重庆市重污染次级河流伏牛溪水污染控制与水质改善_水处理剂

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  几十年来,我国城市快速扩张、人口剧增、城镇基础建设滞后使部分城市河流沦为工业废水、生活污水以及农田退水等污废水的主要通道。这类河流受纳污染物数量巨大、空间分布集中、河流污径比高、水体自净能力弱,河流水体容易出现缺氧、富营养化甚至黑臭等现象。城市河流的水环境问题是世界上大部分国家发展工业化、城市化和集约化形成的“伴随产物”。为了解决这些问题,许多国家和地区对水污染治理及管理进行不断地尝试和创新。如美国最大日负荷总量(total maximum daily loads, TMDLs)计划、欧盟水框架指令(European water framework directive, WFD)以及日本流域总量控制计划等。这些技术或措施均以水质目标为导向,以水生态系统完整性保护为目标,实现了从污染物控制向流域水生态管理的战略转型,获得了良好的治理效果。根据我国河流的实际问题,我国河流的水污染控制与管理在不同时期进行了不同的调整和革新:在“六五”到“八五”期间,我国主要实施了“浓度控制”,但该方法无法排除污染源以稀释手段降低排放浓度的缺陷;在“九五”到“十五”期间,“目标总量控制”得到实施应用,但该措施也并未充分考虑水环境容量和水生态承载力,污染负荷削减分配缺乏有效依据;自“十一五”开始,我国开始进行“水质目标管理”初步探索,即根据河流所在流域或区域的环境自净能力,将污染物负荷总量控制在承载能力范围之内的水环境管理技术体系。该体系将水污染控制管理目标与水质目标联合起来,从而实现水生态系统健康的最终目标。在辽河、海河、太湖等重点流域开展的一些应用也显示,基于水质目标管理的水污染控制与水质改善是解决重点河流、湖泊水污染、水生态退化等水环境问题的有效手段。

  重庆市地处我国长江中上游,以长江和嘉陵江为主干的河流水系网络极其庞大,次级河流是重庆市以及三峡库区重要的补给水系,其水环境质量直接影响三峡库区整体的水环境质量与水生态安全。近年来,由于城市迅猛发展和土地开发力度的加大,重庆市主城区中的次级河流大多已成为城市的排污沟,次级河流污染已成为制约重庆市乃至三峡库区经济社会实现可持续发展的瓶颈。根据生态环境部审定的《重庆市创建国家环境保护模范城市规划(2010—2013年)》,重庆主城区有22条城市河流纳入创建国家环境保护模范城市考核(图1)。然而,2011年重庆市环境统计公报显示,重庆市主城区仍有14条次级河流水域功能未达标(劣V类),这些次级河流的干流总长度440 km,总流域面积达2 063 km2。

  图1 伏牛溪流域所在区位及其治理单元的划分

  重庆市曾对梁滩河、桃花溪、盘溪河、清水溪等部分次级河流或河段进行污染治理和管理对策的探讨。但多数治理未实现预期的目标,其原因可能是没有从流域整体统筹角度考虑,未在河流水质目标基础上对河流开展水污染削减和控制工作。重庆伏牛溪是重污染次级河流的典型代表,当前河流也面临着水质恶化、水动力学弱化、河流生态结构破坏严重等诸多问题。本研究从流域角度上对重庆市伏牛溪开展河流水环境问题系统分析和诊断,确定污染主要来源和重点区域,结合治理单元特点,提出切实可行的水污染控制与水质改善方案,并结合示范工程建设开展实施方案效果评估,从而为我国山地城市重污染河流的水环境治理提供模式借鉴和参考。

  1 基本概况

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  山地城市河流一般具有3个基本特征。1) 山地城市地势起伏较大,河流坡降变化明显、横断面狭窄,山地河谷一般为下切,形成V型谷,侧蚀形成U型谷;河流形态蜿蜒多变、河槽不规则,且周边城镇发展会对河道进行裁弯取直改造。2) 山地城市大坡降导致河流水量变化明显,枯水期和丰水期水质差异较大。丰水期河流径流量大、污染物浓度较低,但由于雨季对河流冲刷作用明显,水中悬浮颗粒物高、透明度低;枯水期河流径流量小,污染物浓度相对较高,水生生物种类和数量也会随之减少。3) 河岸植被群落单一,以矮小灌木为主;河岸带生态系统相对脆弱,河流受到全部或局部填平,造成河流破碎,沿岸水生生态系统破坏严重。

  重庆市伏牛溪发源于八桥镇红领巾水库,经口袋沟水库流经公民村和凤阳村,在建胜镇的双叉河汇集进入双叉河水库,下游流经建胜镇群胜村、民胜村、四民村和跳蹬镇鳌山村后,于伏牛溪火车站处注入长江。伏牛溪是重庆市主城区主要次级河流之一,位于大渡口区中南部,为区内最长的河流(图1)。伏牛溪流域总面积为16.0 km2,主河道长为6.5 km,河道平均坡降16.8‰,河流多年平均流量为0.245 m3·s-1。河流所在大渡口区地处重庆主城区西南部,是主城区12个中心组团之一,被全部纳入重庆市规划600 km2主城核心区。该区是以装备制造、冶金建材、食品医药、电子信息、新型材料等为主的现代工业城区和物流基地。伏牛溪在治理前主要用于农业灌溉及一般景观用水,由于受到沿河城镇生活、工业等废污水排放的影响,河流水质污染较为严重。根据《重庆市环境保护局关于调整重庆市部分地表水域适用功能类别的通知》(渝府发[2007]15号),伏牛溪已调整了其原有的水域功能类别。而根据《重庆市人民政府关于大渡口区分区规划的批复》(渝府[2005]119号),力争在2020年前将该区建设成为产业协调发展、功能设施完善、人居环境优美、富有山水园林特色的现代都市区。伏牛溪的水环境将很大程度上影响该区域经济社会的可持续发展,其河流治理方案的制定,对指导形成伏牛溪水质保持以及山地城市次级河流水污染控制的科学决策具有重要意义。

  2012年8月—2013年5月,重庆大学对伏牛溪开展了常规水质监测和河流排污口调查,结合收集的资料,形成了伏牛溪的主要水环境问题的诊断。1)河流缺乏水源,面临断流。由于城市道路硬化比例增加以及排水系统的完善,导致补充河水的下渗雨水减少,只有少量周边卷带垃圾的雨水以及厂矿居住区的工业、生活废污水汇入河流,已经出现了季节性断流。2)河流主要超标污染物为TN、NH3-N、TP和COD。所有监测断面TN均超过V类限值,河流下游NH3-N最高超过V类限值15倍以上,TP超标主要集中在河流下游且超过V类限值2倍以上,中上游部分点位COD略高于V类限值。3)流域点、面源污染严重。主要排污口排放NH3-N、TN负荷分别为50.5 t·a-1和68.2 t·a-1,是面源负荷的2 ~ 4倍;点源排放TP负荷为13.9 t·a-1,是面源负荷的3倍以上;COD面源污染负荷(875 t·a-1)是排污口排放负荷的2倍。4)河流水生态破坏、景观丧失,河流自净能力低。沿河小城镇在建设过程中侵占河流岸线土地,破坏岸线生态与景观。另外,多级水库、闸坝等水利设施的不合理建设以及非城市建设区的过度近岸耕种(自然植被破坏,水土流失严重)都严重破坏了河流生态景观。

  2 基于水质目标管理的河流水污染控制与水质改善方案

  2

  重污染河流水环境问题通常表现为COD和NH3-N等耗氧污染物负荷高、水中溶解氧不足、河流生态系统退化。在以水质目标管理为指导思想的河流水污染治理方案编制过程中,首先要解析河流重污染问题的成因,综合分析污染负荷来源,并确定水质改善目标;其次,根据水质目标建立减排方案,落实治理工程措施,通过纳入地方规划保证实施;最后通过监测评估,完善治理效果的监测和反馈机制。按照以上思路,形成河流水污染控制和水质改善治理方案的制定流程(图2),包括水环境问题诊断、容量核算与负荷削减、河流治理措施与任务布局,以及可达性分析与效果评估4大部分(图2)。

  图2 基于水质目标管理的河流水污染控制与水质改善方案的编制基本流程

  3 重庆市伏牛溪水污染控制与水质改善措施

  3

  3.1 治理目标

  3.1

  根据重庆市人民政府办公厅《关于印发重庆市次级河流综合整治工作考核暂行办法》(渝办发[2009]311号)和重庆市大渡口区人民政府《关于全区地表水域适用功能类别划分调整方案的批复》(大渡口府函[2010]74号),结合流域未来规划定位,以水污染控制、水质改善与景观功能提升为目标,将伏牛溪定位为景观功能水体,使其整体水质达到《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002) V类水质要求。设定其具体水质目标为COD 30 ~ 40 mg·L-1、NH3-N 1.5 ~ 2.0 mg·L-1、DO 3.0 ~ 5.0 mg·L-1、主要深水区水体透明度 0.5 ~ 1.0 m、全年达标率75%以上。 参考国内外河流修复资料,设定其水生态治理指标为:河床及河岸稳定、防洪安全度高、河岸植被多样化、河流无断流、旱季流量不低于开发前基流流量。

  3.2 污染负荷分析

  3.2

  3.2.1 沿河排污口排放污染负荷输入

  3.2.1

  对重庆市伏牛溪典型的排污口排放污染负荷(排污口废水排放量与污染物浓度的乘积)进行估算,结果显示,位于河流中游、下游的排污口贡献较高的污染负荷,伏牛溪所有排污口排放的COD、NH3-N、TN和TP总污染负荷量分别为425、50、68和14 t·a-1(表1)。

  表1 伏牛溪主要排污口排放的污染负荷

   3.2.2 面源污染负荷

  3.2.2

  伏牛溪流域内高程落差大,以耕地和工业用地为主,有一定的水土流失。根据不同土地利用类型的径流系数和产污能力,估算流域内产生COD、TN、TP和NH3-N的面源污染负荷分别为875、35、4.3和11.6 t·a-1。就面源贡献比例来看,NH3-N面源污染负荷主要来自工业(49%)、居住(18%)和道路交通(13%)等用地,其他土地类型贡献比例小于10%。TN面源污染负荷与NH3-N有所差异,主要体现在耕地贡献24%,仅次于工业(40%),而居住和道路交通占10%以上。TP面源污染负荷主要来自于工业(47%)、耕地(19%)和道路交通(13%)。COD面源负荷贡献结构与TP类似,工业、耕地和道路交通贡献负荷比例分别为42%、25%和11%(图3)。

  图3 伏牛溪流域面源污染负荷输出结构特征

  3.2.3 河流污染负荷衡算

  3.2.3

  伏牛溪多年的月平均径流量为0.061 ~ 0.700 m3·s-1,其中流量主要分布在5—9月之间,最大流量出现在7月。伏牛溪多年的年平均径流量为0.245 m3·s-1,结合多次水质监测数据,估算伏牛溪河道污染负荷(多年平均径流量与污染物多次监测均值的乘积)。由表2可知,伏牛溪输出负荷COD、NH3-N、TN和TP分别为390、59.2、91.6 和8.02 t·a-1,对比点源和面源污染负荷计算结果,得到4种污染物的负荷削减量分别为910、2.87、11.5 和10.1 t·a-1。各污染物负荷自净能力有较大差异,COD、TP自净削减比例高达56%、70%,而TN、NH3-N仅为11%、4.6%,自净能力相对较弱(表2)。

  表2 伏牛溪污染负荷衡算

监测指标 排污口排放负荷/ (t·a-1) 面源输出负荷/ (t·a-1) 流域输入污染负荷 / (t·a-1) 河口平均浓度/ (mg·L-1) 流域输出负荷/ (t·a-1) 自净削减负荷/ (t·a-1) 自净负荷削减率/ %
NH3-N 50.5 11.6 62.1 7.67 59.2 2.87 4.6
TN 68.2 35 103 11.9 91.6 11.5 11
TP 13.8 4.3 18.2 1.04 8.02 10 56
COD 425 875 1 300 50.5 390 910 70

  注:实际监测指标为CODMn,平均值为10.1 mg·L-1,COD值为CODMn乘以经验系数5而得。

  3.3 水环境容量核算与污染负荷分配

  3.3

  3.3.1 治理单元划分

  3.3.1

  治理单元划分是根据流域污染源分布、产流汇流过程以及流域管理主体等综合因素确定影响河段水质的区域。治理单元作为流域水环境管理的一个基本实施单位,以其为基础开展水环境容量核算,对于科学制定治理单元容量总量分配具有重要意义。根据伏牛溪流域高程和河流水系状况,利用ArcGIS水文分析工具,对伏牛溪流域进行划分,得到集水区11个。以集水区为基础划定流域治理单元,其中上游治理单元由集水区1、2、3组成,中游治理单元由集水区4、5、6、7组成,下游治理单元由集水区8、9、10、11组成(图1)。

  3.3.2 水环境容量核算

  3.3.2

  伏牛溪COD、NH3-N、TN和TP水环境容量核算公式如下:

  Li - Liri =31.5 CiQ (1 - p) (1)

  式中:Li为污染物i的水环境容量,t·a-1;Ci为污染物i的目标浓度,mg·L-1;Q为年平均径流量,此取0.245 m3·s-1;ri为污染物i的自净削减率,参考表2中污染物自净削减率结果;p为安全系数,一般取10%~ 20%,在此取20%;31.5为单位换算系数。

  经计算,得到NH3-N和TN水环境容量分别为13.0 t·a-1和13.9 t·a-1,TP和COD自净能力相对较强,因此,水环境容量相对较大,分别为5.60 t·a-1和824 t·a-1。在水质目标一致的条件下,水环境容量与径流量成正比,而径流量主要取决于治理单元的集水面积。伏牛溪上、中、下游3个治理单元集水面积分别为6.9、5.4和8.7 km2,占流域总面积比分别为32.8%、25.6%和41.5%,由此计算各个治理单元水环境容量。

  3.3.3 现状条件下的负荷削减计算

  3.3.3

  结合伏牛溪流域点面源负荷估算结果,以各污染物水环境容量为依据,计算其入河污染负荷削减量。由于NH3-N和TN自净能力较弱,同时超标程度较高,因此,入河负荷削减比例较大(近80%),削减量分别为49.1 t·a-1和90 t·a-1;TP自净能力较强,但由于TP超标严重,其入河负荷削减比例和削减量分别为69%和12.6 t·a-1;COD自净能力较强且超标程度较低,其削减比例仅为37%,削减量为476 t·a-1(表3)。

  表3 伏牛溪水环境容量现状条件下的污染负荷削减量

    3.3.4 预测规划条件下的污染负荷削减量

  3.3.4

  根据《重庆市人民政府关于大渡口区分区规划的批复》(渝府[2005]119号),未来流域从以自然为主的耕地、林地、草地转变为以居住、工业、商用为主的土地类型。由于流域自然的透水性地表将大幅度减少、人为活动的加强,会产生更多城市地表径流污染,将对区域水文、生态过程产生重要影响。相比于现状,未来城市化进程中COD、TN和TP面源污染负荷增加近2倍,其中最为显著的是由透水性地表变为不透水地表为主的道路交通与居住用地占主导地位(图3)。因此,在城市建设过程中,减少新增不透水地表径流污染是保护城市开发对河流水环境影响的重要途径。与此同时,负荷变化还产生于上游补水工程和流域土地利用变化。由于伏牛溪上游补水方案的实施,以城市污水厂退水为主的补给水源将给河流会带来新的污染负荷。设计补水量为2×104 m3·d-1,补水将给河流增加负荷分别为292 t·a-1的COD、14.6 t·a-1的NH3-N(或TN)、2.92 t·a-1的TP。根据此预测结果,在未来,由于土地利用类型变化和上游补水工程的实施,伏牛溪受纳COD、NH3-N、TN和TP污染负荷将分别增加674、27.4、36.5和5.12 t·a-1,负荷的增加将会对河流水质造成巨大冲击,尤其是TN、TP,均超过水环境容量2倍以上(表4)。

  表4 基于规划用地及上游补水的伏牛溪污染负荷变化

监测指标 规划条件面源负荷/( t·a-1) 补水水质/(mg·L-1) 补水输入负荷/(t·a-1) 水环境容量/ (t·a-1) 预计负荷总量/ (t·a-1) 应削减负荷量/ (t·a-1)
上游 中游 下游 合计 上游 中游 下游 合计
NH3-N 24.4 2 14.6 13 16.8 9.7 12.3 39 11.3 6.41 8.29 26
TN 56.9 2 14.6 13.9 29.3 18.2 24 71.5 23.6 14.6 19.4 57.6
TP 6.5 0.4 2.92 5.6 3.38 2.58 3.46 9.42 1.37 1.05 1.4 3.82
COD 1 257 40 292 824 564 420 565 1 549 264 196 264 724

  注:点源全部截污。

  3.4 治理措施与任务布局

  3.4

  3.4.1 总体策略及布局要求

  3.4.1

  以促进伏牛溪流域经济社会与环境协同发展为根本目标,贯彻基于水质目标管理的流域水环境全局调控理念,将流域污染治理和生态环境改善进行有机结合,解决伏牛溪流域主要水污染问题。提升流域水环境质量,塑造伏牛溪流域独特的城市水体景观。在工程设计中,污染源控制与生态修复应相互结合。根据河流水污染状况、生态环境状况、经济社会发展水平及未来规划定位,确立修复河流生态系统可实现自我调节、水质达到景观水体功能的总目标。同时,根据河流水文水力学条件、受污染或破坏程度、流域内人口分布、经济发展、产业发展规划等方面,结合河流上游、中游和下游具体水环境问题,整合河流水量补给、污染源控制(点源、面源、垃圾处理)、水体水质保持、生态河岸带恢复重建、河流生态系统修复等几方面内容,提出了河流水污染控制与水质改善的具体措施。

  治理工程布局的基本要求如下:1) 以规划红线范围(河道两侧包含范围)内措施为主,以红线范围外措施为辅,根据伏牛溪土地利用开发规划,重点在规划红线范围内开展工程措施布局;2) 开发措施和工程措施并举,开发措施主要在流域尺度范围内实施,工程措施主要在河道两侧实施;3) 点源和面源污染分开控制。点源和面源控制措施技术途径不一致,要分类进行;4) 上、中、下游分区、分阶段治理。不同区域污染程度和负荷来源不同,治理措施要分区开展。根据实施任务重要程度结合区域情况,分阶段开展治理工程的实施。

  3.4.2 流域治理工程措施布局

  3.4.2

  伏牛溪流域目前正处于城市建设期,主要污染物为COD、氮和磷,主要来源为流域面源和沿河排污口输入。针对伏牛溪缺乏水源、地表径流不足、点面源污染并重、河道生态系统退化、景观丧失等水环境问题,为达到核定的水质目标,必须从流域角度整体统筹考虑,综合实施工程技术和管理措施,从水质改善和生态恢复2个方面彻底解决伏牛溪水环境恶化的问题。具体而言,水污染治理任务分为开发措施和工程措施2大类。开发措施主要在流域尺度范围内实施,即在开发过程中,遵循低影响开发的原则和策略,削减全流域面源污染负荷,并针对支流重点区域,进行具体的面源控制措施设计。工程措施主要在河道两侧实施,针对具体的河流水污染及修复问题,采用工程的形式加以解决,工程技术措施包括河道岸边带重建工程、河流水污染控制工程和生态补水工程等(图4)。

  图4 伏牛溪流域水污染控制与水质改善工程任务布局

  在编写具体的水污染控制与水质改善方案时,应对各治理单元采取的治理工程措施选取的合理性和必要性进行详细分析,并完善技术原理、工程位置、工程规模、项目造价、污染负荷削减效果等基本信息。同时依据治理单元治理措施和任务,对工程量和预计投入经费进行概算,为整体项目实施的目标可达性分析提供数据基础。

  水污染控制和水质改善方案将诸多成熟技术应用于各治

理单元中,通过查询相关资料,分析了单元技术对不同污染物的去除率,再结合单元技术的负荷去除状况,分析治理单元对于河流污染物削减是否满足目标水质要求。

  上游治理单元。根据污染物负荷核算及削减量计算的结果,在现状条件下,为达到治理目标,上游治理单元需要削减负荷NH3-N 6.51 t·a-1、TN 12.9 t·a-1、TP 1.80 t·a-1、COD 140 t·a-1。在规划条件下,排污口全部截污,补水工程增加部分污染负荷。为达到治理目标,应削减NH3-N 11.3 t·a-1、TN 23.6 t·a-1、TP 1.37 t·a-1、COD 264 t·a-1。主要治理措施包括在城市规划、开发建设过程中可采用低影响开发措施,重点区域的面源控制,河流生态缓冲带重建,污染源控制与水质维护,水量调控等。具体工程位置、类型、工程措施、工程规模及特点见表5。

  中游治理单元。在现状条件下,中游治理单元要达到治理目标需要削减NH3-N 15.8 t·a-1,TN负荷29.1 t·a-1、总磷负荷7.51 t·a-1、COD负荷150 t·a-1。在规划条件下,排污口全部截污,应削减NH3-N 6.45 t·a-1、TN 14.6 t·a-1、TP 1.05 t·a-1、COD 196 t·a-1。主要的治理措施包括实施中游地区低影响开发措施,家坝、太阳湾、大后湾等重点区域面源控制,河流生态缓冲带重建,以排污口截污和河道曝气为主的污染源控制与水质维护,中游水量调控等(表6)。

  表5 伏牛溪上游控制单元污染控制工程措施

工程类型 具体工程措施 工程规模及特点
低影响开发措施 透水性材料铺装 25 000 m2
植被性减流促渗 68 000 m2
植草沟 54 000 m2
径流处理设施 27 000 m2
上游支流重点区域(丁家岩)面源控制措施 储存塘 2个,20 000 m2
生态洼地 1个,8 000 m2
自然湿地 1个,7 000 m2
荷塘 1个,2 000 m2
河流生态缓冲带重建工程 纯狗牙根 40 000 m2
杜鹃+狗牙根 25 000 m2
竹柳+杜鹃+狗牙根 15 000 m2
湿生植物带 900 m2
河流污染源控制与水质维护工程 排污口截污工程 污水支管(以现场勘测为准)、溢流井(1座)
污水厂尾水深度处理技术示范工程

1)红领巾多效能滤池工艺(处理规模16 000 m3·d-1,占地1 020 m2)

2)黄桷堡高负荷人工湿地(规模2 000 m3·d-1,占地1 940 m2)

3)口袋沟水库高负荷人工湿地(规模2 000 m3·d-1,占地1 980 m2)

潭-链技术水质维护技术示范工程

1)红领巾水库-口袋沟水库潭-链系统,6潭,占地1 528 m2

2)黄桷堡-口袋沟水库潭-链系统,9潭,占地面积3 596 m2

3)口袋沟上游-下游水库库湾生态湿地区,库湾近岸区种植旱伞草、香蒲、水葱、芦苇等湿地植被,种植面积651 m2

水上人工湿地净化工程 多个独立的浮元经连接件组合而成的种植载体,3个,红领巾、黄桷堡、口袋沟水库工程分别为面积160、90、160 m2
河源水库植物净化工程

1) 红领巾水库植物覆盖总面积为13 919 m2,覆盖率49.2%

2) 黄桷堡水库植物覆盖总面积为3 527 m2,覆盖率36.6%

3) 口袋沟水库栽植物总面积为21 149 m2,植物覆盖率为37.9%

上游水库喷泉复氧水质保障技术 红领巾、黄桷堡、口袋沟水库工程分别设置2座、2座和1座喷泉
河流水量调控示范工程 水量调度 按满足景观需水量进行补水调度,大渡口区污水处理厂共设3台补水泵,每台功率为250 kW,设计流量为500 m3·h-1
老城区垃圾场污染源治理工程 黏土+种植土封面的处理 垃圾治理面积44 787 m2,用400 mm厚黏土将垃圾场表面封闭,上铺设500 mm厚种植土,并种植植被以满足景观要求

  下游治理单元。根据污染物负荷核算及削减量计算的结果,下游治理单元要达到治理目标,在现状条件下,需要削减NH3-N负荷26.9 t·a-1、TN负荷47.3 t·a-1、TP负荷3.24 t·a-1、COD负荷186 t·a-1。在规划条件下,排污口全部截污,并考虑补水作用带来的负荷增量,为实现治理目标,应削减NH3-N 8.29 t·a-1、TN 19.4 t·a-1、TP 1.40 t·a-1、COD 264 t·a-1。主要的治理措施包括实施下游地区低影响开发措施,四民村和陡子沟等重点区域的面源控制,下游河段河流生态缓冲带重建,以排污口截污和河道曝气、以及老城区面源控制工程为主的污染源控制与水质维护等(表7)。

  3.5 目标可达性分析

  3.5

  根据治理工程的负荷削减量,按照3种情景对负荷削减的目标可达性进行分析:情景1,仅实施红线范围内工程;情景2,实施红线范围内工程和流域重点区域面源治理工程;情景3,实施红线范围内工程,包括流域重点区域面源治理工程和低影响开发措施。分析考虑现状和规划2种条件,其中规划条件下排污口全部截污,排污口截污工程的负荷削减量不计入在内。可以看到,在现状条件下,仅实施红线范围内工程(情景1)就可保证所有污染物削减目标的实现;而在规划条件下,COD负荷削减目标明显增加,同时实施红线范围内工程和流域重点区域面源治理工程(情景1和情景2)均不能保证COD削减目标的实现,只有情景3才能保证全部污染负荷的削减目标实现(图5)。综上分析,为保障流域水环境治理目标在现状和规划条件下都能顺利实现,推荐按照情景3开展治理措施。具体联系瑞兹科技或参见http://www.ryzekj.com更多相关技术文档。

  表6 伏牛溪中游控制单元污染控制工程措施

  Table 6 Projects of water pollution controlling for the middle control unit of Funiu stream basin

工程类型 具体工程措施 工程规模及特点
低影响开发措施 透水性材料铺装 18 000 m2
植被性减流促渗 41 000 m2
植草沟 32 000 m2
径流处理设施 30 000 m2
中游支流重点区域(李家坝)面源控制措施 储存塘 6个,78 000 m2
景观塘/湖 5个,714 000 m2
湿地 4个,62 000 m2
河流生态缓冲带重建工程 纯狗牙根 40 000 m2
杜鹃+狗牙根 25 000 m2
竹柳+杜鹃+狗牙根 15 000 m2
湿生植物带 900 m2
河流污染源控制与水质维护工程 排污口截污工程 截污管道(以现场勘测为准)、溢流井(1座)、水上人工湿地(总面积达3 300 m2)
河道曝气

1)喷泉复氧水质保障技术(喷泉设在河流中,离岸2 m,每隔2 m设1个喷头)

2)河道多级复氧塘(岸边挺水植物带,200 m2;挺水植物塘,200 m2;挺水-沉水植物塘,120 m2;沉水植物塘,80 m2)

  表7 伏牛溪下游控制单元污染控制工程措施

工程类型 具体工程措施 工程规模及特点
已建老城区面源控制工程 伏牛溪正街城市面源污染中初期径流污染控制

1) 合流制排水口面源控制:储存塘(1个,220 m2)、表流湿地(1个,350 m2)、潜流湿地(1个,300 m2)和植物塘(1个,400 m2)

2) 分流制排水口面源控制:储存塘(1个,200 m2)、表流湿地(1个,260 m2)和潜流湿地(1个,250 m2)

低影响开发措施 透水性材料铺装 14 000 m2
植被性减流促渗 27 000 m2
植草沟 31 000 m2
径流处理设施 30 000 m2
下游支流重点区域(四民村)面源控制措施 储存塘 7个,41 400 m2
植物塘 1个,5 500 m2
土地渗滤 1个,2 500 m2
河流生态缓冲带重建工程 纯狗牙根 10 000 m2
杜鹃+狗牙根 6 000 m2
竹柳+杜鹃+狗牙根 4 000 m2
湿生植物带 600 m2
河流污染源控制与水质维护工程 排污口截污工程 小型污水处理站(100 m3·d-1)、截污管道工程(以现场勘测为准)和水上人工湿地工程(总面积1 400 m2)
河道曝气

1) 喷泉复氧水质保障技术(设2处喷泉,离岸2 m,每隔2 m设1个喷头)

2) 水生植物群落水质保障技术(美人蕉,风车草,香蒲为1个种植单元,梭鱼草,黄花鸢尾为1个种植单元,狐尾藻为1个种植单元,3个种植单元交错种植。浅水区种植黑藻和金鱼藻,深水区种植菹草和苦草,两处种植面积1 400 m2和600 m2)

 

  

图5 污染负荷削减的可达性分析

  3.6 实施效果评估

  3.6

  在伏牛溪水污染控制与水质改善综合治理方案完成编制并通过专家论证后,课题组织单位按照编制方案中的“情景3”(实施红线范围内工程,包括流域重点区域面源治理工程和低影响开发措施)推进和落实示范工程(含示范技术工程和地方配套工程)建设和运行。选取3个断面作为考核断面(上游1#红领巾水库、中游2#太阳湾断面、下游3#河口断面)来评估伏牛溪水污染控制与水质改善效果。由大渡口区环境监测站对这3个断面从2015年4月—2016年4月(每月1次)实施的第三方监测结果显示,伏牛溪的重点考核指标平均浓度及达标率均基本满足相应的考核要求(表8)。

  表8 伏牛溪考核断面第三方监测结果

考核断面 CODMn NH3-N 溶解氧 透明度
范围/(mg·L-1) 年均值/(mg·L-1) 年达标率/% 范围/(mg·L-1) 年均值/ (mg·L-1) 年达标率/ % 范围/(mg·L-1) 年均值/(mg·L-1) 年达标率/ % 范围/ m 年均值/ m 年达标率/%
上游1#红领巾水库 1.90 ~ 5.69 4.76 100 1.72 ~ 4.74 2.06 91.7 5.76 ~ 9.16 6.84 100 0.78 ~ 1.22 1.05 83.3
中游2#太阳湾断面 1.89 ~ 7.36 5.43 100 1.70 ~ 5.12 2.14 91.7 6.01 ~ 7.79 6.67 91.7
下游3#河口断面 1.81 ~ 7.32 5.21 100 1.74 ~ 4.86 2.08 91.7 6.03 ~ 8.60 7.13 100

  注:监测断面2#、3#河流水浅、清澈,未测透明度。

  4 结论

  4

  1)伏牛溪主要超标污染物为TN、NH3-N、TP和COD,流域点、面源污染严重。主要排污口排放NH3-N、TN和TP的负荷分别为50.5、68.2 和13.9 t·a-1,是面源负荷的2 ~ 4倍,COD面源污染负荷(875 t·a-1)是排污口排放负荷的2倍。

  2)经计算,伏牛溪的水环境容量NH3-N、TN、TP和COD分别为13.0、13.9、5.60、824 t·a-1。

  3)现状条件下的负荷削减计算显示,NH3-N、TN、TP需要削减的污染负荷量分别为49.1、90和12.6 t·a-1,削减比例高于70%;COD需要削减的污染负荷量为476 t·a-1,削减比例为37%。

  4)从流域角度整体统筹考虑,对伏牛溪实施开发措施和工程措施。开发措施主要在流域尺度范围内实施,在开发过程中遵循低影响开发的原则和策略,削减全流域面源污染负荷,并针对支流重点区域,进行具体的面源控制措施设计。工程措施主要在河道两侧实施,采用包括河道岸边带重建工程、河流水污染控制工程和生态补水工程等工程技术措施。

  5)经过目标可达性分析计算,并按照编制的伏牛溪水污染控制与水质改善方案实施相应的治理工程,河流主要污染指标的平均浓度及达标率满足考核要求。(来源:环境工程学报 作者:雷沛)

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