城市黑臭水體治理指標分析與治理趨勢研究

周 瑩,岳艾儒,徐 宏,鄒俊良

(1. 中電建路橋集團有限公司，北京 100048;2.四川省環(huán)保科技工程有限責任公司，成都 610041; 3.四川省生態(tài)環(huán)境科學研究院，成都 610041;4. 四川省生態(tài)環(huán)境保護綜合行政執(zhí)法總隊，成都 610093)

1 黑臭水體概念及國外治理經(jīng)驗

1.1 黑臭水體的概念

近年來，隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市化進程的加快，越來越多的生產(chǎn)廢水和生活污水被排入城市水域，這些水域表現(xiàn)出季節(jié)性甚至全年性的黑色和臭味[1]。目前，流經(jīng)全國大多數(shù)城市建設區(qū)的河流水質(zhì)受到不同程度的污染。隨著城市水體中黑色氣味的程度和范圍逐漸加劇，這種極端的黑色氣味水現(xiàn)象不僅對生態(tài)產(chǎn)生了嚴重影響，而且對居民的感官產(chǎn)生了非常深遠的影響，同時也很容易對一些人群造成健康風險[2]。如果政府不治理水體黑臭現(xiàn)象，縱容大面積黑色臭水體出現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境問題變得更加突出[1]。不僅河流、湖泊、水質(zhì)下降，而且周圍的景觀也會逐漸變差。因此，除去黑色臭水，不僅有改善河流和湖泊感覺的效果，還對美化城市、保護城市生活環(huán)境、促進社會和諧以及持續(xù)經(jīng)濟發(fā)展有著重要影響[3]。

2015年4月，國務院正式頒布了《水污染防治行動計劃》(以下簡稱《水十條》)。水十條明確要求到2030年解決中國城市建成區(qū)的黑臭水體問題[4]。為了貫徹國務院的要求，2015年8月，住房和城鄉(xiāng)建設部會同環(huán)境保護部(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)等部門，共同制定了《城市黑臭水體處理指南》(以下簡稱指南)。指南中提到的城市黑色和有氣味水體的概念:“黑色和有氣味水體是指城市中呈現(xiàn)不愉快顏色和/或散發(fā)不愉快氣味的水體的統(tǒng)稱[3]?！辈蜒趸€原電位(ORP)，溶解氧(DO)，氨氮(NH3-N)和透明度這4項指標作為城市黑臭水體主要判定和分級的標準列出[5]，具體指標要求見表1。

表1 城市黑臭水體污染分級標準Tab.1 Classification standards for urban black-odor water Pollution

1.2 國外黑臭水體治理經(jīng)驗

近年來，水體黑臭問題雖然在局部得到了解決，但大部分黑臭水體的現(xiàn)象依然存在[6]。人們對黑臭水體這一污染現(xiàn)象及其產(chǎn)生的其他城市環(huán)境污染問題引發(fā)了較為廣泛的關注。

19世紀50年代，英國倫敦泰晤士河爆發(fā)了“大惡臭”事件，至此之后，英國政府成立了相關水環(huán)境污染問題防治部門，同時，制定了相關法律法規(guī)，實行了最嚴格的污染物排放管理制度，并且對污染物排放進行收費處理，對河道沿線的旅游產(chǎn)業(yè)和生態(tài)經(jīng)濟進行鼓勵，在河道內(nèi)部進行增氧曝氣，在河道底部進行植物污水凈化，經(jīng)過努力后，泰晤士河的水污染得到治理，水環(huán)境問題得到了解決，水生態(tài)得到了恢復[7]。亞洲國家的城市黑臭水體治理主要參考英國模式，日本對坂川的治理，也是將生態(tài)修復與曝氣增氧、生物膜修復相結合，其水質(zhì)得到了改善[8]。清溪川是韓國著名河流，曾經(jīng)大量垃圾漂浮在清溪川河面，21世紀初，政府針對清溪川的流域污染治理專門成立了市民委員會，在對其生態(tài)修復的同時，對流域環(huán)境進行改造。經(jīng)過兩年的努力，河道恢復了其生態(tài)功能，水質(zhì)也得到了改善[9]。針對田納西河在上個世紀30年代污染嚴重，美國國會頒布了所屬河流流域域管理法，為解決水環(huán)境問題提供了法律依據(jù)，維持了田納西河的水生態(tài)發(fā)展。歐洲其他國家還采用了其他方式進行治理，比如法國采用工業(yè)廢水處理后回用于河道及地下水、修建生態(tài)河堤等方式，使多瑙河重現(xiàn)清澈[10]。

表2列舉了各國在不同時期治理水體已有經(jīng)驗[7～10]。

表2 不同時期國外治理黑臭水體經(jīng)驗Tab.2 Foreign experience in treating black-odor water in different periods

2 我國黑臭水體治理現(xiàn)狀及面臨的問題

2.1 黑臭水體治理現(xiàn)狀

根據(jù)《水污染防治行動計劃》要求：地級及以上城市建成區(qū)需要于2020年底前完成本轄區(qū)內(nèi)建成區(qū)黑臭水體治理目標。由于黑臭水體治理是一項系統(tǒng)性的工作，僅僅按照平臺要求河段完成治理后，要想保證黑臭水體“長治久清”，不再反彈，還需要對黑臭水體上游段、支流段等進行全流域治理，更需要對黑臭水體多指標、全尺度的研究評價。

2.2 黑臭水體治理后面臨的問題

目前大部分城市采用現(xiàn)有治理工藝對黑臭水體整治后，雖然已經(jīng)做到了“不黑不臭”的要求，但是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，很多黑臭水體整治手段較為單一，受限于資金投入不足等原因，目前治理手段仍以截污治污、清淤、垃圾清理等為主，在生態(tài)補水、生態(tài)修復、面源污染防治、海綿建設等方面相對欠缺，不能體現(xiàn)系統(tǒng)治理的要求，局部區(qū)域的污水仍需要通過泵站提升或者建設臨時應急處理措施，存在治理成本高、處理效果不穩(wěn)定現(xiàn)象，黑臭水體治理后，主要出現(xiàn)以下問題：

(1)部分黑臭水體治理前為納污溝渠，待截污管道修建后，黑臭水體由于無生態(tài)補水，成為了干涸的渠道，喪失水體功能性[11]。

(2)納污管道修建后，導致污水廠處理負荷增加，超過設計處理能力，運營成本上升。

(3)河道未建設生態(tài)景觀措施，黑臭水體反復現(xiàn)象出現(xiàn)，沒有進行生態(tài)恢復。

由于沒有科學的評價體系，黑臭水體治理技術建設受到制約、人水關聯(lián)性被忽視、聯(lián)動合作不暢通都是黑臭水體治理面臨的難題，所以為了科學地判斷黑臭水的管理所處階段，有針對性地解決黑臭水體面臨的問題，明確黑臭水體整治下一步應該實施的工作，黑臭水體的評判也不僅局限于4項監(jiān)測指標和令人不適氣味，而應分階段科學建立更全面、更客觀的指標評價體系。

3 指標體系分析與建立

3.1 確定指標體系和層次結構

基于《城市黑臭水體整治工作指南》[5]建議表征因素、人體感觀、水體功能對黑臭水體新的評判指標進行定義。按照“水清、水滿、水美”3個階段實現(xiàn)黑臭水體的整治。

(1)第一階段主要為“水清”的實現(xiàn)，主要是對水體水質(zhì)的表征，可參考《城市黑臭水體整治工作指南》建議表征因素包括：溶解氧(DO)、透明度、氨氮(NH4-N)、氧化還原電位4個二級指標。

(2)第二個階段主要為“水滿”的實現(xiàn)，主要對河道水體功能的表征，可設置流量、灌溉面積、截污干管覆蓋率三個二級指標。

(3)第三個階段主要為“水美”的實現(xiàn)，主要對河道水生態(tài)功能的表征，可設置河道景觀、居民評議、水體異味、水面垃圾漂浮四個二級指標。

三個階段的指標為逐步遞進，采用層次分析法逐步確定指標體系及權重，表3為黑臭水體評價指標體系。

表3 黑臭水體評價指標體系建立Tab.3 Establishment of index system for black-odor water assessment

層次分析法判斷尺度多采用三標度法和九標度法，九標度法判斷精度較高，適用于重要性相差較多的兩兩判斷。三標度法判斷精度較低， 可用于對重要性相差不多的兩兩判斷。由于每個指標的重要性不同，為了反映指標之間的差異程度，本文通過九標度法確定判斷矩陣，并計算每個指標的相應權重[12]。

表4 各層次指標組合權重Tab.4 Combined weight of indexes of each hierarchy

由表4可以看出，黑臭水體評價體系中，按照“水清、水滿、水美”3個階段，當達到“水清”目標后，即完成了黑臭水體治理的53.96%工作；達到“水滿”目標后，即完成了黑臭水體治理的83.65%工作；達到“水美”目標后，完成了黑臭水體整治的全部工作。

3.2 三個階段治理工作

根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》推薦和我國已治理黑臭水體調(diào)研，黑臭水體常見治理工藝主要包括：控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復、活水保質(zhì)及能力建設5個方面，按照“水清、水滿、水美”3個階段的要求，“水清”階段主要完成：控源截污、內(nèi)源治理兩個方面工作；“水滿”階段主要完成：活水保質(zhì)的工作；“水美”階段主要完成：生態(tài)修復和能力建設兩個方面的工作。

3.2.1 “水清”階段工作介紹

3.2.1.1 控源截污

水體黑臭治理重點在于源頭，控源截污是工程措施的關鍵內(nèi)容，控源截污是工程措施的關鍵內(nèi)容，治理黑臭水體目前當務之急是杜絕污水直排現(xiàn)象，未經(jīng)過處理的污水不應進入河道，才能減緩城市河道污染治理壓力，截流系統(tǒng)設置是否通暢直接關系著污水收集管道及各類污水收集處理設施是否能有效運行，從而確定黑臭水體整治工作是否有效?？卦唇匚壑卫砉こ虄?nèi)容主要包括以下幾個方面：

①污水直排的治理。計算截污量及截污方式，明確承接的污水處理設施及其規(guī)模。

②雨污混錯接的治理。確定污水收集管道錯接點位，同時制定其改造方案。

③合流制溢流污染控制。若存在合流制溢流污染，應從管網(wǎng)改造、源頭減排、溢流口改造、調(diào)蓄等方面明確具體工程措施。

④雨水徑流污染控制。遵循海綿城市的理念確定相關工程措施。

⑤工業(yè)源、城市生活源、城市和農(nóng)村面源的治理措施。

3.2.1.2 內(nèi)源治理

內(nèi)源污染主要指的是河道內(nèi)部沉積的淤泥，大多是由于工業(yè)廢水、生活污水的大量排放、河道垃圾及雨水形成的地面沖刷等原因造成的，甚至形成河道淤積，打破了水體原有的生態(tài)系統(tǒng)，形成水體惡臭，影響沿岸生活環(huán)境，同時也削弱河道過水能力，增加洪澇災害風險。對河道進行內(nèi)源治理，可以有效地改善河道的生態(tài)環(huán)境，提高河道的行洪能力，對于提高城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增強城市的泄洪排澇能力具有顯著意義。內(nèi)源治理主要包括：測量底泥深度及重金屬含量、確定清淤及處置方式、清理河面垃圾等。

3.2.2 “水滿”階段工作介紹

活水保質(zhì)：活水保質(zhì)是黑臭水體長效保質(zhì)措施，主要用于增加河道水體的水力停留時間、優(yōu)化河道水體的水動力條件，從而使流域的水體自凈能力提高，是水質(zhì)長效改善和保持必不可少的措施，因此，還需要以提高河道水動力為目標采取活水保質(zhì)的措施包括補水的水源、水質(zhì)和水量等。

3.2.3 “水美”階段工作介紹

生態(tài)修復：長期以來，人們過分強調(diào)水利安全的單一目標，采用混凝土等硬質(zhì)質(zhì)料對城市內(nèi)河濱岸帶進行建設，降低河流景觀價值的同時，對流域的生態(tài)功能和結果也造成了損害。根據(jù)調(diào)研目前很多黑臭水體現(xiàn)狀河堤大多為硬質(zhì)河堤，建議對水體河堤岸生態(tài)修復在行洪排澇斷面保證的前提下，利用景觀的手法，結合海綿城市設計理念，打破現(xiàn)有河道駁岸的僵直現(xiàn)狀，形成多樣的生態(tài)空間。同時要考慮周邊居民的可介入空間的安排，為居民營造宜居場所。生態(tài)修復主要結合河道岸線和河道內(nèi)兩個部分，明確河堤的生態(tài)布局和生態(tài)修復措施、恢復河道內(nèi)的水生態(tài)系統(tǒng)等。

同時，管理部門應增設黑臭水體排查、監(jiān)測、監(jiān)管能力，建立監(jiān)管平臺等能力建設措施。

3.3 指標體系應用舉例

參考《指南》和調(diào)研黑臭水體治理工作實例，表5為對消除黑臭水體臨界值定義。

表5 城市黑臭水體污染臨界值標準Tab.5 Critical values of urban black-odor water pollution

“水清”指標及其臨界值是準則要求臨界值；“水滿”指標及其臨界值主要結合四川省當前治理完成后黑臭水體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計平均值和財政部、住房和建設部聯(lián)合發(fā)布的《城市黑臭水體治理示范城市應用指南》中約束性指標的確定?！八馈敝笜思捌渑R界值主要是結合《城市黑臭水處理示范城市應用指南》中的“指南”和競爭指標的要求來確定的。單項指標賦值選取相應指標與臨界值的比例計算得出，其中氧化還原電位指標會有負值出現(xiàn)。同時，考慮到部分指標比例太大影響結果客觀性，指標于臨界值比例大于“1”后則取“1”。因此，指標體系中，“水清、水滿、水美”3個階段治理任務均完成后其得分為1，得分小于0.539 6則處于黑臭水體治理第一階段，首要任務是完成“水清”的治理目標，需要實施的措施為控源截污和內(nèi)源治理；得分大于等于0.539 6小于0.836 5則處于黑臭水體治理第二階段，主要任務是完成“水滿”的治理目標，需要實施的措施為活水保質(zhì)；得分大于等于0.836 5小于1則處于黑臭水體治理第三階段，即完成“水美”的治理目標后，就能實現(xiàn)黑臭水體完成治理的最終目標，需要實施的措施為生態(tài)修復和能力建設。

現(xiàn)以某市建成區(qū)內(nèi)黑臭水體為例，圖1為某市建成區(qū)黑臭水體分布圖。根據(jù)掌握數(shù)據(jù)，某市建成區(qū)黑臭水體A溝在治理前透明度為10cm、溶解氧為4.4mg/L、氧化還原電位為-380mV、氨氮為103mg/L；流量為0.78m3/s、灌溉面積為0m2、截污干管覆蓋率為21%；河道景觀面積比例為7%、居民評議率為0%、臭氣濃度為10、水面垃圾漂浮率為10%，表6為某市A溝治理前無量綱化處理前后數(shù)據(jù)。

圖1 某市建成區(qū)黑臭水體分布圖Fig.1 Black-odor water distribution map of built-up area of a city

表6 某市A溝治理前無量綱化處理前后數(shù)據(jù)Tab.6 Data of ditch A in a city before treatment before and after dimensionless method

監(jiān)測數(shù)據(jù)和流量采樣主要為每年豐水期、枯水期各采一次，一次選取黑臭河段上游、中游、下游各一個點，取其均值；其余指標為年底實際統(tǒng)計數(shù)值。

A溝各項指標與臨界值的比例乘以組合權重，其評價得分為：-0.375 9，根據(jù)比較，A溝在治理前處于黑臭水體治理第一階段，首要任務是完成“水清”的治理目標，目前需要實施的任務主要是控源截污和內(nèi)源治理。A溝控源截污主要包括修建截污管道3.9km，最大限度確保流域范圍內(nèi)污水“應收盡收”；內(nèi)源治理主要包括清理A溝沿線生活垃圾堆放點2處、建筑垃圾堆放點4處，河道清淤合計2 000m3。

A溝在治理后透明度為30cm、溶解氧為6.1mg/L、氧化還原電位為427mV、氨氮為1.07mg/L；流量為0.2m3/s、灌溉面積為0m2、截污干管覆蓋率為93%；河道景觀面積比例為10%、居民評議率為91%、臭氣濃度為0、水面垃圾漂浮率為97%。A溝各項指標與臨界值的比例乘以組合權重，其評價得分為：0.827 6。

同理，將某市19條黑臭水體治理前后的各項指標和臨界值比較后，再乘以組合權重，表7為各溝的評價得分，圖2為階段性評價體系內(nèi)某市黑臭水體治理前后分值分布情況。

圖2 階段性評價體系內(nèi)某市黑臭水體治理前后分值分布情況Fig.2 Distribution of scores before and after black-odor water treatment in a city in the phased assessment system

表7 某市黑臭水體治理前評價得分Tab.7 Scores of black-odor water in the city before treatment

根據(jù)圖2可以看出，某市19條黑臭水體治理后的各項指標若按照階段性體系評價，所有黑臭水體治理前都未能達到一階段“水清”要求，需要實施的任務主要均是控源截污和內(nèi)源治理。所有黑臭水體治理后都達到一階段“水清”要求，有兩條黑臭水體未能達到二階段“水滿”的要求，需要實施的任務為活水保質(zhì)；17條黑臭水體均未達到三階段“水美”的要求，需要實施的任務為生態(tài)修復和能力建設。B溝和P溝在治理前水質(zhì)優(yōu)于其他溝，如K溝、S溝等，但是在治理后，評分低于其他溝，根據(jù)調(diào)研，其主要原因是B溝和P溝采取了截污治理后將明溝轉(zhuǎn)變?yōu)榘登?，無法實現(xiàn)河道景觀、水面流量等指標。

因此，可得出，針對某市而言，雖然19條黑臭水體按照《指南》所設置標準，均已做到了“不黑不臭”，但是下階段治理趨勢還是需要做到增加河道景觀、減少水體異味、減少水面垃圾漂浮，實現(xiàn)居民滿意，隨著黑臭水體治理要求的變化，本文建設的評價體系內(nèi)的指標還可以進行動態(tài)調(diào)整，確保按照國家最新要求進行評價。

4 結 論

近年來，由于實施《水污染防治行動計劃》，我國城市黑臭水體已經(jīng)得到一定程度改善，但是黑臭水體治理是一個復雜和系統(tǒng)工程，目前采用的治理方法成本高，可能造成二次污染且操作繁瑣，難以做到根治。本文通過總結國內(nèi)外黑臭水體治理經(jīng)驗，構建了治理評價新指標體系，將黑臭水體整治工作劃分為3個階段，將新增指標體系成果應用于黑臭水體治理實際工作中，可分別對每條黑臭水體治理所處的階段進行研判，通過指標體系有效地預判黑臭水體下一階段工作內(nèi)容和治理趨勢。未來，可以結合指標體系判斷結果，對當前的技術創(chuàng)新以較低的成本管制黑臭水體，與相關技術相結合，有機結合，滿足人與自然之間協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的要求。營造生態(tài)宜居的城市環(huán)境。