城市河涌泥水环境综合治理方略

第42卷第5期2009年10月武汉大学学报(工学版)

EngineeringJournalofWuhanUniversityVol.42No.5Oct.2009

文章编号:167128844(2009)0520572205

城市河涌泥水环境综合治理方略

杨国录1,赖佑贤2,陈士强3,陈永喜2,童忠尧1

(1.武汉大学污淤泥研究中心,湖北武汉　430072;2.广州市水电工程建设公司,广东广州　510600;

3.武汉路德科技有限责任公司,湖北武汉　430072)

生态、环境的综合整治,分析了城市河网型河涌特性、水域污染特摘要:针对城市河涌泥水环境问题提出河涌人文、

性、河涌污染淤积特性以及水域各支流河涌污染水质的关联性,归纳出河涌综合治理的六大关键问题,明确外部环境治理为先,内部系统治理为次,健康河涌源动力为果的工程建设时序.详述了点源截污和雨污分流的工程措施,提出利用“潜入式曝气紊凝水净化技术”实施河涌大尺度污染水体的快速净化方案,提出“泥沙聚沉及水沙分离技术”方法解决河涌快速清淤问题,提出“淤泥燃料资源化处置技术”解决高含水率淤泥的处理和处置问题,提出“固定繁衍微生物污水无泥净化技术集成系统”,建立河涌自循环补水体系来解决河涌可持续发展的健康问题.

关键词:城市河涌;泥水环境;水质净化;综合治理;技术策略中图分类号:X705　　　文献标志码:A

Tacticsforintegrativecity

YANG1,Y,3,CHENYongxu2,TONGZhongrao1

andSilt,WuhanUniversity,Wuhan430072,China;

2.andHydropowerStationConstructionCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China;

3.WuhanRoadTechnologyCo.,Ltd.,Wuhan430072,China)

Abstract:Humanities,ecologyandenvironmentarethethreemainpointsofintegrativetreatmentofturbidwaterinriverconnectedwithestuaryincities.Sixkeyproblemsareconcludedinthepaperbyanalyzingthecharacteristicsofrivernetwork,characteristicsofpollutioninwaterarea,characteristicsofdepositionofpollutantandrelationshipofpollutionineachbranch.Inordertoobtainahealthyriver,aprincipleisconfirmedthatexteriorenvironmentshouldberenovatedfirst;thentheinnersystem.Besidesintroducingameasureofsewageinterceptionindetail;thepaperbringsforwardadepuratingprojectwhichisnamedasdivingmodeplusinsolatingwithturbulentflocculationtechnology.Thesedimentflocculatingtechnologyisadvancdtoseparatewaterfromsullageandthedisposalmethodforsewagewithhighwatercontentisputforwardbyburning.Evenmore,asystemthatcanpurgewaterbymultiplyingmicro2organismcanbesetuptokeepthedurativehealthoftheriver.

Keywords:riverconnectedwithestuaryincity;turbidwater;waterpurification;integrativetreatment;tacticsoftechnique

　　众所周知,由于人们固有的经济发展为先的思想意识,泥水环境润育经济建设和发展的同时而积劳成疾且得不到“回报性”的调理和治理,使得我国泥水环境问题突出,尤其是深居于河网型三角洲的国际大都市,产业结构越多元化、经济发展越迅速,泥水环境问题就越大.诸如位于长三角和珠三角的经济发达地区,河网复杂,内河海洋动势两能对持,河涌的纳污、除污、载污能力急剧下降而成为地道的

收稿日期:2009206230

作者简介:杨国录(19552),男,教授,博士生导师,主要从事水力学及河流动力学研究,E2mail:[email protected].

　第5期杨国录,等:城市河涌泥水环境综合治理方略

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排污“廊道”;一些河涌由于周边环境非常恶劣,生活污水和工业污水不断排入,而自身的调蓄作用弱、纳污能力小、坡缓动能不足、河涌载污能力不够,致使河涌出现季节性恶臭,导致城市河涌泥水环境与经济发展、人居生活需求极度不协调.

级河涌的健康起到反作用.

2)河涌功能作用削弱.原河涌行洪、航运、环境等功能弱退成行污排涝作用.3)河涌坡缓、动能小,载污能力小.三角洲河涌坡降一般为0.1‰～0.2‰,纳污、除污、载污能力很差.

4)河涌水质很差,部分河涌水质接近5到6类

(图1).水,表观上“黄黑”,感官上“恶臭”

5)河涌淤积极其严重,且淤积物严重污染,其程度已构成河涌水体的新的污染源(图2).

6)河涌环境与人居环境极度不和谐“河气,、水

1　河涌泥水环境基本问题

城市河涌泥水环境问题的主要表现在:

1)河网型河涌的泥水环境关联性极强,河网主干河道或上一级河涌的泥水环境往往对河涌起到决定性作用,而河涌泥水环境则往往对主干或者下一

气、泥气”和“人气”极度不协调

.

图1　某城市河涌功能与水质图22　民生需求对河涌的要求不同,其综合治理目标不尽相同.一般说来,综合考虑人居环境变化、经济结构布局、产业结构调整,河涌综合治理目标可归纳出五大方面:环境河涌,实现水资源清洁保护和城市水环境的可持续发展;生态河涌,营造水生物、水植物、微生物繁衍和衍生地;健康河涌,具有可持续发展的健康功能机体;人文河涌,体现历史人物、文化、军事、科技典范的河涌教育基地;和谐河涌,表征河涌水环境水资源与人居环境、社区资源和谐的共存与协调发展.

围绕着上述城市河涌综合治理目标和宗旨,河涌泥水环境综合治理可归述六大关键问题:截断点源、雨污分流、水质净化、底泥清除、淤泥处置和引水补水工程.其中,截断点源和雨污分流为河涌外部环境治理问题;水质净化、底泥清除、淤泥处置为河涌内部环境治理问题;引水补水工程则可以认为利用外部环境或者内部环境条件解决河涌长期稳定健康可持续发展问题.

河涌外部环境治理决定着内部环境治理,必须优先考虑外部环境的治理问题.对于沿河两岸排放的工业、生活污染源,不彻底的拦截根除,沿河雨污

,不与地下排污管道联通,就必然出现河涌边治理边排污问题,河涌内部环境的水质净化、底泥清除和底泥处理与处置的工程建设就不可能卓有成效.

城市河涌功能转化多数是经济高速发展地区的经济结构配置、取向意识与环境发展不和谐造成的,加之我国城市河涌沿岸长期没有雨污分流,这两者的结合使得河涌不得不排泄这些污染物而成为典型的排污廊道.鉴此,河涌外部环境治理中的“截断点源”和“雨污分流”工程多属于市政工程范畴,只能通过加大管网建设和污水处理能力才能够得到解决.这样,水质净化、底泥清除、淤泥处置和引水补水工程就成为河涌治理的主要关键问题.

3　河涌泥水环境综合治理原则

由于城市河涌环境问题的复杂性以及关键工程问题的多样性,围绕着城市河涌综合治理宗旨和预期达到的治理效果,深究综合治理原则来确定河涌治理技术路线及层次是必要的.综合治理原则应该是:

1)先治河涌、后治河网、再治江河原则.河涌与江河是以河网结构搭接的,江河是河网的主流,河涌是河网的诸多支流,两者构成了极其复杂的河网关系.2)先治河涌外部环境、后治河涌内部体系原则.河涌泥水环境恶化的主要因素是点源注入和雨污汇入,直接影响到河涌内部体系的水质和淤泥质

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武汉大学学报(工学版)第42卷

品,必须先治理河涌外部周界环境再治理内部环境.

3)先治水、后治泥、再治污染物原则.水是泥和污染物输移的主要载体,泥是污染物的吸附体,污染水体和污染淤积体是2个主次矛盾体,应该先治理污染水体、后治理污染淤泥体、再处置污染物.

4)河涌底泥清除与处置的协调原则.底泥清除与处置是关键难题.由于常用的绞吸和爬吸式清淤船清除淤泥体积远远大于河涌底泥水下体积,底泥清除体积急剧增加,因此,河涌底泥清除必须与淤泥处置方法高度协调,没有良好淤泥处置方法就没有必要去考虑河涌的清淤问题,没有较好的淤泥处理手段就不要轻易确定淤泥的处置归宿.

5)河涌治理与江河可持续发展的协调原则.从治河角度看,这种协调性主要有:①河涌治理过程应与江河健康环境协调;②河涌治理后赖于生存的运动、动力条件与江河环境协调.

6)河涌治理工程与和谐社会协调发展原则.河涌治理工程与和谐社会协调发展关系到河涌综合治理的根本,综合治理全过程都必须做到去黑、除臭和治污,任何一个治理环节与社会不和谐,.

7)人文、,城市河涌,更是城市文明发展的象征和经济发展的依托.城市河涌环境综合治理不仅要逐步摈弃传统治河观念,重要的在于兼顾生态保护和修复的同时升华河涌人文治理理念及内涵.

影响,少数城市河涌泥水环境还必须考虑城市区域性排涝的影响.因此,截断污染点源工程和雨污分流工程是河涌环境治理的首要而关键的治污工程.

截断污染点源工程和雨污分流工程,传统方法是截断工业生活污染源排入河涌,而将其引入地下排污管网,送入城市污水处理厂处理后达标排放.这种处置方法很常规,问题的焦点在于城市区域性雨污分流工程和地下管网工程建设难度大,城市污水处理厂增容,投入巨大.应该说,对于原有足够排污地下管网和污水处理能力的城市,或者不计成本地扩大管网和污水处理能力的城市是可行的.

近期研究表明,对于河涌深居旧城区或者深居管网布置缺损、污水处理能力不足的新城区,可以通过建设区域性小型地下污水处理厂来解决点源排放问题,具体做法是将点源污水和雨污集水通过拦集管道收集到区域性小型地下污水处理厂,经过固定3)处理达G.由于固定繁衍微生物污水减泥净化集成系统具有有机物减泥处理特点,这就为地下区域性污水处理提供了极大的可能性;而WTG系列自动曝气复合介质精滤水处理机内安置有滤料自动反冲洗系统,使得地下污水处理减少了维护.2种技术由于分别采用了物理处理技术和微生物处理技术,可以分开使用,也可以联合使用,视实际问题而定.

2)水质净化工程技术方法.目前我国较多推崇的河涌水质净化技术可分成两大类:生态修复技术利用混凝、吸附、沉淀机理去除污染水体中的SS、COD、TP和NH32N;化学净化方法水体净化速度快,但存在不同程度的负面效应.

近年来提出的“嵌入式曝气紊凝水净化技术”,由絮凝技术、曝气技术和水力机械技术所构成,运用优化时序工艺来达到水净化效果.絮凝技术运用高分子聚合物FAS泥沙聚沉剂和传统絮凝剂经过优化时序叠加,再经过嵌入水体内部的曝气产生的紊动作用进行均化,进而实现有机、无机污染物的快速高度聚合,使污染物聚合体沉积在河床中生成污染物淤积体,实现河涌水质净化.

“嵌入式曝气紊凝水净化技术”的河涌污染水体净化特点是快速生成污染聚合体并与水分离沉降于河床成为淤积体,因此“嵌入式曝气紊凝水净化技,术”与河涌底泥清除、引水补水技术联合应用,河涌

4　河涌综合治理技术路线及方法

4.1　技术路线

城市河涌环境治理是一个十分复杂的系统工

程,严格意义上说,很难或者极难探求到一个能够用于解决河涌环境治理工程的具有普适性的技术路线和方法,但河涌治理的六大关键问题,不失为河涌环境治理的共性问题.依照上节所述治理原则,探求科学的治理方法和优化工程治理时序,对河涌环境综合治理效果尤其重要.鉴此,河涌泥水环境治理技术路线,可依照先治理城市河涌外部环境再治理河涌内部环境,先治理河涌泥水体系中的水再治理泥和污染物,是比较科学的.4.2　技术方法

1)截断污染点源工程和雨污分流工程技术方法.城市河涌泥水环境系统好坏主要受到沿岸工业、生活污染源的影响,其次是季节性的降雨地表产流、产沙、产泥、产污,再次是河涌上游泥水环境注入的

　第5期杨国录,等:

城市河涌泥水环境综合治理方略

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　　　　　　　　　　图3　区域性小型地下污水处理厂　　　　　　　　　　图4　WTG精滤水处理机

治理效果将更加显著.

3)底泥清除和淤泥处置技术方法.河涌内部环境治理难度极大的问题是河涌底泥的清出与处理.减量、无害、稳定化处理淤泥是解决问题的关键,资源化处置利用是淤泥清除的最佳方式.

目前底泥清出方式有2种做法:一是排干水后清淤;二是带水实时清淤.图5是某河涌两头拦截排

干水后实施清淤的情景,由于淤积体中有机物份量较多,颗粒极细,水排出后河涌河床干而不干,含水率在75%～80%,黑臭粘稠可溢动,挖掘机和清淤船实施困境重重.相反,虽然水下清淤定位出现少数盲点,但绞吸式或爬吸式挖泥船的清淤技术可以得到较好运用,且更重要的是清淤过程不受季节性影响,与其他淤泥处理处置技术也可以得到较好对接.

图5　某城市河涌排干水淤泥清淤情景

　　河涌底泥清除和资源化处置,是城市河涌环境综合治理成败的关键.换句话说,如果没有探求到河涌

底泥的甚佳处置方法和去处,毫不夸张地说河涌底泥清除是徒劳的.实践表明,河涌清淤工程在技术和操作上都不存在很多难度,要使得淤泥处置技术经济性能好、无污染物二次转移和生成、淤泥资源利用率高,淤泥的调理调质减量化处理是问题的核心.

河涌底泥清淤是前提,处置是归宿,处理是搭接前提与归宿的重要手段.带水实时清淤工程的主要问题在于泥水体积增量,体积增量一般在4～8倍,不管处置采用何种方案都将为后续处理和处置增加了技术困难、用地安置和经济压力.因此,清出淤泥减量化处理就成为问题的焦点,其主要内容有“资源型去水、零排放除污和目的性有机物稳定”处理.

武汉路德科技公司与武汉大学污淤泥研究中心合作很好地解决了上述核心问题.武汉大学污淤泥研究中心在淤泥调理与调质理论与实践方面做了大量的研究工作,武汉路德科技公司应用调理调质理论进行了许多板框压滤机深度脱水试验研究工作,针对云南滇池、广州马涌、东莞麻涌、广州佛山、天津

生态园区、武汉东湖等淤泥深度脱水,通过大量试验研究,完善和印证了淤泥调理调质脱水理论,并得到

了完整的可供工程建设设计、实施的工程技术方法———疏浚泥浆“脱水固结一体化”处理系统.图6是某河涌疏浚泥浆泥水分离效果,泥饼含水率为30%,可以资源化处置利用,分离水浊度SSν20mg/L,可以直接返回河涌.

河涌淤泥处置的又一难度是解决好处理淤泥的去处问题,即在无害化处理的基础上充分考虑好脱水淤泥的“填埋、资源土、建材、燃料”化处置问题[1,2].实践证明,河涌淤泥处置及其资源化利用的主要影响因素是有机物含量的多少及其稳定化处理问题,有机物含量多稳定化处理好有助于焚烧处置,含量极少有利于用作回填土和资源土,这一过程的处置可通过《污泥燃料资源化处置技术》和《HEC高强高耐水固化技术》的应用得以实现(图7和图8)[3,4].

4)引水补水工程技术方法.在截污拦污、水质净化、淤泥清除工程后实施引水补水工程,可以使得河涌泥水环境长期健康可持续发展.由于引水补水

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武汉大学学报(工学版)第42

卷

图6　

某河涌疏浚泥浆泥水分离

图7　淤泥电厂辅助燃料化处置　　　　　　　　　　　图8　工程有“外引水”和“内引水”补水工程,且涉及到河涌内外环境治理和条件问题,引水补水工程实施是一个极其复杂的环境系统工程.

“外引水”,和“河涌的动能问题”.但是,,外江水少或无水就无从说补水,外江水质不良就无从谈起河涌水质改良,实质上,河网型河涌泥水环境相互关联,要获得足量高质水需要建筑大规模的管渠来取得.

河涌环境健康可持续发展问题是如何做到使得河涌水质长期保质和做到动水不腐问题,能够解决好这一问题的另一个途径和措施是“内引水循环”补水工程.“内引水循环”补水工程不受外界环境条件影响,在河涌水质净化和底泥清淤处理后实施,通过建造一个自引循环式动力工程,自引于河涌内部系统中的水,经过自引循环式动力工程中的水质净化

处理系统(图3、4)后直接排入到河涌体系中,这样河涌水质不仅长期得到保证,而且河涌的水动力能够得到长期保持,由于自引循环式动力工程采用的是长期引水、处理、调理来解决河涌环境健康发展问题,水处理采用了微生物有机减泥水处理技术和自动反冲洗物理过滤除浊技术,所以后期维护少,且引水量小、动力小、建设规模不大,投资省.

,、生态、环境

生态河涌、人文河综合治理宗旨,归纳出河涌:点源截污、雨污分流、水质净化、河涌清淤、淤泥处置和健康河涌动力工程,十分明确地指出了河涌外部环境治理与内部系统治理建设时序,并针对六大关键问题提出了综合治理技术路线和可行的技术方法,给出了可行操作的、科学的,突出人文、生态、环境综合理念的河涌综合治理方案.参考文献:

[1]　LIPeisheng,LiJie,HuYi,etal.ResearchonCom2

bustionReactionMechanismofSewageSludge/CoalMixturesbyThermogravimetryandDifferentialTher2malAnalysis[C]//TheProceedingsofthe32ndInter2nationalTechnicalConferenceonCoalUtilization&FuelSystems,USA,CoalTechnologyAssociation,2007,9(1):1342138.

[2]　YuWan,YangJun,LiPeisheng,etal.Predicting

CoalHeatingValuefromProximateandUltimateAnalysiswithNeuralNetworkMethod[C]//ThePro2ceedingsofthe32ndInternationalTechnicalConfer2enceonCoalUtilization&FuelSystems,USA,CoalTechnologyAssociation,2007,9(1):1352139.

5　结　论

城市河涌泥水环境综合治理是一个极其复杂的

(下转第586页)

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武汉大学学报(工学版)第42卷

场洪水地表径流汇流过程,成果见表4.由表4可知:洪峰流量的总体合格率为75%,峰现时间合格

主峰流量精度评价

实测值模拟值绝对误/(m3・/(m3・差/(m3・-1)-1)-1)119.6100.718.9156191-354248.5-6.5

169.7124.6296.8187.299.972.8183.6271

183.5105.7260.1190.387.165.3204.7356.4

-13.818.936.7-3.112.87.6-21.1-85.4

100%,汇流时间合格率为75%.R2的平均值达到79.38%,能够满足精度要求.

汇流时间精度评价

绝对相对

实测模拟

误差误差

值/d值/d

56-12075228.698111.1

7898714810

788888107

0010-16-23

0011.10-14.342.9-2530

表4　流域汇流过程模拟效果分析

模型

阶段

洪水场次

56_157_158_2

相对误差15.8-22.5-15.5

-8.115.212.4-1.712.810.4-11.5-31.5

峰现时间精度评价

绝对相对

实测模拟

误差误差

值/d值/d

6600440034-133.3

42354473

33454372

1-1-100101

255033.30025033.3

确定性

系数R2/%

72.5572.2982.7893.7575.591.2891.7790.9485.3795.8645.36

率定期58_359_560_160_263_364_364_464_5

检验期

5　结　语

根据SCS模型原理建立了相应的流域产汇流模型,件对模型加以改进.用1956～,:

1)SCS流域水文模拟,必须根据流域的实际情况对模型加以改进.

2)对SCS产汇流模型进行改进后加以应用,取得较好的效果:率定期产流模型合格率为70.6%,模型检验期产流模型的合格率达80%;率定期洪峰流量的总体合格率为87.5%,检验期洪峰流量的总体合格率为75%.

可见,经过对模型的结构和参数进行改进,SCS模型也可应用于我国湿润地区的流域水文模拟.

参考文献:

[1]AAnalysisUsing

[Hall,Inc.Englewood,]　SoilConservationService.NationalEngineeringHand2

book,Section4:Hydrology[S].USDA,Springfield,VA.1993.

[3]　MishraSK,SinghVP.SoilConservationService

CurveNumber(SCS2CN)Methodology[M].KluwerAcademicPublishers,Netherlands,2003.

[4]　MishraSK,SinghVP.Long2termhydrologicalsimu2

lationbasedonthesoilconservationservicecurvenum2ber[J].Hydrol.Processes,2004,18:129121313.[5]　MishraSK,SinghVP,SansaloneJJ,etal.Amodi2

fiedSCS2CNmethod:characterizationandtesting[J].WaterResourcesManagement,2003,17:38268.

(上接第576页)

[3]　HuYi,HuNiansu,LiPeisheng,etal.Determination

oftheFormsandTransformationofNitrogeninCoalandSewageSludgeandTheirCharswithX2RayPho2toelectronSpectroscopyMethod[C]//TheProceed2ingsofthe32ndInternationalTechnicalConferenceonCoalUtilization&FuelSystems,USA,CoalTechnol2

ogyAssociation,2007,9(1):1362140.

[4]　HuYi,LiPeisheng,HuNiansu,etal.InorganicEle2

mentFunctionalGroupDatabaseonPulverizedCoalSurfaceBasedonXPSMethod[J].DataScienceJour2nal,2007,6(1):3172323.

第42卷第5期2009年10月武汉大学学报(工学版)

EngineeringJournalofWuhanUniversityVol.42No.5Oct.2009

文章编号:167128844(2009)0520572205

城市河涌泥水环境综合治理方略

杨国录1,赖佑贤2,陈士强3,陈永喜2,童忠尧1

(1.武汉大学污淤泥研究中心,湖北武汉　430072;2.广州市水电工程建设公司,广东广州　510600;

3.武汉路德科技有限责任公司,湖北武汉　430072)

生态、环境的综合整治,分析了城市河网型河涌特性、水域污染特摘要:针对城市河涌泥水环境问题提出河涌人文、

性、河涌污染淤积特性以及水域各支流河涌污染水质的关联性,归纳出河涌综合治理的六大关键问题,明确外部环境治理为先,内部系统治理为次,健康河涌源动力为果的工程建设时序.详述了点源截污和雨污分流的工程措施,提出利用“潜入式曝气紊凝水净化技术”实施河涌大尺度污染水体的快速净化方案,提出“泥沙聚沉及水沙分离技术”方法解决河涌快速清淤问题,提出“淤泥燃料资源化处置技术”解决高含水率淤泥的处理和处置问题,提出“固定繁衍微生物污水无泥净化技术集成系统”,建立河涌自循环补水体系来解决河涌可持续发展的健康问题.

关键词:城市河涌;泥水环境;水质净化;综合治理;技术策略中图分类号:X705　　　文献标志码:A

Tacticsforintegrativecity

YANG1,Y,3,CHENYongxu2,TONGZhongrao1

andSilt,WuhanUniversity,Wuhan430072,China;

2.andHydropowerStationConstructionCo.,Ltd.,Guangzhou510600,China;

3.WuhanRoadTechnologyCo.,Ltd.,Wuhan430072,China)

Abstract:Humanities,ecologyandenvironmentarethethreemainpointsofintegrativetreatmentofturbidwaterinriverconnectedwithestuaryincities.Sixkeyproblemsareconcludedinthepaperbyanalyzingthecharacteristicsofrivernetwork,characteristicsofpollutioninwaterarea,characteristicsofdepositionofpollutantandrelationshipofpollutionineachbranch.Inordertoobtainahealthyriver,aprincipleisconfirmedthatexteriorenvironmentshouldberenovatedfirst;thentheinnersystem.Besidesintroducingameasureofsewageinterceptionindetail;thepaperbringsforwardadepuratingprojectwhichisnamedasdivingmodeplusinsolatingwithturbulentflocculationtechnology.Thesedimentflocculatingtechnologyisadvancdtoseparatewaterfromsullageandthedisposalmethodforsewagewithhighwatercontentisputforwardbyburning.Evenmore,asystemthatcanpurgewaterbymultiplyingmicro2organismcanbesetuptokeepthedurativehealthoftheriver.

Keywords:riverconnectedwithestuaryincity;turbidwater;waterpurification;integrativetreatment;tacticsoftechnique

　　众所周知,由于人们固有的经济发展为先的思想意识,泥水环境润育经济建设和发展的同时而积劳成疾且得不到“回报性”的调理和治理,使得我国泥水环境问题突出,尤其是深居于河网型三角洲的国际大都市,产业结构越多元化、经济发展越迅速,泥水环境问题就越大.诸如位于长三角和珠三角的经济发达地区,河网复杂,内河海洋动势两能对持,河涌的纳污、除污、载污能力急剧下降而成为地道的

收稿日期:2009206230

作者简介:杨国录(19552),男,教授,博士生导师,主要从事水力学及河流动力学研究,E2mail:[email protected].

　第5期杨国录,等:城市河涌泥水环境综合治理方略

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排污“廊道”;一些河涌由于周边环境非常恶劣,生活污水和工业污水不断排入,而自身的调蓄作用弱、纳污能力小、坡缓动能不足、河涌载污能力不够,致使河涌出现季节性恶臭,导致城市河涌泥水环境与经济发展、人居生活需求极度不协调.

级河涌的健康起到反作用.

2)河涌功能作用削弱.原河涌行洪、航运、环境等功能弱退成行污排涝作用.3)河涌坡缓、动能小,载污能力小.三角洲河涌坡降一般为0.1‰～0.2‰,纳污、除污、载污能力很差.

4)河涌水质很差,部分河涌水质接近5到6类

(图1).水,表观上“黄黑”,感官上“恶臭”

5)河涌淤积极其严重,且淤积物严重污染,其程度已构成河涌水体的新的污染源(图2).

6)河涌环境与人居环境极度不和谐“河气,、水

1　河涌泥水环境基本问题

城市河涌泥水环境问题的主要表现在:

1)河网型河涌的泥水环境关联性极强,河网主干河道或上一级河涌的泥水环境往往对河涌起到决定性作用,而河涌泥水环境则往往对主干或者下一

气、泥气”和“人气”极度不协调

.

图1　某城市河涌功能与水质图22　民生需求对河涌的要求不同,其综合治理目标不尽相同.一般说来,综合考虑人居环境变化、经济结构布局、产业结构调整,河涌综合治理目标可归纳出五大方面:环境河涌,实现水资源清洁保护和城市水环境的可持续发展;生态河涌,营造水生物、水植物、微生物繁衍和衍生地;健康河涌,具有可持续发展的健康功能机体;人文河涌,体现历史人物、文化、军事、科技典范的河涌教育基地;和谐河涌,表征河涌水环境水资源与人居环境、社区资源和谐的共存与协调发展.

围绕着上述城市河涌综合治理目标和宗旨,河涌泥水环境综合治理可归述六大关键问题:截断点源、雨污分流、水质净化、底泥清除、淤泥处置和引水补水工程.其中,截断点源和雨污分流为河涌外部环境治理问题;水质净化、底泥清除、淤泥处置为河涌内部环境治理问题;引水补水工程则可以认为利用外部环境或者内部环境条件解决河涌长期稳定健康可持续发展问题.

河涌外部环境治理决定着内部环境治理,必须优先考虑外部环境的治理问题.对于沿河两岸排放的工业、生活污染源,不彻底的拦截根除,沿河雨污

,不与地下排污管道联通,就必然出现河涌边治理边排污问题,河涌内部环境的水质净化、底泥清除和底泥处理与处置的工程建设就不可能卓有成效.

城市河涌功能转化多数是经济高速发展地区的经济结构配置、取向意识与环境发展不和谐造成的,加之我国城市河涌沿岸长期没有雨污分流,这两者的结合使得河涌不得不排泄这些污染物而成为典型的排污廊道.鉴此,河涌外部环境治理中的“截断点源”和“雨污分流”工程多属于市政工程范畴,只能通过加大管网建设和污水处理能力才能够得到解决.这样,水质净化、底泥清除、淤泥处置和引水补水工程就成为河涌治理的主要关键问题.

3　河涌泥水环境综合治理原则

由于城市河涌环境问题的复杂性以及关键工程问题的多样性,围绕着城市河涌综合治理宗旨和预期达到的治理效果,深究综合治理原则来确定河涌治理技术路线及层次是必要的.综合治理原则应该是:

1)先治河涌、后治河网、再治江河原则.河涌与江河是以河网结构搭接的,江河是河网的主流,河涌是河网的诸多支流,两者构成了极其复杂的河网关系.2)先治河涌外部环境、后治河涌内部体系原则.河涌泥水环境恶化的主要因素是点源注入和雨污汇入,直接影响到河涌内部体系的水质和淤泥质

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武汉大学学报(工学版)第42卷

品,必须先治理河涌外部周界环境再治理内部环境.

3)先治水、后治泥、再治污染物原则.水是泥和污染物输移的主要载体,泥是污染物的吸附体,污染水体和污染淤积体是2个主次矛盾体,应该先治理污染水体、后治理污染淤泥体、再处置污染物.

4)河涌底泥清除与处置的协调原则.底泥清除与处置是关键难题.由于常用的绞吸和爬吸式清淤船清除淤泥体积远远大于河涌底泥水下体积,底泥清除体积急剧增加,因此,河涌底泥清除必须与淤泥处置方法高度协调,没有良好淤泥处置方法就没有必要去考虑河涌的清淤问题,没有较好的淤泥处理手段就不要轻易确定淤泥的处置归宿.

5)河涌治理与江河可持续发展的协调原则.从治河角度看,这种协调性主要有:①河涌治理过程应与江河健康环境协调;②河涌治理后赖于生存的运动、动力条件与江河环境协调.

6)河涌治理工程与和谐社会协调发展原则.河涌治理工程与和谐社会协调发展关系到河涌综合治理的根本,综合治理全过程都必须做到去黑、除臭和治污,任何一个治理环节与社会不和谐,.

7)人文、,城市河涌,更是城市文明发展的象征和经济发展的依托.城市河涌环境综合治理不仅要逐步摈弃传统治河观念,重要的在于兼顾生态保护和修复的同时升华河涌人文治理理念及内涵.

影响,少数城市河涌泥水环境还必须考虑城市区域性排涝的影响.因此,截断污染点源工程和雨污分流工程是河涌环境治理的首要而关键的治污工程.

截断污染点源工程和雨污分流工程,传统方法是截断工业生活污染源排入河涌,而将其引入地下排污管网,送入城市污水处理厂处理后达标排放.这种处置方法很常规,问题的焦点在于城市区域性雨污分流工程和地下管网工程建设难度大,城市污水处理厂增容,投入巨大.应该说,对于原有足够排污地下管网和污水处理能力的城市,或者不计成本地扩大管网和污水处理能力的城市是可行的.

近期研究表明,对于河涌深居旧城区或者深居管网布置缺损、污水处理能力不足的新城区,可以通过建设区域性小型地下污水处理厂来解决点源排放问题,具体做法是将点源污水和雨污集水通过拦集管道收集到区域性小型地下污水处理厂,经过固定3)处理达G.由于固定繁衍微生物污水减泥净化集成系统具有有机物减泥处理特点,这就为地下区域性污水处理提供了极大的可能性;而WTG系列自动曝气复合介质精滤水处理机内安置有滤料自动反冲洗系统,使得地下污水处理减少了维护.2种技术由于分别采用了物理处理技术和微生物处理技术,可以分开使用,也可以联合使用,视实际问题而定.

2)水质净化工程技术方法.目前我国较多推崇的河涌水质净化技术可分成两大类:生态修复技术利用混凝、吸附、沉淀机理去除污染水体中的SS、COD、TP和NH32N;化学净化方法水体净化速度快,但存在不同程度的负面效应.

近年来提出的“嵌入式曝气紊凝水净化技术”,由絮凝技术、曝气技术和水力机械技术所构成,运用优化时序工艺来达到水净化效果.絮凝技术运用高分子聚合物FAS泥沙聚沉剂和传统絮凝剂经过优化时序叠加,再经过嵌入水体内部的曝气产生的紊动作用进行均化,进而实现有机、无机污染物的快速高度聚合,使污染物聚合体沉积在河床中生成污染物淤积体,实现河涌水质净化.

“嵌入式曝气紊凝水净化技术”的河涌污染水体净化特点是快速生成污染聚合体并与水分离沉降于河床成为淤积体,因此“嵌入式曝气紊凝水净化技,术”与河涌底泥清除、引水补水技术联合应用,河涌

4　河涌综合治理技术路线及方法

4.1　技术路线

城市河涌环境治理是一个十分复杂的系统工

程,严格意义上说,很难或者极难探求到一个能够用于解决河涌环境治理工程的具有普适性的技术路线和方法,但河涌治理的六大关键问题,不失为河涌环境治理的共性问题.依照上节所述治理原则,探求科学的治理方法和优化工程治理时序,对河涌环境综合治理效果尤其重要.鉴此,河涌泥水环境治理技术路线,可依照先治理城市河涌外部环境再治理河涌内部环境,先治理河涌泥水体系中的水再治理泥和污染物,是比较科学的.4.2　技术方法

1)截断污染点源工程和雨污分流工程技术方法.城市河涌泥水环境系统好坏主要受到沿岸工业、生活污染源的影响,其次是季节性的降雨地表产流、产沙、产泥、产污,再次是河涌上游泥水环境注入的

　第5期杨国录,等:

城市河涌泥水环境综合治理方略

575

　　　　　　　　　　图3　区域性小型地下污水处理厂　　　　　　　　　　图4　WTG精滤水处理机

治理效果将更加显著.

3)底泥清除和淤泥处置技术方法.河涌内部环境治理难度极大的问题是河涌底泥的清出与处理.减量、无害、稳定化处理淤泥是解决问题的关键,资源化处置利用是淤泥清除的最佳方式.

目前底泥清出方式有2种做法:一是排干水后清淤;二是带水实时清淤.图5是某河涌两头拦截排

干水后实施清淤的情景,由于淤积体中有机物份量较多,颗粒极细,水排出后河涌河床干而不干,含水率在75%～80%,黑臭粘稠可溢动,挖掘机和清淤船实施困境重重.相反,虽然水下清淤定位出现少数盲点,但绞吸式或爬吸式挖泥船的清淤技术可以得到较好运用,且更重要的是清淤过程不受季节性影响,与其他淤泥处理处置技术也可以得到较好对接.

图5　某城市河涌排干水淤泥清淤情景

　　河涌底泥清除和资源化处置,是城市河涌环境综合治理成败的关键.换句话说,如果没有探求到河涌

底泥的甚佳处置方法和去处,毫不夸张地说河涌底泥清除是徒劳的.实践表明,河涌清淤工程在技术和操作上都不存在很多难度,要使得淤泥处置技术经济性能好、无污染物二次转移和生成、淤泥资源利用率高,淤泥的调理调质减量化处理是问题的核心.

河涌底泥清淤是前提,处置是归宿,处理是搭接前提与归宿的重要手段.带水实时清淤工程的主要问题在于泥水体积增量,体积增量一般在4～8倍,不管处置采用何种方案都将为后续处理和处置增加了技术困难、用地安置和经济压力.因此,清出淤泥减量化处理就成为问题的焦点,其主要内容有“资源型去水、零排放除污和目的性有机物稳定”处理.

武汉路德科技公司与武汉大学污淤泥研究中心合作很好地解决了上述核心问题.武汉大学污淤泥研究中心在淤泥调理与调质理论与实践方面做了大量的研究工作,武汉路德科技公司应用调理调质理论进行了许多板框压滤机深度脱水试验研究工作,针对云南滇池、广州马涌、东莞麻涌、广州佛山、天津

生态园区、武汉东湖等淤泥深度脱水,通过大量试验研究,完善和印证了淤泥调理调质脱水理论,并得到

了完整的可供工程建设设计、实施的工程技术方法———疏浚泥浆“脱水固结一体化”处理系统.图6是某河涌疏浚泥浆泥水分离效果,泥饼含水率为30%,可以资源化处置利用,分离水浊度SSν20mg/L,可以直接返回河涌.

河涌淤泥处置的又一难度是解决好处理淤泥的去处问题,即在无害化处理的基础上充分考虑好脱水淤泥的“填埋、资源土、建材、燃料”化处置问题[1,2].实践证明,河涌淤泥处置及其资源化利用的主要影响因素是有机物含量的多少及其稳定化处理问题,有机物含量多稳定化处理好有助于焚烧处置,含量极少有利于用作回填土和资源土,这一过程的处置可通过《污泥燃料资源化处置技术》和《HEC高强高耐水固化技术》的应用得以实现(图7和图8)[3,4].

4)引水补水工程技术方法.在截污拦污、水质净化、淤泥清除工程后实施引水补水工程,可以使得河涌泥水环境长期健康可持续发展.由于引水补水

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武汉大学学报(工学版)第42

卷

图6　

某河涌疏浚泥浆泥水分离

图7　淤泥电厂辅助燃料化处置　　　　　　　　　　　图8　工程有“外引水”和“内引水”补水工程,且涉及到河涌内外环境治理和条件问题,引水补水工程实施是一个极其复杂的环境系统工程.

“外引水”,和“河涌的动能问题”.但是,,外江水少或无水就无从说补水,外江水质不良就无从谈起河涌水质改良,实质上,河网型河涌泥水环境相互关联,要获得足量高质水需要建筑大规模的管渠来取得.

河涌环境健康可持续发展问题是如何做到使得河涌水质长期保质和做到动水不腐问题,能够解决好这一问题的另一个途径和措施是“内引水循环”补水工程.“内引水循环”补水工程不受外界环境条件影响,在河涌水质净化和底泥清淤处理后实施,通过建造一个自引循环式动力工程,自引于河涌内部系统中的水,经过自引循环式动力工程中的水质净化

处理系统(图3、4)后直接排入到河涌体系中,这样河涌水质不仅长期得到保证,而且河涌的水动力能够得到长期保持,由于自引循环式动力工程采用的是长期引水、处理、调理来解决河涌环境健康发展问题,水处理采用了微生物有机减泥水处理技术和自动反冲洗物理过滤除浊技术,所以后期维护少,且引水量小、动力小、建设规模不大,投资省.

,、生态、环境

生态河涌、人文河综合治理宗旨,归纳出河涌:点源截污、雨污分流、水质净化、河涌清淤、淤泥处置和健康河涌动力工程,十分明确地指出了河涌外部环境治理与内部系统治理建设时序,并针对六大关键问题提出了综合治理技术路线和可行的技术方法,给出了可行操作的、科学的,突出人文、生态、环境综合理念的河涌综合治理方案.参考文献:

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CoalHeatingValuefromProximateandUltimateAnalysiswithNeuralNetworkMethod[C]//ThePro2ceedingsofthe32ndInternationalTechnicalConfer2enceonCoalUtilization&FuelSystems,USA,CoalTechnologyAssociation,2007,9(1):1352139.

5　结　论

城市河涌泥水环境综合治理是一个极其复杂的

(下转第586页)

586

武汉大学学报(工学版)第42卷

场洪水地表径流汇流过程,成果见表4.由表4可知:洪峰流量的总体合格率为75%,峰现时间合格

主峰流量精度评价

实测值模拟值绝对误/(m3・/(m3・差/(m3・-1)-1)-1)119.6100.718.9156191-354248.5-6.5

169.7124.6296.8187.299.972.8183.6271

183.5105.7260.1190.387.165.3204.7356.4

-13.818.936.7-3.112.87.6-21.1-85.4

100%,汇流时间合格率为75%.R2的平均值达到79.38%,能够满足精度要求.

汇流时间精度评价

绝对相对

实测模拟

误差误差

值/d值/d

56-12075228.698111.1

7898714810

788888107

0010-16-23

0011.10-14.342.9-2530

表4　流域汇流过程模拟效果分析

模型

阶段

洪水场次

56_157_158_2

相对误差15.8-22.5-15.5

-8.115.212.4-1.712.810.4-11.5-31.5

峰现时间精度评价

绝对相对

实测模拟

误差误差

值/d值/d

6600440034-133.3

42354473

33454372

1-1-100101

255033.30025033.3

确定性

系数R2/%

72.5572.2982.7893.7575.591.2891.7790.9485.3795.8645.36

率定期58_359_560_160_263_364_364_464_5

检验期

5　结　语

根据SCS模型原理建立了相应的流域产汇流模型,件对模型加以改进.用1956～,:

1)SCS流域水文模拟,必须根据流域的实际情况对模型加以改进.

2)对SCS产汇流模型进行改进后加以应用,取得较好的效果:率定期产流模型合格率为70.6%,模型检验期产流模型的合格率达80%;率定期洪峰流量的总体合格率为87.5%,检验期洪峰流量的总体合格率为75%.

可见,经过对模型的结构和参数进行改进,SCS模型也可应用于我国湿润地区的流域水文模拟.

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(上接第576页)

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