黑臭水體治理措施研究與應(yīng)用

孫秋慧 何會(huì)云

從20 世紀(jì)80 年代開始，河流水體黑臭現(xiàn)象就在經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)普遍出現(xiàn)，上海的蘇州河更是早在20 世紀(jì)初就出現(xiàn)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(chǎn)生活帶來(lái)了惡劣的影響，因而，關(guān)于黑臭水體治理的有效措施研究與應(yīng)用十分有意義。

1 黑臭水體治理措施

針對(duì)黑臭水體的特點(diǎn)以及河流健康發(fā)展的需求，總結(jié)黑臭水體治理應(yīng)遵循“外源減排、內(nèi)源清淤、水質(zhì)凈化、清水補(bǔ)給、生態(tài)恢復(fù)”的技術(shù)路線[2]。外源減排和內(nèi)源清淤是基礎(chǔ)與前提，水質(zhì)凈化是階段性手段，水動(dòng)力改善技術(shù)和生態(tài)恢復(fù)是長(zhǎng)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(fù)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(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的承接工業(yè)、生活污水導(dǎo)致河底形成厚厚一層底泥。底泥是各種污染物累計(jì)富集比較穩(wěn)定的場(chǎng)所，當(dāng)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(dāng)條件下重新釋放，成為二次污染源。因此，對(duì)底泥進(jìn)行清淤疏浚是治理黑臭水體的關(guān)鍵技術(shù)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(wú)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(jìn)行清淤處理，可有效控制清淤深度和清淤量，但對(duì)水體正常的水文環(huán)境產(chǎn)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(duì)城市黑臭水體污染程度分級(jí)的特征指標(biāo)為透明度、溶解氧、氧化還原電位與氨氮。這其中溶解氧指標(biāo)是核心，溶解氧的高低直接影響其他3 項(xiàng)指標(biāo)值。大量實(shí)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(duì)黑臭水體進(jìn)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(dá)到降解污染負(fù)荷，改善黑臭水體水質(zhì)狀況的目的[1]。因此，曝氣增氧技術(shù)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(shù)有機(jī)械曝氣（噴泉曝氣機(jī)、涌泉式曝氣機(jī)等）、超微孔曝氣、推流式曝氣、太陽(yáng)能解層式曝氣、強(qiáng)化耦合膜生物反應(yīng)技術(shù)（EHBR）等。

1.3 生物修復(fù)

生態(tài)修復(fù)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(duì)污染物的攔截作用、水生植物根系形成的微生物膜對(duì)有機(jī)質(zhì)的降解作用和植物本身對(duì)營(yíng)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(tǒng)的多樣性和穩(wěn)定性。

水生植物按照其生長(zhǎng)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(dāng)易造成二次污染；挺水植物根系發(fā)達(dá)，對(duì)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(yíng)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(duì)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(fù)，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(shí)沉淀顆粒狀或附著在泥沙上的多種污染物，達(dá)到凈化水質(zhì)的目的。再者，通過合理配置水生植物的布局與數(shù)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(shí)際案例——細(xì)河鐵西段（四環(huán)—入河口）

2.1 細(xì)河河道概況

細(xì)河是渾河的一級(jí)支流，是承泄沈陽(yáng)市西南地區(qū)城市雨污水和農(nóng)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(zhǎng)52.5 km，上游17 km位于規(guī)劃中心城區(qū)范圍內(nèi)。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(jù)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，細(xì)河四環(huán)—入河口段上、中、下游水質(zhì)均屬于劣Ⅴ類，主要超標(biāo)污染物有氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、化學(xué)需氧量（COD）、高錳酸鉀指數(shù)（CODMn）和汞（Hg）。細(xì)河鐵西段（四環(huán)—入河口）底泥中TN 和TP 平均值分別達(dá)到1 937 mg/kg 和 5 791 mg/kg， TN 和 TP 最 大 值 分 別 達(dá) 到8 708 mg/kg 和 39 293 mg/kg，TN 和 TP 最大超標(biāo)分別為7.7 倍和77.6 倍，底泥污染嚴(yán)重。按照《城市黑臭水體整治工作指南》黑臭等級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)河四環(huán)橋—寶馬二號(hào)橋段屬于輕度黑臭等級(jí)，寶馬四號(hào)橋—燈遼高速橋段屬于重度黑臭等級(jí)，超標(biāo)污染物為NH3-N。細(xì)河現(xiàn)狀水體水質(zhì)污染嚴(yán)重影響細(xì)河兩岸特別是鐵西區(qū)的生產(chǎn)生活環(huán)境。從污染來(lái)源分析造成細(xì)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(jìn)行有效處理，雨水排放口前未設(shè)置初期雨水處理裝置。

（2）上游和項(xiàng)目區(qū)內(nèi)污水處理廠排放不達(dá)標(biāo)或容量不夠。雖然2018 年沈陽(yáng)市陸續(xù)對(duì)污水處理廠實(shí)施提標(biāo)改造工作，要求污水處理廠排入細(xì)河的水質(zhì)必須達(dá)到國(guó)家一級(jí)A 標(biāo)準(zhǔn)，但是提標(biāo)后由于運(yùn)行不穩(wěn)定以及滿負(fù)荷運(yùn)行等原因，仍存在排放不達(dá)標(biāo)或者容量不夠的問題。

（3）河道底泥污染物超標(biāo)，內(nèi)源釋放嚴(yán)重。細(xì)河本項(xiàng)目段近幾十年來(lái)一直沒有清淤，底泥的數(shù)量和污染程度都非常大，河道底泥中重金屬和有機(jī)污染比較嚴(yán)重，有機(jī)質(zhì)含量較高，大量的污染物沉淀并累積在底泥中，污染底泥會(huì)對(duì)地下水和周邊土壤產(chǎn)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(duì)細(xì)河水體常年黑臭貢獻(xiàn)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(jī)物產(chǎn)生臭氣，同時(shí)，黑色底泥也被產(chǎn)生的氣體形成的氣泡托浮到達(dá)水體表面，導(dǎo)致黑臭。

（4）河道常年黑臭導(dǎo)致生態(tài)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，生態(tài)功能急劇下降。河道長(zhǎng)期處于黑臭狀況，導(dǎo)致水生生物無(wú)法生存，同時(shí)造成河道生態(tài)結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，生態(tài)功能急劇下降，生態(tài)系統(tǒng)嚴(yán)重失衡。

2.2 細(xì)河河道治理措施

針對(duì)細(xì)河河道水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，底泥污染嚴(yán)重，河道生境差等主要問題。重點(diǎn)實(shí)施底泥清淤、曝氣增氧與微生物修復(fù)三大措施，結(jié)合入河排污口整治、污水處理廠提標(biāo)改造，提升細(xì)河水質(zhì)，消除黑臭，改善鐵西區(qū)細(xì)河城市段的河道環(huán)境，使城市段達(dá)到“水美，岸綠”。

2.2.1 底泥清淤

底泥清淤是控制內(nèi)源污染的重要手段。針對(duì)項(xiàng)目區(qū)河道淤積分布，實(shí)施分段清淤治理，上游17 km城市段重點(diǎn)治理，下游農(nóng)村段對(duì)卡口段治理疏浚，同時(shí)對(duì)河道沖刷嚴(yán)重段進(jìn)行生態(tài)防護(hù)，減少河底底泥中的污染物質(zhì)二次釋放進(jìn)入水體內(nèi)。按照設(shè)計(jì)清淤斷面，本次清淤工程清至設(shè)計(jì)斷面需要清除淤泥38.81 萬(wàn)m3，其中一般淤泥約24.33 萬(wàn)m3，超標(biāo)淤泥約 14.48 萬(wàn) m3。

在本項(xiàng)目底泥治理過程中，由于底泥根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)分為超標(biāo)和不超標(biāo)兩種類型，其中超標(biāo)底泥無(wú)法直接綠化或者回填，需要先進(jìn)行去除重金屬的處理或者直接進(jìn)行固化穩(wěn)定化的方式進(jìn)行資源化應(yīng)用。結(jié)合工藝技術(shù)適用性分析結(jié)論，該工程采用底泥修復(fù)處理采取脫水+固化穩(wěn)定化處理技術(shù)。工藝流程圖如圖1 所示。

圖1 超標(biāo)底泥處理工藝流程圖

2.2.2 曝氣增氧

曝氣增氧是水質(zhì)凈化的重要手段。通過曝氣對(duì)水體進(jìn)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(zhì)惡化問題。

該工程曝氣增氧措施主要在污水處理廠匯入細(xì)河后的下游區(qū)域、寶馬工廠上下游區(qū)域布置實(shí)施，主要用于增強(qiáng)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(shí)防止污泥厭氧上浮等。主要曝氣設(shè)施選擇超微孔增氧曝氣機(jī)、噴涌式增氧曝氣機(jī)，根據(jù)建設(shè)需要和周邊環(huán)境，兩者結(jié)合布設(shè)見表1。

表1 曝氣增氧工程布置位置及參數(shù)

2.2.3 生態(tài)修復(fù)

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

本工程在細(xì)河上游城區(qū)段進(jìn)行水生植物種植，通過水生植物對(duì)水體中污染物進(jìn)行吸收，達(dá)到保證水體不反復(fù)黑臭的目的。相關(guān)參數(shù)見表2。

表2 水生植物布置位置及相關(guān)參數(shù)

水生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建完成后，需對(duì)水體進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化和調(diào)整，通過人工干預(yù)與自然修復(fù)相結(jié)合的方式，保證達(dá)到建設(shè)目標(biāo)。主要措施和參數(shù)見表3。

表3 系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)整位置及相關(guān)參數(shù)

3 結(jié) 語(yǔ)

黑臭水體治理是一個(gè)綜合性、系統(tǒng)性的工程，并非單獨(dú)某一方面的治理。在治理思路上，應(yīng)由“重技術(shù)投入、重末端治理”向“技術(shù)與機(jī)制建設(shè)并重、末端治理與源頭治理共舉”轉(zhuǎn)變。另外科學(xué)的養(yǎng)護(hù)管理也是工程建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于水環(huán)境的整治，更是要堅(jiān)持“三分建七分養(yǎng)”的治理思想，在工程建成后一定時(shí)期內(nèi)做好運(yùn)維管理，才是長(zhǎng)久保障河流水體健康生態(tài)發(fā)展的法寶。