黑臭水體成因及相關(guān)修復技術(shù)的探究

吳卓陽

黑臭水體成因及相關(guān)修復技術(shù)的探究

吳卓陽

（沈陽建筑大學 市政與環(huán)境工程學院，遼寧 沈陽 110168）

近年來在國家制定的有關(guān)環(huán)境領(lǐng)域的相關(guān)文件中，曾多次明確強調(diào)要進行黑臭水體的治理，各地也積極響國家政策，制定當?shù)胤煞ㄒ?guī)，對黑臭水體進行整治，然而近年來部分治理好的城市的黑臭水體有出現(xiàn)返臭現(xiàn)象，同時農(nóng)村黑臭水體的治理也才剛剛開始，由此看來，無論農(nóng)村黑臭水體還是城市黑臭水體治理壓力都不容小覷。對3種黑臭水體修復技術(shù)進行對比，以期為黑臭水體的治理提供方法依據(jù)。

黑臭水體；成因；危害；修復技術(shù)

我國黑臭水體的治理，在 2015 年國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動計劃》中明確指出到 2030 年城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除[1]。在治理城市黑臭水體條例有效實施的同時，針對農(nóng)村水環(huán)境的改善，中共中央、國務(wù)院下發(fā)了《農(nóng)村人居環(huán)境整治提升五年行動方案》，要求加強農(nóng)村黑臭水體的治理，在 2025 年前基本消除農(nóng)村大面積黑臭水 體[2]。國家針對城市和農(nóng)村黑臭水體的實際情況，制定了不同評價標準，但近年來治理好的城市黑臭水體出現(xiàn)返臭現(xiàn)象，農(nóng)村黑臭水體的治理才剛剛開始，因此，無論農(nóng)村黑臭水體還是城市黑臭水體治理壓力都不容小覷。目前黑臭水體治理技術(shù)按照原理主要分為物理法、化學法和生物生態(tài)法三大類[3]。

1 黑臭水體成因及危害

1.1 黑臭水體成因

“黑臭”是指受污染水體出現(xiàn)變黑、發(fā)臭的現(xiàn)象，對城市景觀、生態(tài)系統(tǒng)功能以及居民居住環(huán)境都造成很大的負面影響。導致水體出現(xiàn)“黑臭”的原因有很多，本文主要從以下幾個方面解釋水體出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象的緣由。

1.1.1 重金屬污染

由于工業(yè)廢水的亂排亂放，致使水中具有了超量的重金屬離子，這些重金屬離子又會與硫化物形成 FeS、MnS 等致黑化合物，從而使水體呈現(xiàn)灰色或黑色。

1.1.2 溶解氧含量低

污水的直接排放會導致水體中有機污染物的含量升高，溶解氧在水體自凈分解有機物的過程中被迅速消耗，再加上受污染水體往往本身流動性降低，為厭氧微生物提供了一個良好的厭氧環(huán)境。厭氧微生物在分解有機物的過程中會產(chǎn)生腐殖質(zhì)、NH3、H2S 等具有異味的氣體。

1.1.3 基礎(chǔ)設(shè)施不完善

河道管理體制不完善和污水管網(wǎng)的漏洞都會產(chǎn)生污水的錯排、漏排。另外城市水系統(tǒng)，水循環(huán)條件的不足會導致污染物積累和水自凈能力減弱[4]。

除了上述原因外，高溫廢水的直接排放、航運過程中污染物的泄漏等，都會直接或間接導致水體出現(xiàn)的黑臭現(xiàn)象。

1.2 黑臭水體的危害

1.2.1 對居民健康產(chǎn)生危害

黑臭水體中存在致病微生物，它們具有一定的生物毒性，因此會導致水廠對水源水的處理難度增加、居民飲用水質(zhì)量下降等問題。

1.2.2 對生態(tài)環(huán)境造成影響

黑臭水體的存在會損害自然景觀，有損城市面貌，阻礙生態(tài)系統(tǒng)的正常運行循環(huán)，甚至造成地下水污染。

1.2.3 造成水資源的流失

當水體呈現(xiàn)黑臭現(xiàn)象而不治理時，水中溶解氧會嚴重下降，水中動植物的生存環(huán)境受到危害，當水生生物大量死亡后，尸體得不到及時處理會進一步加重水體污染，最后甚至導致水體衰亡。且污染的水體尚具有一定的流動性，不及時治理也會造成更大范圍的污染。

2 黑臭水體修復技術(shù)

2.1 物理修復技術(shù)

物理修復技術(shù)是黑臭水體修復中應用最為廣泛的技術(shù)之一，主要包括清淤疏浚、曝氣、引水稀釋和原位覆蓋等方法[5]。

清淤疏浚是指通過人力或機械設(shè)備從河道中移除被污染的底泥，從而降低黑臭水體的內(nèi)源污染。董敏[6]等采用生態(tài)清淤的方法對白洋淀水域內(nèi)源污染問題進行處理，經(jīng)過多方面的試驗，證明了生態(tài)清淤能夠有效降低白洋淀區(qū)域內(nèi)的內(nèi)源污染，且對環(huán)境變化具備一定的適應性?？锎淦糩7]等對七里海潟湖濕地進行清淤疏浚工程后，潟湖的水體交換能力和生態(tài)環(huán)境都有所改善。清淤作為一種重要的工程措施被應用于黑臭河道的整治中，并不能徹底治理黑臭水體，但可短期內(nèi)消除黑臭，可用于應急處理階段。

曝氣是指通過某些曝氣設(shè)施對水體進行復氧，來提高水中溶解氧的濃度。在對河北省某黑臭水體治理項目中，張玲玲[8]等采用了超微氣泡富氧+生物活化的曝氣技術(shù)進行水體治理，使得NH4+-N去除率達 98%，TP 去除率為 85%，使黑臭水體得到長效久治的良好效果。但根據(jù)吳佐京通[9]等對曝氣處理黑臭水體的探究，認為曝氣技術(shù)治理黑臭水體的效果受諸多因素影響，如深度、位置、強度和時間等影響治理效果的程度不一、機理不同；并且各因素的影響作用并非相互獨立，比如曝氣強度與曝氣時間成負相關(guān)關(guān)系，當曝氣時間較長時，曝氣強度的影響會逐漸降低。所以曝氣因為種種限制，在實際應用中也并非十分理想。

引水稀釋是指通過水利設(shè)施引入清潔水源對黑臭河道進行稀釋，加快水體交換，提升水體的流動性。牟潤芝[10]等采用再生水補水活水技術(shù)，通過在中游進行補水，對青島張村河黑臭水體進行治理，治理后水體水質(zhì)由原來的劣Ⅴ類水提升為Ⅴ類水。但由于引水稀釋只是將水體中污染物進行了轉(zhuǎn)移，水中污染物量并沒有減少，因此并不能從根本上治理黑臭水體。

原位覆蓋是指通過物理手段將受污染底泥和上覆水分隔開來，防止底泥懸浮并控制污染物的釋放。原位覆蓋的第一次實施是在 1978 年，美國康涅狄格州紐黑文市用沙子對小鎮(zhèn)中央長島海灣的污染底泥進行覆蓋，使長島海灣污染情況得到很大改 善[11]。ZHOU[12]等設(shè)計了一種含有生物沸石的生物反應性薄層（BTC），在江蘇省揚州的一條富營養(yǎng)化河流加以試驗，試驗結(jié)果表明，BTC對TN的還原效率最高可達 56.69%。但原位覆蓋只是將污染物覆蓋在水底，不僅會抬高河床破壞河道，同時也增加了污染風險，因此，原位覆蓋也只是水體治理的應急手段，不能徹底治理黑臭水體。

2.2 化學修復技術(shù)

化學修復技術(shù)在修復黑臭水體中的應用主要包括藥劑法和電化學法[13]。藥劑法是指直接向水體中投加藥劑（混凝劑、氧化劑、沉淀劑等）去除污染物的方法。王順永[14]等制備一種新型磁性絮凝劑處理農(nóng)村黑臭水體。結(jié)果表明，該絮凝劑對濁度、色度和COD的降解率分別可達 92.0%、84.2%和 79.9%，且該絮凝劑在重復利用3次后仍具有一定的效果。程玲[15]等采用新型共價鍵絮凝劑（HCC）處理黑臭水體，研究結(jié)果表明，對NH4+-N和TN的去除率分別可達 100%和80%，且能夠有效降低黑臭水體的濁度。另外，對于黑臭水體中的氨氮污染物，宗剛[16]等利用二氧化鈦/石墨烯的復合催化劑進行處理，研究結(jié)果表明，在實際處理過程中對氨氮的去除率可達71.7%。

電化學法是通過外加電場，使污染物發(fā)生一些物理、化學反應，從而被去除。張東方[17]等使用電化學氧化裝置對深圳前海鐵石片區(qū)的鐵排河黑臭水水樣進行處理，研究結(jié)果表明，NH4+-N的降解率可達 93.3%。DING[18]等開發(fā)一種電化學系統(tǒng)，用來去除廢水中的NH4+-N，試驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)對廢水中的 NH4+-N去除率可達 85%以上。

用化學方法可作為黑臭水體治理的應急處理措施，但由于該方法在治理黑臭水體的過程中還會產(chǎn)生大量淤泥，且該技術(shù)無法確定是否會對河道的生境造成破壞，所以一般不推薦使用，尤其在水體水質(zhì)恢復期?，F(xiàn)在國內(nèi)對化學反應所產(chǎn)生的底泥的處理也再進行相關(guān)的研究，張蕭漢[19]等對河道底泥的研究認為清淤仍是國內(nèi)目前最直接的手段。但該手段的工程量巨大，需要資金較多，對大面積的黑臭水體并不適用。

2.3 生物修復技術(shù)

生物生態(tài)修復技術(shù)主要包括兩種：一種是通過在污染河道種植植物，依靠植物的光合作用對污染物進行轉(zhuǎn)化的植物修復技術(shù)。徐玉良[20]等通過建設(shè)濕地型生態(tài)島對昆山市望山河黑臭水體進行治理，10 個月后，水體的 COD、TP和NH4+-N都能達到Ⅲ～Ⅴ類水標準，且河道水體的生物多樣性明顯增加，水體自凈能力增強；蔡魯祥[21]等利用生態(tài)浮島復合技術(shù)對寧波市前塘黑臭河水進行處理，試驗結(jié)果表明，通過種植水生植物組合可以有效提高黑臭河段的水質(zhì)，TP的去除率大于44％，COD 的去除率大于 79.9%。

另一種是向污染河流中直接投加微生物，通過微生物的分解、硝化、反硝化等作用對污染物進行降解的微生物修復技術(shù)。該技術(shù)能夠提升水體的自凈能力，對水環(huán)境的影響也較為溫和。從發(fā)展進程來說，投菌法是由國外較早的發(fā)展并興起，但是該技術(shù)在國內(nèi)的起步較晚，這就導致我國在使用投菌法處理黑臭水體時，其所使用的菌種大多要從國外進口，這勢必導致該項技術(shù)的成本增加，并降低菌種的針對性，且由于是國外進口，可能會有一些生態(tài)風險。也正是由于這些生態(tài)風險使得投菌法的進展在我國或多或少的會受到一些制約。因此，要研發(fā)出適合我國本土的微生物菌劑。王海珊[22]等利用從黑臭水體底泥中提取的土著菌制備復合菌劑，試驗結(jié)果表明，該復合菌劑對NH4+-N、TP 和 COD 的去除率分別可達 92.39%、89.29%、62.93%，且土著菌可以使黑臭水體中的優(yōu)勢菌群增加；許崢[23]等分別研究不同純種微生物菌劑對黑臭水體底泥的降解效果，研究結(jié)果表明所有菌劑中對污染物的降解效果最好的是反硝化菌，對 TN 和有機質(zhì)的去除率分別可達到 59.90%和 20.93%。

另外，還可以通過向水體中投加微生物促生劑來增強微生物新陳代謝的能力，使原生動物和后生動物的數(shù)量得以增長，從而改善水體的生態(tài)環(huán)境。與其他整治方法相比，制劑的投加量小，且所加制劑不含外來微生物，沒有附加危險。所以生物促生劑在河道水體修復中具有廣泛的應用前景。

3 結(jié)束語

在綜合各方因素的條件下，現(xiàn)階段在黑臭水體治理方面的3種修復技術(shù)中，生物修復技術(shù)具有較好的應用前景，也取得了較為明顯的成效，其在實施治理的過程中對周圍生態(tài)環(huán)境影響較另外兩種技術(shù)小，符合我國提出的綠色發(fā)展理念。但該項技術(shù)仍面臨一些挑戰(zhàn)：處理的效率相對較緩慢，周期長；微生物的專一性使得微生物能降解污染物的種類較少；微生物未被馴化時其對生存環(huán)境要求較高，使部分微生物存活條件嚴苛，若直接進行實際應用時將難以存活。因此在該項技術(shù)的使用過程中也需要不斷地去進行探索，以期在未來成為一種較為理想的黑臭水體修復技術(shù)。

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Study on the Causes of Black and Smelly Water and Related Remediation Technologies

（School of Municipal and Environmental Engineering, Shenyang Jianzhu University, Shenyang Liaoning 110168, China）

In recent years, in the relevant documents formulated by the state in the field of environment, it has been clearly emphasized for many times that the treatment of black and smelly water bodies should be carried out. All localities have also actively responded to national policies and formulated local laws and regulations to treat black and smelly water bodies. However, in recent years, some treated black and smelly water bodies in cities have returned odor, and the treatment of black and smelly water bodies in rural areas has just begun, The pressure on the treatment of black and odorous water bodies in both rural and urban areas should not be underestimated. In this paper, three remediation technologies of black and smelly water were compared, providing a method basis for the treatment of black and smelly water.

Black odor water body; Origin; Harm; Repair technology

2022-04-21

吳卓陽（1997-），男，河北省承德市人，蒙古族，碩士研究生，2021年畢業(yè)于河北農(nóng)業(yè)大學給排水科學與工程專業(yè)，研究方向：污水處理技術(shù)。

X522

A

1004-0935（2023）02-0269-04