于3天，富营养化程度便开始加重。如未进行彻底截污，浮游藻类增 殖速度更快。南通濠河依据上述成果，在较彻底截污后，设计最大引水量 HRT 2.7 天，取得 了较好的结果。多数城市河道项目由于难以彻底截污，换水量不足等原因，导致运 行不稳定或达不到预期的水质改善效果。大量引水换水成本很高，难以保持 HRT 三天。多数地表水 P、N 等富营养化因 子远超过界限 （限制因子

4、P-0.02mg/l ），所以换水数周后， 水体透明度便开始骤降， 及至重现藻华。加之老城市难以彻底截污、地表径流污染、人流污染难以阻断、内 源底泥释放等因素， 多数案例水质恶化时间很短， 只在应对重大活动， 重要节日时， 大量投入才能保持较好水质。需要说明的是， （ 1）硬质驳岸占位了生物多样性的生存空间，有碍于后期生态 修复，发达国家近年多有拆除硬质驳岸恢复生态驳岸的工程，我国北京、上海、昆 山等地也多有构筑软质、半硬质生态驳岸、构筑二级浅水生态驳岸的案例。（ 2 ）大尺度的异地清淤会破坏生物多样性的生存空间，暴露已被封闭的历史污染，有碍于 后期生态修复。 并且，清淤数月后通量向下的底泥沉

5、积又会开始释放新的内源污染。 美国环保法对不影响航道的清淤有严格的审查程序，包括提供清淤区地球化学资料 等。而与清淤结合就地构筑有利于生态修复的断面，并加以生态的和物理的封闭方 法，则可以降低一个数量级以上的内源污染释放。对驳岸和河底断面的设计需要市 政（河道）工程与生态工程的结合，才能有益于后续生态修复，形成生态水体自净 能力，达到系统工程的整体效果。2.2 浅滩湿地、浮岛湿地、沉水植被修复，漂浮植物抑藻等生态工程方法近年，实施生态修复后能够长期保持良好效果的案例较多， 但更多的案例未能长 期保持好的效果，在遇到环境灾变和自然在变时，甚至全军覆没。近年生态修复工程有二种类型： （ 1 ）当水

6、体承受的污染负荷较低时，生态系统可以保持健康状态， 发挥缓慢的深度的净化能力， HRT 越高，越容易保持澄清水质， 把劣V类甚至生活污水水源净化为皿类水，透明度达到2m以上，清澈见底，呈现水下森林般生态景观。此类案例的水体边界条件大多相对封闭，或人为可控。在此 类水体成功的案例很多，如上海滴水湖 D 港（河段进出水可控） 、许多房地产较为 封闭的河湖等。迄今治理此类水体成功的面积多在数万平方米之内。面积大，水系 边界条件复杂，水源可控性差的水体，属于以下情况； （2）现代城市河湖的多数水 体边界条件庞杂多变，水生态系统能够抵御较小的冲击污染负荷，遇到偶发的环境 灾变和自然灾变以后 ，有机污染，

7、营养盐污染、胶体浊度光限制等冲击污染对生态 系统的胁迫往往是致命的，最终导致生态系统被摧毁。许多案例开始生态修复做得 好，生物多样性，总生物量足够，水体已经有了很强的自净能力；但生态系统的自 净能力是缓慢的、深度的、低负荷的类型，遇到较小的冲击污染后可以慢慢恢复， 偶遇现代城市的环境灾变和自然灾变，冲击污染远远大于自净能力时，生态系统往 往在短时间被摧毁，案例不胜枚举。生态热是最近几年的事， 从事生态工程的单位迅速膨胀。 许多项目动辄百万千万 投入，匆匆上马，设计、施工及管理单位还没有长期专业化的经验，导致项目失败。 这也是失败案例很多的原因之一。以上种种问题，在生态工程技术发展的过程中正在逐

8、步得到解决。 犹如古老的农业，看似门槛很低，有史以来年缓慢发展步履维艰。当高度发达 的现代农业技术逐渐被广大农村认识之后，近年的农业有了突飞猛进的进步。生态 工程正处在在迅速进步的过程中，如下述。2.3 采用生态工程和环境工程组合方法的案例能抵御环境灾变和自然在变，数量快 速增多泰晤士河是大型水体最早采用生态工程、环境工程、水利工程等组合的系统工 程典型案例。当年生态工程尚不发达，在截污等基础工程之上，采用大量配置了芦 苇湿地，重污染河段截流水送达岸上的水处理厂，再生水回流泰晤士河，持续高水 平的管理等措施。 为系统工程组建了独立的泰晤士河管理局。 前一节讲的生态驳岸， 河床断面，合理清淤等体

9、制条块分割的问题，由管理局统筹，容易得到科学合理的 解决。近年，圆明园采用污水处理厂再生水作为景观水源，与泰晤士河的一个处理单 元类似。由于现代生态修复技术更发达，水生植物配置更合理，效果更好，现场水 质清彻透明， 可见生物多样性的水下森林中可见鱼虾游动， 呈现生机勃勃生态景观。 但污水厂与生态工程的协调工作一般难以进行，此类方法的推广的案例不多。从第一个沉淀水解池开始，生化型污水厂集人类一百四十年的智慧长期演进， 现代生化型水处理厂已能达到很好的处理效果和综合技术经济指标。把生化型水处 理厂原理自然水体化之后与水生态修复有机结合，应用到自然水体，能取得更好的 综合效果。在历史基础上的递进原理

10、简单而深刻，是重富营养化水体治理技术创新 的捷径和有效途径。福州白马支河污水河道浮岛湿地加穿孔曝气的生化 - 生态工程，成功治理长 547 m ，宽 8-12 m 的污水河，成为水清鱼游， 2000 m 2 景观浮岛湿地虫蛙鸟鸣的生态 公园。迄今项目已稳定运行 10 年，当时，加拿大公司这一技术在世界已实施 50 多 处，包括在布什后花园也有应用。但 800 万元投资过高限制了在我国的推广。采用各类曝气机、生态浮岛、微生物、环形流水体等方法治理城市河道的案例 很多。其中有一个关键的要点：三十年前研究者已经探明氧化态底泥营养盐释放量 比还原态底泥小一个数量级以上。如何采用尽量少的动力，能够使全部

11、底泥表面能 够从还原态的黑臭状态转变成棕黄色的氧化态，使很大面积和长度的水体能够没有 死区，是达到稳定效果和高技术经济指标的关键。多数曝气设备需要很多的动力或 台数（福州加拿大技术即是）才能达到这一效果，这是很难实现的。这也是迄今多 数案例的生态系统，遇到冲击性环境灾变难以稳定的主要原因。从 2002 年开始，在南京汤泉生态型污水厂以及其后的多个项目中，对相关技 术和装备不断演进，形成了系列专利技术，在南京、杭州 20 余处，苏北，安徽， 苏南 30 余处案例，实施了“循环推流生化 - 生态组合技术” 辅以“新型浮岛湿地 滤床” 和“潜水造流生化处理机”二设备 ，几项专利和专有技术构成新组合技

12、术。 新组合技术模拟污水厂水和污泥的路径，通过推流、导流使水和生化污泥反复经过 水解、接触氧化、低负荷活性污泥、沉淀、污泥水解厌氧消化等区域。在过程中， 生态系统多物种的巨大比表面积和生物量，直接参与生化过程，又利用光合作用低 成本充氧，强化了生化效果。加之生态系统的吸收、生物迁移等过程，使污水处理 效果高于污水厂效果，而耗电和运行费远低于污水厂运行费，达 0.06-0.1 元/ 接纳 吨污水。 污泥量极少是新方法的另一优点。 生化污泥通过生态系统内容物种的吸收、 生物迁移和反复的生化水解、厌氧、气化和通量向下的无机化沉积，得以大幅度减 量。为清除私自放养食草鱼类而清塘时，运行数年后测量污泥沉

13、积量小于 1cm/ 年。新组合技术建立间歇造流强化异养微生物系统，修复健康的水生态系统，有效 克服了冲击污染和环境灾变，保持生态系统的稳定，有效的治理富营养化。2.4 采用生化 - 物化药剂、臭氧、纳米微气泡、沉水生物带（人工水草） 、竹炭生物 滤床、生化过箱滤、太阳能生物反应仓、等离子体反应器等新技术方法 富营养化治理技术需要不断发展提高。 采用生化 - 物化药剂、臭氧、纳米微气泡、 沉水生物带（人工水草） 、竹炭生物滤床、生化过箱滤、太阳能生物反应仓、等离子 体反应器等新技术方法的案例数量很多。每种方法都有好的技术原理和专长。能解 决自然界庞杂多变富营养化水体的创新技术需要很强的应变应对能力。经过多年的 机理深入研究，试验示范放大研究，必然能产生高效，稳定，具有更好