（环境工程专业论文）浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究.pdf

申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 摘要 本文在浦东新区的水环境现状基础上，根据国内外的相关研究成果，结合多 年的工作心得和同行的相关成果，对浦东新区污水纳管率及河道整治问题提出一 些思路方法，并探讨其可行性，为新区政府的决策提供依据。 主要研究内容及成果如下： ( 1 ) 围绕浦东新区水环境的整治目标，找出水环境污染的主要问题，并调 查分析浦东新区河道的基本情况和河道水污染现状。 ( 2 ) 通过分析浦东新区现状污水量、污水排水系统建设情况、污水排放出 路、雨污水合流情况及污水纳管率现状，结合导致污水纳管率低的根本原因，按 内环线以内地区、内外环线之间地区、外环线以外地区分区域分别提出提高污水 纳管率的方案。 ( 3 ) 参照国内外水环境治理技术现状及发展趋势，针对浦东新区河道污染 防治问题，从雨污水混接污染控制、c s o 污染控制、初雨径流污染控制、河道 调水方案效果、河道生态治理及氨氮控制研究等方面进行相关研究和探讨。 ( 4 ) 借鉴国外生态混凝土技术，结合课题组的相关研究成果，提出了复合 性填料的构思。该填料由沸石粉末和结构基材、粘合剂等复合而成，在河道两岸 可以与生态混凝土间隔放置，并集治理功能性、自我修复性、生态栖息性、外表 观赏性于一体。 关键词：纳管率；河道整治；水环境治理 申请同济大学工程硕士学位论文 浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 a b s t r a c t b a s e do nt h ep r e s e n tw a t e re n v i r o n m e n ti np u d o n gn e wa r e aa n dr e s e a r c hr e s u l t s i n s i d eo ro u t s i d et h eb r o a d , a c c o r d i n gt ot h ea c h i e v e m e n t sw eh a v ea l r e a d yg o t , i n v e s t i g a 士i o 船a r em a d eo nw a s t e w a t e r - c o l l e t i o nr a t i oa n dr i v e rc o n t r o li no r d e rt o b r i n gs o m ev a l u a b l ea d v i c e sf o r t h eg o v e r n m e n t o fp u d o n gn e wd i s t r i c t h e r ea r es o m ec o n c l u t i o n sw ef o u n di nt h er e s e a r c h ： 1c i r c l i n go nt h ek e yg o a l so fc o n t r o l l i n gt h ew h o l ew a t e rc n i r o m c n ti np u d o n g d i s t r i c t , w ef o u n dt h em a i nr e 毙l s o l l sf o rt h ew a t e rp o l l u t i o na n dm a d es p e c i a l l y i n v e s t i g a t i o n so nt h er i v e rd i s t r i b u t i n ga n dr i v e rp o l l u t i o ni np u d o n gn e w d i s t r i c t 2t h r o u g ht h ea n a l y s i so fp r e s e n tw a s t e w a t e ：rq u a n t i t y , d r a i n g es y s t e ma n d w a s t e w a t e r - c o l l e t i o nr a t i oa n ds oo n , i m p r o v c n t so nw a s t e w a t e r - c o l l e t i o nr a t i oa r e s u g g e s t e db a s e do nt h ek e yr 鞠咖w ef o u n d , c o n c l u d i n gt h ei n n e rc i t y , m i d d l ec i t y a n do u t e rc i t yo fp u d o n gd i s t r i c t 3a c c o r d i n gt ot h ep r e s e n tt e c h n o l o g i e so nw a t e re n v i r o n m e n t a lc o n t r o l ，w e d i s c u s s e dt h ep r e v e n t i o no fw a t e re n v i r o n m e n to fp u d o n gd i s t r i c ti nt e r m so ft h e c o n t r o l lo fc o m b i n e dd r a i n g es y s t e m , c o n t r o lo fc s op o l l u t i o n , c o n t r o lo fp r i m a r y r a i n f a l lp o l l u t i o n , r i v e re c o l o g i c a lc o n t r o l ，w a t e rr e g u l a t i o na n da m m o n i ar e m o v a la n d s oc i n 4c o m b i n i n gt h et c c l l l l o g yo fc c o l o g i c lc o a g u l a t i o na n da m m o n i ar e m o v a lu s i n g z e o l i t ep o w d e r , w ea d v i s e dac o m b i n e df i l l i n gw h i c hi sm a d eo fz e o l i t ep o w d e ra n d s o m es u p p o r t i n gm a t e r i a l s l o a d i n gt h i sc o m b i n e dr u l i n ga n de c o l o g i c a lc o a g u l a t i o n i n t e r v a l l yb yt h er i v e rs i d e ，ac o m p o s i t i v er u c t i o no fp o l l u t i o nc o n t r o l ，s e l f - r e p a i r , e x t e n s i v eh a b i t a n t sa n dg o o dv i e wi sa c h i e v e da tt h es a m et i m e k e yw o r d s ：w a s t e w a t e r - c o l l e t i o nr a t i od r e d g i n gw a t e r w a y w a t e re n v i r o n m e n t a lc o n t r o l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校提交学位论文的印刷版和电子版：学校 有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数 字化或其他手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论 文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或 者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学 校可以适当复制论文的部分或者全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 沙盱年i 二月z 工日 声明尸明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取 得的成果，撰写成博士硕士学位论文! 蕴苤复垒丝逖叠垄燮蕴 堡丝毯丛醒塑丝趁。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文 中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表或未公 开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 弘盯年，工月 狮 l 工工口 i 口 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 第一章浦东新区水环境现状 1 1 水环境污染的主要问题及整治目标 浦东开发开放以来，国民经济保持快速、健康发展，综合经济实力不断增强。 1 9 9 0 年浦东开发初期国内生产总值( g d p ) 仅为6 0 2 4 亿元人民币，2 0 0 4 年达 到1 7 8 9 7 9 亿元人民币，是1 0 年前的3 0 倍，平均增长速度达到1 ( 5 4 ，成为上 海经济新的增长点。 面临充满机遇而又富有挑战的新世纪，浦东新区确定了迈向2 1 世纪的发展 目标：到下世纪二三十年代将浦东建设成为具有世界一流水平的外向型、多功能、 现代化的新城区，使之成为2 l 世纪新上海的象征，成为联系国际与国内市场的 桥梁与纽带。 由于历史原因，浦东新区的水环境污染控制和水资源利用等落后于社会经济 发展的需要，2 0 0 3 年浦东新区水域功能区水质达标率仅为4 7 ，地表水质的有 机型污染和富营养化状态比较明显，水体自净能力差，阶段性污染突出，城市生 活污水量大，处理设施的运行管理和截污系统建设相对落后，对新区境内河道水 质产生较大影响。水环境治理和水资源利用水平的严重落后将极大制约浦东新区 的可持续发展，最终影响其2 l 世纪发展目标的实现。 目前，浦东新区水环境污染的主要问题可以归纳为， 污染物来源复杂，负荷量大，污水纳管率低。 排污治污设施的相对落后。 河道水动力条件弱、水体交换能力差。 河道陆域、水域整治存在问题。 污水系统服务水平低。 水源污染严重，供水水质偏低。 自2 0 0 3 年开始实施的上海市 2 0 0 3 - - 2 0 0 5 年环保三年行动计划”已进入实现 目标的关键一年，市府要求围绕环保三年行动计划，实现人力、物力、财力、政 策高度聚焦，在重点领域、重点项目、重点地区上进行突破带动整个计划的实施， 力争通过三年的努力，使上海的环境质量向前跨出一大步。在重点领域的基础上 进一步明确了“重中之重”，其中水环境治理重点是加快污水处理厂和管网建设以 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 及全市中小河道整治，加大截污治污的力度。 为配合环保三年计划的实施，浦东新区领导提出“要在近3 年内大幅度提高 浦东新区污水纳管率一。为提高浦东新区污水纳管率，填补城市化地区排水系统 的空缺，完善城区排水系统的骨架，解决分流制地区雨污水混接现象，进一步改 善黄浦江及其支流的水质，需对浦东新区的污水系统进行调查研究，找出浦东新 区现状污水纳管率低的原因，并提出解决对策。 在实践中，污水纳管率的提高问题不是一个简单指标问题，它牵涉到整个水 环境污染治理的方方面面，一味的单纯追求污水纳管率提高不仅对水环境治理无 益或意义不大，而且，会导致投资巨大收效甚微，浪费社会资源。 1 2 河道基本情况 图1 1 是浦东新区河道等级状况。由图可知，浦东新区区域内现有河道2 3 1 条段。其中，i 级河道2 4 条段、i i 级河道9 7 条段、级河道9 3 条段、其它河 道1 7 条段。 附：河道等级划分原则。 河道的等级划分，主要依据河道的自然规模及其对社会、经济发展影响的重要程度等因 素确定。河道划分为五个等级，即一级河道、二级河道、三级河道、四级河道、五级河道。 河道等级划分程序：一、二、三级河道由水利部认定；四、五级河道由省、自治区、直辖市 水利( 水电) 厅( 局) 认定。 图1 2 则是浦东新区区管河道的等级状况。由图可知，新区区管河道共有3 7 条段。按河道等级分，其中，i 级河道1 2 条段，i i 级河道1 4 条段，级河道6 条段，其它河道5 条段。按地区分布分，其中：开发区河道8 条，区级河道9 2 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 条，城区河道1 8 条，市级河道2 条。图1 3 是浦东新区区管河道的分布情况。 附：城区和开发区河道说明。 “城区一是指上海市城市建设基 础设施完成多年的地域，故上海 浦东应分为己开发的“城区“和 正在开发的“开发区”。 图1 _ 4 、图1 5 分别是浦东新区镇属河道等级状况和镇属河道分布状况。由 图可知，镇属河道共计1 9 4 条段。按等级划分，其中，i 级河道1 2 条段，i i 级 河道8 3 条段，级河道8 7 条段，其它河道1 2 条段。按地区分布划分：花木镇 6 条，北蔡镇3 2 条，三林镇1 2 条，金桥镇1 6 条，张江镇3 0 条，高东镇1 3 条， 高桥镇3 5 条，唐镇镇9 条，曹路镇l l 条，高行镇3 0 条。 图l 一4 镇属河道等级情况图1 5 浦东新区镇属河道分布状况 1 3 河道水环境现状 根据水文水资源管理署2 0 0 1 2 0 0 3 年对新区1 6 条骨干河道2 5 个监测断面检 测结果显示( 图1 - 6 ) ：新区骨干河道的整体处于好转趋势，水质黑臭情况占总体 比例较小，1 6 个断面水质逐年有改善，2 个断面水质趋向恶化，7 个断面水质三 年来基本持平。 3 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 图1 - 60 1 - 0 3 年1 6 条骨干河道2 5 个检测断面水质量检测结果 镇、村级河道中，一般河道水体为v 类劣v 类水质，位于中心城区的三林、 北蔡、花木、高桥等地区河道黑臭现象较严重。由2 0 0 3 年村级河道水质调查， 1 2 8 条河道为v 类水质，占全部调查2 3 2 条村级河道的5 5 。 通过河道黑臭情况调查( 采用人员观测) ，考虑到浦东大部分河道水质为v 类劣v 类水质，河道水质标准列为“一般、黑臭、严重黑臭”三个等级，观测结 果如下： 1 ) 市、区级河道水质均为一般，局部河段有黑臭现象，如：曹家沟金桥段 鱼蟹 守； 2 ) 城区、开发区2 6 条河道中，有4 条黑臭河道，4 条严重黑臭河道； 3 ) 镇属河道中，黑臭河道主要集中在三林、北蔡、花木、高桥等地区，其 中： 花木镇6 条河道中，l 条黑臭河道，l 条严重黑臭河道： 北蔡镇3 2 条河道中，9 条黑臭河道，3 条严重黑臭河道； 三林镇7 条河道中，4 条黑臭河道； 金桥镇1 6 条河道中，6 条黑臭河道； 高行镇3 0 条河道中，l 条黑臭河道，2 条局部黑臭： 高东镇1 3 条河道中，无黑臭河道； 高桥镇3 5 条河道中，2 0 条黑臭河道，8 条严重黑臭河道； 唐镇镇9 条，无黑臭河道； 曹路镇1 1 条，无黑臭河道； 4 申请同济大学工程硕士学位论文 浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 张江镇3 0 条河道中，4 条黑臭河道，1 条有时黑臭。 总计：黑臭河道4 9 条，严重黑臭河道1 6 条。 5 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 第二章国内外水环境治理技术现状及发展趋势 2 1 国外河流治理的技术现状 2 1 世纪世界水资源委员会的调查报告指出，目前世界上流域面积最大的2 5 条河流中，只有南美洲的亚马逊河和非洲的刚果河可以被归入健康河流之列，其 它河流水质欠佳，污染程度日渐加重。如欧洲的多瑙河，在遭受了科索沃战争的 浩劫、矿区污水泄漏事故后，加上工业生活污水的大量直排，水体中充满了石油 类、氰化物、铅汞等污染物，昔日“蓝色多瑙河”的美誉己不复存在，代之以“黑 海环境杀手”的恶名。此外，中国的黄河，流人中亚咸海的前苏联锡尔河、阿姆 河，美国的科罗拉多河，印度的恒河和墨西哥的莱尔马河6 条河水质极差，被评 为最不卫生的河流【l j 。 河流污染治理工作一直是环境保护中的一项重要任务，早在1 0 0 多年前国外 就开展了河流治理工作。其中最著名的有英国的泰晤士河，美国的威拉米特河、 福克斯河，前苏联的莫斯科河，欧洲的莱茵河，法国的赛纳河，日本的大和川和 大阪市的河道等。发达国家的城市河流在城市发展过程中经历了从污染到治理， 再到生态恢复和建设的过程，在河流整治和管理中走过了一些弯路，其间也积累 了宝贵经验，因此，吸收借鉴国外城市河流治理的先进经验，结合浦东新区现有 河流状况，对实现新区水环境保护和生态建设的目标，具有十分重要的意义。 2 1 1 泰晤士河的污染控制经验 泰晤士河是英国的母亲河，发源于英格兰南部的科茨沃尔德山，河水从西部 流入伦敦市区，最后经诺尔岛注入北海。全长3 4 0 k i n ，通航里程为3 0 9 k i n 。横贯 英国伦敦以及沿河1 0 多座城市，流经拥有1 0 0 0 多万人口的工业区，流域面积约 1 3 0 0 0 k m 2 。自伦敦桥开始，河床加深，河面也大大变宽，伦敦桥一带河宽2 2 9 m ， 到格雷夫森德宽达6 4 0 m 。 历史上泰晤士河( 感潮段及河口地区) 曾经历了两次污染高峰 2 1 。 第一次污染高峰发生在1 8 0 0 1 8 5 0 年。当时由于工业革命的兴起，泰晤士河 沿岸建立了许多新兴工业区，大量工业污水直排河道。另一方面，伦敦人口急剧 膨胀，产生更多生活污水，从而使排入泰晤士感潮河段的污染负荷也急剧增加。 1 8 5 8 年，政府当局开始在泰晤士河两岸修建污水管，用来拦截直排泰晤士河 6 申请同济大学工程硕士学位论文 浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 的污水，将其输送至下游b e c k ( o n 和c r o s s n e s s 地区的污水贮存池，等退潮时直接 排入河口。因此污染问题实际上并没有得到解决而是转嫁给了下游地区。1 8 8 7 年至1 8 9 1 年，开始使用化学沉淀法对贮存在b e c k ( o n 和c r o s s n e s s 地区的污水进行 处理，削减了该排放口的污染负荷。同时伦敦市中心下水道系统的进一步完善减 少了暴雨溢流的频率。在这些措施的影响下，河口水质得到了改善，水生生态系 统逐步恢复。此外，1 8 9 2 1 9 0 5 年间，有人首先进行了滤床处理废水的实验一以 焦炭床作为接触床，污水在滤床中停留l d , 时后，倾空污水。用这种方法处理原 始废水，尽管能够达到令人满意的出水效果，但滤床会很快堵塞，因此该床更适 于处理经过沉淀的废水。 第二次污染高峰发生在1 9 0 0 1 9 5 0 年。进入2 0 世纪，伦敦市的人口进一步增 加，沿岸工业更加集中，同时b e c k ( o n 和c r o s s n e s s 污水处理厂由于资金问题停止 对污水进行化学处理。大量污水只经过简单的物理沉淀就直排河道。二战后非生 物降解合成洗涤剂的大量使用更加重了这一阶段的污染问题。 针对这种情况，英国政府开始采取措施改变污水处理厂不合理的分布状况， 将大量零散的、处理能力低的小型污水处理厂合并成处理设施完善、处理程度较 高的大型污水处理厂。1 9 5 5 1 9 8 0 年间由于b e c k ( o n , c r o s s n e s s ，m o g d e n 等污水厂的 扩建和更新，排入泰晤士河感潮段及河口地区的污染负荷减少了9 0 ，可以说， 污水处理厂出水水质的提高是泰晤士河水质明显改善的直接原因之一。 由于伦敦市沿用了维多利亚时期污水和地表水混合排放的合流制排水系统， 暴雨期间地面径流、污水处理厂排水和合流制管道雨污水溢流都给泰晤士河口带 来了很大的冲击负荷。通过综合比较，英国政府提出改善泰晤士河水质的关键是 用活性污泥法处理污水，以提高河水中的溶解氧，降低氨氮含量。此外，为逐步 恢复泰晤士河水质的清洁，除继续采用活性污泥法措施外，还采用了一种大型充 气设备一曝气复氧船对河水进行人工曝气复氧来提高水体溶解氧的浓度，减轻暴 雨对水质造成的不利影响【3 】。1 9 7 7 年英国在泰晤士河上使用充氧能力1 0 t d 的曝气 复氧船，1 9 8 5 年又使用高达3 0 t d 的曝气复氧船，显著提高了水体的d o ，提高了 水体自净能力，减小了暴雨期间地面径流排水和污水溢流等负荷的冲击影响，减 少了鱼类因缺氧而窒息死亡的现象。这种方法，一方面投资运行费用低，另一方 面充氧效果也比较好【4 】。 7 申请同济大学工程硕士学位论文 浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 泰晤士河在治理过程中也曾积极寻求过绿色的生态污染防治措施。英国的第 一批芦苇床处理系统于1 9 8 5 年1 0 月在泰晤士河流域的沃尔登建造，此后又陆续兴 建了2 3 个系统，最大的占地1 7 5 0 m 2 。日处理生活污水2 2 4 m 3 。经污水处理厂和芦 苇床处理系统处理后的废水，在河流管理局的统一安排下，再次用于养鱼、栽培 等方面，从而增加了水资源的循环利用率【卯。 2 1 2 莱茵河的污染控制经验 莱茵河是欧洲最重要和最著名的河流之一，发源于瑞士境内阿尔卑斯山，自 南向北穿越瑞士、奥地利、德国、法国、卢森堡、比利时和荷兰后流入北海。全 长1 3 2 0 公里，流域面积1 8 5 0 0 0 平方公里。河水来源于阿尔卑斯山溶雪，径流年内 分配比较均匀，最大与最小月流量的比值为2 3 。莱茵河两岸居民密集，工业发 达，流域人口约5 4 0 0 万人。 二战结束后，德、法等国工业废水大量排入河流，河上每年往返的2 0 万条轮 船也将废油废物倾倒在河中，致使河水严重污染，：迈尔斯百科全书曾把莱茵 河称为“目前地球上污染最严重的河流之一”。 为了改善莱茵河的水质，自1 9 6 6 年以来，流域各国采取了一系列恢复河流自 然生态的措施。包括：拆除不合理的航标、灌溉及防洪工程，拆掉水泥护坡，以 草木绿化河岸，对部分改弯取直的人工河段重新恢复其自然河道，重建生态系统 等。此外还包括削减各类污染物排放量；改善防洪措施，减小防洪风险：提高工 业部门的管理水平，避免污染事故发生等。通过这一系列措施的实施，莱茵河水 环境改善显著。1 9 7 1 年水中的溶解氧饱和度低于4 0 ，而现在已达到9 0 以上。 目前德国一环保研究所已发现有1 5 0 种生物在莱茵河出现，4 2 种鱼类又游回莱茵 河，包括对化学污染最敏感的鲑鱼和比目鱼【6 一。 2 0 世纪8 0 年代开始的莱茵河治理，为河流的生态工程技术提供了新的经验。 1 9 8 6 年，在莱茵河上游史威查豪尔( s c h w e i z e r h a l l e ) 发生了一场大火，有1 0 t 杀虫 剂随水流进入莱茵河，造成鲑鱼和小型动物大量死亡，其影响达5 0 0 公里以上， 直达莱茵河下游。事故如此突然和巨大，欧洲社会舆论哗然。成立于1 9 5 0 年的莱 茵河保护国际委员( i c p r ) 于1 9 8 7 年提出了莱茵河行动计划，得到了莱茵河流域各 国和欧共体的一致支持。这个计划的鲜明特点是以生态系统恢复作为莱茵河重建 的主要指标。主攻目标是：至u 2 0 0 0 年鲑鱼重返莱茵河，所以将这个河流治理的长 8 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 远规划命名为：“鲑鱼2 0 0 0 计划”。这个规划详细提出了要使生物群落重返莱茵 河及其支流所需要提供的条件，治理总目标是莱茵河要成为“一个完整的生态系 统的骨干”。沿岸各国投入了数百亿美元用于治污和生态系统建设。至l j 2 0 0 0 年莱 茵河全面实现了预定目标，沿河森林茂密，湿地发育，水质清澈洁净【9 】。 2 1 3 塞纳河的污染控制经验 塞纳河发源于法国东部的郎格勒高原，全长7 7 6 公里，可通航段5 3 4 公里，是 法国第四大河。它从巴黎的东南方向流入巴黎市中心区，由西南方向出海，途经 巴黎地区河段2 8 0 公里。 河水水质受到多种因素的影响，概括起来主要有农业污染、生活污染、工业 污染以及雨污水溢流等。由于肥料和杀虫剂的使用量非常大，塞纳河及其支流流 域内地下水有近2 5 采样点的硝酸盐浓度超过4 0 毫克升。此外，虽然流域内大 部分地区都有污水收集系统，但该地区多为合流制下水道系统，也存在雨污水溢 流问题。特别是c l i e h y 和l ab r i c h e 两大污水收集口，暴雨时排入塞纳河的雨污混 合水流量有时高达5 0 吨秒，对河流水体造成的冲击负荷非常大。 塞纳河早在1 8 3 0 年就开始整治，整治项目包括清疏河床、修筑堤坝、修建桥 梁、整治两岸的绿化带和建筑、配置截污及水面清捞垃圾设施等。经过整治，塞 纳河巴黎段河深平稳，不再受潮汐和洪涝干早影响，为以后的河道治理奠定了基 础。 进入2 0 世纪，塞纳河沿岸水环境污染进一步加重，到6 0 年代，巴黎下游1 0 0 公里范围内水体厌氧或近似厌氧。特别是a c h 邑r e s 污水厂排水口附近由于水体缺 氧，水生生物灭绝。 自1 9 6 4 年起，塞纳河诺曼底水务局( t h es e i n e - n o r m a n d yw a t e r a g e n c y ) 开始对 塞纳河开展以水质改善为目的的治理，投入大量资金用于污水截流和污水处理设 施的建造。通过整治，水体溶解氧在过去几十年里不断提高，2 0 0 3 年3 月测得淡 水河段溶解氧浓度提高到7 9 毫克升，同时，水生生态系统逐步恢复，到目前为 止，在河中共发现过4 6 种鱼类，其中有2 3 种已在巴黎市区河段栖身。 2 1 4 日本坂川古崎净化场 位于日本江户川支流的坂川古崎净化场是采用生物一生态方法对河道大水 体进行修复的典型工程，1 9 9 3 年投入运行，观测结果表明，河道的微污染水体的 9 申请同济大学工程硕士学位论文 浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 水质有了明显改善。 江户川是日本东京都和千叶县附近的主要河流，是这个地区的主要水源，从 河道中引出7 0 m 3 s 的流量为城市、农业、工业供水。其中城市供水占6 0 。靠 江户川下游的金町、古崎和栗山三个水厂要为6 3 0 万人供水。坂川是江户川的一 条支流，在金町等三个水厂上游附近汇入江户川。由于坂川河道治理不力，大量 生活污水排入坂川，致使水质恶化，b o d 等指标严重超标，同时浮游植物繁殖 迅速。为治理坂川，采取工程设施将坂川改道，先流入古崎净化场。经过古崎净 化场后，坂川的污染减少了6 0 7 0 ，处理过的河水流入称为松户川的新开人工 渠道，然后注入江户川。 古崎净化场是一座利用生物一生态水体修复技术的水净化场。其原理是利用 卵石接触氧化法对水体进行净化。古崎净化场建在江户川的河滩地下，充分节省 了土地，是地下廊道式的治污设施。水净化场结构十分简单，主体结构是高4 5 m ， 长2 8 m 的地下矩形廊道，内部放置直径1 5 - 4 0 c m 不等的卵石。用水泵将河水泵 入栅形进水口，经导水结构后水流均匀平顺流入甬道。另外有若干进气管将空气 通入廊道内。净化作用主要由以下三方面组成： 接触沉淀作用：污水经过卵石与卵石间的间隙，水中的漂浮物触到卵石 即沉淀； 吸附作用：由于污染物自身的电子性质，或由于卵石表面生物膜的微生 物群产生的黏性产生吸附作用； 氧化分解作用：卵石表面形成一种生物膜。生物膜的微生物把污染物作 为食物吞噬，然后分解成水和二氧化碳。 坂川的河水经改道注入古崎净化场后，清洁的水流入新开的人工渠道一松户 川。其设计理念颇有新意，它一改传统设计形式，不采用混凝土或砌石衬砌的直 线渠道，而以微弯曲的河道形态，岸坡间有大小卵石，植有繁茂的芦苇和其他植 物，适于鲫鱼、锵鱼等鱼类生长，两岸种植树木，适于鸟类栖息。设计者认为这 种环境不但可以为居民提供一个与自然相融合的休闲环境，而且对水体也能起进 一步的净化作用【1 0 1 。 1 0 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 2 1 5 韩国良才川水质生物一生态修复设施 良才川是汉江的一条支流，位于汉城的江南区。由于河流地处住宅区加之治 理不善，良才川的水质受到较大污染，也影响了汉江的水质。1 9 9 5 年起决定主 要采用生物一生态方法治理良才川。 水质净化设施主体是设于河流一侧的地下生物一生态净化装置。采用卵石接 触氧化法，即，强化自然状态下河流中的沉淀、吸附及氧化分解现象，利用微生 物的活动将污染物转化为二氧化碳和水。净化设施日处理能力为3 2 0 0 0 吨日。 净化的工作流程如下：拦河橡胶坝( 长1 8 m ，高l m ) 将河水拦截后引入带拦污 栅的进水口，水流经过进水自动阀，经污物滤网进入污水管，污水管连接有4 座污水孔墙，污水孔墙两侧各有一座接触氧化槽，共有8 座。接触氧化槽长2 0 m 、 宽1 3 6 m 、高1 4 8 m 。污水从孔墙的孔中流入接触氧化槽，氧化槽中放置卵石， 污水通过氧化槽得到净化后分别流入4 座清水孔墙，再汇集到清水出水管中，由 清水出口排入橡胶坝下游侧。与上述日本古崎净化场相比，这种净化装置的重要 优点是几乎不耗能，所以运行成本很低，同时，污染物去除率较高，b o d 和s s 的处理率达7 0 7 5 。 除接触氧化槽以外，良才川的环境治理工程还包括恢复河流自然生态的方 法，即用石块、木桩、芦苇、柳树等天然材料进行护岸，形成类似野生的自然环 境，同时种植菖蒲等植物，恢复鱼类栖息环境，适于鳜鱼等鱼类生长，也为白鹭、 野鸭等禽类群落生存创造条件，又开辟散步、自行车小路和木桥等，为居民提供 与水亲近的自然环境f 1 0 1 。 2 1 6 日本渡良濑蓄水池的人工湿地 渡良濑蓄水池位于日本枥木县，是一座人工挖掘的平原水库，总库容2 6 4 0 万m 3 ，水面面积4 5 k i n 2 ，水深6 5 m 左右。这座蓄水池平时为茨城县等六县市“ 万人口供水，日供水量2 1 6 万m 3 。蓄水池周围是渡良濑川的滞洪区，汛期时洪 水由溢流堤流入蓄水池，此时蓄水池用于调洪，提供调洪库容1 0 0 0 万m 3 。 由于近年来上游用水造成生活污水以及含氮、磷的水流入，致使渡良濑蓄水 池出现霉臭等水质问题。为保护蓄水池的水质，自1 9 9 3 年起在蓄水池一侧滞洪 洼地上建人工湿地，这是一座设有人工设施的芦苇荡。将蓄水池的水引到芦苇荡， 通过吸附、沉淀及吸收作用，去除水中的氮、磷及浮游植物，达到对水体进行自 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 然净化的目的。这种净化过程循环进行，确保蓄水池水质洁净。芦苇具有十分好 的净化功能，污染物与其茎部接触产生沉淀作用，芦苇的根部与茎部可吸收某些 污染物。另外，附着在茎部上的微生物可对污染物产生吸附分解作用。 在蓄水池出水口建高3 5 m 、宽4 0 m 的充气式橡胶坝，用以控制出水口。水 流经引水渠到达设于地下的泵站。其所以设于地下，是为满足景观的要求。泵站 安装单机流量为1 2 5 m 3 s 的两台水泵，水加压后流入箱形涵洞，再流入芦苇荡。 芦苇荡占地2 0 h m 2 ，最大净化水体能力为2 5 m 3 s 。芦苇荡分为3 个间隔，水流 通过3 3 个挡水堰流入。水流在芦苇荡中蜿蜒流动，以增加净化效果，遂从3 3 处出口汇入集水池，再由渡良濑蓄水池的北闸门回到蓄水池，完成一次净化循环。 人工湿地内主要种植芦苇，高2 - 3 m ，可收获用于编苇帘。此外，还种植同属稻 科的荻，高度为1 0 - 2 5 m 。自1 9 9 3 年开始建设人工湿地，不只水质得到改善， 动植物的生态系统也得到极大改善，生物多样性有所恢复。 为净化渡良濑蓄水池的水体，还在蓄水池中部建一批人工生态浮岛，种植芦 苇等植物，其根系附着微生物，可提供充足氧气，并通过迁移、转化水中的氮、 磷等物质，降解水中有机质。浮岛还设置为鱼类产卵用的产卵床，也为小鱼设有 栖身地，水中的浮游植物成了鱼饵。人工生态浮岛保证了蓄水池水质的洁净【1 0 1 。 2 1 7 其它河流治理技术 河流水体曝气修复自2 0 世纪6 0 年代起在一些国家得到应用，除了上面已经 提到泰晤士河采用的曝气复氧船，1 9 8 9 年美国为了改善h a m e w o o d 运河的水质， 减轻其对c h e s a p e a k e 海湾的影响，在h a m e w o o d 河口安装了曝气设备，使用效 果表明，水体底层d o 显著增加，河道生态种类变得丰富起来。1 9 9 4 年德国在 b e r l i n 河上也使用了曝气复氧设备，充氧能力5 t d ，提高了河流水体净化功能， 改善了水质。苏州河的支流新泾港水体受到有机物严重污染并呈黑臭，上海市环 科院于1 9 9 8 年1 l 一1 2 月在河道内三个断面各设一个曝气点进行水体曝气复氧生 物修复试验，结果表明人工曝气复氧可大大提高原先呈厌氧水体的d o ，从而刺 激降解有机物的好氧土著菌的生长。在后者的作用下水中有机物c o d c ，和b o d 5 去除达1 0 7 - - 2 2 3 左右，水体色泽由黑黄色变成乳白色，底泥亦由黑色转为 乳白色，表明氧化效果较明显，沉积物中微生物由厌氧菌占优势转变为兼性菌增 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 多，并出现好氧菌，试验得出单位溶解氧的c o d c ，去除量约为1 4 k g c o d c r k 9 0 2 ， 单位电耗的c o d o 去除量为1 4k g c o d c d ( k w h ) 。 俄罗斯政府为了保证其境内谢列布良卡河水长年不被污染，采用了大量氟 石，堆筑污水过滤堤坝，并在通向园区进、出口处建造设备先进的小型净化站， 以确保大、小河流和池塘水源充足、水质洁净。 2 2 国内河流治理的技术现状 上海农业科学院利用生态修复技术消除了青浦区政府旁断头浜严重的水体 黑臭。措施是在跃进河三分之二的水面上种植各种陆生植物，如：美人蕉、水竹、 空心菜、水稻等。水上的陆生植物根须发达，有效地通过生物链分解和吸收水体 中的有机物质，起到了消除黑臭、净化水质的作用；水上陆生植物枝叶和花果， 又在水面上形成了景观效果，给人以视觉上的享受。从水质指标上看，c o d 、 t n 、t p 都有较大幅度的降低【1 1 】 复合酶技术是在水底喷洒一种含有多种生物酶、非离子型表面活性剂、营养 成分及蛋白质的浓缩液体，以促进有机物在水体中的乳化和溶解，并刺激和加速 微生物的生化反应，达到净化污染水体的目的。金山区战斗港原是居民小区内的 一条断头浜，因为每月有8 0 0 0 多吨污水进入水体等原因，造成水体长期黑臭。 某公司利用复合酶技术，在水底喷洒多种生物酶，分解水体中的有机物质，矿化 河堤污泥，控制底污染源的释放，基本消除了水体的黑臭。 1 9 9 0 年，为保证亚运会的顺利进行，北京市在清河一个长约4 k m 的河段中 利用原有水工设施建起了河道曝气试验工程。工程运行4 7 天，基本消除了曝气 河段的臭味，b o d 5 去除率7 4 7 8 8 2 ，c o d c ，去除率达7 9 9 一8 4 8 ，s s 去除 率达7 6 7 - 8 1 9 ，n i - 1 3 - n 去除率达4 5 。曝气区的d o 从0 上升到5 7 m g l ，曝 气区邻近区域的d o & 升到4 5 m g l 。受污河水经处理后，主要水质指标均达到或 优于国家五类水域的水质标准。 上海市徐汇区环保局在1 9 9 6 年对上澳塘潘家桥河段进行了河道人工充氧试 验。经过1 个月的曝气，河道水质得到很大改善，b o d 5 去除率为5 6 4 - 7 2 5 ， c o d c f 的去除率为4 8 5 6 1 0 。在试验的基础上，徐汇区环保局又于1 9 9 8 年在 徐汇区东上澳塘实施了河道曝气复氧工程。 对于上海浦东新区内的张家浜河道黑臭现象，浦东新区整治河道办公室通过 申请同济大学工程硕士学位论文 浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 公开招标，选定上海佛欣爱建河道治理有限公司提出的治理方案- - f o x i n 多功能 水质净化船工艺取得明显成效。该工艺首先投加f o x i n 生物菌群以强化有机物降 解，接着采用了f o x i n 多功能水质净化船，进行大面积、大幅度的地毯式河道曝 气复氧，仅用了4 5 d 就基本上消除了张家浜的黑臭，并在一年时间内保持了张家 浜的水质达到景观用水的目标，即符合国家 地面水环境质量标准中v 类水体 的标准。张家浜河床断面约为9 6 m 2 ，治理长度为3 k m ，水体总容量约2 3 3 3 x 1 0 4 m 3 。 参与的曝气复氧船以3 艘计，每艘船的充氧能力为1 5 k 9 0 2 h ，以平均运行6 h d ， 则供氧量为2 7 0 k 9 0 2 d 。经过曝气复氧后，张家浜水体的溶解氧基本维持在7 m g l 左右，c o d c ，基本维持在2 5 m g l 左右，b o d 5 基本维持在7 m g l 左右，n h 3 - n 基 本维持在l m g l 左右，t p 基本维持在o 1m i 班左右1 1 1 】。 北京二道河傍侧生物处理与修复工程。该工程坐落在北京市顺义区首 都机场附近，设计日处理污水量1 7 万m 3 d ，采用的处理技术为固定化高 效微生物一曝气生物滤池( 简称i - b a f ) 。该工程属实验工程，仅有一个 长1 0 0 m 、宽6 m 、有效水深5 5 m 的长条形曝气生物滤池，有效池容3 3 0 0 m 3 ， 停留时间4 7 h 。滤池内填装网状悬浮大孔载体，载体高度3 2 m 。t 程的 前处理部分仅有一个格栅和一个用堆石坝拦截污水形成的回水区，依次起 到稳定取水和沉淀泥沙的目的【1 2 】。处理效果见表2 1 。 表2 - 1 北京二道河i - b a f 技术污水就地处理水质监测成果( 单位r a g l ) 项目c o d c ，氨氮总氮总磷 l a s 原水水质4 2 71 4 2 61 6 4 44 7 8 1 1l 出水水质 5 2 1 50 41 01 4 50 0 2 l 去除率8 7 89 7 2 9 3 9 6 9 7 9 8 1 注：表中数据为平均值，监测单位为国家环境分析测试中心 福州白马支河位于福州市西二环上海新村内，全长5 5 0 m ，河床断面平均宽约 8 m , 水深约4 m , 是附近居住小区近2 万居民每日约3 0 0 0 吨城市污水的直接受纳体。 由于小区内及附近道路原有污水管的建设互不连通，污水管没有出路，淤积严重。 在当前财力、物力不足，城市排水系统等基础设施落后的情况下，未经处理的污水 只能先暂时排入就近的白马支河。此外，福州市于1 9 9 9 年启动并实施的内河引水 冲污工程，虽然全面消除了市区主要内河的黑臭现象，改善了内河水环境和市容市 貌，但由于白马支河是断头河，受潮汐影响，换水率低，冲污工程对其水质几乎没有 什么改善。这都使得自马支河的水质污染依然十分严重，长年黑臭，蚊蝇孳生，严重 1 4 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 影响了小区居民的生活环境和身体健康。针对白马支河水质的黑臭现象，福州市 城市管理执法局于2 0 0 1 年选定加拿大触i 砒蚴e n t 公司提出的l i v i n gm a c h i n e 治理方案一曝气生态净化系统，取得较好的效果。净化系统构造为：首先是黑臭河 流的底泥疏浚，然后是在河道底部设穿孔曝气管进行鼓风曝气；在河流未端设溢 流堰出水，再沿河流在1 4 - - - , 3 4 河道横断面距水面下约0 5 m 处设高密度耐腐蚀的 栅板，上覆棕榈树皮丝加工制成的人工生物土壤，在人工生物土壤种植高等的挺水 植物，主要有维管束植物芦苇、香蒲、茭白、菖蒲、水竹、竹芯草、水葱等，中央 为水上走廊。净化系统开始运行时，向其中投放适量的包括当合细菌在内的混合 生物菌种和金鱼、链鱼等鱼类以及蜗牛、螺蛳、河蚌等软体动物以增加生态净化 系统物种的多样性，强化净化效果和总体污染物的去除率，从而保持系统长期运行 的稳定性。系统经一个月的运行后，白马支河就基本消除了黑臭。近一年运行监 测结果表明，该系统净化效果好，出水水质高。净化后平均水质为：溶解氧维持在 4 m g l 左右、c o d2 2 6 m s e 、b o d s6 5 m s l 、n h 3 一n1 0 m g l 、t n1 6 m g l 、 1 1 p0 1 2 r a g l , 净化后的水质可达到景观用水的水质目标【1 3 1 。 2 3 国内外河流治理的技术趋势 纵观国内外河道的治理技术，生态治理技术已经逐渐成为主流。 多功能河道生态工程修复技术是将城市河道设计成具有多种自然景观和生 物类群，景观与净化功能并存的多功能河道净化系统，是利用多功能河道净化污 水的生态工程技术。这一技术在日本各地得到广泛应用。流经日本千叶市的两条 河流都实施了河川修复，在实施修复的前后，河道生态系统发生了显著的变化， 修复前以沉水植物为中心生物群落消失，取而代之的是以挺水植物及具有较高营 养级的水生动物为中心的新生物群落，水的电导率发生明显变化，甚至河流底质 的成分也发生了很大变化。深入的分析认为，这种食物链由低到高的变化为高营 养级生物的生存创造了良好的空间，意味着水体自净能力的增强【1 4 】。 除此之外，以流域为单元进行水生态恢复和保护，国外也取得了明显成效。 俄罗斯伏尔加河、第聂伯河流域、美国的密西西比河、哥伦比亚河等流域、欧洲 的莱茵河流域、南亚的恒河流域等都是通过开展流域性的综合整治工作，使整个 流域的水环境质量得到明显改善，水生态得到有效恢复。 除了对水体本身进行修复治理，国外很早就开始研究传统护岸技术对环境和 1 5 申请同济大学工程硕士学位论文浦东新区河道水环境污染治理相关问题的研究 生态的影响，认为传统的混凝土护岸会引起生态与环境退化。为了能有效保护河 道岸坡和生态环