城市黑臭河道成因分析及治理技術(shù)

郭潔蕓　孫學(xué)斌　李建龍

摘 ? ?要：隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的水污染問題日益嚴(yán)重，城市黑臭河道的出現(xiàn)嚴(yán)重影響著人民群眾的身心健康和水生態(tài)文明的建設(shè)進(jìn)程，黑水除臭已經(jīng)成為急需解決的難題。江蘇省鎮(zhèn)江市作為長三角地區(qū)的重要口岸，其水污染現(xiàn)狀不容樂觀，城市河道黑臭問題亟待解決。本文以鎮(zhèn)江市為例，分析了黑臭河道的外源性及內(nèi)源性成因;同時從物理、化學(xué)、生物修復(fù)等方面，系統(tǒng)綜述了有效治理黑臭河道的技術(shù);通過進(jìn)一步的優(yōu)化，指出要采用以生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)為主的綜合治理技術(shù)，重視河道水生態(tài)系統(tǒng)的健康。結(jié)合玉帶河治理案例，展示了應(yīng)用綜合治理技術(shù)后的良好效果，可以為今后其他城市黑臭河道的生態(tài)治理提供參考。關(guān)鍵詞：鎮(zhèn)江市黑臭河道;黑臭成因分析;生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù);綜合治理

中圖分類號：X52 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ?DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.01.017

The Cause Analysis and Treatment Technology of Black and Smelly River in City

GUO Jieyun1， SUN Xuebin2， LI Jianlong1

（1.Department of Ecology， School of Life Science， Nanjing University， Nanjing， Jiangsu 210023， China; 2. Water Resources Bureau， RunzhouDistrict， Zhenjiang City， Zhenjiang， Jiangsu 212032， China）

Abstract： With the rapid development of economy， the problem of water pollution in China has become increasingly serious. The appearance of black and smelly rivers in cities has seriously affected the physical and mental health of the people and the construction process of water ecological civilization. Deodorization of black water has become an urgent problem to be solved. As an important port in the Yangtze River Delta， Zhenjiang city of Jiangsu Province is facing an unoptimistic situation of water pollution， and the black and smelly problem in urban rivers needs to be solved urgently. Taking Zhenjiang city as an example， this paper analyzed the exogenous and endogenous causes of black and smelly river. At the same time， from the physical， chemical and bioremediation aspects， the effective technology of black and smelly river treatment was systematically summarized.Through further optimization，it was pointed out that the comprehensive treatment technology based on bio-ecological remediation technology should be used and pay attention to the health of river water ecosystem.Combined with the case of Yudai River， the satisfied effect of comprehensive treatment technology is demonstrated， which can provide reference for ecological treatment of black and smelly river in other cities in the future.

Key words： Zhenjiang black and smelly river; analysis of the causes of black and smelly; bio-ecological remediation technology; comprehensive treatment

城市黑臭河道是對城市建成區(qū)內(nèi)，呈現(xiàn)深綠色甚至是灰黑色或泛出的臭味令人不適的河流的統(tǒng)稱[1]。所謂“黑臭”，是由于城市化的快速推進(jìn)而帶來的點(diǎn)、面源污染，如工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水排入河道，遠(yuǎn)大于水體的自凈容量[2]。工業(yè)廢渣、城市垃圾等環(huán)境污染物，以及過度使用農(nóng)藥等造成的重金屬如Ni，Hg，Pb等含量超標(biāo)的土壤污染[3]，會通過雨水徑流進(jìn)而引起城市河流的水質(zhì)污染及生態(tài)系統(tǒng)功能退化等問題，造成階段性乃至終年性的河道黑臭狀況。據(jù)研究統(tǒng)計，2016年我國218座地級及以上城市共計排查出黑臭河、湖、塘1 861段（個），水體黑臭城市占總數(shù)的74%[4]。其中，河流黑臭水體數(shù)量最多，占85.7%。從地域分布來看，總體呈南多北少的趨勢;從省份來看，60%的黑臭水體分布在廣東、安徽、山東、湖南、湖北、江蘇等東南沿海、經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)的地區(qū)。黑臭河段分布具有范圍廣且不連續(xù)的特征，主要集中于各城區(qū)人口密集的區(qū)塊[5]，對沿岸居民的正常生活和身心健康產(chǎn)生危害，同時也嚴(yán)重制約著生態(tài)文明城市的建設(shè)進(jìn)程[6]。

近年來，黑臭水體問題已引起科研領(lǐng)域的普遍重視，現(xiàn)國內(nèi)對黑臭水體的研究已由最初的理論探討、整體框架階段向具體的修復(fù)技術(shù)和方法層面轉(zhuǎn)變[7]。但由于起步較晚，目前仍存在技術(shù)方法選擇等未成體系、落實(shí)到具體城市后治理效果不佳，修復(fù)后長效性難以保證等問題[8]。本文以江蘇省鎮(zhèn)江市為例，在了解市內(nèi)河道污染現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分析黑臭水體的具體成因;通過對物理、化學(xué)、生物等修復(fù)技術(shù)的概述，探討黑臭河道的生態(tài)治理方式;以生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)為主的綜合治理技術(shù)在玉帶河上的成功應(yīng)用，以期為我國正在開展的城市黑臭河道治理提供有價值的參考。

1 黑臭河道成因分析

1.1 外源污染物的大量排入

雨污分流難實(shí)現(xiàn)。由于城市的快速發(fā)展以及管理不善等問題，使得鎮(zhèn)江市污水管網(wǎng)的普及率不高[9]，直接導(dǎo)致河流水體的污染負(fù)荷增加。城市內(nèi)現(xiàn)有的7個污水提升泵站，也由于某些經(jīng)濟(jì)體制的限制，引換水功能無法正常發(fā)揮作用[10]，大量污水排入河道，因而河道的水質(zhì)愈加惡化。

面源污染仍然突出。目前鎮(zhèn)江市化工等產(chǎn)業(yè)的污水處理和循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)鏈還在完善，低效益高污染的廠子依舊存在，高效益低污染的廠子還未普及，工業(yè)園區(qū)還沒達(dá)到國家的規(guī)范[10]，工業(yè)污水排放仍是河流主要的外部污染源。同時因工業(yè)冷卻水、污水處理廠尾水等的不斷排入，會導(dǎo)致水溫升高，從而加快水體中微生物分解有機(jī)物的速度，致使水體因缺氧而發(fā)黑發(fā)臭。此外，人口密集區(qū)的生活垃圾堆放未得到及時處置，腐爛后的污水隨雨水徑流入河，也是河道受到污染的一大原因。

水生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重。隨著城市建設(shè)進(jìn)程的加快，河堤硬化已成常態(tài)，這使得水不能同土壤進(jìn)行有效的循環(huán)，在一定程度上降低了水體的自我修復(fù)能力，進(jìn)而導(dǎo)致污染物不斷的沉積，加劇水質(zhì)發(fā)黑發(fā)臭。加上城市建設(shè)導(dǎo)致河/溝被間斷阻隔，河水動力不足，流速減慢，自凈能力也隨之下降[11]。納污超量會引起水體供氧與耗氧的失衡，有機(jī)污染物在被微生物分解的過程中會伴隨著氨氮化物、硫化氫等有異味氣體和有機(jī)酸的揮發(fā)，以及黑色物質(zhì)如鐵、錳硫化物等的產(chǎn)生[12]，由此致使了黑臭河流的出現(xiàn)。

1.2 內(nèi)源污染物的多次釋放

一些城市內(nèi)河未能得到定期疏浚而淤積嚴(yán)重，河流中的大量污染物會沉淀匯聚于底泥中，而底泥作為各污染物的主要?dú)w屬地之一[13]，在沒有外加曝氣充氧條件下，其溶解氧的含量幾乎為0。在大量繁殖的放線菌等厭氧微生物的作用下[14]，河底部的污泥會發(fā)酵生成大量甲烷、氮?dú)獾葰怏w，夾帶黑色底泥浮到河面上[15]，直接影響河流生態(tài)系統(tǒng)的健康。而且被底泥顆粒吸附著的污染物會與孔隙水發(fā)生交換，又一次進(jìn)入河流中[16]，引發(fā)二次黑臭現(xiàn)象。有研究指出，沉積底泥中營養(yǎng)物質(zhì)的再懸浮可能使水體的富營養(yǎng)化再延續(xù)數(shù)十年[17]。

2 治理技術(shù)

2.1 物理修復(fù)法

物理法是指基于物理工程學(xué)的原理，采用曝氣增氧、引水沖淤和機(jī)械除藻等方法改變黑臭水體的環(huán)境條件，進(jìn)而使水質(zhì)得到改善。物理修復(fù)一般設(shè)備操作簡便，成本較小，短時間內(nèi)效果較明顯。但其不能在本質(zhì)上徹底去除水體中的污染物，需要與其他技術(shù)進(jìn)行配套使用。南京秦淮河[18]、上海蘇州河等在治理黑臭時都采用了該技術(shù)。

2.2 化學(xué)修復(fù)法

化學(xué)法是通過向水體投放化學(xué)藥劑控制藻類的生長或使污染物絮凝沉淀。一般選用的化學(xué)除藻劑有臭氧、高錳酸鉀、硫酸銅以及次氯酸鈉等。趙玉華等[19]研究發(fā)現(xiàn)，這幾種藥劑的最佳投放量分別為4.0 mg·L-1、0.8 mg·L-1、1.5 mg·L-1、3.0 mg·L-1。絮凝沉淀技術(shù)是指向河水中添加鋁鹽（如明礬）、鐵鹽（如FeCl3）、鈣鹽（如CaCO3、Ca（OH）2）等，使之與水中溶解態(tài)磷形成不溶性沉淀并轉(zhuǎn)移到底泥中[20]?；瘜W(xué)修復(fù)法能快速凈化水質(zhì)，在一定程度上控制河流的內(nèi)源磷負(fù)荷，但如將該技術(shù)用于原位治理，污染物進(jìn)入底泥中，容易引發(fā)二次污染，同樣也是治標(biāo)不治本，而且長期使用除藻劑會使藻類產(chǎn)生抗藥性，危害生態(tài)系統(tǒng)。

2.3 生物-生態(tài)修復(fù)新技術(shù)

生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)，即通過微生物、動植物等的生理過程來轉(zhuǎn)移、富集或降解水體污染物，凈化水質(zhì)，為生物的棲息繁衍創(chuàng)造適宜的生境，恢復(fù)和重建良好的水體生態(tài)系統(tǒng)[21]。主要有植物操控技術(shù)、浮島技術(shù)、人工濕地技術(shù)、微生物強(qiáng)化技術(shù)、水生動物恢復(fù)與重建技術(shù)、生態(tài)護(hù)堤技術(shù)等[22]。具體應(yīng)用時，往往根據(jù)污染程度、水環(huán)境現(xiàn)狀以及生態(tài)功能等進(jìn)行綜合評估，采用多技術(shù)組合的方式以達(dá)到生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的共贏[23]。該技術(shù)因其成本低、沒有二次污染等優(yōu)勢在水污染治理方面有很大的發(fā)展?jié)摿24]。2.3.1 微生態(tài)活水直接凈化（HDP）技術(shù) 首先使用“河湖水質(zhì)原位凈化機(jī)”對大水面河湖進(jìn)行曝氣，改善水體溶氧環(huán)境，增強(qiáng)水動力使水體內(nèi)部形成循環(huán)[25]，加速懸浮物的碰撞凝聚，然后通過物理沉降到河流底部。其次進(jìn)行微生物凈化，依托專用生物填料形成的生物膜，在原位凈化機(jī)的充氧和推流下，形成溶解氧梯度，內(nèi)層的缺氧微環(huán)境生長厭氧微生物，生物膜表層生長好氧和兼性微生物，各種微生物相輔相成，加速降解水體中的有機(jī)污染物。最后，針對去除黑臭后可能出現(xiàn)的富營養(yǎng)化，可利用綠色生態(tài)制劑即生態(tài)控藻素，掐斷藻類光合作用過程阻斷其繁殖，可預(yù)防藻類大規(guī)模爆發(fā)，且對魚蝦無毒無害。后期規(guī)劃水系駁岸建設(shè)，種植水生植物，逐漸形成穩(wěn)定的水生態(tài)系統(tǒng)。

2.3.2 Bacto-Zyme1011系列生物復(fù)合酶技術(shù) ? Bacto-Zyme 1011系列生物復(fù)合酶是一系列天然有機(jī)的、含多種酶類的復(fù)合產(chǎn)品，并結(jié)合非離子表面活性劑和其他天然成分的蛋白質(zhì)及無機(jī)營養(yǎng)物合成的一種高效復(fù)合酶類凈化劑[23， 26]。大多自然凈化過程都是依托土著微生物實(shí)現(xiàn)的，然而由于營養(yǎng)鹽、溶解氧或其它電子受體的缺少致使進(jìn)程很慢。生物復(fù)合酶的加入能提高微生物的活性，促進(jìn)水中大分子物質(zhì)分解成小分子化合物，伴隨結(jié)合氧的釋放可以提高水體含氧量，而且分解后的小分子化合物又易于被微生物再利用，有利于增加微生物的豐度，達(dá)到一種微生態(tài)平衡[14， 27]。

2.4 綜合治理技術(shù)

黑臭河道整治是一項(xiàng)需要多學(xué)科理論為基礎(chǔ)，專業(yè)性很強(qiáng)且復(fù)雜的工程，實(shí)施時往往需要聯(lián)合使用多種技術(shù)才能收到預(yù)期的效果。於建明等[28]綜合有效截污、凈化浮島、景觀浮島和設(shè)生物柵等技術(shù)，使得寧波市中塘河一支流水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)。通過實(shí)施以生態(tài)浮床技術(shù)為主的多技術(shù)組合工程對上海市寶山區(qū)匯豐河進(jìn)行整治，全河道黑臭現(xiàn)象基本得到消除[2]。因此采用組合技術(shù)進(jìn)行綜合治理時，應(yīng)準(zhǔn)確分析每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用性，結(jié)合河流的具體情況，遵循注重源頭，標(biāo)本兼治，治管結(jié)合的原則[29]，實(shí)施適宜的工程。詳細(xì)技術(shù)措施如表1所示[30]。

3 綜合治理技術(shù)在玉帶河上的應(yīng)用

自2016年以來，依托“一湖九河”整治水體的工作，鎮(zhèn)江市有計劃地進(jìn)行市內(nèi)黑臭河道的治理。被列入國家（?。┖诔羲w整治項(xiàng)目的有躍進(jìn)河、光明河等7條河道。2018年，西團(tuán)結(jié)河、御橋港、一夜河、四明河、虹橋港5條黑臭水體整治，被列入鎮(zhèn)江市政府重大民生工程[31]。作為江蘇省唯一的生態(tài)文明建設(shè)綜合改革試點(diǎn)，又是全國首批生態(tài)文明先行示范區(qū)之一[32]，治理城市黑臭河道、恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)功能已成為鎮(zhèn)江市在水生態(tài)文明建設(shè)領(lǐng)域的一個重大科學(xué)任務(wù)。

3.1 治理工程介紹

玉帶河處于鎮(zhèn)江市區(qū)東部，是江蘇大學(xué)內(nèi)的主要景觀河。玉帶河發(fā)源地為孟家灣水庫，最后匯入古運(yùn)河，全長約2.8 km，河寬10～15 m，河底標(biāo)高為2.5～3 m，落差很小。沒有天然水源補(bǔ)給的孟家灣水庫終年是低水位，從而不能給玉帶河補(bǔ)給活水。玉帶河兩岸分布有19個雨水排放口，直接排入的雨水徑流為治理前的唯一水源[33]。水質(zhì)方面，整治前長時間黑臭。作為一個點(diǎn)、線、面、體的多維問題，應(yīng)實(shí)施源頭—過程—末端—系統(tǒng)治理的綜合工程，并結(jié)合綠色和灰色設(shè)施的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對河道的修復(fù)[34]。具體工程措施見表2。

3.2 治理工程效果

玉帶河改造前的劣五類水質(zhì)，經(jīng)綜合治理后總可溶性固形物（TSS）的去除率高達(dá)95%;在連續(xù)20天不降雨的情況下，以污水處理廠再生水作為補(bǔ)給水源，水質(zhì)可維持在Ⅳ類以上;設(shè)計的蜿蜒河岸，形成了多處灣、港水域，水岸長度和水生植物生長區(qū)域的增加為生物提供了更多的棲息地。

4 結(jié) 語

我國城市黑臭河道治理是一項(xiàng)社會-環(huán)境-經(jīng)濟(jì)多元化的綜合工程，有其獨(dú)特的復(fù)雜性。采用單一技術(shù)不能有效改善水質(zhì)，在優(yōu)化綜合治理技術(shù)時應(yīng)從河道的具體特征和污染程度、城市水系統(tǒng)、區(qū)域水循環(huán)等方面考慮，因地制宜，采用以生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)為核心的綜合治理技術(shù)。

（1）生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)適用范圍較廣，具有高效益、低成本、操作便捷等特征，在黑臭河道治理中具有廣闊的應(yīng)用前景。通過生物-生態(tài)修復(fù)措施，可以很快去除黑臭，重建底端食物鏈，恢復(fù)河道生態(tài)系統(tǒng)的健康，達(dá)到標(biāo)本兼治的效果。但生物的修復(fù)功能、修復(fù)領(lǐng)域是有限制性的，它還必須同其他方法有機(jī)結(jié)合起來，否則會因?yàn)橥庠次廴疚锏牟粩嘧⑷攵绊懼卫硇Ч?/p>

（2）治理過程應(yīng)該科學(xué)的分為3個階段。應(yīng)急階段，目標(biāo)是快速緩解和減輕黑臭，可采用有效截污、化學(xué)絮凝、清淤疏浚等措施。水質(zhì)改善階段，目標(biāo)是恢復(fù)水體的生態(tài)功能，可以采用曝氣增氧、生態(tài)浮島、人工濕地等生態(tài)修復(fù)技術(shù)。長效保持階段，目標(biāo)是防止治理后的黑臭水體返黑返臭，可采用活水循環(huán)和清水補(bǔ)給等措施改善水動力條件，保障水環(huán)境安全。

（3）把握水體自凈、循環(huán)、生態(tài)等功能，一方面控制外源性污染，另一方面恢復(fù)與強(qiáng)化水體內(nèi)部凈化功能，靈活運(yùn)用綜合治理技術(shù)，全面解決河道水體黑臭問題，為城市營造出綠色的自然和人居環(huán)境。

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收稿日期：2020-05-12

基金項(xiàng)目：南京市政府重點(diǎn)科技專項(xiàng)（043013005001）;國家重點(diǎn)研究計劃項(xiàng)目（2018YFD0800201）

作者簡介：郭潔蕓（1997—），女，山西臨汾人，在讀碩士生，主要從事河流生態(tài)修復(fù)和水污染治理研究。

通訊作者簡介：李建龍（1962—），男，吉林長春人，國家長江學(xué)者特聘教授，博士，主要從事修復(fù)和水污染防治研究。