北方城市河流黑臭水體水質(zhì)改善技術(shù)研究

宋子煒 趙鵬

摘? 要：城市河流黑臭水體水質(zhì)改善一項(xiàng)涉及設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)多個(gè)階段的復(fù)雜系統(tǒng)工程。該文在分析北方城市河流特點(diǎn)及黑臭成因的基礎(chǔ)上，嘗試將河流、溝渠劃分為大河、中小河和毛支溝3種類(lèi)型，并分析其水質(zhì)改善特點(diǎn)。在調(diào)查已完成的黑臭水體治理工程的基礎(chǔ)上，篩選出具有較好生態(tài)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的水質(zhì)提升技術(shù)4類(lèi)22種，進(jìn)一步按照河流類(lèi)型的不同，提出了水質(zhì)提升技術(shù)模式。城市河流黑臭水體水質(zhì)改善是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的環(huán)境治理任務(wù)。筆者認(rèn)為建立長(zhǎng)效管護(hù)機(jī)制，應(yīng)對(duì)各河各項(xiàng)的水質(zhì)提升技術(shù)進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，做到“一河一評(píng)”，從而為后續(xù)的水質(zhì)改善提供借鑒。

關(guān)鍵詞：城市河流;黑臭水體;水質(zhì)改善;河道治理

中圖分類(lèi)號(hào)：X52文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

我國(guó)北方地區(qū)干旱少雨，河流徑流普遍偏少，加之近年來(lái)的開(kāi)采使用不當(dāng)，導(dǎo)致水資源短缺及環(huán)境惡化問(wèn)題突出。另一方面，隨著城市化進(jìn)程的加快與經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，許多城市的河道水體污染和生態(tài)退化問(wèn)題十分突出，出現(xiàn)了季節(jié)性和常年性的水體黑臭現(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)題日益凸顯舊[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[3]。2015年，國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，明確將城市黑臭水體納入國(guó)家水治理體系范疇，并提出“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”。國(guó)家首次對(duì)城市黑臭水體整治提出了整治目標(biāo)。截至2019年6月底，北京市141條段黑臭水體通過(guò)截污治污、清淤疏浚等措施，整治工程均已完工。該文通過(guò)調(diào)查北京市已完成的黑臭水體水質(zhì)改善案例，梳理分析了適用于北方地區(qū)不同類(lèi)型城市河流的水質(zhì)改善技術(shù)，以期為推動(dòng)城市水環(huán)境提升提供借鑒參考。

1 北方城市河流黑臭水體特點(diǎn)

1.1 北方城市河流特點(diǎn)

我國(guó)北方地區(qū)水資源量相對(duì)短缺，同時(shí)受到地形地勢(shì)、自然地理等條件控制，北方河流普遍具有如下3個(gè)特征。1）水量相對(duì)較小，遠(yuǎn)小于南方河流。補(bǔ)給水源通常以雨水補(bǔ)給為主[4]。北京地區(qū)城市河流補(bǔ)水多為再生水廠退水。2）北方河流多為季節(jié)性河流，降雨歷時(shí)短，強(qiáng)度大，產(chǎn)流快，河流洪、枯水流量變化大，洪水暴漲猛落，多為單峰形式。3）河流有結(jié)冰封凍現(xiàn)象[4]?；谏鲜鲎匀画h(huán)境狀況，北方河段在生態(tài)修復(fù)上具有以下特征：水量有限，自身缺少足夠的清水去稀釋污水，通常表現(xiàn)為污水量大于徑流量[5]。

1.2? 黑臭水體成因

1.2.1 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]。

1.2.2 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]。

1.2.3 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[3]。

1.2.4 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]。

1.3 城市河流類(lèi)型劃分

河流水環(huán)境治理普遍采用控源、清淤、水質(zhì)凈化、水生態(tài)重建等治理技術(shù)。而按照“一河一策”，選用適宜的黑臭水體水質(zhì)改善技術(shù)，應(yīng)遵循經(jīng)濟(jì)性、適用性、可靠性、長(zhǎng)效性等原則。為了提高水質(zhì)改善措施的針對(duì)性、可靠性，該文參照《河流、小流域名稱(chēng)代碼》（DB11/T 1172—2015），根據(jù)河流匯水關(guān)系確定河流等級(jí)，將城市河流、溝渠劃分為大河、中小河及毛支溝3種類(lèi)型（表1）。獨(dú)流入海的河流為零級(jí)河流，匯入零級(jí)河流的河流為一級(jí)河流，匯入一級(jí)河流的河流級(jí)別為二級(jí)河流，依次類(lèi)推。不同類(lèi)型河流的污染物特點(diǎn)、水文特征、洪澇風(fēng)險(xiǎn)、管理機(jī)制等具有明顯差異。1）污染物。不同類(lèi)型河流的水質(zhì)現(xiàn)狀、污染物特點(diǎn)、自凈能力等具有明顯差異，水體功能區(qū)劃、水質(zhì)改善目標(biāo)也不相同。大河水體自凈能力較強(qiáng)、污染源及水質(zhì)趨于穩(wěn)定化，但是污染物來(lái)源、污染成因較為復(fù)雜;而毛支溝雖然納污范圍較小、污染物較為簡(jiǎn)單，但是自凈能力很差，內(nèi)源污染嚴(yán)重。2）水文特征。大中小河流、毛支溝的匯水面積，流域下墊面性質(zhì)差異明顯，自身的徑流量、流速等水文特征不同。相對(duì)而言，水體面積越大治理難度越大，投入成本越高，因而治理措施應(yīng)因河施策。3）洪澇風(fēng)險(xiǎn)。水質(zhì)改善措施極易受到河流行洪排澇威脅，河流洪澇風(fēng)險(xiǎn)及防洪能力隨等級(jí)不同而不同，技術(shù)措施本身耐受洪水的風(fēng)險(xiǎn)也不相同。4）管護(hù)機(jī)制。因河流級(jí)別、重要程度、經(jīng)費(fèi)來(lái)源不同，各條河流的管護(hù)力度、管護(hù)機(jī)制、人員配備、保障經(jīng)費(fèi)差別較大，水質(zhì)改善措施也應(yīng)有針對(duì)性的調(diào)整，如重要河流、經(jīng)費(fèi)充足，選用治理措施時(shí)，可適當(dāng)提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于管護(hù)級(jí)別較低的毛支溝，可考慮采用低投入、易養(yǎng)護(hù)型措施。

表1 城市河流、溝渠類(lèi)型劃分

類(lèi)型 河流級(jí)別 特點(diǎn) 水質(zhì)改善技術(shù)要求 備注

大河 0～1級(jí)河流 1）河流水面、水量較大，水質(zhì)要求較高;2）入河雨水量大，城區(qū)河段雨水污染物濃度相對(duì)較高，非城區(qū)河段雨水污染物濃度相對(duì)較高;3）防洪標(biāo)準(zhǔn)要求較高，洪水沖擊力較大;4）管理機(jī)制較為健全，運(yùn)營(yíng)管理資金相對(duì)充足;5）河流斷面結(jié)構(gòu)相對(duì)完整、斷面較寬，水質(zhì)改善設(shè)施用地較為充足 1）適宜基礎(chǔ)性凈化措施;2）可考慮雨水自然凈化措施;3）不適宜動(dòng)力要求高的工藝;4）不適合原位凈化措施;5）適宜人工濕地建設(shè)

中小河 2～4級(jí)河流 1）河流數(shù)量多，來(lái)水量、污染物類(lèi)型較為復(fù)雜;2）水質(zhì)改善緊迫性較高、壓力較大;3）河流景觀性要求高 1）能夠綜合提高水體感官指標(biāo)的治理措施;2）宜具有一定景觀功能

毛支溝 5～6級(jí)及以下 建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、防洪標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)較低 1）投資較低;2）安裝及養(yǎng)護(hù)管理簡(jiǎn)單 包括村鎮(zhèn)排水溝、路邊溝、水塘

2 黑臭水體水質(zhì)改善目標(biāo)

2.1 北京黑臭水體治理目標(biāo)

2015年，《北京市水污染防治工作方案》提出：截至 2020年，地表水水體水質(zhì)優(yōu)良（達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類(lèi)）比例保持穩(wěn)定，喪失使用功能（劣Ⅴ類(lèi)）的水體斷面比例比2014年下降24個(gè)百分點(diǎn)，其中，東城區(qū)、西城區(qū)水質(zhì)力爭(zhēng)全部達(dá)到Ⅳ類(lèi)以上，門(mén)頭溝區(qū)、平谷區(qū)、懷柔區(qū)、密云區(qū)、延慶區(qū)基本消除劣Ⅴ類(lèi)水體，其余各區(qū)劣Ⅴ類(lèi)水體斷面數(shù)量比2014年下降60%以上;地下水質(zhì)量保持穩(wěn)定;到2030年，地表水全面消除劣Ⅴ類(lèi)水體，水生態(tài)系統(tǒng)功能得到恢復(fù)。

根據(jù)考核目標(biāo)，各河流、溝渠水質(zhì)應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的水體功能要求，基本目標(biāo)應(yīng)達(dá)到。1）定性：水體清潔、無(wú)異味，感觀良好，具有較好的透明度。2）定量：COD≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，TP≤0.1mg/L。

2.2 治理效果

截至2018年12月，北京市建成區(qū)黑臭水體消除比例為93.1%，完成了國(guó)家要求的90%的考核要求;非建成區(qū)84條段黑臭水體整治工程已完工，水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示均為非黑臭水體，公眾滿意度均在90%以上。各條河流、溝渠通過(guò)實(shí)施黑臭水體治理，基本能夠達(dá)到行洪隱患消除、外源污染得到控制、水量基本穩(wěn)定的初步治理效果。

3 水質(zhì)改善技術(shù)體系

3.1 水質(zhì)改善技術(shù)

外援減排、內(nèi)源控制、水質(zhì)凈化、補(bǔ)水活水和生態(tài)修復(fù)是河流黑臭水體治理的主要技術(shù)手段。不同技術(shù)措施對(duì)于不同類(lèi)型河流、不同污染物的治理效果不盡相同。該文調(diào)查了北京市羅馬湖水體綜合治理系統(tǒng)工程、團(tuán)結(jié)渠生態(tài)治理工程、通州區(qū)蕭太后景觀提升生態(tài)修復(fù)工程等20余項(xiàng)已完成的黑臭水體水質(zhì)改善工程，總結(jié)分析得出：通過(guò)采取清淤、曝氣增氧、生態(tài)浮島等技術(shù)，不但河流水質(zhì)得到明顯改善，而且可以大幅提升沿岸景觀環(huán)境，具有較好的生態(tài)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益。經(jīng)過(guò)梳理，可歸納為雨水凈化、水循環(huán)促進(jìn)、水質(zhì)凈化和內(nèi)源控制4類(lèi)22種（表2）。

3.2 不同類(lèi)型河流水質(zhì)提升技術(shù)模式

為了做到有針對(duì)性地提升水質(zhì)，在采取有效控制外源污染的前提下，該文根據(jù)各類(lèi)河流、溝渠的污染特點(diǎn)和水文特征，構(gòu)建了不同的技術(shù)模式供參考（表3）。

4 結(jié)論與建議

城市河流黑臭水體水質(zhì)改善一項(xiàng)涉及設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)多個(gè)階段的復(fù)雜系統(tǒng)工程，應(yīng)按照“因地制宜、綜合治理、長(zhǎng)治久清”的原則，根據(jù)污染物特點(diǎn)、水文特征和治理目標(biāo)等實(shí)際情況，選擇有針對(duì)性的技術(shù)措施及治理模式。該文在分析北方城市河流特點(diǎn)及黑臭成因的基礎(chǔ)上，探索嘗試將河流、溝渠劃分為大河、中小河和毛支溝3種類(lèi)型，并分析了其水質(zhì)改善特點(diǎn)。在調(diào)查梳理已完成的黑臭水體治理項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，篩選出具有較好生態(tài)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益的水質(zhì)提升技術(shù)4類(lèi)22種，進(jìn)一步按照河流類(lèi)型的不同，提出了水質(zhì)提升技術(shù)模式。

城市河流黑臭水體水質(zhì)改善是一項(xiàng)長(zhǎng)期艱巨的環(huán)境治理任務(wù)，治理效果的穩(wěn)定發(fā)揮，關(guān)鍵在于后期的管理維護(hù)。因此，筆者認(rèn)為在建立長(zhǎng)效管護(hù)機(jī)制，應(yīng)對(duì)各河各項(xiàng)的水質(zhì)提升技術(shù)進(jìn)行跟蹤評(píng)價(jià)，做到“一河一評(píng)”，從而為后續(xù)的水質(zhì)改善提供有效可靠的技術(shù)積累借鑒。同時(shí)，也應(yīng)考慮不同技術(shù)措施的負(fù)面影響，避免由于技術(shù)措施不當(dāng)引起或加劇生態(tài)破壞和水環(huán)境污染。

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