城市河道黑臭水体污染治理技术探析樊亮亮

环境与发展62HUANJINGYUFAZHAN▲WURANYUFANGZHI城市河道黑臭水体污染治理技术探析樊亮亮（长沙市规划设计院有限责任公司，湖南长沙410007）摘要：城市黑臭河道治理是我国水环境整治的重要目标，按照《水污染防治行动计划》要求，至2030年，我国要全部消除城市建成区黑臭水体。在此背景下，本文通过研究城市河道黑臭水体形成的主要原因，并对其治理技术等进行了阐述，并以实际黑臭水体修复为例，证明了多种技术联合可对黑臭水体污染起到良好的治理效果。关键词：城市河道；黑臭水体；治理技术中图分类号：X522文献标识码：A文章编号：2095-672X(2018)06-0062-02DOI:10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.06.036AnalysisofblackodorwaterpollutioncontroltechniquesinurbanriversFanLiangliang(ChangshaPlanningandDesignInstituteCo.,Ltd.,ChangshaHu’nan410007,China)Abstract:ThetreatmentofblackandodorinurbanriversisanimportantgoalfortheimprovementofwaterenvironmentinChina.The“WaterPollutionPreventionandControlActionPlan”requiresthat,in2030,blackstinkywaterbodiesinurbanbuilt-upareasbecompletelyeliminated.Thestudyfocusedontheformationandanalysisofimportantelementssuchastheformationofblackandodorbodiesinurbanrivers,andtreatmenttechnologies.Takingtherepairofactualblackandodorouswaterbodiesasanexample,itwasdemonstratedthatacombinationoftechnologiescanplayagoodroleincontrollingblackandodorlesswaterbodies.Keywords:Urbanrivers;Blackandodorbodies;Governancetechniques我国黑臭水体的概念始于1963年，上海自来水公司开始注意水体黑臭问题，并初步提出了黑臭指数计算的方法[1]。此后黑臭水体受到了人们越来越多的关注，相关的研究也逐渐深入，逐步从对黑臭水体的内涵探讨到黑臭水体形成机理的研究再到黑臭水体治理技术的实践。但对黑臭水体的概念目前还没有统一的科学界定，我国发布的《城市黑臭水体整治工作指南》对黑臭水体的定义为：“城市范围内、呈现令人不悦的颜色和（或）散发令人不适气味的水体的统称[2]”。黑臭水体不仅使城市整体形象大大折扣，还对城市居民生活和身体健康造成危害。黑臭水体整治是我国生态文明建设的必然要求，也是全体人民的迫切愿望。本研究对黑臭水体的形成原因和治理技术进行了总结和分析，并以实际黑臭水体修复为例，对治理技术进行了探讨，以期借此为我国城市水环境整治提供参考。1 黑臭水体的形成原因水体黑臭产生是因为污染负荷超过水体自净能力，使水体中有机物、氨氮、溶解氧、藻类、透明度等指标发生变化，水质恶化。目前对黑臭水体的判定和评价也通常根据上诉指标来判断[3]。各指标变化原因及和黑臭水体的关系如表1所示。黑臭水体中的致黑物质一方面来自于含Fe、Mn、S等元素的不溶物质，另一方面则来自于有色腐殖质类等物质。黑臭水体的臭味主要来自H2S、NH3、硫醚类物质、乔司脒、甲硫醇(MeSH)、二甲基硫醚(DMS)等致臭物质。这些致黑致臭物质的产生则是由于水体污染尤其是有机污染造成。表1 水质指标变化原因及与水体黑臭的关系指标变化原因与黑臭水体关系化学需氧量等有机物浓度外来污水引入、底泥悬浮分解消耗氧气，降低溶解氧含量，是水体黑臭的次生原因。溶解氧含量污染物质好氧降解消耗溶解氧溶解氧含量下降，引起鱼虾等水生生物死亡、厌氧微生物活动加强，引起黑臭物质产生，是水体黑臭的直接原因。氧化还原电位由溶解氧浓度、氧化物质和还原物质等综合决定氧化还原电位比溶解氧浓度更能反应水体的缺氧程度，是水体黑臭的次生原因。氨氮浓度污染物质在降解、化学变化中产生的产物是水体黑臭发生的重要指示指标。透明度因水体中悬浮物质的增加引起是黑臭水体的常见特征之一。1.1 外源污染物质进入城市的快速发展，工业的迅速崛起以及城市人口的激增，产生了大量工业污水、生活废水，城市河道成为了这些污水的主要去处，由此引入了大量有机物、重金属等污染物质。大量有机物在水体中被好氧物质分解，使水体溶解氧浓度迅速降低，水体缺氧，大量厌氧微生物迅速繁殖，将水体中的有机物分解成NH3、H2S、硫醇等物质，引起水体发黑发臭。重金属尤其是Fe和Mn元素的引入，是引起水体发黑的主要原因[1]。1.2 底泥悬浮底泥中沉积了大量污染物质，当其受到扰动，再次悬浮时，底泥中的污染物质会再次释放到水体中，加重水体污染。段余杰[4]等在其研究中发现，底泥悬浮后，水体中的悬浮颗粒物浓度马上有了明显增加，氨氮浓度迅速升高，透明度和溶解氧含量则急剧下降，表明了底泥悬浮对水质的不利影响。同时，底泥也是放线菌、蓝藻等生物的聚集生长地，这些生物会使底泥中的污染物质发生甲烷化、反硝化，产生的乔司脒是引起水体黑臭的重要物质。1.3 水体自净能力差因地理气候条件等原因，一些河道水体水量小，且补给能力不足，流速较缓，水体基本处于静止。当水体受到污染时，几乎没有能力对污染物进行净化，导致水体黑臭。2 黑臭水体治理技术根据黑臭水体产生的原因，《城市黑臭水体整治工作指南》将治理技术分为外部污染源拦截、内部污染源控制、水质净化和活水循环4大类方法[2-3]。2.1 外部污染源拦截水体黑臭的起因是大量外源污染物质的进入，因此外源物质拦截是治理的基础和关键。根据污染物的进入方式，可将污染源分为点源和面源。点源包括城市生活污水、工业污水、餐饮企业废水以及规模化畜禽养殖污水等，面源包括初期雨水、农田径流等。点源污染通常根据污染物类型，选择适宜的预处理方式，预处理达标后排入水体或排入城市污水处理厂进一步处理后再排入水体，面源污染目前通常与海绵城市建设▲HUANJINGYUFAZHAN63污染与防治相结合，采取雨水花园、透水砖代替硬化路面铺装等方式来减轻径流污染。良好的污水收集处理系统和完善的排污管网建设是外部污染拦截的关键。2.2 内部污染控制在对外部污染物进行控制后，还需对已进入水体的污染物进行清理，此阶段的控制主要包括底泥处置和漂浮物、悬浮物等垃圾清理。污染物质进入水体后，在水体中不断积累，其中大部分沉积在水体底泥中，因此对底泥清淤疏浚是黑臭水体治理的重要手段，目前常用的清淤疏浚方式主要有绞吸挖泥船清淤、气力泵清淤、不排水机械清淤、水力冲挖式清淤等。除底泥清淤外，还需加强管理，定期清除河面垃圾，保证河面清洁[4-5]。2.3 水质净化水质净化是通过去除水体中的溶解性污染物质，降低化学需氧量、氨氮、总氮、总磷、重金属等污染物浓度，来增加溶解氧浓度、提高水体透明度，使水体质量得到改善。根据修复手段的不同，水质净化可分为物理净化、化学净化和生物生态净化等方法。物理净化目前主要是通过曝气来增加溶解氧浓度，相比于直接向水体曝气，底泥曝气更能提高修复效率。化学净化主要通过化学试剂的投加来絮凝沉淀污染物、对水体污染物进行氧化和沉淀以达净化目的，目前常用的化学试剂主要有铁盐、铝盐等用于絮凝的絮凝剂、双氧水等用于氧化的氧化剂以及生石灰等用于沉淀的沉淀剂。生物生态净化是通过向水体中引入活性微生物、种植功能性水生植物，利用微生物、水生植物的代谢截留等作用来对污染物质进行吸收、转化和截留。生物、生态技术相比于物理化学方法，能从根本上降解污染物并重新构建健康的水生生态系统，恢复水体功能，是目前研究最多的水质净化方法。三种水质净化方法对比如表2所示。表2 三种水质净化方法对比净化技术常用方法方法优点方法缺点水体适用性物理净化曝气见效较快，无二次污染耗能高、噪音大，不能从根本上改善水质所有黑臭水体均可适用化学净化化学试剂絮凝、沉降和氧化还原能在较短时间内快速降低水体污染，治理效果显著治理成本高，易形成二次污染，不能从根本上治理污染。大多用于黑臭严重水体的治理，改善感官感受。生物净化微生物强化、生物膜法、人工湿地、生态浮床、植物净化、微生物-植物联合法能从根本上改善水质，恢复水生生态系统功能，增强景观绿化效果、成本低。治理周期长，效果受气候、地理条件等外部环境影响较大。多适用于水流较缓，黑臭程度较轻的湖泊水体。2.4 活水循环活水循环主要通过向水体中引入干净的水源，将水体中的污染物进行稀释和扩散，以达到水质改善作用。常用的清洁水有地表水和循环利用的再生水。科学的活水引入能缩短黑臭水体治理周期，这在太湖的治理修复中得到了证明[5]，但此方法成本较高，难以长时间持续治理。黑臭水体通常情况复杂，单一的修复手段难以实现较好的治理效果，因此在实际黑臭水体治理中，通常会结合多种治理手段进行综合治理。比如，英国泰晤士河受工业建设影响，黑臭严重，在其治理中采用了源头污染拦截、提升了污水收集处理能力，并完善了管网收集系统，再加以水质净化，最终修复达到了工业化以前的水体状况。北京的马草河治理前水质为劣Ⅴ类，黑臭情况严重，在治理中通过清淤疏浚，改善了底泥污染，结合生态浮床对水质进行净化，并辅以曝气来提升溶解氧浓度，最终马草河黑臭消失，水生生态系统得到恢复。3 案例研究研究以湖南某黑臭河段为例，探讨黑臭水体治理方法及效果。治理前改河段基本为静止状态，水动力差，水体黑臭情况严重。两岸绿化较少，岸坡垃圾较多，有多处存在生活污水直排。治理前水质状况如表3所示，根据水体情况，制定如下治理方案。（1）完善周边管网，阻断生活污水直排。根据现场调查，直排河段的生活污水是因周边排水管网破裂，污水溢流造成。因此对排污管网进行了修复，阻断了生活污水直排。（2）底泥清淤。采用绞吸挖泥船对底泥进行清淤，减轻底泥悬浮引起的污染。（3）曝气充氧。采用曝气装置对水体进行曝气，以增强水体溶解氧浓度。（4）微生物投加。治理初期，水中有机物浓度高，向水体中引入微生物以降解有机物浓度。（5）植物修复。以浮床的方式种植水生植物，水生植物不仅可对有机物等污染物质进行吸收还能为微生物提供良好的栖息环境，有助于污染物质的微生物降解。（6）生态修复。清理两岸垃圾，在两岸种植适宜的水生植物，根据水质情况，投入适量浮游动物等水生生物，逐步构建健康的水生生态环境。修复后的水体各指标如表3所示，由表3可知，黑臭水体经污染拦截、水质净化、生态构建等修复治理后，各污染物质得到了明显降解，溶解氧、透明度等得到了显著提高，水质获得了极大改善。表3 治理前后水质状况水质指标DO（mg/L）高锰酸盐指数（mg/L）CODCr（mg/L）BOD5（mg/L）氨氮（mg/L）总磷（mg/L）SD（cm）治理前0.4787.4315.798.517.982.6911修复后5.9314.663.813.66.340.5740去除率或增长率（%）1161.7083.3079.7986.1964.7478.81263.644 结束语城市河道黑臭的产生，是在社会经济发展过程中因重工业建设、轻环境保护而出现的水环境污染现象。外源污染的进入和含有积聚污染物的底泥悬浮是引起水体黑臭的根本原因。在多年的治理修复探索中，形成了外源截留、内源控制、水质改善和活水循环治理思路。我国城市河道黑臭治理任重道远，需对黑臭水体进行全面的了解，并根据不同水体的污染特征和所处环境状况，制定最为科学合理的修复方案。参考文献[1]胡洪营,孙艳,