城市黑臭水体污染治理探析

廖 涛， 方应梅， 侍翰生， 杨传清， 朱华刚

(1.江苏省水利勘测设计研究院有限公司， 江苏 扬州 225000；2.南京市浦口区土地储备中心， 江苏 南京 210000)

2015年国务院颁布了《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)，明确将城市黑臭水体治理作为一项重要任务，要求到2020年，全国地级及以上城市建成区的黑臭水体数量不超过10%，到2030年，全国七大重点流域水质优良比例总体达到75%，黑臭水体基本消除。当前，各地已经开始重点把黑臭水体治理当做改善城市人居生活环境工作来抓。黑臭水体成因复杂，影响因素较多，治理切忌盲目， 应长远考虑，明确治理目标，因地制宜，综合施策。

1 城市黑臭水体现状及成因分析

1.1 城市黑臭水体现状

据统计，截至2020年2月，根据城市黑臭水体整治监管平台提供的数据显示，全国已全部认定黑臭水体2 869个，具体城市分布如图1，其中正在治理中的556个，完成治理的2 313个，完成比例达80.6%。黑臭水体总面积达到2 454.831 km2。

图1 各省份黑臭水体分布个数

1.2 黑臭水体的形成原因

城市黑臭水体是指城市建成区内，呈现令人不悦的颜色(黑色或泛黑色)，散发出令人不适气味(臭或恶臭)的水体的统称。国内外研究表明：受严重有机污染的水体中，有机物被好氧微生物大量分解，使水体中浓度降低，促使厌氧微生物开始大量繁殖并分解有机物，产生难溶于水的有臭气体(如胺、NH3、H2S)逸出水面，形成臭气。此外，产生的有臭气体在上升过程中带入污泥腐质，使水体发黑，同时水体中的Fe2+、Mn2+等金属离子，与S2-结合形成难溶于水的黑色FeS、MnS，也使水体发黑[1]。

水体黑臭的因素很多，主要包括：有机污染物浓度，底泥及扰动，水体温差等。

(1)有机污染物浓度

水体中的有机污染是水体黑臭形成的重要影响因素。周文瑞等[2]指出，水体中糖、氨基酸、蛋白质、油脂等有机物主要以溶解和悬浮状态存在，微生物将其分解为CO2、H2O等小分子，消耗水体中大量的溶解氧，使水体恶化和黑臭。Rommano等[3]指出，放线菌能产生2种指示水体黑臭的物质，分别是2-MIB和乔司眯geosmin(蔡烷醇类)，其中乔司眯的浓度对水体黑臭程度起决定作用。

(2) 底泥及扰动

底泥是河道污染的主要污染物之一。应太林等[4]通过对苏州河治理的试验研究证实，增加扰动会加剧水体黑臭。国内外有研究表明：黑臭河道的底泥会向水中释放有机质和无机盐，加剧水体污染[5]。

(3)水体温差

水体的温差是影响水体黑臭的重要环境因素。通常夏季的水体比冬季更易发生黑臭污染[6]。产生这种情况主要有两方面的原因：一是夏季温度较高，适合微生物的生长繁殖，分解水中大量的有机物，产生水体黑臭物质；二是夏季水中氧气的量随温度的升高出现下降，适合生长的厌氧微生物开始大量分解有机物，生成使水体黑臭的物质。有研究表明：当水体的温度低于8℃或高于35℃时，一般不会产生黑臭污染，当水体温度在25℃左右时，水体的黑臭最严重[7]。

2 城市黑臭水体治理技术及应用

目前黑臭水体治理技术主要包括传统法和生物生态法。传统法主要有物理法和化学法，包括控源截污、人工曝气、底泥疏浚、引调水工程和化学絮凝等，这些方法易引起二次污染，且成本较高，不能作为长期单一的治理方法。生物生态法主要通过运用微生物菌剂以及水生态修复等技术手段恢复水体的生态功能，并长效稳定地改善水质。目前，这种技术在黑臭水体治理中应用比较广泛。

2.1 物理方法

(1) 控源截污

控源截污能够有效控制水体黑臭污染。控制污染源头的污水排水，截住溢流污水，是污水治理的难点和重点。姚学同等[8]针对受点源、面源污染的城市河道，通过采取截污纳管与人工湿地相结合的净化处理方法来改善水质，工程设计的截污能力和人工湿地处理能力分别为1.02×104m3/d和3.5×104m3/d，人工湿地的占有面积45 hm2，经过截污与人工湿地共同作用后，水质净化目标基本实现，水质标准达到了《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)的Ⅳ类水质标准。

(2) 人工曝气

人工曝气的原理是通过向水体中曝气，增加水中溶解氧的含量，提高水体自净能力。张绍君[9]系统分析了通过利用快速纯氧曝气的工艺治理东莞河道黑臭的工程效果，经过连续的工程实验研究和连续运行结果表明，纯氧曝气能够迅速大幅度地提高河流的DO质量浓度，当DO质量浓度达到20 mg/L 以上时，河道水体的色度可降低至20 倍以下，并且嗅阈值能稳定在5以下，此数值已达到了一般景观水体的色度和嗅味标准。德国的埃姆舍尔河、英国的泰晤士河和澳大利亚的天鹅河在治理的过程中都曾使用过人工曝气增氧技术作为短期内迅速改善河流水质的重要手段[10]。随着技术的发展，人工曝气方法治理河道也出现了一些问题：设备耗电费用高、噪声大等，对长期受严重污染的水体修复效率低。因此，人工曝气不能做为一种单一长期的治理手段，需辅助其他修复方法协同使用。

(3) 底泥疏浚

(4) 引调水工程

引调水工程法是一种通过采取引调水的方式稀释水体中污染物，加速水体流动以增强水体富氧功能达到降低污染物浓度的工程手段。黄永福等[12]在污水量预测的基础上，通过对福州市内河不同的引水冲污规模方案进行比较得出：当引水量达到 30～40 m3/s 时，水体的黑臭指数为 3.01～5.09，表明引调水工程措施能够改善水体黑臭问题。但引水工程也有很大的局限性：要有临近的引调水水源，易造成河道下游的污染，长期使用要耗费大量的能源。如采用就地雨水池蓄水释污，可有效避免以上局限性。

2.2 化学方法

化学方法是一种通过向污染水体投加具有絮凝、氧化、沉淀作用的化学药剂使水体净化的方法。常用的化学药剂主要有3种：Fe盐和Al盐等混凝剂，H2O2等氧化剂，生石灰等沉淀剂。陈静等[13]通过滇池治理实验表明，聚合铁和聚合铝这两种化学絮凝剂能在短时间内迅速改善水质，但持续时间只有2天，费用高达0.2元/m3，且产生不易沉降的絮体，导致二次污染。Nykänen Anne 等[14]在芬兰通过向发生富营养化的水塘中投加颗粒状的CaO2，经过 5～7 个月的观察发现，DO的含量和沉积物中好氧细菌数量增加，沉积物中有机质的含量降低。虽然化学法用来应急治理黑臭水体的效果比较好，但化学药剂的投加会对河流生态环境和生物生长带来二次污染，因此，化学法不能作为水体长期治理的方法。

2.3 生物生态法

生物生态法是一种利用生物(包括动物、植物和微生物)重新构建水生态系统，旨在恢复水体自净能力、经济可行、长效的治理水体黑臭的方法。主要包括：微生物技术、生物膜技术、植物净化技术和生态岸带修复技术。

(1)微生物技术

微生物技术是指利用微生物菌剂和生物促生剂恢复水体自净能力，达到消除黑臭水体的目的。目前常用的微生物菌剂有Clear-Flo 系列菌剂、CBS 菌剂、EM 菌剂，生物促生剂有Bio-Energizer[15]。通过国内外试验，微生物强化技术具有投资少、见效快、易操作等优势。庄景等[16]通过采用微生物菌剂对无锡市浒溪河水体进行修复试验表明：河道水体中CODMn、TP和NH3-N的去除率达到了40%，初步消除了河道水体黑臭问题。

(2) 生物膜技术

生物膜技术通过利用微生物生长形成的膜，对污染物进行截留、吸附和降解，这种技术能够有效去除黑臭水体中的污染物。董甜甜等[17]通过利用枯草芽孢杆菌固定生物膜技术进行黑臭水体的净化试验，研究发现，枯草芽孢杆菌形成的生物膜对黑臭水体净化作用明显，处理后的水质能够达到国家Ⅳ类水质标准。总体看来生物膜技术运行成本较低，且对水体不产生二次污染，处理效果较好。但在黑臭水体有机负荷过高、污染严重的情况下，生物膜会坏死脱落，不便于维护管理。因此，生物膜技术较适宜于低污染负荷的中小河流的净化。

(3) 植物净化技术

植物净化技术是目前常用的一种河道治理的生态环保技术，通过利用水生植物根系吸附、截留污染物，并能通过所形成的微生态系统利用微生物降解有机污染物。常用的水生植物有：水葫芦、浮萍、芦苇、灯心草、香蒲和凤眼莲等。生态浮岛与人工湿地是水生植物净化技术的成功应用。生态浮岛是一种利用原位修复技术，且常设在水流平缓的河道中，并在载体或基质上无土培养植物的一种漂浮体[18]。生态浮岛既可用来作为景观绿化，又可作为生物的栖息地。人工湿地是一种通过利用基质截留吸附、植物吸收和生物降解等共同对水体进行净化作用的异位生态处理方式。植物净化技术优点较多，但也存在着一定的局限性：植物净化效果受温度变化较大，从而影响水体的修复速度，冬季水温较低，植物生长较慢，净化效果不明显[19]。因此，针对植物修复技术的这种局限性，可与其他物理方法配套使用。

(4) 生态岸带修复技术

生态岸带修复技术是一种运用多学科知识对河岸进行综合管理的技术。它以恢复原生态河岸为目标，可有效保持水陆物质之间的交换。生态岸带修复技术适合城市污染水体的长效治理，通过在河岸两旁种植的植被来减缓径流，截留污染物，减少入河污染物，有效地改善了水环境。在建设海绵城市的工程应用中，常用生态护坡护岸来增强水体下渗能力，维持水体循环，提供生物栖息地，保持物种多样性，并调节河溪的微气候[20]。

3 结 论

城市黑臭水体的治理是一项复杂的系统工程。整治过程不能仅仅依赖单一技术，需要打好“组合拳”。必须遵循“控源截污、内源治理、活水循环、清水补给、水质净化、生态修复”的思路，将传统的物理法、化学法和生物生态法有机结合起来，分步分阶段实施。同时，针对特定水体在确定整治方案时还需分析水体成分，依据具体的污染原因有针对性地制定方案，做到“一河一策，一河一档”。