1城市重污染河流的典型污染特征
1.1城市排污的影响
地表水系的重要功能即包括天然降水的汇集转移，也包括对区域社会发展所产生各类排水的输送。随着城市建设的快速发展和各类排水量不断加大，河流已成为区域发展所依赖的天然输水河道。由于我国大中型城市人口密度过大以及各种排污因素不断增加，城市河流的污染日趋严重，河流整治的压力不断加大。以沈阳市细河为例，该河汇集了沈阳市大部分工业废水和生活污水，是沈阳市典型的以城市污水为主体的重污染河流。
1.2径污比严重失衡
目前，城市河流普遍存在径流水资源短缺且严重受控的问题。随着城乡建设发展和土地的开发利用，水土保持功能逐渐降低，河流水量时段分布不均的趋势不断加强。由于水资源的短缺以及城市河流上游水库和蓄水设施的营建数量不断增加，严重影响了河流生态需水量的补给，这种径流水时段性补给和城市下水连续排入导致了城市河流径污比严重失衡的状态。
1.3自净功能严重受损
良性自净功能是指保持好氧状态下的氧化自净，一次污染物和二次污染物不能对水体质量和景观环境产生明显的影响。但重污染河道的水体往往劣于国家规定的Ⅴ类水体水质，厌氧条件充分，良性自净功能消失或严重受损，厌氧水体往往显示一次污染物和二次污染物严重污染的显著特性。
1.4污水处理率和处理效率
提高污水收集处理率和处理效率是城市建设面临的共性问题。城市的快速发展与污水收集处理基础设施建设滞后是影响污水处理率提高的重要原因。在污水处理效率方面，由于入水水质控制的困难以及受传统工艺条件的限制，污水厂排水水质波动大，氮磷污染物排放浓度高以及事故排污量大是影响污水厂高效处理的重要原因。污水厂的提标升级改造，特别是通过增加脱氮脱磷等处理工艺以满足受纳水体的要求是“十二五”期间城市污水厂建设的重要任务。
2污染物迁移转化与受控因素
2.1污染物迁移转化对河道底质的影响
重污染河流的底质特征是含有机质的污泥层较厚，大多底泥在厌氧条件下呈黑褐色并具有强烈的恶臭气味，氮和硫的厌氧分解产物是产生恶臭的代表性物质。污泥的产生一是由于排放污水中悬浮物的沉淀和积累，二是由于污水厂排水中流失活性污泥的沉淀积累，三是由于河道中滋生的微生物体的积累。此外，还有河道固体废弃物及植物腐败物的积存等因素。相关实验结果表明，城市生活污水中SS含量达150mg/L左右，絮凝处理后污泥湿体积达10%以上，自然过夜沉降后COD可由420mg/L变化到240mg/L。由此可见，大量生活污水的排放是导致河底底泥增长的重要原因。重污染河道往往具备生物快速生长条件，这些生物对河流自净具有良好的作用，但其过量繁殖和代谢又导致底泥量的不断增加，对于重污染河道而言，其副作用远大于有限的功效。底泥的污染特征与城市排水的种类和比重有关，除生活污水外，工业废水中含有的持久性有机污染物和重金属等是提升污泥有害特性的重要原因。历史上沈阳市冶炼工业排放的含重金属废水形成了细河底质的永久性污染，由于河水用于农灌导致大面积农田的受害。2005年至2008年，沈阳市先后对35km细河河道进行了清淤，对含重金属等污染物的污泥实施了安全填埋处理，从而解决了历史遗留的问题。以生活污水沉淀物和河道微生物为主体的河道底泥，在河道质量改善后通过自净的消耗速率较低，某些城市往往通过清淤方式对其进行清理，但关键在于通过水质改善，彻底控制其再滋长的条件。
2.2污染物迁移转化对水质的影响
污染物迁移转化对受纳水体水质的影响主要体现在3个方面，一是各类排水中污染物对水质的影响，二是污染物在水体中降解过程产生的二次污染物的影响，三是由河道底泥中溢出污染物对水质的影响。各类排水中的污染物与排水的水质有关，国家对各类排水中的常规污染物和特征污染物以及排放标准已有明确的规定。但对于二次污染物的生成机理及代表性污染指标的相关研究报道较少，各类有机物在自然条件下的氧化分解过程比较复杂，除未充分氧化的烃类化合物的中间体外，也包括含氮、磷、硫以及其他官能基的化合物，在厌氧条件下还会产生简单的还原性化合物。这些中间产物或还原性产物亦会影响水体质量且会对相关鉴定方法产生响应。河道底质中污染物的溶出，除以原形态再次溶解于水体外，还包括污染物在底质中降解过程所产生的中间产物，底质的恶化往往是对水体水质产生长期影响的重要原因之一。
2.3河道自净功能与受控因素
河流具有天然的净水功能，其本质是依靠自然界的温度和光照等条件，通过生物氧化、光氧化分解以及植物吸收分解等途径使各类污染物被分解。这种分解作用与各类污染物的物理化学特性有关，对非持久性易分解有机物，这种自净功能的作用比较显著。自净功能的改善主要是使河湖具有良好的自然复氧能力，具有理想的生物生存及净化水质的空间，具有一定的植物生长和与水体充分接触的条件。但最关键的是要严格控制受纳污染物的总量，保持水体可接受的容量。通常可以通过提高流速和气液接触面积来改善水体的复氧能力，但水资源的短缺往往限制了河流的流速。通过修建人工湖，可加大水体的气液接触面积，使复氧能力大大改善，但对水体相对滞留、污染较重的水域也难以保证水体好氧速率的需求。修建人工湖可加大生物生存与净化的时间和空间并提高水体的自净能力，但在未能对污染源予以有效控制时，也容易导致污染物的蓄积和增长，适当控制河湖的深度可增强光照效果、有利于好氧和厌氧型生物河床的建立并有利于挺水植物的生长，但是对于污染较重水域，也容易产生富营养化污染，沈阳市细河等河流的浅水河段，每年时段性蓝藻和水生植物疯长的现象非常普遍。随着城市污水收集与处理率的不断提高，有机污染物污染水平不断降低，但氮磷污染物排放负荷无明显消减，主要河流的富营养化问题已成为河流质量改善面临的重要问题。
3自净功能改善的技术与途径
3.1排水质量的控制
城市河道自净功能的改善要建立在污水有效收集处理和处理水质改善的基础之上，对于现有二级生化处理厂要通过整体改造，使氮磷排放浓度达到严格的排水标准要求。
3.2主要指标的控制
自净功能保护一是要控制排水水质控制指标，二是要控制河道水体相关指标。排水水质要重点控制COD以及氮磷污染物的浓度，这也是城市重污染河流的水质改善、消除黑臭以及防止富营养化的主要控制指标。河道水体指标一是DO值要保持在3mg/L以上，河道底质不应有大量的厌氧黑泥，河床表面应形成好氧或兼氧的生物净化层。河流和人工湖的理想深度应在2m左右，水温在20℃以上为生物和植物净化的有利条件。此外，护坡和水生植物等条件应符合水质净化的需求。#p#分页标题#e#
3.3生态河道的构建
生态河道的构建包括水资源的合理调控和利用、人工湖和河道的合理构建、生态型护坡和河床的构建以及合理种养陆生、水生植物等。通过水资源的调控要保证不同时段的河流生态需水量，防止年度分布失衡甚至较长时间断流，防止大面积人工湖成为强滞水水域。人工湖的建设要充分考虑河流的地质地貌，防止蒸发渗漏导致有限水资源的严重流失，要适当控制蓄水的容量以保证水体的置换周期，保证自净功能的最佳效果。人工湖的护坡应充分考虑天然护坡的构建方式，植物的种养也要考虑植物腐败对水体的影响和其他二次污染因素。生物多样性保护和生物链的形成是自净功能改善的重要内容，对于城市河流，要对河湖中的鱼类等生物予以严格保护，通过生物链的形成提升水体自净的功效。目前，某些河流的城市排水仍占较大比例，基于污水处理厂排水质量与受纳水体需求的矛盾，应该结合河流的自然情况，合理选择污水厂的建设位置，预留深度处理的空间，合理利用不同水域的自净条件，实现流域自净功能的充分发挥和水质改善的最终目的。
3.4人工技术应用
河流自净功能改善的相关人工技术开发和应用已逐渐引起人们的关注。沈阳环境科学研究院在多年的实施探索中，先后研发了可回收式浮水植物种养技术，利用太阳能的水体机械复氧技术、污染底质的物化改良技术以及河道的生物净化床构建技术等，这些技术的应用在重污染河流整治中发挥的重要作用，显示了自然条件与人工手段互补的功效，为城市重污染河流的处理建立了新的技术支撑和平台。
4典型示范项目与效益分析
在“十一五”期间，沈阳环境科学研究院承担了国家“水专项”项目中“城市重污染河道综合整治技术研究与示范工程建设”任务，在沈阳市细河代表性区域，应用研发技术建立了典型的示范工程，其内容及功效概述如下。
4.1离线湿地的构建
沈阳市细河源头段是由城市污水厂排水为主体的卫工明渠，COD含量通常在40mg/L左右，但氮、磷含量偏高。与该河段相邻的约4万m的人工湖以往采用地下水作景观用水，造成电力和地下水资源的浪费。2009年起在该湖营建了引入卫工明渠水的人工湿地湖，在入湖口处修建1500m的生物净化床和1000的植物净化床，使定量引入卫工明渠水得到处理。在湖内种养一定量的挺水植物，使湖水进一步净化，COD值降至30mg/L以下，氮磷含量达到Ⅳ类水体标准，经处理湖水在湖内另侧回流至卫工明渠。该工程实施使部分卫工明渠水经离线湿地处理，同时满足了城区人工湖景观用水的需求。
4.2分水河道水质改善示范工程
细河卫工明渠终端分布新建住宅区，为改善人们生活环境质量，在住宅区修建了1.2km人工河道并引入部分卫工明渠水作为景观用水。由于人工渠末端与另一污水厂排水河道相近，污水厂事故排污和返流（河道坡降过小）时常造成人工渠的严重污染，住宅区居民反映强烈。2010年起在该河段实施了污染控制与水质改善工程，在人工渠末端修建了防污返流坝，在人工渠内种养了净水景观人工浮岛30个，安装太阳能复氧机3台，由于有效控制了污水的汇入并通过河道自净功能的提升，使人工渠水质达到Ⅳ类水体标准，人居环境质量大大提高，民意调查满意率达到100%。
4.3事故排污的河道处理
沈阳市某污水厂地处卫工明渠分水河道末端，污水厂排水经此河道在下游与细河主河道汇合。污水厂处理水作为细河景观补水及改善细河水质发挥了良好的作用，但基于各种不利条件的影响和制约，污水厂事故排污现象时有发生，其排污对细河全段的水质产生严重的影响。在大量实验研究基础上，于2009年起在污水厂排水口上游200m河道构建了事故排污的河道应急处理示范工程（事故排污口位于污水厂排水口上游200m处）。在200m河道两端修建了方便起落的阻水坝，通过高度调整保证污水蓄积量和处理水的停留时间。在排污口处安装了投药设施，使投放化学絮凝药剂与排水自然均匀混合并经200m沉淀区使固液充分分离，经化学强化处理的污水污染负荷大大降低。该示范工程的污水处理量可达15万m/h,处理水前后COD值分别为220mg和120mg，处理水黑臭消除，水质比较清净，由此大大降低了事故排污对细河的冲击和影响。河道的污泥定期清理并与污水厂污泥一并处理，非排污时段上游流水可通过水坝高度调整使之下流。该工程创建了利用河道对污水厂排污进行应急处理的先例，通过不断完善，可使该工程的处理效率进一步提高，操作运行更方便可靠。
4.4在线湿地的构建
细河总长度为78km，河道平均宽度不过20m。由于河水流速较大，污染物在各段停留时间较短，但尚无大面积滞水区及污染物蓄积的场所。在细河污水收集处理率不断提高且水质发生根本性变化的现阶段，构建大面积在线湿地，提高河道的自净能力则非常必要。“十一五”期间，在细河中游段岸边的2万场地，营建了在线湿地构建的模拟中试基地，使引流的细河水经平均1.5m深的藻类塘、自生植物塘和景观植物塘依次处理，河水在各塘停留时间分别达2、3和1h，引排水量达5000m/h。进排水COD、氨氮和总磷的处理率分别达45%、40%和56%。基于此成果，沈阳市决定“十二五”期间在细河中段营建总面积达1.5km的带状人工湿地，在实现对河水予以深度处理基础上，将部分流域建设成生态环境修复的示范区，促进细河全流域的生态建设和绿色经济的快速发展。
5结语
城市重污染河流大多经历了先污染后治理的艰难历程，受新老污染因素的影响和现有经济条件的限制，河流水质的进一步改善和水生态环境的修复还要经历较长时间的不断努力。为此，既要注重遏制城市排污对河流产生的不利因素，还要注重通过生态河道建设，不断提升河流的自净功效。这就要科学设计并实施城市重污染河流污染控制与生态修复的系统工程，要在大量实验研究基础上，建立完善的水资源调控利用体系、污染控制体系、生态河道建设体系和水环境安全与管理体系等，从而实现城市重污染河流的生态修复与建设，促进生态环境的可持续改善。