黑臭水體綜合治理研究與實(shí)踐

關(guān)鍵詞：黑臭水體；水治理進(jìn)展；治理方法；景觀化治理

前言

隨著城市化進(jìn)程快速發(fā)展，很多城區(qū)內(nèi)河生態(tài)被嚴(yán)重破壞，同時(shí)由于城區(qū)排水管網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施普遍落后，使得河道水質(zhì)污染日益嚴(yán)重，城市黑臭水問題已成為城市環(huán)境保護(hù)的難題之一。水環(huán)境治理作為環(huán)境領(lǐng)域民生短板，亟待解決，而黑臭水體問題的主要根源在岸上，要實(shí)現(xiàn)標(biāo)本兼治，需要系統(tǒng)性的治理思路和方法，要充分考慮水體自身特征、周邊地域特征及市政設(shè)施銜接等因素，制定系統(tǒng)化治理方案。

1黑臭水體形成機(jī)理

1.1有機(jī)污染入河

有機(jī)污染物排人河流是造成水體黑臭現(xiàn)象的主要原因之一。城市規(guī)模擴(kuò)大，人口數(shù)量增長過快，導(dǎo)致污水處理能力不足，同時(shí)城市地表徑流污染負(fù)荷較大，而截污治污設(shè)施建設(shè)相對(duì)落后，造成大量有機(jī)污染物排至水體。有機(jī)污染物在水體中分解，消耗大量溶解氧，導(dǎo)致水體缺氧，厭氧微生物大量繁殖并分解有機(jī)物，產(chǎn)生了大量致黑致臭物質(zhì)，最終引起水體發(fā)黑發(fā)臭。

1.2底質(zhì)污染與底泥再懸浮

底泥被認(rèn)為是城市水體的重要內(nèi)源污染物，在人為擾動(dòng)、水力沖刷以及生物活動(dòng)等諸多因素影響下，促使沉積底泥再懸浮，在一系列物理一化學(xué)一生物綜合作用下，吸附在底泥顆粒上的污染物與孔隙水發(fā)生交換，向水體中不斷釋放污染物，大量懸浮顆粒漂浮在水中，導(dǎo)致水體發(fā)黑、發(fā)臭；同時(shí)大量底泥為微生物提供良好的生存空間，其中放線菌和藍(lán)藻通過代謝作用使得底泥甲烷化、反硝化，導(dǎo)致底泥上浮及水體黑臭。

1.3水體熱污染

城市水體中有大量較高溫度的工業(yè)冷卻水、污水處理廠退水以及居民生活污水等排人，導(dǎo)致局部甚至整個(gè)水體水溫升高。水體中微生物在適宜水溫下發(fā)生劇烈的活動(dòng)，致使水體中的有機(jī)物大量分解，溶解氧濃度降低，各種發(fā)臭物質(zhì)不斷釋放。在夏季水體出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象比在冬季明顯增多，分析原因一方面是微生物的活動(dòng)頻率與溫度表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性，另一方面是水體中的溶解氧含量隨著溫度的升高而降低。

2現(xiàn)階段黑臭水體的主要治理方法

城市黑臭水治理的方法，主要包含物理與化學(xué)治理方法和生物處理方法。

2.1物理與化學(xué)治理方法

黑臭水體的物理和化學(xué)處理方法一般簡稱物化法，包括獨(dú)立使用物理、化學(xué)處理方法，或兼用物化原理為理論基礎(chǔ)進(jìn)行水處理的方法，具體選擇取決于黑臭水的水質(zhì)、排放或回收利用的水質(zhì)要求、處理費(fèi)用等因素。

2.1.1截排調(diào)水

“截排”是指通過安裝攔截設(shè)施對(duì)生活生產(chǎn)廢水、地表徑流帶來的污染物以及未經(jīng)處理的污水等進(jìn)行排放控制。“調(diào)水”是指將清水調(diào)人生態(tài)矛盾尖銳、嚴(yán)重影響民眾生活的水體，以快速凈化水體、改善水質(zhì)。截排調(diào)水技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是處理見效快；其缺陷為截排設(shè)施需要定期清理，費(fèi)用較高，無法根除水體黑臭現(xiàn)象。

2.1.2曝氣增氧

通過技術(shù)手段提高水體含氧量，促使輔助水體內(nèi)好氧生物生理活性的恢復(fù)，從而加速黑臭水體治理。曝氣技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要為無化學(xué)物質(zhì)添加，大大降低水體治理過程中的二次污染概率；缺陷主要是在嚴(yán)重黑臭的水體中處理難以降解的污染物時(shí)效果較差。

2.1.3氧化劑處理

利用化學(xué)氧化方法快速清除水體中的黑臭物質(zhì)，常用的氧化劑包括次氯酸鈉、過氧化氫和高錳酸鉀等。但化學(xué)藥劑的大量投入對(duì)水體造成二次污染風(fēng)險(xiǎn)較大，常用于受嚴(yán)重污染的黑臭水體應(yīng)急處理。

2.2生物生態(tài)治理方法

水的生物生態(tài)治理是利用自然界的生態(tài)過程來處理水體的方法，通過模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的功能，模擬生產(chǎn)者、消費(fèi)者、分解者的功能作用，來進(jìn)行水質(zhì)凈化。這種方法不依賴于物理或化學(xué)處理，而是利用水生生物、土壤生物體系以及植物等自然元素，通過它們的相互作用和自然過程來凈化水質(zhì)，同時(shí)恢復(fù)和維持水體的生態(tài)系統(tǒng)健康。目前被認(rèn)為是黑臭水治理最為安全有效的方法。

微生物強(qiáng)化凈化：在待治理水體中投入微生物菌劑、生物酶制劑等，促進(jìn)微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化，將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無機(jī)物質(zhì)。該方法主要適用于河道相對(duì)封閉，外部的污染源相對(duì)較少的水質(zhì)修復(fù)。

水生植物凈化與修復(fù)：一般是根據(jù)高等水生植物凈化能力和微生物特征，因地因日寸制宜地設(shè)計(jì)構(gòu)建包括浮葉水生植物、漂浮水生植物、沉水植物和根際微生物在內(nèi)的人工復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)。水生植被恢復(fù)對(duì)河底底泥有利，在吸收清潔底泥的營養(yǎng)成分的同時(shí)抑制藍(lán)藻生長，促進(jìn)污染物的沉降，達(dá)到水體治理效果。

生態(tài)浮島凈化與修復(fù)：主要以無土植物為主的修復(fù)方法。修復(fù)過程以高分子材料為載體和基質(zhì)，充分運(yùn)用物種之間的共生關(guān)系，使用水間的生態(tài)地位和營養(yǎng)生態(tài)地位，模擬構(gòu)建一個(gè)人工生態(tài)系統(tǒng)，減輕水體中的污染。最大優(yōu)點(diǎn)是直接使用河面，不另外占地，比較適合于中國多數(shù)城市無灘涂空間使用的情況。

水生動(dòng)物凈化與修復(fù)：水生動(dòng)物主要以水中的細(xì)菌、藻類和有機(jī)碎屑為食物，有效降低水中漂浮物，至使水體透明度提高。通過養(yǎng)殖水生動(dòng)物延長食物系統(tǒng)，強(qiáng)化生態(tài)凈化效果。同時(shí)，上述物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物有機(jī)體中的營養(yǎng)物質(zhì)，如氮、磷等，從水中完全排出，強(qiáng)化了生態(tài)穩(wěn)定。

底泥污染修復(fù)技術(shù)：主要是采用底泥疏浚，環(huán)保掩蔽的方法。作為內(nèi)源污染控制的主要方法，受到工程實(shí)施的條件限制，不可能將所有受污染物全部去除，且疏浚泥沙成本過高，同時(shí)清出的污泥缺乏足夠的土地或者空間貯存。

3中國黑臭水體治理進(jìn)展

3.1國家相關(guān)政策

2015年國務(wù)院及相關(guān)部委相繼發(fā)布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》、《黑臭水體整治工作指南》、《黑臭水體治理技術(shù)政策》、《黑臭水體整治監(jiān)管平臺(tái)》等多項(xiàng)政策文件，提出將整治城市黑臭水體作為重要內(nèi)容；2016年公布《公布全國黑臭水體排查情況》并發(fā)布《城市黑臭水體整治一排水口、管道及檢查井技術(shù)指南》；2018年發(fā)布《城市黑臭水體整治實(shí)施方案》并于2019年制定《（城鎮(zhèn)污水處理提質(zhì)增效三年行動(dòng)方案（2019-2021年）》；2021年發(fā)布《關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見》，城市黑臭水體整治進(jìn)入攻堅(jiān)階段；2022年《“十四五”城市黑臭水體整治環(huán)境保護(hù)行動(dòng)方案》、《深入打好城市黑臭水體治理攻堅(jiān)戰(zhàn)實(shí)施方案》、2023年《關(guān)于進(jìn)一步做好黑臭水體整治環(huán)境保護(hù)工作的通知》，明確提出到2025年縣級(jí)城市建成區(qū)黑臭水體消除比例達(dá)到90%以上。

3.2中國黑臭水體分布現(xiàn)狀及逐年變化規(guī)律分析

截止2017年10月，全國295個(gè)地級(jí)及以上城市中共有224座城市排查確認(rèn)建成區(qū)黑臭水體2100個(gè)。按照監(jiān)管平臺(tái)所得信息將水體類型分為“河”“湖”“塘”3類。在統(tǒng)計(jì)的2100個(gè)黑臭水體中，水體為“河”的共計(jì)1790個(gè)，占比85.2%，總長度約為7800km；水體為“塘”的共計(jì)204個(gè)，占比9.7%，總面積約為28km2；水體為“湖”的106個(gè)，占5.1%，總面積約為160km2。

隨著一系列政策的發(fā)布，污染防治和節(jié)能減排力度不斷加大，中國黑臭水體治理行業(yè)快速發(fā)展，地級(jí)及以上城市黑臭水體投資規(guī)模在2018年達(dá)到階段性峰值，共計(jì)1101.4億元。到2021年，伴隨黑臭水體污染得到控制，黑臭水體總量下降幅度極大，投資規(guī)模隨后持續(xù)下降，2021年下滑至71.4億元，同比減少90.32%。到2022年，全國黑臭水體總量僅為2021年的7.8%，象征著中國黑臭水體治理的階段性成功。

4黑臭水體景觀化治理實(shí)踐

4.1治理工藝

在黑臭水體治理過程中，利用海綿城市建設(shè)+生態(tài)景觀措施相結(jié)合的工藝，根據(jù)城市河湖水系特點(diǎn)及治理目標(biāo)，改善環(huán)境，提升水質(zhì)。

4.1.1追根溯源

對(duì)上游水源進(jìn)行凈化處理后再流人河湖水系。在上游入水口設(shè)置生物攔截隔離較大懸浮物，以沉砂池去除懸浮顆粒，通過與表流濕地、水下森林、生物凈化等景觀結(jié)合、組合凈化等處理工藝優(yōu)化水質(zhì)。

4.1.2強(qiáng)化海綿城市建設(shè)

利用“滲、滯、蓄、凈、用、排”的思路，整體規(guī)劃，建設(shè)包括生態(tài)駁岸、濱水濕地、雨水花園、PP雨水儲(chǔ)存模塊等“海綿體”，串聯(lián)城市河流與溪流、坑塘、洼地，構(gòu)建蓄水池和不同承載力的凈化濕地，充分發(fā)揮調(diào)蓄作用，建立完整的生態(tài)凈化系統(tǒng)。

4.1.3變硬質(zhì)駁岸為軟質(zhì)駁岸

改造設(shè)計(jì)和綜合整治城市內(nèi)的河流、湖泊等水體的硬質(zhì)駁岸，在充分考慮防洪排澇和城市安全基礎(chǔ)上，以景觀生態(tài)為導(dǎo)向，以植物材料為主，工程技藝為輔，化硬為軟，持續(xù)恢復(fù)城市水體的部分生態(tài)服務(wù)，使硬質(zhì)駁岸表現(xiàn)出流線、動(dòng)態(tài)、多樣和生態(tài)等的特征。

4. 1.4全流域架構(gòu)生態(tài)化岸線

利用“土壤一微生物一動(dòng)物一植物”生態(tài)系統(tǒng)，加強(qiáng)水體生態(tài)多樣化修復(fù)，恢復(fù)和增強(qiáng)河湖水系自凈功能，最大限度消除水體污染，實(shí)現(xiàn)河湖水系水體自凈，提高水體透明度，全方位構(gòu)建水上、水下層次優(yōu)美、親切自然的水生態(tài)景觀，構(gòu)建健康的水生態(tài)系統(tǒng)。

4.2黑臭水體景觀化治理項(xiàng)目應(yīng)用

4.2.1昌邑市堤河生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目

堤河是山東省濰坊市昌邑市的主要人海河流之一，此次生態(tài)修復(fù)范圍為河道市區(qū)段，總長度約3.1km，占地面積約194.5畝。河道上游寬100m左右，下游寬30m～40m，水體污染為劣V類，較為嚴(yán)重。

此次生態(tài)修復(fù)目的是對(duì)污水廠處理后的輕度黑臭水體，在流經(jīng)小龍河進(jìn)入堤河前進(jìn)行深度處理（如圖1所示）。在實(shí)施過程中采取景觀凈化水質(zhì)措施，污水首先經(jīng)過生態(tài)草溝過濾下滲，然后利用自然高差流經(jīng)一系列臺(tái)地濕地，包括淺水生態(tài)過濾池、深水生態(tài)過濾池、多功能凈水蓄水池子、洪泛菜園等，逐層凈化后，最后流出的凈水進(jìn)入堤河河道中。出水水質(zhì)滿足地表V類水標(biāo)準(zhǔn)，具體水質(zhì)變化見表1。

在潛流濕地單元內(nèi)，根據(jù)工藝要求種植水質(zhì)凈化能力較強(qiáng)且具有景觀效果的水生植物，如黃菖蒲、再力花、水蔥等，注重生態(tài)性、美觀性和水處理功能性的結(jié)合，提升潛流濕地的生態(tài)景觀效果和凈水能力。

4.2.2濟(jì)南市萊蕪區(qū)龍馬河水體治理項(xiàng)目

此次黑臭水體治理范圍包括萊蕪區(qū)龍馬河?xùn)|岸和西岸兩部分，岸線全長約15公里。項(xiàng)目按照區(qū)域劃分成梯地禾田、濱河蘆荻景觀帶和后海凈化濕地帶三大各具景觀特色和功能特點(diǎn)的部分。

（1）梯地禾田帶：利用城市道路與蓄水位之間12米的高差，形成錯(cuò)落的草階看臺(tái)和景觀梯田，縱橫交錯(cuò)的肌理和豐富立體的空間塑造出自然生態(tài)與農(nóng)耕文化相融合的田園景觀。污水處理廠的排放水流經(jīng)梯田、曝氣墻等設(shè)施，得到充分的曝氣和過濾，黑臭水在自然景觀中由“濁”變“清”。

（2）濱河蘆荻景觀帶：沿河大面積地種植蘆荻，形成連續(xù)的自然景觀帶。同時(shí)，蘆荻豐富的根系，提供了龐大的表面積，使黑臭水中的懸浮固體和部分有機(jī)物通過物理沉積、過濾和吸附作用被去除，起到水質(zhì)凈化的作用。

（3）后海凈化濕地帶：濕地帶栽植豐富的挺水、沉水植物，如蘆葦、香蒲、水蔥、蘆竹、菖蒲、苦草、金魚藻等，促進(jìn)了污染物的分解，有助于防止水體富營養(yǎng)化。濕地作為自然棲息地形成穩(wěn)定和健康的生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了黑臭水的生物降解和資源的回收利用。具體進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)見表2。

4.2.3泗水縣第二污水處理廠項(xiàng)目（二期）

項(xiàng)目位于泗河（泗水縣流域）西段，金莊鎮(zhèn)官園村東第二污水處理廠北側(cè)150米泗河河灘處，占地面積36.92萬平方米（見圖2）。

項(xiàng)目設(shè)計(jì)采用“緩沖池+生態(tài)滯留塘+潛流濕地+強(qiáng)化表面流濕地”組合的人工濕地對(duì)污水進(jìn)行生態(tài)化治理。治理后排人泗河的主要水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，滿足當(dāng)?shù)丨h(huán)境保護(hù)規(guī)劃要求。

作為治理的首要環(huán)節(jié)，生態(tài)滯留塘同時(shí)也是濕地的應(yīng)急反應(yīng)區(qū)，在上游水質(zhì)超標(biāo)時(shí)可以提前進(jìn)行懸浮物收集和粗過濾，避免對(duì)原生態(tài)造成沖擊。水流經(jīng)過生態(tài)滯留塘后通過管網(wǎng)輸送至潛流濕地。該區(qū)域占地面積最大，主要種植菖蒲、水蔥、蘆葦、黃菖蒲和千屈菜等五種水生植物。這些植物根系發(fā)達(dá)，能有效吸收水中的氮磷及有機(jī)污染物，成為處理水質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。隨后，經(jīng)涌泉口排入表流濕地，在穩(wěn)定水體作用下增加停留時(shí)間，并利用疊水平臺(tái)增加曝氣量和含氧量，從而進(jìn)一步提升水質(zhì)。本項(xiàng)目處理后水質(zhì)指標(biāo)見表3。

5結(jié)論

黑臭水體綜合治理作為一項(xiàng)復(fù)雜且系統(tǒng)性較強(qiáng)的工程，治理前需充分調(diào)研河道水文條件、流域地塊特征、污染源特征以及周邊市政排水設(shè)施等。在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，明確內(nèi)外部條件，以內(nèi)、外源污染防控一水動(dòng)力提升及水質(zhì)改善一水生態(tài)修復(fù)一水景觀營造為主線，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際制定系統(tǒng)化治理方案。實(shí)踐項(xiàng)目所采取的生態(tài)修復(fù)、截污控源、景觀結(jié)合等措施，達(dá)到了預(yù)期成果，水體質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量均得到了極大提升。同時(shí)，對(duì)黑臭水體治理效果應(yīng)從水質(zhì)情況、水生態(tài)環(huán)境、公眾評(píng)價(jià)等方面展開綜合、長期跟蹤評(píng)估，確保治理效果“初見成效”和“長治久清”。