河湖黑臭水體成因及治理思路

吳銀彪，郭建輝，王曉玲

（1.北京市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，北京 100037；2.北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心，北京 100044；3.中國(guó)環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)，北京 100037）

前言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活環(huán)境的要求越來(lái)越高。據(jù)2016年住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部的排查結(jié)果，在全國(guó)295個(gè)地級(jí)及以上城市中，70%以上的城市存在黑臭水體，黑臭水體的總數(shù)達(dá)1861個(gè)，且已達(dá)到重度污染程度的水體數(shù)量超過(guò)33.5%。黑臭水體的存在不僅給人們帶來(lái)了惡劣的感官刺激，也直接對(duì)人們的飲水安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。國(guó)務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”）明確要求：到2020年，我國(guó)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。黑臭水體的治理被提上重要議事日程。

1 黑臭水體的等級(jí)劃分和判定方法

1.1 黑臭水體的等級(jí)劃分

由住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部牽頭，會(huì)同生態(tài)環(huán)境部、水利部、農(nóng)業(yè)部等聯(lián)合編制的《城市黑臭水體整治工作指南》中明確了黑臭水體等級(jí)的劃分：透明度10～25cm、溶解氧0.2～2mg/L、氧化還原電位-200～50mV，氨氮指標(biāo)8～15mg/L，視為輕度黑臭；透明度低于10cm、溶解氧低于0.2mg/L、氧化還原電位小于-200mV，氨氮指標(biāo)高于15mg/L，視為重度黑臭。具體分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

1.2 黑臭水體的判定方法

（1）布點(diǎn)與測(cè)定頻率要求

水體黑臭程度分級(jí)判定時(shí)，原則上可沿黑臭水體每200～600m間距設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)，每個(gè)水體的檢測(cè)點(diǎn)不少于3個(gè)。取樣點(diǎn)一般設(shè)置于水面下0.5m處，水深不足0.5m時(shí)，應(yīng)設(shè)置在水深的1/2處。原則上間隔1～7日檢測(cè)1次，至少每月檢測(cè)3次以上。

（2）黑臭水體的級(jí)別判定

某檢測(cè)點(diǎn)4項(xiàng)理化指標(biāo)中，1項(xiàng)指標(biāo)60%以上數(shù)據(jù)或不少于2項(xiàng)指標(biāo)30%以上數(shù)據(jù)達(dá)到“重度黑臭”級(jí)別的，該檢測(cè)點(diǎn)認(rèn)定為“重度黑臭”，否則可認(rèn)定為“輕度黑臭”。連續(xù)3個(gè)以上檢測(cè)點(diǎn)認(rèn)定為“重度黑臭”的，檢測(cè)點(diǎn)之間的區(qū)域認(rèn)定為“重度黑臭”；水體60%以上的檢測(cè)點(diǎn)被認(rèn)定為“重度黑臭”的，整個(gè)水體應(yīng)認(rèn)定為“重度黑臭”。

2 造成河湖水體黑臭的原因

2.1 外源輸入是造成水體黑臭的根本原因

河流、湖泊一般是地勢(shì)低洼的區(qū)域，是城市的主要排洪通道。由于歷史和現(xiàn)實(shí)經(jīng)濟(jì)條件等原因，周?chē)钠髽I(yè)、住宅產(chǎn)生的污水直接或間接排入水體，排水口沿河布置的景象隨處可見(jiàn)，工業(yè)廢水和生活污水中含有的大量有機(jī)污染物也排入水體，直接造成水體中的有機(jī)污染物濃度增加。

社會(huì)發(fā)展使城鎮(zhèn)化不斷加速，建筑占地面積不斷擴(kuò)大，透水鋪裝等低影響開(kāi)發(fā)難以與城市的快速擴(kuò)大同步，滲、滯、蓄、凈、用、排等海綿城市雨洪利用從理念到實(shí)施還存在一定差距，地面降水沖刷攜帶進(jìn)入水體的污染物也占相當(dāng)?shù)谋戎亍?/p>

水體中有機(jī)物在水中微生物的作用下分解，大量消耗水中的溶解氧，當(dāng)水體長(zhǎng)期處于缺氧和厭氧的環(huán)境下，有機(jī)物在兼性菌和厭氧菌的作用下會(huì)分解產(chǎn)生氨氣、硫化氫、硫醇等惡臭氣體，散發(fā)出惡臭的氣味；同時(shí)水體中的金屬元素，轉(zhuǎn)化成硫化亞鐵等黑色物質(zhì)，或沉積在水底，或懸浮在水中，造成水體感官上的黑色。

2.2 內(nèi)源釋放是河湖水體黑臭的重要因素

為貫徹“綠水青山，就是金山銀山”，保護(hù)生態(tài)、持續(xù)發(fā)展的環(huán)保理念，各級(jí)政府下大力氣治理黑臭河湖水體，將河湖兩岸的污水截流進(jìn)入污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放，排污口封堵。但僅做到這些還不夠，由于經(jīng)年累月，河湖水體的底泥中含有大量有機(jī)污染物，底泥中污染物向水體的二次釋放，已成了河湖水體黑臭持續(xù)的重要因素。太湖、滇池、武漢東湖等都存在類(lèi)似情況，黑色的底泥在擾動(dòng)的狀態(tài)下，又重新進(jìn)入水體，消耗水體中的溶解氧，導(dǎo)致本已是黑臭水質(zhì)的水體進(jìn)一步惡化。

2.3 水華泛濫是河湖水體黑臭的推手

如果說(shuō)外源輸入是河湖水體黑臭的根本原因，內(nèi)源釋放是河湖水體黑臭的重要因素，水華泛濫則是加重河湖水體黑臭的最后一根“稻草”。當(dāng)河湖水體具備水華爆發(fā)的因素：水體中有豐富的N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（微囊藻所需N、P濃度比為9∶1），BOD以及其它微量元素；適宜的溫度（微囊藻水華最適宜溫度為25℃～30℃）和光照；適宜的水文地理?xiàng)l件（如緩慢的水流）；適宜的上浮和聚集的溫度（微囊藻上浮聚集溫度為30℃）；適宜的酸堿性（水體呈堿性，pH值達(dá)到8～10）。水體中的單一藻類(lèi)在較短時(shí)間內(nèi)迅速生長(zhǎng)并聚集，覆蓋水面，阻止了水面的正常復(fù)氧，同時(shí)在有限的水體空間內(nèi)呼吸耗氧，使水體嚴(yán)重缺氧，最終又導(dǎo)致某種藻類(lèi)的大量死亡，進(jìn)一步增大水體耗氧負(fù)荷，使水體呈厭氧狀態(tài)，產(chǎn)生大量的惡臭氣體，進(jìn)一步加重了黑臭水體水質(zhì)惡化。

3 黑臭水體治理思路

3.1 外源截流是根本

為治理黑臭水體，首先要對(duì)外部輸入點(diǎn)源進(jìn)行阻斷，為此首先要摸清河湖兩岸城鎮(zhèn)、村落及工廠、企業(yè)污水的排放去向，區(qū)域排水體制及污水處理廠的建設(shè)情況，對(duì)于分流制污水管線直接進(jìn)行截流進(jìn)入污水處理廠，對(duì)于已經(jīng)存在的合流制污水管線進(jìn)行改造，確保雨污分流，污水全部收納進(jìn)入污水處理廠處理達(dá)標(biāo)后排放。對(duì)河湖沿岸排污口逐個(gè)進(jìn)行封堵，對(duì)可能存在的暗管進(jìn)行排查，切實(shí)杜絕河湖兩岸污染物的點(diǎn)源排放。其次，對(duì)外部農(nóng)田等面源進(jìn)行有效控制。提高農(nóng)民的科學(xué)文化素質(zhì)及科學(xué)種田意識(shí)，掌握科學(xué)的農(nóng)田施肥技術(shù)，避免過(guò)量施肥，減少土壤中的肥分通過(guò)地面降水帶入河流湖泊而導(dǎo)致河湖中的污染物增加。建設(shè)“海綿城市”，進(jìn)行雨洪利用，減少地面降水的沖掃夾帶。如北京市發(fā)布了《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（DB11/685-2013），修建了大量的雨洪利用設(shè)施，通過(guò)集納雨水的方式回補(bǔ)地下水，目前北京地區(qū)已修建集雨工程1000多處。在北京市規(guī)委、市建委、市水務(wù)局聯(lián)合頒布的《關(guān)于加強(qiáng)建設(shè)項(xiàng)目節(jié)約用水設(shè)施管理的通知》中，明確了人行步道、廣場(chǎng)和庭院燈地面應(yīng)進(jìn)行透水鋪裝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，北京地區(qū)每年透水鋪裝的面積超過(guò)300萬(wàn)平方米。在保證安全的情況下，在城市建筑與小區(qū)、道路、綠地和廣場(chǎng)內(nèi)建設(shè)下沉式綠地，達(dá)到地面降水的滲、滯、蓄、凈、用、排的目的，“小雨不濕鞋，大雨不積水”，在雨季蓄積雨水，在非雨季釋放澆花種草，真正實(shí)現(xiàn)“海綿城市”的理念?！昂＞d城市”等低影響開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略對(duì)黑臭水體的治理有積極的促進(jìn)作用。

3.2 內(nèi)源控制是輔助

對(duì)于已經(jīng)黑臭的水體，黑色底泥中含有大量的未完全分解的有機(jī)物，在擾動(dòng)的作用下會(huì)持續(xù)向水體釋放有機(jī)物，大量消耗水體中的溶解氧，加重水體的黑臭程度。因此要想使黑臭水體達(dá)到徹底治理，就必須在切斷外源污染的前提條件下，清除黑臭水體的底泥。對(duì)于小型的黑臭水體，在非雨季，直接分區(qū)、分段，排干后，開(kāi)挖清除黑臭底泥；對(duì)于大中型的黑臭水體，必須采用駁船，利用超聲技術(shù)進(jìn)行水下開(kāi)挖，清除水底淤污泥，并對(duì)清理的淤污泥進(jìn)行安全處置，防止底泥釋放和污泥處置不當(dāng)帶來(lái)的二次污染問(wèn)題。武漢某環(huán)保有限公司對(duì)武漢市的墨水湖和深圳市茅州河流域（寶安片區(qū)）的治理，就集中體現(xiàn)了這一點(diǎn)。該公司采用絞吸船進(jìn)行河湖底泥疏浚，黑色底泥經(jīng)過(guò)管道輸送到岸邊的沉淀池，去除渣塊后，進(jìn)入泥漿調(diào)節(jié)池，通過(guò)固液混合器分別投加泥沙聚沉劑和高強(qiáng)高耐水土體固結(jié)劑，經(jīng)板框壓濾機(jī)擠壓成型，黑色淤泥呈硬塑化狀態(tài)，含水率在40%以下，7天無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度0.2MPa以上，遇水不軟化、不泥化，污染物不發(fā)生二次轉(zhuǎn)移、擴(kuò)散。

3.3 曝氣增氧是關(guān)鍵

據(jù)分析，造成河湖水體黑臭的根本原因是因?yàn)樗w中的有機(jī)物含量高，有機(jī)物氧化消耗掉大量的溶解氧，使水體處于缺氧甚至厭氧狀態(tài)，揮發(fā)出氨、硫化氫等惡臭物質(zhì)；同時(shí)，在缺氧和厭氧的條件下，在還原性的環(huán)境氣氛中，鐵等金屬元素，轉(zhuǎn)化成黑色的硫化物沉淀，使水體和底泥呈現(xiàn)出黑色。如果對(duì)黑臭水體進(jìn)行曝氣充氧，使溶解氧濃度保持4mg/L一段時(shí)間后，黑臭水體的顏色會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)辄S褐色，氣味也變成泥土的氣味，此時(shí)的水體水質(zhì)已不再是黑臭水體。流動(dòng)的水體由于對(duì)空氣有卷吸作用，將增大水體與空氣的接觸面積，使水體復(fù)氧變得更容易，“流水不腐”就是這個(gè)道理。資料表明[1]，當(dāng)水流速達(dá)到0.2～0.3m/s時(shí)，可使水體得到有效復(fù)氧，抑制水華出現(xiàn)，減少黑臭水體的發(fā)生。

3.4 生態(tài)修復(fù)為長(zhǎng)效

黑臭水體經(jīng)過(guò)點(diǎn)源截流、面源控制，底泥疏浚、垃圾清理和腐敗水草清除，曝氣復(fù)氧后，黑臭水體的治理已取得階段性的勝利，但要真正鞏固這一成果，或者使水體向更好的水質(zhì)過(guò)渡，還需要重建湖泊河道的生態(tài)系統(tǒng)，使河湖水體的生態(tài)系統(tǒng)呈現(xiàn)出有機(jī)的、穩(wěn)定的狀態(tài)，逐步改善河湖水體的水質(zhì)。

要建立良好的水生生態(tài)系統(tǒng)，必須在保證行洪及安全的條件下，逐步恢復(fù)河道的原貌，采取生態(tài)護(hù)岸，恢復(fù)地表水體與地下水的交流通道；盡量使河水流動(dòng)起來(lái)，增加水體復(fù)氧的概率。依據(jù)水體的具體特點(diǎn)，有計(jì)劃、按比例地種植沉水植物、挺水植物和浮水植物，并定期進(jìn)行收割和清理，以逐步清除水體中的氮、磷及其它污染物質(zhì)，同時(shí)綠化河道并改善水體景觀。投放一定數(shù)量的濾食性水生動(dòng)物，控制水體中的藻類(lèi)繁殖，防止水華的發(fā)生。

4 黑臭水體治理過(guò)程中需要關(guān)注的問(wèn)題

4.1 外源截流需要關(guān)注的問(wèn)題

合流制排水系統(tǒng)，一般在無(wú)降水的情況下，污水通過(guò)污水井流入污水處理廠進(jìn)行處理，但當(dāng)?shù)孛娼邓畷r(shí)，水量增加，污水可能會(huì)溢流進(jìn)入河湖水體，又會(huì)帶來(lái)水體中耗氧污染物的增加，導(dǎo)致水體污染加重。為切實(shí)防止河流再次被污染，必須逐步改造合流制污水排放體制，切實(shí)將污水全部截流進(jìn)入污水處理廠，才能從根本上防止黑臭水體的再次發(fā)生。此外，還要加強(qiáng)居民的環(huán)保教育，提高民眾的環(huán)保意識(shí)，禁止將餐廚污水導(dǎo)入雨水井，防止污物隨雨水流入河流湖泊。

4.2 面源控制需要關(guān)注的問(wèn)題

透水鋪裝施工與驗(yàn)收問(wèn)題。加強(qiáng)“海綿城市”的建設(shè)理念，通過(guò)實(shí)施透水鋪裝、低洼綠地、雨水收集與暫存等低影響開(kāi)發(fā)，在一定程度上能實(shí)現(xiàn)地面降水回補(bǔ)地下水，減少地下水超采帶來(lái)的地質(zhì)災(zāi)害，在一定程度上也能減少地面降水的卷掃帶來(lái)的河湖污染問(wèn)題。按照《雨水控制與利用工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求》，透水鋪裝分為五層：第一層是透水磚面層，第二層是透水找平層，第三層透水基層，第四層是碎石墊層，第五層是土路基層。利用墊層的大空隙、結(jié)構(gòu)層中等空隙、形成自上而下、由小到大的“金字塔”型孔隙結(jié)構(gòu)，使面層到土壤具備有效的透水孔隙，真正滿足“小雨不濕鞋，大雨不積水”的理想境況。但從實(shí)際的情況看，由于管理人員的專(zhuān)業(yè)水平和施工工人的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)欠缺，導(dǎo)致大面積的透水鋪裝只停留在表面，只有第一層的面層透水，而其它各層難以透水。地面降水卷掃，污染物入河等問(wèn)題，難以在短時(shí)間內(nèi)得到有效解決。

4.3 內(nèi)源控制需要關(guān)注的問(wèn)題

底泥疏浚、生活垃圾打撈、水底植物殘枝敗葉的清理是外源污染得到有效控制后，黑臭水體治理的重要方法。實(shí)現(xiàn)底泥的有效疏浚，既要將底部污染物徹底清除，又要防止水體生態(tài)系統(tǒng)遭遇破壞。既要使淤污泥從水中清理出去，又要對(duì)清理出的淤污泥進(jìn)行合理處置，防止淤污泥帶來(lái)二次污染問(wèn)題。

4.4 曝氣增氧需要關(guān)注的問(wèn)題

曝氣增氧是黑臭水體治理的關(guān)鍵，但需要特別關(guān)注潛流曝氣及推流設(shè)備電器的安全問(wèn)題，防止電器漏電對(duì)人及水體中的生物造成傷害。河道首先要滿足行洪的需求，因此在黑臭水體治理的過(guò)程中，正常行洪是河湖水體治理的基礎(chǔ)和前提，在確保行洪安全的條件下，建設(shè)安裝水體凈化設(shè)施。需要合理安裝和布置曝氣設(shè)施，控制曝氣強(qiáng)度，防止設(shè)備噪聲和氣溶膠對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。采用鼓風(fēng)曝氣時(shí)，需對(duì)鼓風(fēng)機(jī)房進(jìn)行隔聲設(shè)計(jì)，減小風(fēng)機(jī)噪聲對(duì)周?chē)h(huán)境的影響；曝氣水流高度不超過(guò)1m，防止曝氣氣溶膠對(duì)周?chē)h(huán)境帶來(lái)不利影響。

4.5 生態(tài)修復(fù)需要關(guān)注的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)外源截流、內(nèi)源控制，曝氣充氧后，河湖水體基本得到了恢復(fù)，生態(tài)系統(tǒng)的重建將是河湖治理提升水質(zhì)的重點(diǎn)。通過(guò)生態(tài)護(hù)岸、水生植物的栽培，建立完善的水生生態(tài)系統(tǒng)，吸收水體中的氮、磷元素，抑制水體中藍(lán)藻、綠藻等藻類(lèi)的生長(zhǎng)，同時(shí)投放濾食性魚(yú)類(lèi)，如青魚(yú)、草魚(yú)、鰱魚(yú)、鳙魚(yú)等，防止水華的發(fā)生。有試驗(yàn)表明：當(dāng)水體中的鰱魚(yú)、鳙魚(yú)放養(yǎng)密度達(dá)到每立方水有魚(yú)50克時(shí)，就能控制藍(lán)藻水華的發(fā)生[2]。

生態(tài)修復(fù)中要注重水生植物與水生動(dòng)物的搭配，有利于整個(gè)水生生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。水生植物的修復(fù)盡量采用土著植物，采取以挺水植物為主，沉水植物為輔，漂浮植物少量，防止單一化的原則。南京環(huán)境科學(xué)研究所張毅敏提出：挺水植物占修復(fù)區(qū)水面的20%左右，以2～10叢/m2為宜；沉水植物占修復(fù)區(qū)水面的10%左右，以30～100株/m2為宜；水生動(dòng)物以土著的底棲水生生物為主，在治理區(qū)的10%水面上投放，水生昆蟲(chóng)、螺類(lèi)、貝類(lèi)一般以50～100個(gè)/m2，雜食性蝦類(lèi)和小型雜食性蟹類(lèi)5～30個(gè)/m2為宜。

黑臭水體的治理還要制定防止水華發(fā)生的應(yīng)急預(yù)案，密切關(guān)注水華發(fā)生的條件：水體中的N、P、BOD以及其它微量元素，溫度和光照，酸堿度及藻類(lèi)分布特征，在水華發(fā)生時(shí)，啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案，采取溶氣氣浮，浮筒攔污，水藻打撈，壓濾干燥等措施，盡快清除水華，對(duì)區(qū)域水體進(jìn)行曝氣補(bǔ)氧，以防水體中的溶解氧急劇下降，帶來(lái)毀滅性的破壞。

4.6 河湖水體管理需要關(guān)注的問(wèn)題

經(jīng)過(guò)外源截流、面源管控、內(nèi)源控制、曝氣增氧和生態(tài)修復(fù)綜合治理后，黑臭水體治理已取得階段性成果，但要鞏固黑臭水體治理的效果，保持水體長(zhǎng)期穩(wěn)定向好的發(fā)展，還需要有專(zhuān)業(yè)的技術(shù)支撐，專(zhuān)業(yè)化的管理和運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)。對(duì)水體管理者進(jìn)行專(zhuān)業(yè)技術(shù)和技能培訓(xùn)，增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)力量是打贏黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)的最終保障。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，黑臭水體治理是繼大氣治霾之后的又一件大事，相關(guān)部門(mén)已高度重視。黑臭水體的治理雖已取得了階段性成果，但要達(dá)到徹底治理、完全消除黑臭水體，還任重而道遠(yuǎn)。因此必須掌握黑臭水體的分級(jí)及判定依據(jù)，真正弄清水體黑臭的產(chǎn)生原因，配備專(zhuān)業(yè)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，綜合運(yùn)用黑臭水體的治理技術(shù)，有計(jì)劃有步驟地消除黑臭水體，逐步提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，滿足人民群眾對(duì)優(yōu)美生態(tài)環(huán)境的需要，實(shí)現(xiàn)美麗中國(guó)的目標(biāo)。