城市黑臭水體污染治理探析

廖 濤， 方應(yīng)梅， 侍翰生， 楊傳清， 朱華剛

(1.江蘇省水利勘測設(shè)計研究院有限公司， 江蘇 揚州 225000；2.南京市浦口區(qū)土地儲備中心， 江蘇 南京 210000)

2015年國務(wù)院頒布了《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)，明確將城市黑臭水體治理作為一項重要任務(wù)，要求到2020年，全國地級及以上城市建成區(qū)的黑臭水體數(shù)量不超過10%，到2030年，全國七大重點流域水質(zhì)優(yōu)良比例總體達(dá)到75%，黑臭水體基本消除。當(dāng)前，各地已經(jīng)開始重點把黑臭水體治理當(dāng)做改善城市人居生活環(huán)境工作來抓。黑臭水體成因復(fù)雜，影響因素較多，治理切忌盲目， 應(yīng)長遠(yuǎn)考慮，明確治理目標(biāo)，因地制宜，綜合施策。

1 城市黑臭水體現(xiàn)狀及成因分析

1.1 城市黑臭水體現(xiàn)狀

據(jù)統(tǒng)計，截至2020年2月，根據(jù)城市黑臭水體整治監(jiān)管平臺提供的數(shù)據(jù)顯示，全國已全部認(rèn)定黑臭水體2 869個，具體城市分布如圖1，其中正在治理中的556個，完成治理的2 313個，完成比例達(dá)80.6%。黑臭水體總面積達(dá)到2 454.831 km2。

圖1 各省份黑臭水體分布個數(shù)

1.2 黑臭水體的形成原因

城市黑臭水體是指城市建成區(qū)內(nèi)，呈現(xiàn)令人不悅的顏色(黑色或泛黑色)，散發(fā)出令人不適氣味(臭或惡臭)的水體的統(tǒng)稱。國內(nèi)外研究表明：受嚴(yán)重有機(jī)污染的水體中，有機(jī)物被好氧微生物大量分解，使水體中濃度降低，促使厭氧微生物開始大量繁殖并分解有機(jī)物，產(chǎn)生難溶于水的有臭氣體(如胺、NH3、H2S)逸出水面，形成臭氣。此外，產(chǎn)生的有臭氣體在上升過程中帶入污泥腐質(zhì)，使水體發(fā)黑，同時水體中的Fe2+、Mn2+等金屬離子，與S2-結(jié)合形成難溶于水的黑色FeS、MnS，也使水體發(fā)黑[1]。

水體黑臭的因素很多，主要包括：有機(jī)污染物濃度，底泥及擾動，水體溫差等。

(1)有機(jī)污染物濃度

水體中的有機(jī)污染是水體黑臭形成的重要影響因素。周文瑞等[2]指出，水體中糖、氨基酸、蛋白質(zhì)、油脂等有機(jī)物主要以溶解和懸浮狀態(tài)存在，微生物將其分解為CO2、H2O等小分子，消耗水體中大量的溶解氧，使水體惡化和黑臭。Rommano等[3]指出，放線菌能產(chǎn)生2種指示水體黑臭的物質(zhì)，分別是2-MIB和喬司瞇geosmin(蔡烷醇類)，其中喬司瞇的濃度對水體黑臭程度起決定作用。

(2) 底泥及擾動

底泥是河道污染的主要污染物之一。應(yīng)太林等[4]通過對蘇州河治理的試驗研究證實，增加擾動會加劇水體黑臭。國內(nèi)外有研究表明：黑臭河道的底泥會向水中釋放有機(jī)質(zhì)和無機(jī)鹽，加劇水體污染[5]。

(3)水體溫差

水體的溫差是影響水體黑臭的重要環(huán)境因素。通常夏季的水體比冬季更易發(fā)生黑臭污染[6]。產(chǎn)生這種情況主要有兩方面的原因：一是夏季溫度較高，適合微生物的生長繁殖，分解水中大量的有機(jī)物，產(chǎn)生水體黑臭物質(zhì)；二是夏季水中氧氣的量隨溫度的升高出現(xiàn)下降，適合生長的厭氧微生物開始大量分解有機(jī)物，生成使水體黑臭的物質(zhì)。有研究表明：當(dāng)水體的溫度低于8℃或高于35℃時，一般不會產(chǎn)生黑臭污染，當(dāng)水體溫度在25℃左右時，水體的黑臭最嚴(yán)重[7]。

2 城市黑臭水體治理技術(shù)及應(yīng)用

目前黑臭水體治理技術(shù)主要包括傳統(tǒng)法和生物生態(tài)法。傳統(tǒng)法主要有物理法和化學(xué)法，包括控源截污、人工曝氣、底泥疏浚、引調(diào)水工程和化學(xué)絮凝等，這些方法易引起二次污染，且成本較高，不能作為長期單一的治理方法。生物生態(tài)法主要通過運用微生物菌劑以及水生態(tài)修復(fù)等技術(shù)手段恢復(fù)水體的生態(tài)功能，并長效穩(wěn)定地改善水質(zhì)。目前，這種技術(shù)在黑臭水體治理中應(yīng)用比較廣泛。

2.1 物理方法

(1) 控源截污

控源截污能夠有效控制水體黑臭污染。控制污染源頭的污水排水，截住溢流污水，是污水治理的難點和重點。姚學(xué)同等[8]針對受點源、面源污染的城市河道，通過采取截污納管與人工濕地相結(jié)合的凈化處理方法來改善水質(zhì)，工程設(shè)計的截污能力和人工濕地處理能力分別為1.02×104m3/d和3.5×104m3/d，人工濕地的占有面積45 hm2，經(jīng)過截污與人工濕地共同作用后，水質(zhì)凈化目標(biāo)基本實現(xiàn)，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 人工曝氣

人工曝氣的原理是通過向水體中曝氣，增加水中溶解氧的含量，提高水體自凈能力。張紹君[9]系統(tǒng)分析了通過利用快速純氧曝氣的工藝治理東莞河道黑臭的工程效果，經(jīng)過連續(xù)的工程實驗研究和連續(xù)運行結(jié)果表明，純氧曝氣能夠迅速大幅度地提高河流的DO質(zhì)量濃度，當(dāng)DO質(zhì)量濃度達(dá)到20 mg/L 以上時，河道水體的色度可降低至20 倍以下，并且嗅閾值能穩(wěn)定在5以下，此數(shù)值已達(dá)到了一般景觀水體的色度和嗅味標(biāo)準(zhǔn)。德國的埃姆舍爾河、英國的泰晤士河和澳大利亞的天鵝河在治理的過程中都曾使用過人工曝氣增氧技術(shù)作為短期內(nèi)迅速改善河流水質(zhì)的重要手段[10]。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工曝氣方法治理河道也出現(xiàn)了一些問題：設(shè)備耗電費用高、噪聲大等，對長期受嚴(yán)重污染的水體修復(fù)效率低。因此，人工曝氣不能做為一種單一長期的治理手段，需輔助其他修復(fù)方法協(xié)同使用。

(3) 底泥疏浚

(4) 引調(diào)水工程

引調(diào)水工程法是一種通過采取引調(diào)水的方式稀釋水體中污染物，加速水體流動以增強(qiáng)水體富氧功能達(dá)到降低污染物濃度的工程手段。黃永福等[12]在污水量預(yù)測的基礎(chǔ)上，通過對福州市內(nèi)河不同的引水沖污規(guī)模方案進(jìn)行比較得出：當(dāng)引水量達(dá)到 30～40 m3/s 時，水體的黑臭指數(shù)為 3.01～5.09，表明引調(diào)水工程措施能夠改善水體黑臭問題。但引水工程也有很大的局限性：要有臨近的引調(diào)水水源，易造成河道下游的污染，長期使用要耗費大量的能源。如采用就地雨水池蓄水釋污，可有效避免以上局限性。

2.2 化學(xué)方法

化學(xué)方法是一種通過向污染水體投加具有絮凝、氧化、沉淀作用的化學(xué)藥劑使水體凈化的方法。常用的化學(xué)藥劑主要有3種：Fe鹽和Al鹽等混凝劑，H2O2等氧化劑，生石灰等沉淀劑。陳靜等[13]通過滇池治理實驗表明，聚合鐵和聚合鋁這兩種化學(xué)絮凝劑能在短時間內(nèi)迅速改善水質(zhì)，但持續(xù)時間只有2天，費用高達(dá)0.2元/m3，且產(chǎn)生不易沉降的絮體，導(dǎo)致二次污染。Nyk?nen Anne 等[14]在芬蘭通過向發(fā)生富營養(yǎng)化的水塘中投加顆粒狀的CaO2，經(jīng)過 5～7 個月的觀察發(fā)現(xiàn)，DO的含量和沉積物中好氧細(xì)菌數(shù)量增加，沉積物中有機(jī)質(zhì)的含量降低。雖然化學(xué)法用來應(yīng)急治理黑臭水體的效果比較好，但化學(xué)藥劑的投加會對河流生態(tài)環(huán)境和生物生長帶來二次污染，因此，化學(xué)法不能作為水體長期治理的方法。

2.3 生物生態(tài)法

生物生態(tài)法是一種利用生物(包括動物、植物和微生物)重新構(gòu)建水生態(tài)系統(tǒng)，旨在恢復(fù)水體自凈能力、經(jīng)濟(jì)可行、長效的治理水體黑臭的方法。主要包括：微生物技術(shù)、生物膜技術(shù)、植物凈化技術(shù)和生態(tài)岸帶修復(fù)技術(shù)。

(1)微生物技術(shù)

微生物技術(shù)是指利用微生物菌劑和生物促生劑恢復(fù)水體自凈能力，達(dá)到消除黑臭水體的目的。目前常用的微生物菌劑有Clear-Flo 系列菌劑、CBS 菌劑、EM 菌劑，生物促生劑有Bio-Energizer[15]。通過國內(nèi)外試驗，微生物強(qiáng)化技術(shù)具有投資少、見效快、易操作等優(yōu)勢。莊景等[16]通過采用微生物菌劑對無錫市滸溪河水體進(jìn)行修復(fù)試驗表明：河道水體中CODMn、TP和NH3-N的去除率達(dá)到了40%，初步消除了河道水體黑臭問題。

(2) 生物膜技術(shù)

生物膜技術(shù)通過利用微生物生長形成的膜，對污染物進(jìn)行截留、吸附和降解，這種技術(shù)能夠有效去除黑臭水體中的污染物。董甜甜等[17]通過利用枯草芽孢桿菌固定生物膜技術(shù)進(jìn)行黑臭水體的凈化試驗，研究發(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌形成的生物膜對黑臭水體凈化作用明顯，處理后的水質(zhì)能夠達(dá)到國家Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。總體看來生物膜技術(shù)運行成本較低，且對水體不產(chǎn)生二次污染，處理效果較好。但在黑臭水體有機(jī)負(fù)荷過高、污染嚴(yán)重的情況下，生物膜會壞死脫落，不便于維護(hù)管理。因此，生物膜技術(shù)較適宜于低污染負(fù)荷的中小河流的凈化。

(3) 植物凈化技術(shù)

植物凈化技術(shù)是目前常用的一種河道治理的生態(tài)環(huán)保技術(shù)，通過利用水生植物根系吸附、截留污染物，并能通過所形成的微生態(tài)系統(tǒng)利用微生物降解有機(jī)污染物。常用的水生植物有：水葫蘆、浮萍、蘆葦、燈心草、香蒲和鳳眼蓮等。生態(tài)浮島與人工濕地是水生植物凈化技術(shù)的成功應(yīng)用。生態(tài)浮島是一種利用原位修復(fù)技術(shù)，且常設(shè)在水流平緩的河道中，并在載體或基質(zhì)上無土培養(yǎng)植物的一種漂浮體[18]。生態(tài)浮島既可用來作為景觀綠化，又可作為生物的棲息地。人工濕地是一種通過利用基質(zhì)截留吸附、植物吸收和生物降解等共同對水體進(jìn)行凈化作用的異位生態(tài)處理方式。植物凈化技術(shù)優(yōu)點較多，但也存在著一定的局限性：植物凈化效果受溫度變化較大，從而影響水體的修復(fù)速度，冬季水溫較低，植物生長較慢，凈化效果不明顯[19]。因此，針對植物修復(fù)技術(shù)的這種局限性，可與其他物理方法配套使用。

(4) 生態(tài)岸帶修復(fù)技術(shù)

生態(tài)岸帶修復(fù)技術(shù)是一種運用多學(xué)科知識對河岸進(jìn)行綜合管理的技術(shù)。它以恢復(fù)原生態(tài)河岸為目標(biāo)，可有效保持水陸物質(zhì)之間的交換。生態(tài)岸帶修復(fù)技術(shù)適合城市污染水體的長效治理，通過在河岸兩旁種植的植被來減緩徑流，截留污染物，減少入河污染物，有效地改善了水環(huán)境。在建設(shè)海綿城市的工程應(yīng)用中，常用生態(tài)護(hù)坡護(hù)岸來增強(qiáng)水體下滲能力，維持水體循環(huán)，提供生物棲息地，保持物種多樣性，并調(diào)節(jié)河溪的微氣候[20]。

3 結(jié) 論

城市黑臭水體的治理是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程。整治過程不能僅僅依賴單一技術(shù)，需要打好“組合拳”。必須遵循“控源截污、內(nèi)源治理、活水循環(huán)、清水補給、水質(zhì)凈化、生態(tài)修復(fù)”的思路，將傳統(tǒng)的物理法、化學(xué)法和生物生態(tài)法有機(jī)結(jié)合起來，分步分階段實施。同時，針對特定水體在確定整治方案時還需分析水體成分，依據(jù)具體的污染原因有針對性地制定方案，做到“一河一策，一河一檔”。