導 讀

針對黑臭水體治理過程中雨污分流不徹底、初期雨水污染負荷高，以及河道積淤積污嚴重、底泥清淤成本高等突出問題，以深圳市大山陂水典型黑臭河段為例開展示范，創建沿河雨水、污水精 準截排新模式，原位應急壓黑壓臭污染底泥。示范工程實施后大山陂水沿河截污率提升至99%以上，降雨持續期進入河道水體水質明顯改善，達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅴ類水標準，底泥投加藥劑后1月內基本保持控制黑臭效果。

引用本文：陳立春，吳春雷，曾筱荃，等. 深圳典型黑臭河道精 準截排及底泥修復技術應用示范［J］. 給水排水，2023，49（1）：22-29.

以深圳市大山陂水整治為例，介紹了沿河雨水、污水精 準截排及底泥修復集成技術應用示范和工程實施效果，旨在為黑臭水體治理提供技術儲備與可借鑒的案例。

1  河道現狀和問題分析

大山陂水位于深圳市坪山區，為湯坑水的一級支流、坪山河的二級支流。河道總長1.82 km，發源于園嶺仔，起點為大山陂水庫壩下，流至坪山公園附近匯入湯坑水后進入坪山河干流?；拘畔⒁姳?。

表1  大山坡基本信息

大山陂水在本示范實施前已經過相關工程的整治，經河道水質取樣檢測，其中化學需氧量（COD）、氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）指標范圍分別為92~165 mg/L、3~7 mg/L、0.9~2.5 mg/L、0.5~1.5 mg/L、-250~-280 mV，現狀河道仍存在主要問題分析如下：

（1）因相關整治工程銜接問題，大山陂水兩岸區域排水管網短時間內無法完善，仍存在雨污混流情況，造成河水水質變差，波動較大。

（2）河道中游在雨污分流工程中設置了兩座溢流井，區域管網上游未完全分流的污水排入雨水系統，雨水系統末端采取“大截排”方式，通過沿河截污管轉輸至污水處理廠，造成污水處理量增加，污染物濃度降低。

（3）河道兩岸具備典型下墊面，包括：城中村、住宅區、工業區等。在降水條件下，地表徑流沖刷不同下墊面地面，使溶解或固體污染物匯入受納水體，引起河道污染。

（4）因河道整治清淤疏浚不徹底，在實施過程中漏掉部分污染區域，再加上持續外源污染輸入，河道水動力不足，造成底泥中的底棲生態系統破壞。

針對上述問題，通過梳理沿河周邊管網及排口，設置精 準截排設施、投加新型緩釋藥劑原位修復污染底泥對大山陂水進行整治，并制定了技術路線在示范中應用。

2  解決技術路線及關鍵技術

以“精 準截排”模式為核心，有效控制黑臭水體點源污染的增量，運用精 細分流控制，實現污水管和雨水管在初雨期和降雨持續期高效準確地收集各類污水，提高污水收集效率。同時，在污染黑臭底泥生態治理方面，使用化學強化應急藥劑原位壓黑壓臭處理底泥，改善底泥微觀環境，在不挖泥清淤或少挖泥的條件下，快速消除內源污染，提升河道感官，實現黑臭底泥的標本兼治。解決方案技術路線見圖1。

圖1  技術路線

2.1  精 準截排技術

2.1.1 精 準截排之快速控制及消除河道點源污染

針對沿河散排污染源，通過收集記錄不同排污口的時空特性，建立污染源排放清單；基于對點源污染類型的有效識別，采用可快速敷設、裝卸和接駁的新型聚乙烯PE管材，沿河道敷設管線，根據排放口的不同污染特性及污染來源進行精 準接駁和截流，糾正各市政道路、工礦企業、住宅樓宇等雨水、污水混接的現象，解決長期以來污水沿河道散排、亂排的難題，如圖2所示，將截排的污水導入市政污水系統，快速控制和消除河道的點源污染，保護河流體系，同時提高污水的收集效率。

圖2  精 準截排前后截污管鋪設對比示意

本技術旨在快速控制及消除河道的點源污染，又可應對中長期市政管網未完善前的截污問題，針對不同現場情況、不同排口類型及尺寸，可采用不同的布設方式：

（1）河道內敷設截污管道。

當河道兩側住宅或企業房屋臨河而建為一二層建筑物，沿河幾乎無空間敷設截污管道時，路幅往往偏小，管道開挖難以實施。因此，考慮在河道內側敷設截污管道，并在營造河道景觀時盡量予以遮蓋。根據河道護岸形式和截污管標高不同，可分為：①護岸為混凝土或漿砌塊石硬質駁岸時，采用在駁岸上設承托結構支撐架空管道。用小管徑聚乙烯PE接頭接納散排點源出浜管，然后將PE支管接入新建PE干管中，就近排入市政污水管道。②護岸為土坡時，為考慮快速接駁、截留，采用小方樁加承臺的樁架結構支撐架空管道。同樣采用PE管接頭接納污水出浜管，PE管接頭和管道下用小方樁加承臺作基礎支撐，管箍固定。

（2）沿河邊敷設截污管道。

由于現狀污水或合流污水均為直排河道，因此沿河敷設截污管，將污染源直接收集后就近排入市政污水管道。根據截污管敷設位置不同，又可分為：①敷設于沿河道路下。如沿河有規劃市政道路，則與之結合；反之，則敷設于沿河現狀道路下。②敷設于防汛通道內。如沿河沒有道路，則敷設于防汛通道內。

綜上幾種布設方式，根據河道具體實際情況，優先采用河道內敷設截污管道的方式，一方面便于拆卸、安裝，一方面節省投資、縮短工期，可快速實現對沿河散排、漏接的排污口等的精 準接駁和截留,作為現有未盡完善市政管網的有效補充。

2.1.2 精 準截排之不同污染負荷污水分級導排

在水質和液位指標的調控下，精 細化分流設施的閥門在無雨期、初雨期和降雨持續期表現不同的開閉狀態，從而實現對污水和雨水的精 確分流。

（1）晴天時，設施截流管前的閥門處于開啟狀態，內部污水完全被截流至污水干管，轉輸至污水處理廠處理。

（2）降雨初期，通過水質傳感器的實時監測，設施閥門保持開啟狀態，內部初期雨水分流至市政污水管。

（3）當初雨截流完全后，進入降雨持續期，設施截流管前的閥門充氣關閉，液位上升至超過固定堰后，中后期較干凈的雨水溢流排放至自然水體。

（4）當降雨結束，設施截流管前的閥門開啟，復位到晴天截流的狀態。

精 細分流設施依賴于井內的水質濃度檢測情況，而在實際運用過程中，降雨天氣下水流更加湍急，使得井內水流狀態更加紊亂，造成井內實時檢測數據不穩定，且不利于和常時狀態做對比。為解決這一情況，將精 細分流設施主體結構優化為兩段，均質調蓄段和分流設備控制段，見圖3。均質調蓄段設計目的是將進水管中污水、混流雨污水進行初步均質和沉淀，收集、穩定來水，雨污水穩定、低速進入

圖3  精 細分流設施結構改進

表2  示范河段污染源特征及排放清單

分流設備控制段后，使其中由水質探頭監測的數值更加穩定，避免因來水水質波動產生的影響，達到精 準控制的目的，提高精 細分流技術的準確性。

2.2  底泥壓黑除臭技術

在研發新型高效無機緩釋藥劑過程中，試驗證明50%顆粒態與50%溶液態硝酸鈣組合能夠實現持續抑 制酸可揮發性硫化物（AVS）的效果，投加60 d后AVS去除率約95.5%，并能快速提升底泥氧化還原點位（ORP），提升約-47.1 mV，同時提高底泥生物多樣性，RDP數據庫分類注釋的結果顯示，投藥后底泥樣品在門和屬分類水平上微生物群落結構與投藥前和上覆水樣品差異較大?；旌纤巹┦┯糜谖廴镜啄唷⑻貏e是裸 露底泥的表面，實現大面積河道底泥的快速壓黑除臭，大幅改善黑臭底泥的觀感，提高底泥氧化還原電位，抑 制厭氧菌活性，消除和固定臭味物質，改善底泥及周邊惡劣的生態環境，誘導河道系統的生物和微生物作用，改善底泥微觀生境。

3  示范方案設計及實施

3.1  河道排放口調 查

通過對沿河各類排放口的尺寸、位置、狀態、排口水質、水量等信息進行統計，并結合周邊管線探測結果以及現場調研，綜合對排口類型進行判定，形成清單。

結合整治工程進展，其中DSP-02排口經片區正本清源查漏補缺工程改造前端管網排除；DSP-03排口因周邊工地施工完畢進行封堵排除；DSP-04排口因收集周邊政府儲備用地綠地雨水，雨天水質干凈、無面源污染影響故排除。最 終確定示范河段需處理排口3個，設施建設位置見圖4。

圖4  示范河段 主要設施建設位置

3.2  改造方案

在各排口處理上主要采用精 準截排處理方式，并接駁至臨近現狀管網中。在不同天氣下，通過對均質調蓄段內雨污水COD指標的實時監測，實施設施閥門精 準控制。根據設施運行情況，判斷混流污水或初期雨水的分流狀態，具體方案如下。

3.2.1 DSP-01排口

拆除原排口，利用原排口位置新建精 準截排設施ZN01，來水通過分流井接收后進行精 細雨污分流，采用水質監測探頭實時控制接駁沿河截污管的閥門，污水時閥門開啟進入沿河截污管網，干凈雨水時閥門關閉排入河道。圖5為DSP-01排口處理方案。

圖5  示范工程DSP-01排口處理方案

3.2.2 DSP-05、DSP-06排口

廢除現狀DSP-05、DSP-06排口，歸并兩個相鄰排口在南側護坡新建精 準截排設施ZN02用來接收兩排口原有來水，進行分流方式同ZN01。圖6為DSP-05、DSP-06排口歸并處理方案。

圖6  示范工程DSP-05\DSP-06排口處理方案

3.3  設計與施工

3.3.1 精 準截排設施設計與施工

設施由井體、柔性截留裝置、超聲波液位計、高清攝像頭、雨量計、COD傳感器、控制系統、氣動控制柜等構成。具體設計以ZN01為例，見圖7。

圖7  精 準截排精 細分流設施設計（以ZN01為例）

（1）平面設計。ZN01占用河道管理范圍線面積為28 m2，總平面尺寸為：L×B=7.9 m×2.0 m，其中均質調蓄段平面尺寸為：L×B=6.5 m×2.0 m，設備段平面尺寸為：L×B=0.9 m×2.0 m。旱流污水和初期雨水通過管徑為DN800的管道，重力流至分流井，分流井將旱流污水和部分初期雨水截流至污水干管，下游污水管管徑為DN400，截流管管徑為DN300，出水管管徑為DN800，均質調蓄段容積V=13.8 m3。

ZN02占用河道管理范圍線面積為26 m2，總平面尺寸為：L×B=8.4 m×2.0 m；其中均質調蓄段平面尺寸為：L×B=7.0 m×2.0 m，設備格平面尺寸為：L×B=0.9 m×2.0 m。進水管徑為DN1 350，下游污水管管徑為DN400，截流管管徑為DN300，均質調蓄段容積V=10.0 m3。

（2）豎向設計。ZN01建設地面高程40.70 m，進水管內底標高37.70 m，出水管內底標高36.62 m，下游污水管管底標高36.60 m，堰門頂部標高37.92 m，50年一遇洪水位37.34 m，上頂與現狀護坡坡度保持一致。

ZN02建設地面高程42.31 m，進水管內底標高37.66 m，出水管內底標高38.02 m，下游污水管管底標高37.31 m，堰門頂部標高39.36 m。

（3）施工周期。精 準截排措施整個施工周期為20 d。

3.3.2 底泥壓黑除臭示范施工

主要施工內容為人工投加藥劑。沿河道橫斷面方向投加藥品，均勻拋灑在底泥表面至基本覆蓋住泥表面，連續投加7 d時間。

3.4 精 準截排設施運行情況

2020年9月至10月期間，以設施ZN01為例，選取了4次不同降雨條件下的運行場次，通過監測系統記錄的歷史運行數據，進行了精 細分流設施的運行效果研究，見表3。

表3  精 細化分流設施運行場次信息

3.4.1 R-1場次運行效果

晴天場景下，液位穩定在77~125 mm，閥門處于全開狀態，井內污水全部截流至污水干管。井內水質COD濃度在65~215 mg/L波動，COD濃度每天凌晨開始下降，2：00至4：00達到最 低水平，然后逐漸升高。水質波動規律符合周邊居住區的生活排水特點。

3.4.2 R-2場次運行效果

R-2處于持續小雨狀態，監測雨型為前峰型。如圖8所示，降雨由11:00開始，歷時約25 min時，雨量達到峰值，因徑流產生量較小，井內液位變化較小，實時監測的COD濃度于11:35~11:45期間達到峰值，最 大濃度為205 mg/L，降雨期間最 小濃度為90 mg/L，高于閥門關閉參數設定值，設施仍處于截污狀態，管道雨污水混流至截污管中。

圖8 R-2場次ZN01運行情況（20201005）

3.4.3 R-3場次運行效果

中雨場景下，監測雨型為前峰型。如圖9所示，降雨于17:48開始，設施進水水量短時間增加，井內水位持續升高，同時由于初期雨水水質差，井內水COD濃度快速升高，污染物指標的濃度峰值與液位峰值幾乎同步出現。于17:58 COD濃度達到峰值，峰值濃度為425 mg/L，設施閥門開度保持100%，井內污水全部截流至污水管。隨著降雨進入持續期，進水水質逐漸改善，井內水COD濃度逐漸下降，直到18:38，井內水COD濃度降低至38 mg/L，低于系統控制預設值40 mg/L，設施閥門關閉，切換截污狀態至溢流狀態。隨著雨水不斷流入，井內水位迅速上升至1 402 mm，超過固定堰高度后，井內蓄積的雨水形成溢流，此部分雨水排放至河道中，溢流時間約75 min。于19:58降雨停止，雨水稀釋作用減弱，井內水COD濃度上升至73 mg/L，高于預設值，自控系統控制柔性閥門打開，井內水位迅速下降，溢流結束，井內剩余污水全部截流至污水干管。

圖9  R-3場次ZN01運行情況（20201013）

3.4.4 R-4場次運行效果

大雨場景下，監測雨型為雙峰型。如圖10所示，降雨于7:18開始，設施內水COD濃度在7:28時達到峰值，監測濃度為479 mg/L。7:33開始降雨量增加，井內水位開始逐漸升高，井內水COD濃度隨著進水流量增大在稀釋作用下逐漸降低，直到8:13，井內水COD濃度降低至40 mg/L，設施閥門關閉，切換至溢流模式，隨著雨水持續期內雨水不斷流入，井內水位迅速上升，最 高液位為1 469 mm，井內蓄積的雨水形成溢流。于9:58井內水COD濃度上升至89 mg/L，高于預設值，設施閥門打開，開啟截污模式，井內水位迅速下降，溢流中斷。10:13雨勢又起，由于中后期雨水的稀釋作用，井內水COD濃度下降，10:43再次形成溢流。11:18降雨結束，井內水COD濃度升高至晴天水體，柔性閥門開啟，開始截污。設施在大雨天氣運行情況符合設計預期，控制系統靈敏有效，在降雨反復的情況下，靈活發揮行洪和截污作用。

圖10  R-4場次ZN01運行情況（20200924）

在示范河段典型排口DSP-01、DSP-05和DSP-06末端建設精 準截排設施2座，通過COD水質傳感器實時監測來水水質控制井內閥門啟閉進行精 細分流，在4次不同晴雨場次中，運行效果良好，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處理廠處理，后期較干凈雨水排入河道，大幅度削減了進入河道的污染物總量。

4  實施效果分析

4.1  示范前后沿河截污率變化情況

大山陂水示范工程自建成運行以來，效果明顯，排放清單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見表4所示，降雨天氣下，以初期4~8 mm的降雨量作為污染嚴重棄流水量，估算取初期4 mm降雨量，匯水面積內全部匯流計算，可得一次降雨DSP-01、DSP-02和DSP-06平均入河初期雨水量約為72、162和216 m3；DSP-03收集河岸綠地雨水（約0-85 hm2）；示范工程建設前，DSP-04和DSP-05排口被相關整治工程封堵改接，不再排水入河。示范后，通過水質指標控制排口開關，水質不達標的污水和初期雨水全部被截留至污水干管，晴雨天均無污水入河。故晴天污水截污率K1=100%，雨天初期雨水截污率K2=100%，根據公式進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  示范前后感官及水質變化情況

在晴天天氣下，示范工程建成運行后，河段水質除總氮不作考核外，溶解氧、COD、BOD5、氨氮和總磷指標平均濃度分別為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%，總氮平均降低了65.3%，總磷平均降低了92.1%。

在雨天天氣下，示范河段溶解氧、COD、BOD5、氨氮和總磷指標，平均濃度分別為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%，總氮平均降低了51.5%，總磷平均降低了85.3%。

晴、雨天水質均得到明顯改善，滿足《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅴ類水標準。

4.3  示范前后污染底泥現場處理效果

4.3.1 底泥AVS、ORP及顏色變化

河道現場污染底泥處理前后，AVS、ORP變化見表5。

表5  示范前后AVS、ORP及顏色變化

由表5可知，底泥投加硝酸鈣混合藥劑后，壓黑除臭效果明顯，見效快。若后續遇到上游河水帶來大量污染，使底泥變黑臭，可及時投加復合生化試劑進行處理，保證處理效果。

4.3.2 河流邊界臭氣物質濃度變化

由表6可知，示范工程通過投加硝酸鹽混合藥劑快速壓黑除臭，示范后該河段邊界揮發性惡臭物質濃度明顯降低。

表6  示范前后河道邊界揮發性惡臭物質濃度變化

5  結 語

（1）在示范河段典型排口DSP-01、DSP-05和DSP-06末端建設精 準截排設施2座，通過COD水質傳感器實時監測來水水質控制井內閥門啟閉進行精 細分流，在4次不同晴雨場次中，運行效果良好，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處理廠處理，后期較干凈雨水排入河道，大幅度削減了進入河道的污染物總量。

（2）在示范河段黑臭底泥中投加顆粒態+溶液態硝酸鹽混合藥劑進行內源修復后，河內底泥在7 d內逐漸由黑色變為土褐色，在加藥后的30 d內未再出現黑臭現象。

（3）示范河段沿河截污率為100%，河道水體水質明顯改善，達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅴ類水標準，示范后河道邊界臭味大幅消失，河段邊界臭氣濃度均小于10，氨平均濃度為0.029 mg/m3、硫化氫平均濃度為0.015 mg/m3。

（4）對于同一排口，在一定的時期內，管網變化不大，整個系統變化不大的情況下，降雨時的水質變化曲線相對是固定的，精 準截排控制策略也無較大變化，但是隨著上游管網的完善、改造和末端設施（如截污干管、調蓄池、污水處理廠）的修建，精 準截排控制策略也要進行修正，最 終保證排口的清污分流、濃淡分流的效果。