典型黑臭河道精准截排及底泥修复技术应用

以深圳市大山陂水整治为例，介绍了沿河雨水、污水精准截排及底泥修复集成技术应用示范和工程实施效果，旨在为黑臭水体治理提供技术储备与可借鉴的案例。

大山陂水位于深圳市坪山区，为汤坑水的一级支流、坪山河的二级支流。河道总长1.82 km，发源于园岭仔，起点为大山陂水库坝下，流至坪山公园附近汇入汤坑水后进入坪山河干流。基本信息见表1。

表1 大山陂水基本信息

大山陂水在本示范实施前已经过相关工程的整治，经河道水质取样检测，其中化学需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）指标范围分别为92~165 mg/L、3~7 mg/L、0.9~2.5 mg/L、0.5~1.5 mg/L、-250~-280 mV，现状河道仍存在主要问题分析如下：

（1）因相关整治工程衔接问题，大山陂水两岸区域排水管网短时间内无法完善，仍存在雨污混流情况，造成河水水质变差，波动较大。

（2）河道中游在雨污分流工程中设置了两座溢流井，区域管网上游未完全分流的污水排入雨水系统，雨水系统末端采取“大截排”方式，通过沿河截污管转输至污水处理厂，造成污水处理量增加，污染物浓度降低。

（3）河道两岸具备典型下垫面，包括：城中村、住宅区、工业区等。在降水条件下，地表径流冲刷不同下垫面地面，使溶解或固体污染物汇入受纳水体，引起河道污染。

（4）因河道整治清淤疏浚不彻底，在实施过程中漏掉部分污染区域，再加上持续外源污染输入，河道水动力不足，造成底泥中的底栖生态系统破坏。

针对上述问题，通过梳理沿河周边管网及排口，设置精准截排设施、投加新型缓释药剂原位修复污染底泥对大山陂水进行整治，并制定了技术路线在示范中应用。

以“精准截排”模式为核心，有效控制黑臭水体点源污染的增量，运用精细分流控制，实现污水管和雨水管在初雨期和降雨持续期高效准确地收集各类污水，提高污水收集效率。同时，在污染黑臭底泥生态治理方面，使用化学强化应急药剂原位压黑压臭处理底泥，改善底泥微观环境，在不挖泥清淤或少挖泥的条件下，快速消除内源污染，提升河道感官，实现黑臭底泥的标本兼治。解决方案技术路线见图1。

图1 技术路线

2.1 精准截排技术

2.1.1 精准截排之快速控制及消除河道点源污染

针对沿河散排污染源，通过收集记录不同排污口的时空特性，建立污染源排放清单；基于对点源污染类型的有效识别，采用可快速敷设、装卸和接驳的新型聚乙烯PE管材，沿河道敷设管线，根据排放口的不同污染特性及污染来源进行精准接驳和截流，纠正各市政道路、工矿企业、住宅楼宇等雨水、污水混接的现象，解决长期以来污水沿河道散排、乱排的难题，如图2所示，将截排的污水导入市政污水系统，快速控制和消除河道的点源污染，保护河流体系，同时提高污水的收集效率。

图2 精准截排前后截污管铺设对比示意

本技术旨在快速控制及消除河道的点源污染，又可应对中长期市政管网未完善前的截污问题，针对不同现场情况、不同排口类型及尺寸，可采用不同的布设方式：

（1）河道内敷设截污管道。

当河道两侧住宅或企业房屋临河而建为一二层建筑物，沿河几乎无空间敷设截污管道时，路幅往往偏小，管道开挖难以实施。因此，考虑在河道内侧敷设截污管道，并在营造河道景观时尽量予以遮盖。根据河道护岸形式和截污管标高不同，可分为：①护岸为混凝土或浆砌块石硬质驳岸时，采用在驳岸上设承托结构支撑架空管道。用小管径聚乙烯PE接头接纳散排点源出浜管，然后将PE支管接入新建PE干管中，就近排入市政污水管道。②护岸为土坡时，为考虑快速接驳、截留，采用小方桩加承台的桩架结构支撑架空管道。同样采用PE管接头接纳污水出浜管，PE管接头和管道下用小方桩加承台作基础支撑，管箍固定。

（2）沿河边敷设截污管道。

由于现状污水或合流污水均为直排河道，因此沿河敷设截污管，将污染源直接收集后就近排入市政污水管道。根据截污管敷设位置不同，又可分为：①敷设于沿河道路下。如沿河有规划市政道路，则与之结合；反之，则敷设于沿河现状道路下。②敷设于防汛通道内。如沿河没有道路，则敷设于防汛通道内。

综上几种布设方式，根据河道具体实际情况，优先采用河道内敷设截污管道的方式，一方面便于拆卸、安装，一方面节省投资、缩短工期，可快速实现对沿河散排、漏接的排污口等的精准接驳和截留,作为现有未尽完善市政管网的有效补充。

2.1.2 精准截排之不同污染负荷污水分级导排

在水质和液位指标的调控下，精细化分流设施的阀门在无雨期、初雨期和降雨持续期表现不同的开闭状态，从而实现对污水和雨水的精确分流。

（1）晴天时，设施截流管前的阀门处于开启状态，内部污水完全被截流至污水干管，转输至污水处理厂处理。

（2）降雨初期，通过水质传感器的实时监测，设施阀门保持开启状态，内部初期雨水分流至市政污水管。

（3）当初雨截流完全后，进入降雨持续期，设施截流管前的阀门充气关闭，液位上升至超过固定堰后，中后期较干净的雨水溢流排放至自然水体。

（4）当降雨结束，设施截流管前的阀门开启，复位到晴天截流的状态。

精细分流设施依赖于井内的水质浓度检测情况，而在实际运用过程中，降雨天气下水流更加湍急，使得井内水流状态更加紊乱，造成井内实时检测数据不稳定，且不利于和常时状态做对比。为解决这一情况，将精细分流设施主体结构优化为两段，均质调蓄段和分流设备控制段，见图3。均质调蓄段设计目的是将进水管中污水、混流雨污水进行初步均质和沉淀，收集、稳定来水，雨污水稳定、低速进入

图3 精细分流设施结构改进

表2 示范河段污染源特征及排放清单

分流设备控制段后，使其中由水质探头监测的数值更加稳定，避免因来水水质波动产生的影响，达到精准控制的目的，提高精细分流技术的准确性。

2.2 底泥压黑除臭技术

在研发新型高效无机缓释药剂过程中，试验证明50%颗粒态与50%溶液态硝酸钙组合能够实现持续抑制酸可挥发性硫化物（AVS）的效果，投加60 d后AVS去除率约95.5%，并能快速提升底泥氧化还原点位（ORP），提升约-47.1 mV，同时提高底泥生物多样性，RDP数据库分类注释的结果显示，投药后底泥样品在门和属分类水平上微生物群落结构与投药前和上覆水样品差异较大。混合药剂施用于污染底泥、特别是裸露底泥的表面，实现大面积河道底泥的快速压黑除臭，大幅改善黑臭底泥的观感，提高底泥氧化还原电位，抑制厌氧菌活性，消除和固定臭味物质，改善底泥及周边恶劣的生态环境，诱导河道系统的生物和微生物作用，改善底泥微观生境。

3.1 河道排放口调查

通过对沿河各类排放口的尺寸、位置、状态、排口水质、水量等信息进行统计，并结合周边管线探测结果以及现场调研，综合对排口类型进行判定，形成清单。

结合整治工程进展，其中DSP-02排口经片区正本清源查漏补缺工程改造前端管网排除；DSP-03排口因周边工地施工完毕进行封堵排除；DSP-04排口因收集周边政府储备用地绿地雨水，雨天水质干净、无面源污染影响故排除。最终确定示范河段需处理排口3个，设施建设位置见图4。

图4 示范河段主要设施建设位置

3.2 改造方案

在各排口处理上主要采用精准截排处理方式，并接驳至临近现状管网中。在不同天气下，通过对均质调蓄段内雨污水COD指标的实时监测，实施设施阀门精准控制。根据设施运行情况，判断混流污水或初期雨水的分流状态，具体方案如下。

3.2.1 DSP-01排口

拆除原排口，利用原排口位置新建精准截排设施ZN01，来水通过分流井接收后进行精细雨污分流，采用水质监测探头实时控制接驳沿河截污管的阀门，污水时阀门开启进入沿河截污管网，干净雨水时阀门关闭排入河道。图5为DSP-01排口处理方案。

图5 示范工程DSP-01排口处理方案

3.2.2 DSP-05、DSP-06排口

废除现状DSP-05、DSP-06排口，归并两个相邻排口在南侧护坡新建精准截排设施ZN02用来接收两排口原有来水，进行分流方式同ZN01。图6为DSP-05、DSP-06排口归并处理方案。

图6 示范工程DSP-05、DSP-06排口处理方案

3.3 设计与施工

3.3.1 精准截排设施设计与施工

设施由井体、柔性截留装置、超声波液位计、高清摄像头、雨量计、COD传感器、控制系统、气动控制柜等构成。具体设计以ZN01为例，见图7。

图7 精准截排精细分流设施设计（以ZN01为例）

（1）平面设计。ZN01占用河道管理范围线面积为28 m2，总平面尺寸为：L×B=7.9 m×2.0 m，其中均质调蓄段平面尺寸为：L×B=6.5 m×2.0 m，设备段平面尺寸为：L×B=0.9 m×2.0 m。旱流污水和初期雨水通过管径为DN800的管道，重力流至分流井，分流井将旱流污水和部分初期雨水截流至污水干管，下游污水管管径为DN400，截流管管径为DN300，出水管管径为DN800，均质调蓄段容积V=13.8 m3。

ZN02占用河道管理范围线面积为26 m2，总平面尺寸为：L×B=8.4 m×2.0 m；其中均质调蓄段平面尺寸为：L×B=7.0 m×2.0 m，设备格平面尺寸为：L×B=0.9 m×2.0 m。进水管径为DN1 350，下游污水管管径为DN400，截流管管径为DN300，均质调蓄段容积V=10.0 m3。

（2）竖向设计。ZN01建设地面高程40.70 m，进水管内底标高37.70 m，出水管内底标高36.62 m，下游污水管管底标高36.60 m，堰门顶部标高37.92 m，50年一遇洪水位37.34 m，上顶与现状护坡坡度保持一致。

ZN02建设地面高程42.31 m，进水管内底标高37.66 m，出水管内底标高38.02 m，下游污水管管底标高37.31 m，堰门顶部标高39.36 m。

（3）施工周期。精准截排措施整个施工周期为20 d。

3.3.2 底泥压黑除臭示范施工

主要施工内容为人工投加药剂。沿河道横断面方向投加药品，均匀抛洒在底泥表面至基本覆盖住泥表面，连续投加7 d时间。

3.4 精准截排设施运行情况

2020年9月至10月期间，以设施ZN01为例，选取了4次不同降雨条件下的运行场次，通过监测系统记录的历史运行数据，进行了精细分流设施的运行效果研究，见表3。

表3 精细化分流设施运行场次信息

3.4.1 R-1场次运行效果

晴天场景下，液位稳定在77~125 mm，阀门处于全开状态，井内污水全部截流至污水干管。井内水质COD浓度在65~215 mg/L波动，COD浓度每天凌晨开始下降，2：00至4：00达到最低水平，然后逐渐升高。水质波动规律符合周边居住区的生活排水特点。

3.4.2 R-2场次运行效果

R-2处于持续小雨状态，监测雨型为前峰型。如图8所示，降雨由11:00开始，历时约25 min时，雨量达到峰值，因径流产生量较小，井内液位变化较小，实时监测的COD浓度于11:35~11:45期间达到峰值，最大浓度为205 mg/L，降雨期间最小浓度为90 mg/L，高于阀门关闭参数设定值，设施仍处于截污状态，管道雨污水混流至截污管中。

图8 R-2场次ZN01运行情况(20201005)

3.4.3 R-3场次运行效果

中雨场景下，监测雨型为前峰型。如图9所示，降雨于17:48开始，设施进水水量短时间增加，井内水位持续升高，同时由于初期雨水水质差，井内水COD浓度快速升高，污染物指标的浓度峰值与液位峰值几乎同步出现。于17:58 COD浓度达到峰值，峰值浓度为425 mg/L，设施阀门开度保持100%，井内污水全部截流至污水管。随着降雨进入持续期，进水水质逐渐改善，井内水COD浓度逐渐下降，直到18:38，井内水COD浓度降低至38 mg/L，低于系统控制预设值40 mg/L，设施阀门关闭，切换截污状态至溢流状态。随着雨水不断流入，井内水位迅速上升至1 402 mm，超过固定堰高度后，井内蓄积的雨水形成溢流，此部分雨水排放至河道中，溢流时间约75 min。于19:58降雨停止，雨水稀释作用减弱，井内水COD浓度上升至73 mg/L，高于预设值，自控系统控制柔性阀门打开，井内水位迅速下降，溢流结束，井内剩余污水全部截流至污水干管。

图9 R-3场次ZN01运行情况(20201013)

3.4.4 R-4场次运行效果

大雨场景下，监测雨型为双峰型。如图10所示，降雨于7:18开始，设施内水COD浓度在7:28时达到峰值，监测浓度为479 mg/L。7:33开始降雨量增加，井内水位开始逐渐升高，井内水COD浓度随着进水流量增大在稀释作用下逐渐降低，直到8:13，井内水COD浓度降低至40 mg/L，设施阀门关闭，切换至溢流模式，随着雨水持续期内雨水不断流入，井内水位迅速上升，最高液位为1 469 mm，井内蓄积的雨水形成溢流。于9:58井内水COD浓度上升至89 mg/L，高于预设值，设施阀门打开，开启截污模式，井内水位迅速下降，溢流中断。10:13雨势又起，由于中后期雨水的稀释作用，井内水COD浓度下降，10:43再次形成溢流。11:18降雨结束，井内水COD浓度升高至晴天水体，柔性阀门开启，开始截污。设施在大雨天气运行情况符合设计预期，控制系统灵敏有效，在降雨反复的情况下，灵活发挥行洪和截污作用。

图10 R-4场次ZN01运行情况(20200924)

在示范河段典型排口DSP-01、DSP-05和DSP-06末端建设精准截排设施2座，通过COD水质传感器实时监测来水水质控制井内阀门启闭进行精细分流，在4次不同晴雨场次中，运行效果良好，晴天旱流污水和雨天初期雨水均截流到沿岸截污管至污水处理厂处理，后期较干净雨水排入河道，大幅度削减了进入河道的污染物总量。

4.1 示范前后沿河截污率变化情况

大山陂水示范工程自建成运行以来，效果明显，排放清单中所有排口均得到有效治理。大山陂水示范前后入河污水量见表4所示，降雨天气下，以初期4~8 mm的降雨量作为污染严重弃流水量，估算取初期4 mm降雨量，汇水面积内全部汇流计算，可得一次降雨DSP-01、DSP-02和DSP-06平均入河初期雨水量约为72、162和216 m3；DSP-03收集河岸绿地雨水（约0-85 hm2）；示范工程建设前，DSP-04和DSP-05排口被相关整治工程封堵改接，不再排水入河。示范后，通过水质指标控制排口开关，水质不达标的污水和初期雨水全部被截留至污水干管，晴雨天均无污水入河。故晴天污水截污率K1=100%，雨天初期雨水截污率K2=100%，根据公式进一步可得示范河段沿河截污率K=100%。

表4 示范前后入河污水量估算

4.2 示范前后感官及水质变化情况

在晴天天气下，示范工程建成运行后，河段水质除总氮不作考核外，溶解氧、COD、BOD5、氨氮和总磷指标平均浓度分别为6.51、25.0、7.15、0.78、0.15 mg/L。相比于示范前，河水溶解氧平均提高了57.1%，COD平均降低了58.9%，BOD5平均降低了59.3%，氨氮平均降低了82.1%，总氮平均降低了65.3%，总磷平均降低了92.1%。

在雨天天气下，示范河段溶解氧、COD、BOD5、氨氮和总磷指标，平均浓度分别为5.83、27.9、7.58、0.73、0.14 mg/L。示范前后河水溶解氧平均提高了43.3%，COD平均降低了51.8%，BOD5平均降低了53.5%，氨氮平均降低了73.8%，总氮平均降低了51.5%，总磷平均降低了85.3%。

晴、雨天水质均得到明显改善，满足《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅴ类水标准。

4.3 示范前后污染底泥现场处理效果

4.3.1 底泥AVS、ORP及颜色变化

河道现场污染底泥处理前后，AVS、ORP变化见表5。

表5 示范前后AVS、ORP及颜色变化

由表5可知，底泥投加硝酸钙混合药剂后，压黑除臭效果明显，见效快。若后续遇到上游河水带来大量污染，使底泥变黑臭，可及时投加复合生化试剂进行处理，保证处理效果。

4.3.2 河流边界臭气物质浓度变化

由表6可知，示范工程通过投加硝酸盐混合药剂快速压黑除臭，示范后该河段边界挥发性恶臭物质浓度明显降低。

表6 示范前后河道边界挥发性恶臭物质浓度变化

（1）在示范河段典型排口DSP-01、DSP-05和DSP-06末端建设精准截排设施2座，通过COD水质传感器实时监测来水水质控制井内阀门启闭进行精细分流，在4次不同晴雨场次中，运行效果良好，晴天旱流污水和雨天初期雨水均截流到沿岸截污管至污水处理厂处理，后期较干净雨水排入河道，大幅度削减了进入河道的污染物总量。

（2）在示范河段黑臭底泥中投加颗粒态+溶液态硝酸盐混合药剂进行内源修复后，河内底泥在7 d内逐渐由黑色变为土褐色，在加药后的30 d内未再出现黑臭现象。

（3）示范河段沿河截污率为100%，河道水体水质明显改善，达到《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅴ类水标准，示范后河道边界臭味大幅消失，河段边界臭气浓度均小于10，氨平均浓度为0.029 mg/m3、硫化氢平均浓度为0.015 mg/m3。

（4）对于同一排口，在一定的时期内，管网变化不大，整个系统变化不大的情况下，降雨时的水质变化曲线相对是固定的，精准截排控制策略也无较大变化，但是随着上游管网的完善、改造和末端设施（如截污干管、调蓄池、污水处理厂）的修建，精准截排控制策略也要进行修正，最终保证排口的清污分流、浓淡分流的效果。