城市黑臭河道成因分析及治理技术

郭洁芸　孙学斌　李建龙

摘    要：随着经济的快速发展，我国的水污染问题日益严重，城市黑臭河道的出现严重影响着人民群众的身心健康和水生态文明的建设进程，黑水除臭已经成为急需解决的难题。江苏省镇江市作为长三角地区的重要口岸，其水污染现状不容乐观，城市河道黑臭问题亟待解决。本文以镇江市为例，分析了黑臭河道的外源性及内源性成因;同时从物理、化学、生物修复等方面，系统综述了有效治理黑臭河道的技术;通过进一步的优化，指出要采用以生物-生态修复技术为主的综合治理技术，重视河道水生态系统的健康。结合玉带河治理案例，展示了应用综合治理技术后的良好效果，可以为今后其他城市黑臭河道的生态治理提供参考。关键词：镇江市黑臭河道;黑臭成因分析;生物-生态修复技术;综合治理

中图分类号：X52          文献标识码：A          DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2021.01.017

The Cause Analysis and Treatment Technology of Black and Smelly River in City

GUO Jieyun1， SUN Xuebin2， LI Jianlong1

（1.Department of Ecology， School of Life Science， Nanjing University， Nanjing， Jiangsu 210023， China; 2. Water Resources Bureau， RunzhouDistrict， Zhenjiang City， Zhenjiang， Jiangsu 212032， China）

Abstract： With the rapid development of economy， the problem of water pollution in China has become increasingly serious. The appearance of black and smelly rivers in cities has seriously affected the physical and mental health of the people and the construction process of water ecological civilization. Deodorization of black water has become an urgent problem to be solved. As an important port in the Yangtze River Delta， Zhenjiang city of Jiangsu Province is facing an unoptimistic situation of water pollution， and the black and smelly problem in urban rivers needs to be solved urgently. Taking Zhenjiang city as an example， this paper analyzed the exogenous and endogenous causes of black and smelly river. At the same time， from the physical， chemical and bioremediation aspects， the effective technology of black and smelly river treatment was systematically summarized.Through further optimization，it was pointed out that the comprehensive treatment technology based on bio-ecological remediation technology should be used and pay attention to the health of river water ecosystem.Combined with the case of Yudai River， the satisfied effect of comprehensive treatment technology is demonstrated， which can provide reference for ecological treatment of black and smelly river in other cities in the future.

Key words： Zhenjiang black and smelly river; analysis of the causes of black and smelly; bio-ecological remediation technology; comprehensive treatment

城市黑臭河道是對城市建成区内，呈现深绿色甚至是灰黑色或泛出的臭味令人不适的河流的统称[1]。所谓“黑臭”，是由于城市化的快速推进而带来的点、面源污染，如工农业废水和生活污水排入河道，远大于水体的自净容量[2]。工业废渣、城市垃圾等环境污染物，以及过度使用农药等造成的重金属如Ni，Hg，Pb等含量超标的土壤污染[3]，会通过雨水径流进而引起城市河流的水质污染及生态系统功能退化等问题，造成阶段性乃至终年性的河道黑臭状况。据研究统计，2016年我国218座地级及以上城市共计排查出黑臭河、湖、塘1 861段（个），水体黑臭城市占总数的74%[4]。其中，河流黑臭水体数量最多，占85.7%。从地域分布来看，总体呈南多北少的趋势;从省份来看，60%的黑臭水体分布在广东、安徽、山东、湖南、湖北、江苏等东南沿海、经济相对发达的地区。黑臭河段分布具有范围广且不连续的特征，主要集中于各城区人口密集的区块[5]，对沿岸居民的正常生活和身心健康产生危害，同时也严重制约着生态文明城市的建设进程[6]。

近年来，黑臭水体问题已引起科研领域的普遍重视，现国内对黑臭水体的研究已由最初的理论探讨、整体框架阶段向具体的修复技术和方法层面转变[7]。但由于起步较晚，目前仍存在技术方法选择等未成体系、落实到具体城市后治理效果不佳，修复后长效性难以保证等问题[8]。本文以江苏省镇江市为例，在了解市内河道污染现状的基础上，分析黑臭水体的具体成因;通过对物理、化学、生物等修复技术的概述，探讨黑臭河道的生态治理方式;以生物-生态修复技术为主的综合治理技术在玉带河上的成功应用，以期为我国正在开展的城市黑臭河道治理提供有价值的参考。

1 黑臭河道成因分析

1.1 外源污染物的大量排入

雨污分流难实现。由于城市的快速发展以及管理不善等问题，使得镇江市污水管网的普及率不高[9]，直接导致河流水体的污染负荷增加。城市内现有的7个污水提升泵站，也由于某些经济体制的限制，引换水功能无法正常发挥作用[10]，大量污水排入河道，因而河道的水质愈加恶化。

面源污染仍然突出。目前镇江市化工等产业的污水处理和循环经济产业链还在完善，低效益高污染的厂子依旧存在，高效益低污染的厂子还未普及，工业园区还没达到国家的规范[10]，工业污水排放仍是河流主要的外部污染源。同时因工业冷却水、污水处理厂尾水等的不断排入，会导致水温升高，从而加快水体中微生物分解有机物的速度，致使水体因缺氧而发黑发臭。此外，人口密集区的生活垃圾堆放未得到及时处置，腐烂后的污水随雨水径流入河，也是河道受到污染的一大原因。

水生态系统退化严重。随着城市建设进程的加快，河堤硬化已成常态，这使得水不能同土壤进行有效的循环，在一定程度上降低了水体的自我修复能力，进而导致污染物不断的沉积，加剧水质发黑发臭。加上城市建设导致河/沟被间断阻隔，河水动力不足，流速减慢，自净能力也随之下降[11]。纳污超量会引起水体供氧与耗氧的失衡，有机污染物在被微生物分解的过程中会伴随着氨氮化物、硫化氢等有异味气体和有机酸的挥发，以及黑色物质如铁、锰硫化物等的产生[12]，由此致使了黑臭河流的出现。

1.2 内源污染物的多次释放

一些城市内河未能得到定期疏浚而淤积严重，河流中的大量污染物会沉淀汇聚于底泥中，而底泥作为各污染物的主要归属地之一[13]，在没有外加曝气充氧条件下，其溶解氧的含量几乎为0。在大量繁殖的放线菌等厌氧微生物的作用下[14]，河底部的污泥会发酵生成大量甲烷、氮气等气体，夹带黑色底泥浮到河面上[15]，直接影响河流生态系统的健康。而且被底泥颗粒吸附着的污染物会与孔隙水发生交换，又一次进入河流中[16]，引发二次黑臭现象。有研究指出，沉积底泥中营养物质的再悬浮可能使水体的富营养化再延续数十年[17]。

2 治理技术

2.1 物理修复法

物理法是指基于物理工程学的原理，采用曝气增氧、引水冲淤和机械除藻等方法改变黑臭水体的环境条件，进而使水质得到改善。物理修复一般设备操作简便，成本较小，短时间内效果较明显。但其不能在本质上彻底去除水体中的污染物，需要与其他技术进行配套使用。南京秦淮河[18]、上海苏州河等在治理黑臭时都采用了该技术。

2.2 化学修复法

化学法是通过向水体投放化学药剂控制藻类的生长或使污染物絮凝沉淀。一般选用的化学除藻剂有臭氧、高锰酸钾、硫酸铜以及次氯酸钠等。赵玉华等[19]研究发现，这几种药剂的最佳投放量分别为4.0 mg·L-1、0.8 mg·L-1、1.5 mg·L-1、3.0 mg·L-1。絮凝沉淀技术是指向河水中添加铝盐（如明矾）、铁盐（如FeCl3）、钙盐（如CaCO3、Ca（OH）2）等，使之与水中溶解态磷形成不溶性沉淀并转移到底泥中[20]。化学修复法能快速净化水质，在一定程度上控制河流的内源磷负荷，但如将该技术用于原位治理，污染物进入底泥中，容易引发二次污染，同样也是治标不治本，而且长期使用除藻剂会使藻类产生抗药性，危害生态系统。

2.3 生物-生态修复新技术

生物-生态修复技术，即通过微生物、动植物等的生理过程来转移、富集或降解水体污染物，净化水质，为生物的栖息繁衍创造适宜的生境，恢复和重建良好的水体生态系统[21]。主要有植物操控技术、浮岛技术、人工湿地技术、微生物强化技术、水生动物恢复与重建技术、生态护堤技术等[22]。具体应用时，往往根据污染程度、水环境现状以及生态功能等进行综合评估，采用多技术组合的方式以达到生态效益和经濟效益的共赢[23]。该技术因其成本低、没有二次污染等优势在水污染治理方面有很大的发展潜力[24]。2.3.1 微生态活水直接净化（HDP）技术 首先使用“河湖水质原位净化机”对大水面河湖进行曝气，改善水体溶氧环境，增强水动力使水体内部形成循环[25]，加速悬浮物的碰撞凝聚，然后通过物理沉降到河流底部。其次进行微生物净化，依托专用生物填料形成的生物膜，在原位净化机的充氧和推流下，形成溶解氧梯度，内层的缺氧微环境生长厌氧微生物，生物膜表层生长好氧和兼性微生物，各种微生物相辅相成，加速降解水体中的有机污染物。最后，针对去除黑臭后可能出现的富营养化，可利用绿色生态制剂即生态控藻素，掐断藻类光合作用过程阻断其繁殖，可预防藻类大规模爆发，且对鱼虾无毒无害。后期规划水系驳岸建设，种植水生植物，逐渐形成稳定的水生态系统。

2.3.2 Bacto-Zyme1011系列生物复合酶技术   Bacto-Zyme 1011系列生物复合酶是一系列天然有机的、含多种酶类的复合产品，并结合非离子表面活性剂和其他天然成分的蛋白质及无机营养物合成的一种高效复合酶类净化剂[23， 26]。大多自然净化过程都是依托土著微生物实现的，然而由于营养盐、溶解氧或其它电子受体的缺少致使进程很慢。生物复合酶的加入能提高微生物的活性，促进水中大分子物质分解成小分子化合物，伴随结合氧的释放可以提高水体含氧量，而且分解后的小分子化合物又易于被微生物再利用，有利于增加微生物的丰度，达到一种微生态平衡[14， 27]。

2.4 综合治理技术

黑臭河道整治是一项需要多学科理论为基础，专业性很强且复杂的工程，实施时往往需要联合使用多种技术才能收到预期的效果。於建明等[28]综合有效截污、净化浮岛、景观浮岛和设生物栅等技术，使得宁波市中塘河一支流水质明显好转。通过实施以生态浮床技术为主的多技术组合工程对上海市宝山区汇丰河进行整治，全河道黑臭现象基本得到消除[2]。因此采用组合技术进行综合治理时，应准确分析每种方法的优缺点和适用性，结合河流的具体情况，遵循注重源头，标本兼治，治管结合的原则[29]，实施适宜的工程。详细技术措施如表1所示[30]。

3 综合治理技术在玉带河上的应用

自2016年以来，依托“一湖九河”整治水体的工作，镇江市有计划地进行市内黑臭河道的治理。被列入国家（省）黑臭水体整治项目的有跃进河、光明河等7条河道。2018年，西团结河、御桥港、一夜河、四明河、虹桥港5条黑臭水体整治，被列入镇江市政府重大民生工程[31]。作为江苏省唯一的生态文明建设综合改革试点，又是全国首批生态文明先行示范区之一[32]，治理城市黑臭河道、恢复河流生态系统功能已成为镇江市在水生态文明建设领域的一个重大科学任务。

3.1 治理工程介绍

玉带河处于镇江市区东部，是江苏大学内的主要景观河。玉带河发源地为孟家湾水库，最后汇入古运河，全长约2.8 km，河宽10～15 m，河底标高为2.5～3 m，落差很小。没有天然水源补给的孟家湾水库终年是低水位，从而不能给玉带河补给活水。玉带河两岸分布有19个雨水排放口，直接排入的雨水径流为治理前的唯一水源[33]。水质方面，整治前长时间黑臭。作为一个点、线、面、体的多维问题，应实施源头—过程—末端—系统治理的综合工程，并结合绿色和灰色设施的运用，实现对河道的修复[34]。具体工程措施见表2。

3.2 治理工程效果

玉带河改造前的劣五类水质，经综合治理后总可溶性固形物（TSS）的去除率高达95%;在连续20天不降雨的情况下，以污水处理厂再生水作为补给水源，水质可维持在Ⅳ类以上;设计的蜿蜒河岸，形成了多处湾、港水域，水岸长度和水生植物生长区域的增加为生物提供了更多的栖息地。

4 结 语

我国城市黑臭河道治理是一项社会-环境-经济多元化的综合工程，有其独特的复杂性。采用单一技术不能有效改善水质，在优化综合治理技术时应从河道的具体特征和污染程度、城市水系统、区域水循环等方面考虑，因地制宜，采用以生物-生态修复技术为核心的综合治理技术。

（1）生物-生态修复技术适用范围较广，具有高效益、低成本、操作便捷等特征，在黑臭河道治理中具有广阔的应用前景。通过生物-生态修复措施，可以很快去除黑臭，重建底端食物链，恢复河道生态系统的健康，达到标本兼治的效果。但生物的修复功能、修复领域是有限制性的，它还必须同其他方法有机结合起来，否则会因为外源污染物的不断注入而影响治理效果。

（2）治理过程应该科学的分为3个阶段。应急阶段，目标是快速缓解和减轻黑臭，可采用有效截污、化学絮凝、清淤疏浚等措施。水质改善阶段，目标是恢复水体的生态功能，可以采用曝气增氧、生态浮岛、人工湿地等生态修复技术。长效保持阶段，目标是防止治理后的黑臭水体返黑返臭，可采用活水循环和清水补给等措施改善水动力条件，保障水环境安全。

（3）把握水体自净、循环、生态等功能，一方面控制外源性污染，另一方面恢复与强化水体内部净化功能，灵活运用综合治理技术，全面解决河道水体黑臭问题，为城市营造出绿色的自然和人居环境。

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收稿日期：2020-05-12

基金项目：南京市政府重点科技专项（043013005001）;国家重点研究计划项目（2018YFD0800201）

作者简介：郭洁芸（1997—），女，山西临汾人，在读硕士生，主要从事河流生态修复和水污染治理研究。

通讯作者简介：李建龙（1962—），男，吉林长春人，国家长江学者特聘教授，博士，主要从事修复和水污染防治研究。