我國(guó)黑臭水體污染與修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

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(1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147；2.重慶市南岸區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 400060； 3.重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，重慶 401147)

我國(guó)黑臭水體污染與修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

廖偉伶1，黃健盛1，丁健剛2，劉敏3，陳婷婷1，童啟邦1，姚源1，呂圣紅1

(1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶 401147；2.重慶市南岸區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，重慶 400060； 3.重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，重慶 401147)

黑臭水體是水體污染的一種極端現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅造成生態(tài)破壞，嚴(yán)重影響居民的生活及身心健康，同時(shí)還嚴(yán)重影響城市良好發(fā)展。對(duì)國(guó)內(nèi)黑臭水體的成因和污染現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，按物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)對(duì)國(guó)內(nèi)黑臭水體治理技術(shù)進(jìn)行了分類，介紹了各種治理技術(shù)的原理、優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)及適用性。通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外實(shí)際工程案例，總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)并吸取失敗的教訓(xùn)，指出需轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的治理理念，遵循現(xiàn)實(shí)可行的黑臭水體治理路線。只有根據(jù)水體實(shí)際情況，因地制宜、因時(shí)制宜，選擇合適的組合修復(fù)技術(shù)，有針對(duì)性地制定黑臭水體組合修復(fù)方案，才能保持長(zhǎng)效機(jī)制。

黑臭水體; 污染現(xiàn)狀;修復(fù)治理; 物理技術(shù); 化學(xué)技術(shù); 生物技術(shù); 治理方向

1 研究背景

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市規(guī)模迅速擴(kuò)張，工業(yè)廢水和生活污水排放量日益增大，大量污水排入城市水體,有機(jī)和無(wú)機(jī)污染物濃度嚴(yán)重超標(biāo)，出現(xiàn)季節(jié)性或終年黑臭水體現(xiàn)象[1]。黑臭水體大面積出現(xiàn)，造成河道、湖泊景觀效果變差，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯[2],同時(shí)，水質(zhì)下降，導(dǎo)致污水處理成本增加，嚴(yán)重影響城市發(fā)展。因此，治理黑臭水體意義重大。

《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(簡(jiǎn)稱“水十條”)第一次明確將城市黑臭水體納入國(guó)家水治理體系范疇。遵循節(jié)水優(yōu)先、系統(tǒng)治理的原則，貫徹安全、清潔、健康的方針，采用源頭控制、科學(xué)治理的方法，以達(dá)到水環(huán)境質(zhì)量逐步改善，生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)的目標(biāo)?！八畻l”要求“到2020年，地級(jí)及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，到2030年，城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除”[3]。為貫徹落實(shí)“水十條”，促進(jìn)城市生態(tài)文明建設(shè)，諸多治理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[4]。但是在工程實(shí)踐中，這些技術(shù)是否適應(yīng)？有何局限性？哪些能確保水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定地改善？這些都是我們面臨的問(wèn)題，如何解決這些問(wèn)題對(duì)于城市黑臭水體的治理有重要實(shí)踐意義[5]。

2 黑臭水體成因及現(xiàn)狀

2.1 成因分析

城市水體黑臭主要由以下原因造成：

(1)外源污染物。分為點(diǎn)源污染和面源污染。其中點(diǎn)源污染有污廢水直排口、合流制溢流口、管網(wǎng)初期雨水等，面源污染有城市降雨徑流、冰雪融化和畜禽養(yǎng)殖廢水。污染物排放包括有機(jī)污染物及氮磷化合物。首先，污染物中有機(jī)物分解，大量消耗溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧；然后，厭氧微生物繁殖并分解有機(jī)物，產(chǎn)生如NH3,H2S等惡臭氣體及FeS，MnS等金屬硫化物，從而引發(fā)水體黑臭。同時(shí)，大量有機(jī)物富集在水體表面會(huì)形成有機(jī)物膜，破壞水氣界面交換，從而加劇水體發(fā)黑發(fā)臭[6]。

(2)內(nèi)源污染物。底泥中的污染物在酸性、還原條件下從底泥釋放出來(lái)。在水力沖刷、人為擾動(dòng)及生物活動(dòng)影響下，產(chǎn)生的H2S，CH4等氣體在上升過(guò)程中將吸附在底泥顆粒上的污染物帶入水相，導(dǎo)致大量懸浮物漂浮在水中，引發(fā)水體變黑發(fā)臭。此外，底泥為微生物提供了良好的生長(zhǎng)環(huán)境，其中藍(lán)藻和放線菌通過(guò)代謝作用促使底泥甲烷化、反硝化，造成底泥上浮及水體黑臭[7]。

(3)水體熱污染。夏季溫度升高及大量溫度較高的城市工業(yè)廢水和生活污水排入，導(dǎo)致水體整體或局部水溫上升。合適的水溫，會(huì)造成微生物活動(dòng)頻繁，大量分解有機(jī)物，降低溶解氧，從而引起水體發(fā)黑發(fā)臭。

(4)水動(dòng)力條件不足。黑臭水體主要是流動(dòng)性差甚至封閉的水體、斷頭浜，也有些是季節(jié)性河流[8]。由于水體水循環(huán)不足，引發(fā)河道污泥淤積、河道水量不足等，導(dǎo)致水環(huán)境惡化，污染物積累，水體自凈能力減弱，最終出現(xiàn)黑臭[9-11]。

2.2 評(píng)判指標(biāo)

《城市黑臭水體整治工作指南》[4]明確提出城市黑臭水體評(píng)價(jià)指標(biāo)包括透明度、溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)以及氨氮(NH3-N)，污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

注：水深不足25 cm時(shí)，透明度指標(biāo)中的10 cm替換為水深的40%

2.3 現(xiàn)狀分析

截止2016年12月，全國(guó)295個(gè)地級(jí)市及以上城市中，220個(gè)城市被排查出存在黑臭水體，共2 026個(gè)，60%左右的黑臭水體分布在廣東、安徽、江蘇、山東、湖北等地區(qū)。其中，廣東被排查出黑臭水體244個(gè)，總長(zhǎng)906.981 km；安徽217個(gè)，總長(zhǎng)523.097 km；江蘇125個(gè)，總長(zhǎng)252.508 km；山東有164個(gè)，總長(zhǎng)384.917 km；湖北有142個(gè)，總長(zhǎng)達(dá)2 000.309 km，是全國(guó)各省份中長(zhǎng)度最長(zhǎng)的[12]。目前，黑臭水體整治工作正有序進(jìn)行中，累計(jì)有321個(gè)完成整治工程，占總數(shù)的15.8%；已開(kāi)工整治的有641個(gè)，占31.6%。其中，36個(gè)城市(直轄市、計(jì)劃單列市、省會(huì)城市)中，有31個(gè)城市存在黑臭水體638個(gè)，累計(jì)有115個(gè)完成整治工程，占18.0%；已開(kāi)工整治的有282個(gè)，占44.2%[13]。

西部以四川為例，截止2016年2月，四川省內(nèi)查出重度黑臭水體46個(gè)，輕度黑臭水體54個(gè)。沿海城市以深圳為例，共42個(gè)河段為黑臭水體，其中重度28個(gè)，輕度14個(gè)。北京的海淀區(qū)、昌平區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)等范圍內(nèi)的24個(gè)河段中，有13個(gè)重度黑臭河段。西藏的黑臭水體屈指可數(shù)。由此可見(jiàn)，區(qū)域不同，水體受污染情況也不同[14]。

資料顯示，每條黑臭河道長(zhǎng)度平均為2～4 km，每km河道整治資金為3 500～4 500萬(wàn)元[15]；目前黑臭水體中河流占比最高，總長(zhǎng)約5 596 km。按照每km黑臭河流整治資金4 000萬(wàn)元計(jì)算，其整治費(fèi)用高達(dá)2 238億元。再計(jì)入黑臭湖塘等的治理費(fèi)用，金額十分高昂。按照“水十條”的要求，2030年內(nèi)城市建成區(qū)黑臭水體總體要得到消除，在此期間，我國(guó)需要投入巨資用于黑臭水體治理工作，黑臭水體治理將面臨巨大市場(chǎng)機(jī)遇。

3 黑臭水體治理技術(shù)現(xiàn)狀及治理路線

3.1 治理技術(shù)現(xiàn)狀

目前整治黑臭水體的技術(shù)眾多，技術(shù)原理和應(yīng)用形式不盡相同。主要分為物理治理、化學(xué)治理、生物生態(tài)治理。具體技術(shù)介紹、優(yōu)缺點(diǎn)及適用性見(jiàn)表2。

由表2可知，純粹的物理、化學(xué)技術(shù)修復(fù)雖然被廣泛運(yùn)用于治理黑臭水體，但仍有許多不足。經(jīng)驗(yàn)證明，所有的物理、化學(xué)技術(shù)都不能在修復(fù)黑臭水體的同時(shí)提升水體自凈能力，因此難以長(zhǎng)期持續(xù)應(yīng)用。生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)是目前最具有發(fā)展前景的黑臭水體修復(fù)技術(shù)，主要是利用生物(原生動(dòng)物、微生物、植物)的吸收轉(zhuǎn)化等代謝活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水體污染物的降解和轉(zhuǎn)化，最終達(dá)到凈化水體、恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)的目的[41]，具有經(jīng)濟(jì)、效果好、操作方便、無(wú)二次污染、美化環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，擁有極為廣闊的應(yīng)用前景[42]。

3.2 治理路線

環(huán)境保護(hù)部科技標(biāo)準(zhǔn)司司長(zhǎng)熊躍輝指出，黑臭水體的治理，要遵循 “外源減排、內(nèi)源清淤、水質(zhì)凈化、清水補(bǔ)給、生態(tài)恢復(fù)”的技術(shù)路線。其中外源減排和內(nèi)源清淤是基礎(chǔ)，水質(zhì)凈化是階段性手段，水動(dòng)力改善和生態(tài)恢復(fù)是長(zhǎng)效保障措施[43]。城市黑臭水體的整治可通過(guò)截污、清淤疏浚、引水、生態(tài)修復(fù)等多種技術(shù)組合實(shí)施，實(shí)現(xiàn)凈化水環(huán)境的目標(biāo)。

4 黑臭水體治理技術(shù)發(fā)展方向

城市黑臭水體的整治是一個(gè)復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，運(yùn)用單一的修復(fù)技術(shù)往往不能達(dá)到理想的效果。因此需要具體問(wèn)題需具體分析，強(qiáng)化“一水一策”，建立長(zhǎng)效保障措施，多管齊下。在實(shí)際工程中，多采用組合工藝對(duì)黑臭水體進(jìn)行治理。

4.1 治理成功案例

表2 治理技術(shù)概述

金承翔等[44]將曝氣充氧技術(shù)、微生物菌劑(光合細(xì)菌、硝化細(xì)菌)和水生植物(鳳眼蓮)及生物促生劑組合，應(yīng)用于上海市城區(qū)黑臭水體。結(jié)果表明：組合技術(shù)能快速降低水體污染物含量，同時(shí)能快速恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)，提高水體自凈功能。曝氣技術(shù)的使用可增強(qiáng)微生物、植物對(duì)水體的修復(fù)效果，提高對(duì)水體的凈化能力；微生物菌劑和生物促生劑的結(jié)合，可以加快修復(fù)速度，縮短修復(fù)周期。以上組合方式是成功可行的。

徐玉良等[45]將生物膜、曝氣技術(shù)、水生植物(蘆葦、茭白、梭魚(yú)草、黃花鳶尾)凈化技術(shù)相組合，應(yīng)用于昆山市凌家浜黑臭水體。結(jié)果顯示水質(zhì)得到明顯改善，黑臭現(xiàn)象得到消除。黃伯平等[46]通過(guò)曝氣、生物治理(生物膜)與生態(tài)修復(fù)(種植水生植物、投放水生動(dòng)物)組合技術(shù)治理南京市江心洲黑臭河道也取得了成效，河道水質(zhì)得到明顯改善，生態(tài)環(huán)境趨于良好。日本通過(guò)生物膜、曝氣與生態(tài)修復(fù)(種植蘆葦及其他植物)相結(jié)合的方式對(duì)坂川污染水質(zhì)進(jìn)行凈化也取得了成功。其主體工藝是在地下廊道內(nèi)放置附著有生物膜的卵石，水流在卵石間流動(dòng)時(shí)，通過(guò)與生物膜的接觸，快速去除污染物，水質(zhì)有明顯改善[47]。

上述3個(gè)案例均采用了生物膜技術(shù)，該技術(shù)具有受水體條件限制性因素影響小、技術(shù)成熟的優(yōu)點(diǎn)；曝氣技術(shù)和生物膜技術(shù)的結(jié)合，保證了生物膜的好氧環(huán)境，增強(qiáng)其氧化能力，提高處理效率；同時(shí)，生物膜載體還可以提高水生植物系統(tǒng)的微生物量，有利于植物生長(zhǎng)和提高吸附效果[48]。

周飛祥等[49]通過(guò)組合岸邊植物、人工浮島、水生植物景觀化應(yīng)用、水生動(dòng)物以及復(fù)氧技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)河南省鶴壁市不再出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，河湖水系水質(zhì)不低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)這一目標(biāo)。日本通過(guò)組合人工濕地和人工浮島技術(shù)，對(duì)渡良瀨平原水庫(kù)進(jìn)行凈化，不僅水質(zhì)得到大幅提高，動(dòng)植物生態(tài)系統(tǒng)也得到極大改善，生物多樣性有所恢復(fù)[47]。這2個(gè)案例均使用了生態(tài)技術(shù)，通過(guò)植物達(dá)到凈化目的。該技術(shù)有助于提高水體透明度，改善水質(zhì)。但是植物修復(fù)也存在一定問(wèn)題，比如生態(tài)浮島的無(wú)土栽培植物不耐寒，冬季將死亡、腐爛，再次釋放氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)水體造成二次污染；若需適時(shí)收割，則將耗費(fèi)大量人力物力。因此，使用生態(tài)技術(shù)應(yīng)考慮年中植物和年度植物的選擇和銜接[50]。

4.2 治理失敗案例

上海市環(huán)境科學(xué)研究院曾在河道里種植了各種凈水植物，結(jié)果由于“水土不服”，凈水植物傷亡慘重[51]。因此，在選擇凈水植物的時(shí)候，要通過(guò)試種，篩選出適應(yīng)能力強(qiáng)、與要修復(fù)的水環(huán)境相匹配的凈水植物，才能有效修復(fù)水環(huán)境。

同樣采用控源截污、底泥疏浚、曝氣復(fù)氧、人工濕地等技術(shù)的情況下，廣州市石井河的整治情況卻不容樂(lè)觀。在整治技術(shù)全面使用的情況下，雖然黑臭狀況有明顯改善，但石井河的部分支涌中，仍有黑臭現(xiàn)象反彈，且水質(zhì)污染仍較為嚴(yán)重，處于劣Ⅴ類水的狀態(tài)[31]。

由上述2個(gè)失敗案例可見(jiàn)，修復(fù)技術(shù)也存在水土不服的現(xiàn)象。需根據(jù)水體實(shí)際情況，針對(duì)性地開(kāi)展黑臭整治工作，預(yù)測(cè)可能出現(xiàn)的各種環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，不斷對(duì)整治方案進(jìn)行調(diào)整或補(bǔ)充。

在選擇修復(fù)技術(shù)的過(guò)程中，應(yīng)充分考慮水體本身的屬性、污染的現(xiàn)實(shí)狀況(內(nèi)外污染源、水文現(xiàn)狀和周邊環(huán)境污染狀況等)及修復(fù)技術(shù)本身的局限性，有針對(duì)性地選擇修復(fù)技術(shù)，比如：對(duì)于重有機(jī)污染型水體以高效生物膜為主體；對(duì)于氮磷含量高的有機(jī)污染型水體以生態(tài)浮床為主體；對(duì)于富營(yíng)養(yǎng)化型水體以水生植物為主體等[52]。同時(shí)，不要片面重視修復(fù)技術(shù)的成本和階段性的修復(fù)成果，這樣往往是短時(shí)間內(nèi)提高了水質(zhì)，但很難從根本上解決環(huán)境問(wèn)題。

綜上所述，組合修復(fù)技術(shù)雖切實(shí)可行，但仍需慎重選擇修復(fù)技術(shù)。合適的組合技術(shù)不僅能有效去除污染物，而且能快速恢復(fù)水體生態(tài)系統(tǒng)，增加生物多樣性及增強(qiáng)水體自凈功能，具有良好的環(huán)境效益。

5 結(jié) 語(yǔ)

城市黑臭水體已成為目前較為突出的水環(huán)境問(wèn)題。治理黑臭水體是一個(gè)復(fù)雜漫長(zhǎng)的工程，我們應(yīng)將整治重心從水質(zhì)凈化逐漸轉(zhuǎn)移到水體生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)，摒棄傳統(tǒng)的以效率為主的治理理念，強(qiáng)調(diào)與城市建設(shè)協(xié)同推進(jìn)，將黑臭水體整治視為城市環(huán)境建設(shè)的重要組成部分。同時(shí)，水體水動(dòng)力條件不佳，會(huì)直接影響河流整治成效，成為整治后水體水質(zhì)不穩(wěn)定的隱患，水體后期維護(hù)困難。因此，以往不被重視的影響因素如水動(dòng)力條件等也需要得到關(guān)注、研究及完善。

黑臭水體治理的成熟技術(shù)雖然有很多，但黑臭水體的治理必須堅(jiān)持因地制宜、因時(shí)制宜、系統(tǒng)整治的思路。切實(shí)開(kāi)展調(diào)查，有針對(duì)性地為每個(gè)黑臭水體制定修復(fù)方案，合理安排治理計(jì)劃，才能保持長(zhǎng)效機(jī)制。

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(編輯：占學(xué)軍)

Pollution Status and Remediation Technologies of Malodorous Black Water Body in China

LIAO Wei-ling1, HUANG Jian-sheng1, DING Jian-gang2, LIU Min3, CHEN Ting-ting1, TONG Qi-bang1, YAO Yuan1, Lü Sheng-hong1

(1.Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China; 2. Environmental Monitoring Station of Nan’an District, Chongqing 400060, China; 3. Chongqing Ecological Environmental Monitoring Center, Chongqing 401147, China)

As an extreme phenomenon of water pollution, malodorous black water body causes ecological damage, and seriously affects residents’ life and physical and mental health as well as the sound development of city. In this paper, the causes and pollution status of malodorous black water bodies in China were analyzed. The remediation technologies were classified into physical technology, chemical technology and biotechnology, and the principles, advantages, disadvantages and applicability of these remediation technologies were introduced. Through the analysis of practical projects in China and abroad, the experiences of success and failure were summed up. It is necessary to transform the traditional concept of remediation into a feasible remediation route. Only if we select proper combinations of technologies according to the actual situation and local conditions can we maintain a long-term remediation effect.

malodorous black water body; pollution status; remediation; physical technology; chemical technology; biotechnology; remediation direction

10.11988/ckyyb.20170730 2017,34(11):153-158

2017-06-26；

2017-07-27

重慶市社會(huì)民生科技創(chuàng)新專項(xiàng)項(xiàng)目(cstc2015shmszx20001)

廖偉伶(1991-)，女，土家族，重慶人，工程師，碩士，主要研究方向?yàn)樗廴究刂疲?電話)18867508224(電子信箱)357800894@qq.com。

黃健盛(1980-)，男，廣西藤縣人，教授級(jí)高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)樗廴究刂疲?電話)13883367649(電子信箱)303982960@qq.com。

X52

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1001-5485(2017)11-0153-06