黑臭水體治理措施研究與應用

孫秋慧 何會云

從20 世紀80 年代開始，河流水體黑臭現象就在經濟相對發(fā)達的地區(qū)普遍出現，上海的蘇州河更是早在20 世紀初就出現過季節(jié)性水體黑臭，被形容為“黑如墨，臭如糞”[1]。黑臭水體多為城市河流，給人民群眾的生產生活帶來了惡劣的影響，因而，關于黑臭水體治理的有效措施研究與應用十分有意義。

1 黑臭水體治理措施

針對黑臭水體的特點以及河流健康發(fā)展的需求，總結黑臭水體治理應遵循“外源減排、內源清淤、水質凈化、清水補給、生態(tài)恢復”的技術路線[2]。外源減排和內源清淤是基礎與前提，水質凈化是階段性手段，水動力改善技術和生態(tài)恢復是長效保障措施。這其中最常用的有底泥清淤、曝氣增氧、生態(tài)修復三大措施。

1.1 底泥清淤

河流黑臭的一大主要原因是河流經長時間的承接工業(yè)、生活污水導致河底形成厚厚一層底泥。底泥是各種污染物累計富集比較穩(wěn)定的場所，當水體受到污染后，水中部分污染物可通過沉淀或顆粒物吸附而蓄存在底泥中，適當條件下重新釋放，成為二次污染源。因此，對底泥進行清淤疏浚是治理黑臭水體的關鍵技術之一。

常用的疏浚方式分為帶水疏浚和干式疏浚。帶水疏浚無需排空水體，不受季節(jié)等外界環(huán)境因素影響，但清淤厚度和淤泥量不易控制。干式疏浚即將水體完全排空后再進行清淤處理，可有效控制清淤深度和清淤量，但對水體正常的水文環(huán)境產生不利影響[2]。

1.2 曝氣增氧

《城市黑臭水體整治工作指南》中，對城市黑臭水體污染程度分級的特征指標為透明度、溶解氧、氧化還原電位與氨氮。這其中溶解氧指標是核心，溶解氧的高低直接影響其他3 項指標值。大量實踐證明，缺氧是造成水體黑臭的最主要原因之一[1]，而給水體增氧是治理黑臭的主要措施之一。通過對黑臭水體進行增氧，改善或提高水中DO 濃度，保證水體的好氧環(huán)境，提高水體中好氧微生物的活性，從而達到降解污染負荷，改善黑臭水體水質狀況的目的[1]。因此，曝氣增氧技術常被用于黑臭水體的治理。

目前工程中常用的曝氣增氧技術有機械曝氣（噴泉曝氣機、涌泉式曝氣機等）、超微孔曝氣、推流式曝氣、太陽能解層式曝氣、強化耦合膜生物反應技術（EHBR）等。

1.3 生物修復

生態(tài)修復常用的方法是在岸坡及水底布置具有凈化功能的水生植物，利用水生植物對污染物的攔截作用、水生植物根系形成的微生物膜對有機質的降解作用和植物本身對營養(yǎng)鹽的吸收作用去除水體中的污染物，削減兩岸面源污染入河量。并且，水生植物能給許多其他生物提供生境，增加生態(tài)系統的多樣性和穩(wěn)定性。

水生植物按照其生長適宜水深，一般分為浮葉植物、挺水植物與沉水植物。浮葉植物視覺景觀效果較好，但管理不當易造成二次污染；挺水植物根系發(fā)達，對水體的凈化作用較大，其通過根系向沉積物輸送氧氣，改善沉積物氧化還原條件，減少磷等營養(yǎng)鹽的釋放，給微生物提供良好的根區(qū)環(huán)境，增加了微生物的活性和生物量，從而增加了對水體的凈化能力；沉水植物可固定底部沉積物并沉淀水體中懸浮物，減少沉積物再懸浮。因此，通過水生植物的恢復，一方面減少了泥沙入河，減輕后期清淤的工程量，另一方面可以同時沉淀顆粒狀或附著在泥沙上的多種污染物，達到凈化水質的目的。再者，通過合理配置水生植物的布局與數量，可提升河流水生態(tài)功能，增加河流水生植物多樣性。

2 工程實際案例——細河鐵西段（四環(huán)—入河口）

2.1 細河河道概況

細河是渾河的一級支流，是承泄沈陽市西南地區(qū)城市雨污水和農田澇水的重要排水河道。工程治理段為四環(huán)橋至入河口，全長52.5 km，上游17 km位于規(guī)劃中心城區(qū)范圍內。工程河段目前水源主要是仙女河、北部、西部及振興等大型城鎮(zhèn)污水處理廠出水。根據水質檢測結果，細河四環(huán)—入河口段上、中、下游水質均屬于劣Ⅴ類，主要超標污染物有氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）、高錳酸鉀指數（CODMn）和汞（Hg）。細河鐵西段（四環(huán)—入河口）底泥中TN 和TP 平均值分別達到1 937 mg/kg 和 5 791 mg/kg， TN 和 TP 最 大 值 分 別 達 到8 708 mg/kg 和 39 293 mg/kg，TN 和 TP 最大超標分別為7.7 倍和77.6 倍，底泥污染嚴重。按照《城市黑臭水體整治工作指南》黑臭等級分級標準，細河四環(huán)橋—寶馬二號橋段屬于輕度黑臭等級，寶馬四號橋—燈遼高速橋段屬于重度黑臭等級，超標污染物為NH3-N。細河現狀水體水質污染嚴重影響細河兩岸特別是鐵西區(qū)的生產生活環(huán)境。從污染來源分析造成細河水體黑臭的原因，具體問題如下：

（1）入河排污口未完全封堵拆除或截污納管。由于沿線工廠眾多，河道兩岸仍然存在一些暗管或滲井偷排，并且生活污水和工業(yè)廢水均未進行有效處理，雨水排放口前未設置初期雨水處理裝置。

（2）上游和項目區(qū)內污水處理廠排放不達標或容量不夠。雖然2018 年沈陽市陸續(xù)對污水處理廠實施提標改造工作，要求污水處理廠排入細河的水質必須達到國家一級A 標準，但是提標后由于運行不穩(wěn)定以及滿負荷運行等原因，仍存在排放不達標或者容量不夠的問題。

（3）河道底泥污染物超標，內源釋放嚴重。細河本項目段近幾十年來一直沒有清淤，底泥的數量和污染程度都非常大，河道底泥中重金屬和有機污染比較嚴重，有機質含量較高，大量的污染物沉淀并累積在底泥中，污染底泥會對地下水和周邊土壤產生較大影響，間接影響居民健康。而且，吸附在底泥顆粒上的污染物與孔隙水發(fā)生交換，向外釋放污染物，造成水體二次污染，對細河水體常年黑臭貢獻較大。大量的底泥也為微生物提供了繁殖的溫床，微生物分解底泥中的有機物產生臭氣，同時，黑色底泥也被產生的氣體形成的氣泡托浮到達水體表面，導致黑臭。

（4）河道常年黑臭導致生態(tài)結構破壞嚴重，生態(tài)功能急劇下降。河道長期處于黑臭狀況，導致水生生物無法生存，同時造成河道生態(tài)結構破壞嚴重，生態(tài)功能急劇下降，生態(tài)系統嚴重失衡。

2.2 細河河道治理措施

針對細河河道水質不達標，底泥污染嚴重，河道生境差等主要問題。重點實施底泥清淤、曝氣增氧與微生物修復三大措施，結合入河排污口整治、污水處理廠提標改造，提升細河水質，消除黑臭，改善鐵西區(qū)細河城市段的河道環(huán)境，使城市段達到“水美，岸綠”。

2.2.1 底泥清淤

底泥清淤是控制內源污染的重要手段。針對項目區(qū)河道淤積分布，實施分段清淤治理，上游17 km城市段重點治理，下游農村段對卡口段治理疏浚，同時對河道沖刷嚴重段進行生態(tài)防護，減少河底底泥中的污染物質二次釋放進入水體內。按照設計清淤斷面，本次清淤工程清至設計斷面需要清除淤泥38.81 萬m3，其中一般淤泥約24.33 萬m3，超標淤泥約 14.48 萬 m3。

在本項目底泥治理過程中，由于底泥根據標準分為超標和不超標兩種類型，其中超標底泥無法直接綠化或者回填，需要先進行去除重金屬的處理或者直接進行固化穩(wěn)定化的方式進行資源化應用。結合工藝技術適用性分析結論，該工程采用底泥修復處理采取脫水+固化穩(wěn)定化處理技術。工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 超標底泥處理工藝流程圖

2.2.2 曝氣增氧

曝氣增氧是水質凈化的重要手段。通過曝氣對水體進行增氧，從而提高水體的自凈納污能力，消除水體缺氧等水質惡化問題。

該工程曝氣增氧措施主要在污水處理廠匯入細河后的下游區(qū)域、寶馬工廠上下游區(qū)域布置實施，主要用于增強河道的溶氧和水景觀塑造，保證部分區(qū)段污染物降解所需氧氣，同時防止污泥厭氧上浮等。主要曝氣設施選擇超微孔增氧曝氣機、噴涌式增氧曝氣機，根據建設需要和周邊環(huán)境，兩者結合布設見表1。

表1 曝氣增氧工程布置位置及參數

2.2.3 生態(tài)修復

生態(tài)修復主要在于水生態(tài)系統的構建，通過微生物、植物等生態(tài)措施，在河道內構建健康穩(wěn)定的水生態(tài)系統，從而保證河流健康有利發(fā)展。

本工程在細河上游城區(qū)段進行水生植物種植，通過水生植物對水體中污染物進行吸收，達到保證水體不反復黑臭的目的。相關參數見表2。

表2 水生植物布置位置及相關參數

水生態(tài)系統構建完成后，需對水體進行系統優(yōu)化和調整，通過人工干預與自然修復相結合的方式，保證達到建設目標。主要措施和參數見表3。

表3 系統優(yōu)化調整位置及相關參數

3 結 語

黑臭水體治理是一個綜合性、系統性的工程，并非單獨某一方面的治理。在治理思路上，應由“重技術投入、重末端治理”向“技術與機制建設并重、末端治理與源頭治理共舉”轉變。另外科學的養(yǎng)護管理也是工程建設中的重要環(huán)節(jié)，尤其對于水環(huán)境的整治，更是要堅持“三分建七分養(yǎng)”的治理思想，在工程建成后一定時期內做好運維管理，才是長久保障河流水體健康生態(tài)發(fā)展的法寶。