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1城市重污染河流的典型污染特征
1.1城市排污的影響
地表水系的重要功能即包括天然降水的匯集轉移，也包括對區域社會發展所產生各類排水的輸送。隨著城市建設的快速發展和各類排水量不斷加大，河流已成為區域發展所依賴的天然輸水河道。由于我國大中型城市人口密度過大以及各種排污因素不斷增加，城市河流的污染日趨嚴重，河流整治的壓力不斷加大。以沈陽市細河為例，該河匯集了沈陽市大部分工業廢水和生活污水，是沈陽市典型的以城市污水為主體的重污染河流。
1.2徑污比嚴重失衡
目前，城市河流普遍存在徑流水資源短缺且嚴重受控的問題。隨著城鄉建設發展和土地的開發利用，水土保持功能逐漸降低，河流水量時段分布不均的趨勢不斷加強。由于水資源的短缺以及城市河流上游水庫和蓄水設施的營建數量不斷增加，嚴重影響了河流生態需水量的補給，這種徑流水時段性補給和城市下水連續排入導致了城市河流徑污比嚴重失衡的狀態。
1.3自凈功能嚴重受損
良性自凈功能是指保持好氧狀態下的氧化自凈，一次污染物和二次污染物不能對水體質量和景觀環境產生明顯的影響。但重污染河道的水體往往劣于國家規定的Ⅴ類水體水質，厭氧條件充分，良性自凈功能消失或嚴重受損，厭氧水體往往顯示一次污染物和二次污染物嚴重污染的顯著特性。
1.4污水處理率和處理效率
提高污水收集處理率和處理效率是城市建設面臨的共性問題。城市的快速發展與污水收集處理基礎設施建設滯后是影響污水處理率提高的重要原因。在污水處理效率方面，由于入水水質控制的困難以及受傳統工藝條件的限制，污水廠排水水質波動大，氮磷污染物排放濃度高以及事故排污量大是影響污水廠高效處理的重要原因。污水廠的提標升級改造，特別是通過增加脫氮脫磷等處理工藝以滿足受納水體的要求是“十二五”期間城市污水廠建設的重要任務。
2污染物遷移轉化與受控因素
2.1污染物遷移轉化對河道底質的影響
重污染河流的底質特征是含有機質的污泥層較厚，大多底泥在厭氧條件下呈黑褐色并具有強烈的惡臭氣味，氮和硫的厭氧分解產物是產生惡臭的代表性物質。污泥的產生一是由于排放污水中懸浮物的沉淀和積累，二是由于污水廠排水中流失活性污泥的沉淀積累，三是由于河道中滋生的微生物體的積累。此外，還有河道固體廢棄物及植物腐敗物的積存等因素。相關實驗結果表明，城市生活污水中SS含量達150mg/L左右，絮凝處理后污泥濕體積達10%以上，自然過夜沉降后COD可由420mg/L變化到240mg/L。由此可見，大量生活污水的排放是導致河底底泥增長的重要原因。重污染河道往往具備生物快速生長條件，這些生物對河流自凈具有良好的作用，但其過量繁殖和代謝又導致底泥量的不斷增加，對于重污染河道而言，其副作用遠大于有限的功效。底泥的污染特征與城市排水的種類和比重有關，除生活污水外，工業廢水中含有的持久性有機污染物和重金屬等是提升污泥有害特性的重要原因。歷史上沈陽市冶煉工業排放的含重金屬廢水形成了細河底質的永久性污染，由于河水用于農灌導致大面積農田的受害。2005年至2008年，沈陽市先后對35km細河河道進行了清淤，對含重金屬等污染物的污泥實施了安全填埋處理，從而解決了歷史遺留的問題。以生活污水沉淀物和河道微生物為主體的河道底泥，在河道質量改善后通過自凈的消耗速率較低，某些城市往往通過清淤方式對其進行清理，但關鍵在于通過水質改善，徹底控制其再滋長的條件。
2.2污染物遷移轉化對水質的影響
污染物遷移轉化對受納水體水質的影響主要體現在3個方面，一是各類排水中污染物對水質的影響，二是污染物在水體中降解過程產生的二次污染物的影響，三是由河道底泥中溢出污染物對水質的影響。各類排水中的污染物與排水的水質有關，國家對各類排水中的常規污染物和特征污染物以及排放標準已有明確的規定。但對于二次污染物的生成機理及代表性污染指標的相關研究報道較少，各類有機物在自然條件下的氧化分解過程比較復雜，除未充分氧化的烴類化合物的中間體外，也包括含氮、磷、硫以及其他官能基的化合物，在厭氧條件下還會產生簡單的還原性化合物。這些中間產物或還原性產物亦會影響水體質量且會對相關鑒定方法產生響應。河道底質中污染物的溶出，除以原形態再次溶解于水體外，還包括污染物在底質中降解過程所產生的中間產物，底質的惡化往往是對水體水質產生長期影響的重要原因之一。
2.3河道自凈功能與受控因素
河流具有天然的凈水功能，其本質是依靠自然界的溫度和光照等條件，通過生物氧化、光氧化分解以及植物吸收分解等途徑使各類污染物被分解。這種分解作用與各類污染物的物理化學特性有關，對非持久性易分解有機物，這種自凈功能的作用比較顯著。自凈功能的改善主要是使河湖具有良好的自然復氧能力，具有理想的生物生存及凈化水質的空間，具有一定的植物生長和與水體充分接觸的條件。但最關鍵的是要嚴格控制受納污染物的總量，保持水體可接受的容量。通?？梢酝ㄟ^提高流速和氣液接觸面積來改善水體的復氧能力，但水資源的短缺往往限制了河流的流速。通過修建人工湖，可加大水體的氣液接觸面積，使復氧能力大大改善，但對水體相對滯留、污染較重的水域也難以保證水體好氧速率的需求。修建人工湖可加大生物生存與凈化的時間和空間并提高水體的自凈能力，但在未能對污染源予以有效控制時，也容易導致污染物的蓄積和增長，適當控制河湖的深度可增強光照效果、有利于好氧和厭氧型生物河床的建立并有利于挺水植物的生長，但是對于污染較重水域，也容易產生富營養化污染，沈陽市細河等河流的淺水河段，每年時段性藍藻和水生植物瘋長的現象非常普遍。隨著城市污水收集與處理率的不斷提高，有機污染物污染水平不斷降低，但氮磷污染物排放負荷無明顯消減，主要河流的富營養化問題已成為河流質量改善面臨的重要問題。
3自凈功能改善的技術與途徑
3.1排水質量的控制
城市河道自凈功能的改善要建立在污水有效收集處理和處理水質改善的基礎之上，對于現有二級生化處理廠要通過整體改造，使氮磷排放濃度達到嚴格的排水標準要求。
3.2主要指標的控制
自凈功能保護一是要控制排水水質控制指標，二是要控制河道水體相關指標。排水水質要重點控制COD以及氮磷污染物的濃度，這也是城市重污染河流的水質改善、消除黑臭以及防止富營養化的主要控制指標。河道水體指標一是DO值要保持在3mg/L以上，河道底質不應有大量的厭氧黑泥，河床表面應形成好氧或兼氧的生物凈化層。河流和人工湖的理想深度應在2m左右，水溫在20℃以上為生物和植物凈化的有利條件。此外，護坡和水生植物等條件應符合水質凈化的需求。#p#分頁標題#e#
3.3生態河道的構建
生態河道的構建包括水資源的合理調控和利用、人工湖和河道的合理構建、生態型護坡和河床的構建以及合理種養陸生、水生植物等。通過水資源的調控要保證不同時段的河流生態需水量，防止年度分布失衡甚至較長時間斷流，防止大面積人工湖成為強滯水水域。人工湖的建設要充分考慮河流的地質地貌，防止蒸發滲漏導致有限水資源的嚴重流失，要適當控制蓄水的容量以保證水體的置換周期，保證自凈功能的最佳效果。人工湖的護坡應充分考慮天然護坡的構建方式，植物的種養也要考慮植物腐敗對水體的影響和其他二次污染因素。生物多樣性保護和生物鏈的形成是自凈功能改善的重要內容，對于城市河流，要對河湖中的魚類等生物予以嚴格保護，通過生物鏈的形成提升水體自凈的功效。目前，某些河流的城市排水仍占較大比例，基于污水處理廠排水質量與受納水體需求的矛盾，應該結合河流的自然情況，合理選擇污水廠的建設位置，預留深度處理的空間，合理利用不同水域的自凈條件，實現流域自凈功能的充分發揮和水質改善的最終目的。
3.4人工技術應用
河流自凈功能改善的相關人工技術開發和應用已逐漸引起人們的關注。沈陽環境科學研究院在多年的實施探索中，先后研發了可回收式浮水植物種養技術，利用太陽能的水體機械復氧技術、污染底質的物化改良技術以及河道的生物凈化床構建技術等，這些技術的應用在重污染河流整治中發揮的重要作用，顯示了自然條件與人工手段互補的功效，為城市重污染河流的處理建立了新的技術支撐和平臺。
4典型示范項目與效益分析
在“十一五”期間，沈陽環境科學研究院承擔了國家“水專項”項目中“城市重污染河道綜合整治技術研究與示范工程建設”任務，在沈陽市細河代表性區域，應用研發技術建立了典型的示范工程，其內容及功效概述如下。
4.1離線濕地的構建
沈陽市細河源頭段是由城市污水廠排水為主體的衛工明渠，COD含量通常在40mg/L左右，但氮、磷含量偏高。與該河段相鄰的約4萬m的人工湖以往采用地下水作景觀用水，造成電力和地下水資源的浪費。2009年起在該湖營建了引入衛工明渠水的人工濕地湖，在入湖口處修建1500m的生物凈化床和1000的植物凈化床，使定量引入衛工明渠水得到處理。在湖內種養一定量的挺水植物，使湖水進一步凈化，COD值降至30mg/L以下，氮磷含量達到Ⅳ類水體標準，經處理湖水在湖內另側回流至衛工明渠。該工程實施使部分衛工明渠水經離線濕地處理，同時滿足了城區人工湖景觀用水的需求。
4.2分水河道水質改善示范工程
細河衛工明渠終端分布新建住宅區，為改善人們生活環境質量，在住宅區修建了1.2km人工河道并引入部分衛工明渠水作為景觀用水。由于人工渠末端與另一污水廠排水河道相近，污水廠事故排污和返流（河道坡降過小）時常造成人工渠的嚴重污染，住宅區居民反映強烈。2010年起在該河段實施了污染控制與水質改善工程，在人工渠末端修建了防污返流壩，在人工渠內種養了凈水景觀人工浮島30個，安裝太陽能復氧機3臺，由于有效控制了污水的匯入并通過河道自凈功能的提升，使人工渠水質達到Ⅳ類水體標準，人居環境質量大大提高，民意調查滿意率達到100%。
4.3事故排污的河道處理
沈陽市某污水廠地處衛工明渠分水河道末端，污水廠排水經此河道在下游與細河主河道匯合。污水廠處理水作為細河景觀補水及改善細河水質發揮了良好的作用，但基于各種不利條件的影響和制約，污水廠事故排污現象時有發生，其排污對細河全段的水質產生嚴重的影響。在大量實驗研究基礎上，于2009年起在污水廠排水口上游200m河道構建了事故排污的河道應急處理示范工程（事故排污口位于污水廠排水口上游200m處）。在200m河道兩端修建了方便起落的阻水壩，通過高度調整保證污水蓄積量和處理水的停留時間。在排污口處安裝了投藥設施，使投放化學絮凝藥劑與排水自然均勻混合并經200m沉淀區使固液充分分離，經化學強化處理的污水污染負荷大大降低。該示范工程的污水處理量可達15萬m/h,處理水前后COD值分別為220mg和120mg，處理水黑臭消除，水質比較清凈，由此大大降低了事故排污對細河的沖擊和影響。河道的污泥定期清理并與污水廠污泥一并處理，非排污時段上游流水可通過水壩高度調整使之下流。該工程創建了利用河道對污水廠排污進行應急處理的先例，通過不斷完善，可使該工程的處理效率進一步提高，操作運行更方便可靠。
4.4在線濕地的構建
細河總長度為78km，河道平均寬度不過20m。由于河水流速較大，污染物在各段停留時間較短，但尚無大面積滯水區及污染物蓄積的場所。在細河污水收集處理率不斷提高且水質發生根本性變化的現階段，構建大面積在線濕地，提高河道的自凈能力則非常必要。“十一五”期間，在細河中游段岸邊的2萬場地，營建了在線濕地構建的模擬中試基地，使引流的細河水經平均1.5m深的藻類塘、自生植物塘和景觀植物塘依次處理，河水在各塘停留時間分別達2、3和1h，引排水量達5000m/h。進排水COD、氨氮和總磷的處理率分別達45%、40%和56%?；诖顺晒?，沈陽市決定“十二五”期間在細河中段營建總面積達1.5km的帶狀人工濕地，在實現對河水予以深度處理基礎上，將部分流域建設成生態環境修復的示范區，促進細河全流域的生態建設和綠色經濟的快速發展。
5結語
城市重污染河流大多經歷了先污染后治理的艱難歷程，受新老污染因素的影響和現有經濟條件的限制，河流水質的進一步改善和水生態環境的修復還要經歷較長時間的不斷努力。為此，既要注重遏制城市排污對河流產生的不利因素，還要注重通過生態河道建設，不斷提升河流的自凈功效。這就要科學設計并實施城市重污染河流污染控制與生態修復的系統工程，要在大量實驗研究基礎上，建立完善的水資源調控利用體系、污染控制體系、生態河道建設體系和水環境安全與管理體系等，從而實現城市重污染河流的生態修復與建設，促進生態環境的可持續改善。