結(jié)合海綿城市建設(shè)綜合治理城市黑臭水體

王 晨

結(jié)合海綿城市建設(shè)綜合治理城市黑臭水體

王 晨

（中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司湖北分院，湖北 武漢 430000）

分析了城市黑臭水體的成因及機(jī)理，概述了治理黑臭水體常用的方法及城市海綿建設(shè)理念。城市海綿建設(shè)是近幾年來(lái)比較熱門(mén)的話題，將其應(yīng)用在城市黑臭水體治理中將成為一種趨勢(shì)。

黑臭水體；海綿城市建設(shè)；生態(tài)護(hù)岸；環(huán)保清淤

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口的快速增長(zhǎng)，新型產(chǎn)業(yè)的不斷產(chǎn)生，帶來(lái)的是水環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重。其中城市水體黑臭現(xiàn)象尤為突出，它不僅使水流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)、文化及生態(tài)的效益嚴(yán)重消減，還給附近居民的生活品質(zhì)及身心健康造成了不良影響。在當(dāng)前生態(tài)文明的社會(huì)中，消除城市黑臭水體勢(shì)在必行。城市黑臭水體的治理當(dāng)從本質(zhì)著手，認(rèn)真分析水體黑臭的原因，做好污染物核定及目標(biāo)控制，有針對(duì)地采取相應(yīng)的措施。結(jié)合海綿建設(shè)，減少城市水體的排污量，通過(guò)生態(tài)修復(fù)加上景觀建設(shè)的措施使水體恢復(fù)自凈能力，最終達(dá)到消除黑臭水體的目的。

1 城市黑臭水體成因、機(jī)理

1.1 城市黑臭水體成因

1.1.1 污水管網(wǎng)建設(shè)不健全，有機(jī)污染負(fù)荷加大

早期建設(shè)的老城區(qū)和城中村地區(qū)，污水直排現(xiàn)象較為普遍，加之原有的污水管網(wǎng)建設(shè)不健全，錯(cuò)接、漏接、混接現(xiàn)象普遍，大量生產(chǎn)生活污水混入雨水管網(wǎng)直接排入城市水體。污水中的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、油脂、氨基酸等有機(jī)物質(zhì)經(jīng)分解產(chǎn)生有機(jī)碳、有機(jī)氮及含磷化合物，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，水質(zhì)變差，同時(shí)消耗水中溶解氧，厭氧微生開(kāi)始繁殖并不斷分解有機(jī)物產(chǎn)生CH4、H2S、NH3等至臭物質(zhì)，最終致使水體黑臭。污水中的有機(jī)物在水體表面的富集會(huì)阻止水氣界面的正常交換，進(jìn)一步加劇水體的黑臭[1]。

1.1.2 地表徑流沖擊負(fù)荷較大

經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，導(dǎo)致大氣和地表污染日益嚴(yán)重，霧霾現(xiàn)象就是最好的證據(jù)。降雨來(lái)臨時(shí)，加之我國(guó)大多城市初雨截污措施不到位，甚至沒(méi)有，致使空氣和地表中的污染物質(zhì)隨著初期雨水直接排入城市水體，初雨中硫化物是導(dǎo)致水體水質(zhì)急劇變差的主要原因[2]。據(jù)了解，初雨的污染指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于典型城市生活污水指標(biāo)，可見(jiàn)初期雨水對(duì)城市水體的危害非常之大。

1.1.3 內(nèi)源污染嚴(yán)重，底質(zhì)污染與底泥再懸浮

有機(jī)污染物質(zhì)進(jìn)入城市水體后，經(jīng)物理、化學(xué)、生物作用后沉積在水體地質(zhì)表層形成底泥，底泥中的物質(zhì)仍不斷反應(yīng)，一方面消耗水體中的氧氣，一方面釋放氮、磷、重金屬等物質(zhì)，使水環(huán)境日益惡化。其次，城市管網(wǎng)的淤積，經(jīng)沖刷后也會(huì)再次釋放污染物質(zhì)進(jìn)入水體，加劇水環(huán)境的污染。

底泥在人為擾動(dòng)、生物活動(dòng)及水力沖刷的影響下，會(huì)再懸浮，吸附在底泥上的污染物可與孔隙水發(fā)生交換，再次釋放污染物質(zhì)，使水體發(fā)黑、發(fā)臭；其次底泥是放線菌和藍(lán)藻等微生物的良好生存環(huán)境，微生物代謝發(fā)生反硝化、甲烷化作用，最終使水體黑臭。底泥是城市水體內(nèi)源污染的主要物質(zhì)，陸桂華等[3]通過(guò)實(shí)地檢測(cè)和資料分析，發(fā)現(xiàn)太湖底部淤泥集中區(qū)基本就是太湖局部黑臭水體形成區(qū)。

1.1.4 水體熱污染

溫度較高的污水廠尾水及工業(yè)冷卻水，也會(huì)使城市水體局部或者整個(gè)水體溫度升高，適宜的水溫將加快微生物的活動(dòng)，溶解氧的加速消耗，有機(jī)物的大量分解，從而釋放大量污染物質(zhì)，使水體黑臭。一些資料顯示，水體黑臭現(xiàn)象，夏季往往比冬季更顯著，一是微生物的活動(dòng)頻率與水溫呈正相關(guān)性，二是水中溶解氧含量隨水溫的升高而降低[4-5]。

1.1.5 水動(dòng)力學(xué)條件不足、水循環(huán)不暢

城市水體水量不足，流動(dòng)低緩，河道渠道化、硬質(zhì)化均有可能導(dǎo)致水體黑臭。張敏等[6]對(duì)浦東新區(qū)城市黑臭水體做了調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)該河道由于淤積嚴(yán)重、水環(huán)境惡劣，流水不暢，甚至出現(xiàn)死水；其次渠道硬化嚴(yán)重，水體無(wú)法自然循環(huán)，污染物淤積，水體自凈能力減弱，最終導(dǎo)致水體黑臭。城市水循環(huán)是水污染形成、遷移、轉(zhuǎn)化等一系列過(guò)程的載體，也是影響其動(dòng)力學(xué)過(guò)程的因素之一[7]。

1.2 城市黑臭水體形成機(jī)理

1.2.1 致黑機(jī)理

水體致黑原理主要體現(xiàn)在兩方面：一是以固態(tài)或吸附于懸浮顆粒上的形式存在于水體中的不溶性物質(zhì)，如FeS、MnS等；二是溶于水的帶色腐殖質(zhì)類(lèi)有機(jī)化合物[8]，以含硫有機(jī)物為主。丁琦等[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，吸附了FeS的帶電膠體懸浮顆粒是造成水體黑臭的主要原因。盧信等[10]通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物只要達(dá)到一定負(fù)荷水平(1.0 g·L-1)對(duì)水體均有致黑作用，但含硫有機(jī)物相比不含硫有機(jī)物，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)致水體變黑，且水體顏色更深。

1.2.2 致臭機(jī)理

致臭機(jī)理根據(jù)不同產(chǎn)臭途徑和致臭物質(zhì)，致臭機(jī)理大致分為以下3種。

一是有機(jī)物厭氧分解產(chǎn)生CH4、H2S、NH3等具有異味易揮發(fā)的小分子化合物溢出水面進(jìn)入大氣，因而散發(fā)出臭味。丁琦等[9]通過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，水體發(fā)臭主要為含硫、氮等有機(jī)物分解時(shí)逸出的H2S和NH3等所致。

二是硫醚類(lèi)化合物，通過(guò)對(duì)腐殖物質(zhì)的分析，從腐殖酸、富里酸的酸水解產(chǎn)物中得到的近20種氨基酸和大量游離氨，氨基酸在水體中以脫氨基作用、脫羧酸作用及某些細(xì)菌如變形桿菌分解含硫氨基酸等3種分解方式，產(chǎn)生大量的游離氨臭氣的同時(shí)，也產(chǎn)生大量具有相當(dāng)臭味的硫醚類(lèi)化合物[11]。揮發(fā)性有機(jī)硫化物被證實(shí)為主要的致臭物質(zhì)[12]，試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二甲基三硫醚以及二甲基四硫醚是黑臭水體的主要致臭物質(zhì)[13]。

三是喬司脒和2-二甲基異莰醇。當(dāng)水體處于厭氧狀態(tài)或營(yíng)養(yǎng)鹽相對(duì)較高時(shí)，水體中存在大量放線菌、藻類(lèi)和真菌，其新陳代謝過(guò)程中會(huì)分泌多種醇類(lèi)異臭物質(zhì)[14]土臭素，包括喬司脒和2-二甲基異莰醇，是國(guó)內(nèi)外研究中普遍認(rèn)為導(dǎo)致水體發(fā)臭的主要物質(zhì)之一，其嗅閾值為0.05～0.1μg/L，極低濃度就易引起強(qiáng)烈的臭味效應(yīng)。

2 結(jié)合海綿城市建設(shè)綜合治理城市黑臭水體

常規(guī)的物理法、化學(xué)法、生物法對(duì)黑臭水體的治理效果往往不明顯，目前最常用的最有效的方法是多種方法聯(lián)合治理。近幾年來(lái)海綿城市建設(shè)已經(jīng)成為一種熱潮，“滲、滯、蓄、凈、排”的海綿理念更是經(jīng)常被應(yīng)用在道路排水、景觀建設(shè)等工程中。 “滲”是通過(guò)采用地面透水鋪裝材料使城市路面自然滲透，調(diào)整綠地豎向，從源頭將雨水留下來(lái)然后“滲”下去，從而避免地表徑流，涵養(yǎng)地下水，通過(guò)土壤凈化水質(zhì)，改善城市微氣候； “滯”是建造雨水花園、生態(tài)滯留池、滲透池、人工濕地等延緩形成徑流的高峰；“蓄”是建造塑料模塊蓄水、地下蓄水池等把雨水留下來(lái)，要尊重自然的地形地貌，使降雨得到自然散落；“凈”是通過(guò)土壤滲濾凈化、人工濕地凈化、生物處理對(duì)水體產(chǎn)生凈化作用；“排”是利用城市豎向與工程設(shè)施相結(jié)合，排水防澇設(shè)施與天然水系河道相結(jié)合，地面排水與地下雨水管渠相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)一般排放和超標(biāo)雨水的排放，避免內(nèi)澇等災(zāi)害。隨著城市黑臭水體治理工作的快速推進(jìn)，海綿城市建設(shè)理念也逐步被應(yīng)用其中。

幸福二路明渠位于武漢市江岸區(qū)后湖地區(qū)，西起百步亭路，東止建設(shè)渠，承接幸福二路周邊雨水及上游十大家明渠、百步亭路箱涵來(lái)水。幸福二路明渠，區(qū)域雨污水管網(wǎng)尚不完善，雨污系統(tǒng)存在混錯(cuò)接，污水直排入渠，水體重度黑臭；另外，幸福二路明渠邊坡綠化覆蓋不足，水土流失嚴(yán)重，周邊存在建工地垃圾傾倒現(xiàn)象。這些問(wèn)題不僅影響了城市的發(fā)展，還給周邊居民造成了惡劣影響。為此相關(guān)單位針對(duì)幸福二路明渠黑臭水體做了一套合理的整治方案：一是點(diǎn)源污染消除，通過(guò)糾正雨污混錯(cuò)接、完善區(qū)域污水支管網(wǎng)、沿線排口截污等措施杜絕污水、初期雨水通過(guò)管涵進(jìn)渠現(xiàn)象；二是面源污染控制，將“滲、滯、蓄、凈、用、排”的海綿理念融入到明渠邊坡整治、景觀提升中[15]，通過(guò)海綿建設(shè)及低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)打造生態(tài)護(hù)岸，以此控制面源污染；三是內(nèi)源污染治理，對(duì)幸福二路明渠進(jìn)行清淤，消除污染底泥，并定期清理岸線垃圾、落葉等污染物，對(duì)水面進(jìn)行日常保潔，以此緩解內(nèi)源污染；四是生態(tài)修復(fù)，從上、中、下三個(gè)層次全面提升邊坡綠量，提升綠化覆蓋面積，結(jié)合“海綿城市”建設(shè)理念，改善硬質(zhì)景觀；五是中水補(bǔ)給，沿幸福二路明渠新建一條中水回用管道，采用三金潭污水處理廠中水回用對(duì)幸福二路明渠進(jìn)行水源補(bǔ)給，有效提高水體的流動(dòng)性，改善幸福二路明渠水質(zhì)。如今，幸福二路明渠被打造成了一條濱水生態(tài)綠廊，黑臭水體基本消除，水生態(tài)環(huán)境得到了改善，景觀品質(zhì)也得到了提升，目前已成為國(guó)家黑臭水體治理的典范。

中國(guó)遷安三里河綠道項(xiàng)目，將現(xiàn)有的硬化水泥水渠取消，改為生態(tài)護(hù)坡；在主水道的岸邊通過(guò)建造串珠狀的下凹式生態(tài)濕地，控制洪水、減少雨水徑流，起到了“綠色海綿”的作用；將海綿城市建設(shè)理念滲透在河道邊生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施和日常景觀的建設(shè)，碎石綠道的建設(shè)，生態(tài)走廊的建設(shè)；經(jīng)過(guò)綜合治理，當(dāng)年那條污染嚴(yán)重、令遷安全市人民為之傷痛的“龍須溝”，如今恢復(fù)了當(dāng)年“葦荷相連接，魚(yú)鱉豐厚，風(fēng)光秀麗”的城市生態(tài)廊道。

彭赤焰等[16]針對(duì)常德市穿紫河存在的排水管網(wǎng)錯(cuò)接嚴(yán)重、城市內(nèi)澇頻發(fā)、水生態(tài)惡化嚴(yán)重、沒(méi)有自凈能力、水環(huán)境惡劣、城市與水系隔絕等一系列問(wèn)題做出了應(yīng)對(duì)措施。首先在流域內(nèi)的居住區(qū)中大力推廣海綿城市建設(shè)，通過(guò)在源頭就地調(diào)蓄雨水、延緩徑流過(guò)程，被滯留的雨水在經(jīng)過(guò)沉淀和生態(tài)濾池的凈化后，再排入穿紫河；其次利用現(xiàn)有公園綠地凈化及地表徑流收集、凈化后的雨水，作為穿紫河的補(bǔ)充水源；既遵循了自然水循環(huán)系統(tǒng)的原則，又實(shí)現(xiàn)了改善水質(zhì)、創(chuàng)造生態(tài)水環(huán)境的目標(biāo)，通過(guò)多專(zhuān)業(yè)結(jié)合對(duì)流域進(jìn)行生態(tài)綜合治理。景觀設(shè)計(jì)、海綿城市建設(shè)、水處理工程、防洪等多項(xiàng)措施的融合，實(shí)現(xiàn)了多種功能的共同實(shí)施。

周飛祥等[17]結(jié)合鶴壁市海綿城市建設(shè)，加上城市水系統(tǒng)、區(qū)域水循環(huán)的改造，對(duì)城市黑臭水體進(jìn)行了綜合治理。首先將屋面、硬化地面、機(jī)動(dòng)車(chē)道、停車(chē)場(chǎng)等徑流污染嚴(yán)重的初期雨水引入生物滯留設(shè)施進(jìn)行自然凈化；其次完善了污水管網(wǎng)，進(jìn)行了雨污分流改造，從而提高了污水收集率，解決部分老城區(qū)合流制溢流污染及污水直排問(wèn)題；最后采用了非硬質(zhì)池底及生態(tài)駁岸，對(duì)現(xiàn)狀為“三面光”形式的水系進(jìn)行了改造，為水生動(dòng)植物提供棲息和生長(zhǎng)的環(huán)境，并通過(guò)水生動(dòng)植物對(duì)水體進(jìn)行了凈化。

賴佑賢等[18]將海綿城市建設(shè)和城市黑臭水體綜合治理等當(dāng)前熱門(mén)話題進(jìn)行了分析，從多目標(biāo)生態(tài)水系修復(fù)理念與技術(shù)出發(fā)，闡述了海綿城市建設(shè)在黑臭水體治理中的意義及效用；隨后進(jìn)一步論述了環(huán)保清淤技術(shù)與生態(tài)岸線的基本理念、功能與實(shí)踐；并介紹了幾項(xiàng)新型專(zhuān)利生態(tài)護(hù)岸型式，以適應(yīng)海綿城市建設(shè)的黑臭河道綜合治理的需求。

3 結(jié) 語(yǔ)

城市黑臭水體治理工作復(fù)雜且艱巨，涉及因素眾多，常常需要因地制宜，科學(xué)治理，整治技術(shù)的選擇應(yīng)遵循“適用性、綜合性、經(jīng)濟(jì)性、長(zhǎng)效性和安全性”等原則[19]。近些年海綿城市建設(shè)與城市黑臭水體治理相結(jié)合已經(jīng)成為一種新形勢(shì)，“滲、滯、蓄、凈、用、排”的海綿理念有效地減少了地表徑流，大大減少了由地表徑流帶來(lái)的污染物，再聯(lián)合其他方法，可有效治理城市黑臭水體。

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Comprehensive Control of Urban Black and Odorous Water Body Combining the Construction of Sponge City

（China Urban Construction Design and Research Institute Co., Ltd.，Hubei Branch, Hubei Wuhan 430000, China）

The causes and mechanism of urban black and odorous water bodies were analyzed, and the commonly used methods for treating black and odorous water bodies were summarized, and the concept of sponge urban construction was discussed. Sponge urban construction is a hot topic in recent years, and its application in urban black and odor water treatment will become a trend.

black and odorous water body; sponge city construction; ecological embankment; environmental dredging

2019-10-11

王晨（1991-），女，助理工程師，碩士研究生，湖北省襄陽(yáng)市人，2018年畢業(yè)于東北石油大學(xué)建筑與土木工程專(zhuān)業(yè)，研究方向：污水處理，市政設(shè)計(jì)。

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1004-0935（2020）01-0073-04