城市黑臭水体治理指标分析与治理趋势研究

周 莹,岳艾儒,徐 宏,邹俊良

(1. 中电建路桥集团有限公司，北京 100048;2.四川省环保科技工程有限责任公司，成都 610041; 3.四川省生态环境科学研究院，成都 610041;4. 四川省生态环境保护综合行政执法总队，成都 610093)

1 黑臭水体概念及国外治理经验

1.1 黑臭水体的概念

近年来，随着我国经济的快速发展，城市化进程的加快，越来越多的生产废水和生活污水被排入城市水域，这些水域表现出季节性甚至全年性的黑色和臭味[1]。目前，流经全国大多数城市建设区的河流水质受到不同程度的污染。随着城市水体中黑色气味的程度和范围逐渐加剧，这种极端的黑色气味水现象不仅对生态产生了严重影响，而且对居民的感官产生了非常深远的影响，同时也很容易对一些人群造成健康风险[2]。如果政府不治理水体黑臭现象，纵容大面积黑色臭水体出现，生态环境问题变得更加突出[1]。不仅河流、湖泊、水质下降，而且周围的景观也会逐渐变差。因此，除去黑色臭水，不仅有改善河流和湖泊感觉的效果，还对美化城市、保护城市生活环境、促进社会和谐以及持续经济发展有着重要影响[3]。

2015年4月，国务院正式颁布了《水污染防治行动计划》(以下简称《水十条》)。水十条明确要求到2030年解决中国城市建成区的黑臭水体问题[4]。为了贯彻国务院的要求，2015年8月，住房和城乡建设部会同环境保护部(现生态环境部)等部门，共同制定了《城市黑臭水体处理指南》(以下简称指南)。指南中提到的城市黑色和有气味水体的概念:“黑色和有气味水体是指城市中呈现不愉快颜色和/或散发不愉快气味的水体的统称[3]。”并把氧化还原电位(ORP)，溶解氧(DO)，氨氮(NH3-N)和透明度这4项指标作为城市黑臭水体主要判定和分级的标准列出[5]，具体指标要求见表1。

表1 城市黑臭水体污染分级标准Tab.1 Classification standards for urban black-odor water Pollution

1.2 国外黑臭水体治理经验

近年来，水体黑臭问题虽然在局部得到了解决，但大部分黑臭水体的现象依然存在[6]。人们对黑臭水体这一污染现象及其产生的其他城市环境污染问题引发了较为广泛的关注。

19世纪50年代，英国伦敦泰晤士河爆发了“大恶臭”事件，至此之后，英国政府成立了相关水环境污染问题防治部门，同时，制定了相关法律法规，实行了最严格的污染物排放管理制度，并且对污染物排放进行收费处理，对河道沿线的旅游产业和生态经济进行鼓励，在河道内部进行增氧曝气，在河道底部进行植物污水净化，经过努力后，泰晤士河的水污染得到治理，水环境问题得到了解决，水生态得到了恢复[7]。亚洲国家的城市黑臭水体治理主要参考英国模式，日本对坂川的治理，也是将生态修复与曝气增氧、生物膜修复相结合，其水质得到了改善[8]。清溪川是韩国著名河流，曾经大量垃圾漂浮在清溪川河面，21世纪初，政府针对清溪川的流域污染治理专门成立了市民委员会，在对其生态修复的同时，对流域环境进行改造。经过两年的努力，河道恢复了其生态功能，水质也得到了改善[9]。针对田纳西河在上个世纪30年代污染严重，美国国会颁布了所属河流流域域管理法，为解决水环境问题提供了法律依据，维持了田纳西河的水生态发展。欧洲其他国家还采用了其他方式进行治理，比如法国采用工业废水处理后回用于河道及地下水、修建生态河堤等方式，使多瑙河重现清澈[10]。

表2列举了各国在不同时期治理水体已有经验[7～10]。

表2 不同时期国外治理黑臭水体经验Tab.2 Foreign experience in treating black-odor water in different periods

2 我国黑臭水体治理现状及面临的问题

2.1 黑臭水体治理现状

根据《水污染防治行动计划》要求：地级及以上城市建成区需要于2020年底前完成本辖区内建成区黑臭水体治理目标。由于黑臭水体治理是一项系统性的工作，仅仅按照平台要求河段完成治理后，要想保证黑臭水体“长治久清”，不再反弹，还需要对黑臭水体上游段、支流段等进行全流域治理，更需要对黑臭水体多指标、全尺度的研究评价。

2.2 黑臭水体治理后面临的问题

目前大部分城市采用现有治理工艺对黑臭水体整治后，虽然已经做到了“不黑不臭”的要求，但是根据现场调研，很多黑臭水体整治手段较为单一，受限于资金投入不足等原因，目前治理手段仍以截污治污、清淤、垃圾清理等为主，在生态补水、生态修复、面源污染防治、海绵建设等方面相对欠缺，不能体现系统治理的要求，局部区域的污水仍需要通过泵站提升或者建设临时应急处理措施，存在治理成本高、处理效果不稳定现象，黑臭水体治理后，主要出现以下问题：

(1)部分黑臭水体治理前为纳污沟渠，待截污管道修建后，黑臭水体由于无生态补水，成为了干涸的渠道，丧失水体功能性[11]。

(2)纳污管道修建后，导致污水厂处理负荷增加，超过设计处理能力，运营成本上升。

(3)河道未建设生态景观措施，黑臭水体反复现象出现，没有进行生态恢复。

由于没有科学的评价体系，黑臭水体治理技术建设受到制约、人水关联性被忽视、联动合作不畅通都是黑臭水体治理面临的难题，所以为了科学地判断黑臭水的管理所处阶段，有针对性地解决黑臭水体面临的问题，明确黑臭水体整治下一步应该实施的工作，黑臭水体的评判也不仅局限于4项监测指标和令人不适气味，而应分阶段科学建立更全面、更客观的指标评价体系。

3 指标体系分析与建立

3.1 确定指标体系和层次结构

基于《城市黑臭水体整治工作指南》[5]建议表征因素、人体感观、水体功能对黑臭水体新的评判指标进行定义。按照“水清、水满、水美”3个阶段实现黑臭水体的整治。

(1)第一阶段主要为“水清”的实现，主要是对水体水质的表征，可参考《城市黑臭水体整治工作指南》建议表征因素包括：溶解氧(DO)、透明度、氨氮(NH4-N)、氧化还原电位4个二级指标。

(2)第二个阶段主要为“水满”的实现，主要对河道水体功能的表征，可设置流量、灌溉面积、截污干管覆盖率三个二级指标。

(3)第三个阶段主要为“水美”的实现，主要对河道水生态功能的表征，可设置河道景观、居民评议、水体异味、水面垃圾漂浮四个二级指标。

三个阶段的指标为逐步递进，采用层次分析法逐步确定指标体系及权重，表3为黑臭水体评价指标体系。

表3 黑臭水体评价指标体系建立Tab.3 Establishment of index system for black-odor water assessment

层次分析法判断尺度多采用三标度法和九标度法，九标度法判断精度较高，适用于重要性相差较多的两两判断。三标度法判断精度较低， 可用于对重要性相差不多的两两判断。由于每个指标的重要性不同，为了反映指标之间的差异程度，本文通过九标度法确定判断矩阵，并计算每个指标的相应权重[12]。

表4 各层次指标组合权重Tab.4 Combined weight of indexes of each hierarchy

由表4可以看出，黑臭水体评价体系中，按照“水清、水满、水美”3个阶段，当达到“水清”目标后，即完成了黑臭水体治理的53.96%工作；达到“水满”目标后，即完成了黑臭水体治理的83.65%工作；达到“水美”目标后，完成了黑臭水体整治的全部工作。

3.2 三个阶段治理工作

根据《城市黑臭水体整治工作指南》推荐和我国已治理黑臭水体调研，黑臭水体常见治理工艺主要包括：控源截污、内源治理、生态修复、活水保质及能力建设5个方面，按照“水清、水满、水美”3个阶段的要求，“水清”阶段主要完成：控源截污、内源治理两个方面工作；“水满”阶段主要完成：活水保质的工作；“水美”阶段主要完成：生态修复和能力建设两个方面的工作。

3.2.1 “水清”阶段工作介绍

3.2.1.1 控源截污

水体黑臭治理重点在于源头，控源截污是工程措施的关键内容，控源截污是工程措施的关键内容，治理黑臭水体目前当务之急是杜绝污水直排现象，未经过处理的污水不应进入河道，才能减缓城市河道污染治理压力，截流系统设置是否通畅直接关系着污水收集管道及各类污水收集处理设施是否能有效运行，从而确定黑臭水体整治工作是否有效。控源截污治理工程内容主要包括以下几个方面：

①污水直排的治理。计算截污量及截污方式，明确承接的污水处理设施及其规模。

②雨污混错接的治理。确定污水收集管道错接点位，同时制定其改造方案。

③合流制溢流污染控制。若存在合流制溢流污染，应从管网改造、源头减排、溢流口改造、调蓄等方面明确具体工程措施。

④雨水径流污染控制。遵循海绵城市的理念确定相关工程措施。

⑤工业源、城市生活源、城市和农村面源的治理措施。

3.2.1.2 内源治理

内源污染主要指的是河道内部沉积的淤泥，大多是由于工业废水、生活污水的大量排放、河道垃圾及雨水形成的地面冲刷等原因造成的，甚至形成河道淤积，打破了水体原有的生态系统，形成水体恶臭，影响沿岸生活环境，同时也削弱河道过水能力，增加洪涝灾害风险。对河道进行内源治理，可以有效地改善河道的生态环境，提高河道的行洪能力，对于提高城市的生态环境质量，增强城市的泄洪排涝能力具有显著意义。内源治理主要包括：测量底泥深度及重金属含量、确定清淤及处置方式、清理河面垃圾等。

3.2.2 “水满”阶段工作介绍

活水保质：活水保质是黑臭水体长效保质措施，主要用于增加河道水体的水力停留时间、优化河道水体的水动力条件，从而使流域的水体自净能力提高，是水质长效改善和保持必不可少的措施，因此，还需要以提高河道水动力为目标采取活水保质的措施包括补水的水源、水质和水量等。

3.2.3 “水美”阶段工作介绍

生态修复：长期以来，人们过分强调水利安全的单一目标，采用混凝土等硬质质料对城市内河滨岸带进行建设，降低河流景观价值的同时，对流域的生态功能和结果也造成了损害。根据调研目前很多黑臭水体现状河堤大多为硬质河堤，建议对水体河堤岸生态修复在行洪排涝断面保证的前提下，利用景观的手法，结合海绵城市设计理念，打破现有河道驳岸的僵直现状，形成多样的生态空间。同时要考虑周边居民的可介入空间的安排，为居民营造宜居场所。生态修复主要结合河道岸线和河道内两个部分，明确河堤的生态布局和生态修复措施、恢复河道内的水生态系统等。

同时，管理部门应增设黑臭水体排查、监测、监管能力，建立监管平台等能力建设措施。

3.3 指标体系应用举例

参考《指南》和调研黑臭水体治理工作实例，表5为对消除黑臭水体临界值定义。

表5 城市黑臭水体污染临界值标准Tab.5 Critical values of urban black-odor water pollution

“水清”指标及其临界值是准则要求临界值；“水满”指标及其临界值主要结合四川省当前治理完成后黑臭水体数据的统计平均值和财政部、住房和建设部联合发布的《城市黑臭水体治理示范城市应用指南》中约束性指标的确定。“水美”指标及其临界值主要是结合《城市黑臭水处理示范城市应用指南》中的“指南”和竞争指标的要求来确定的。单项指标赋值选取相应指标与临界值的比例计算得出，其中氧化还原电位指标会有负值出现。同时，考虑到部分指标比例太大影响结果客观性，指标于临界值比例大于“1”后则取“1”。因此，指标体系中，“水清、水满、水美”3个阶段治理任务均完成后其得分为1，得分小于0.539 6则处于黑臭水体治理第一阶段，首要任务是完成“水清”的治理目标，需要实施的措施为控源截污和内源治理；得分大于等于0.539 6小于0.836 5则处于黑臭水体治理第二阶段，主要任务是完成“水满”的治理目标，需要实施的措施为活水保质；得分大于等于0.836 5小于1则处于黑臭水体治理第三阶段，即完成“水美”的治理目标后，就能实现黑臭水体完成治理的最终目标，需要实施的措施为生态修复和能力建设。

现以某市建成区内黑臭水体为例，图1为某市建成区黑臭水体分布图。根据掌握数据，某市建成区黑臭水体A沟在治理前透明度为10cm、溶解氧为4.4mg/L、氧化还原电位为-380mV、氨氮为103mg/L；流量为0.78m3/s、灌溉面积为0m2、截污干管覆盖率为21%；河道景观面积比例为7%、居民评议率为0%、臭气浓度为10、水面垃圾漂浮率为10%，表6为某市A沟治理前无量纲化处理前后数据。

图1 某市建成区黑臭水体分布图Fig.1 Black-odor water distribution map of built-up area of a city

表6 某市A沟治理前无量纲化处理前后数据Tab.6 Data of ditch A in a city before treatment before and after dimensionless method

监测数据和流量采样主要为每年丰水期、枯水期各采一次，一次选取黑臭河段上游、中游、下游各一个点，取其均值；其余指标为年底实际统计数值。

A沟各项指标与临界值的比例乘以组合权重，其评价得分为：-0.375 9，根据比较，A沟在治理前处于黑臭水体治理第一阶段，首要任务是完成“水清”的治理目标，目前需要实施的任务主要是控源截污和内源治理。A沟控源截污主要包括修建截污管道3.9km，最大限度确保流域范围内污水“应收尽收”；内源治理主要包括清理A沟沿线生活垃圾堆放点2处、建筑垃圾堆放点4处，河道清淤合计2 000m3。

A沟在治理后透明度为30cm、溶解氧为6.1mg/L、氧化还原电位为427mV、氨氮为1.07mg/L；流量为0.2m3/s、灌溉面积为0m2、截污干管覆盖率为93%；河道景观面积比例为10%、居民评议率为91%、臭气浓度为0、水面垃圾漂浮率为97%。A沟各项指标与临界值的比例乘以组合权重，其评价得分为：0.827 6。

同理，将某市19条黑臭水体治理前后的各项指标和临界值比较后，再乘以组合权重，表7为各沟的评价得分，图2为阶段性评价体系内某市黑臭水体治理前后分值分布情况。

图2 阶段性评价体系内某市黑臭水体治理前后分值分布情况Fig.2 Distribution of scores before and after black-odor water treatment in a city in the phased assessment system

表7 某市黑臭水体治理前评价得分Tab.7 Scores of black-odor water in the city before treatment

根据图2可以看出，某市19条黑臭水体治理后的各项指标若按照阶段性体系评价，所有黑臭水体治理前都未能达到一阶段“水清”要求，需要实施的任务主要均是控源截污和内源治理。所有黑臭水体治理后都达到一阶段“水清”要求，有两条黑臭水体未能达到二阶段“水满”的要求，需要实施的任务为活水保质；17条黑臭水体均未达到三阶段“水美”的要求，需要实施的任务为生态修复和能力建设。B沟和P沟在治理前水质优于其他沟，如K沟、S沟等，但是在治理后，评分低于其他沟，根据调研，其主要原因是B沟和P沟采取了截污治理后将明沟转变为暗渠，无法实现河道景观、水面流量等指标。

因此，可得出，针对某市而言，虽然19条黑臭水体按照《指南》所设置标准，均已做到了“不黑不臭”，但是下阶段治理趋势还是需要做到增加河道景观、减少水体异味、减少水面垃圾漂浮，实现居民满意，随着黑臭水体治理要求的变化，本文建设的评价体系内的指标还可以进行动态调整，确保按照国家最新要求进行评价。

4 结 论

近年来，由于实施《水污染防治行动计划》，我国城市黑臭水体已经得到一定程度改善，但是黑臭水体治理是一个复杂和系统工程，目前采用的治理方法成本高，可能造成二次污染且操作繁琐，难以做到根治。本文通过总结国内外黑臭水体治理经验，构建了治理评价新指标体系，将黑臭水体整治工作划分为3个阶段，将新增指标体系成果应用于黑臭水体治理实际工作中，可分别对每条黑臭水体治理所处的阶段进行研判，通过指标体系有效地预判黑臭水体下一阶段工作内容和治理趋势。未来，可以结合指标体系判断结果，对当前的技术创新以较低的成本管制黑臭水体，与相关技术相结合，有机结合，满足人与自然之间协调可持续发展的要求。营造生态宜居的城市环境。