黑臭水体治理措施研究与应用

孙秋慧 何会云

从20 世纪80 年代开始，河流水体黑臭现象就在经济相对发达的地区普遍出现，上海的苏州河更是早在20 世纪初就出现过季节性水体黑臭，被形容为“黑如墨，臭如粪”[1]。黑臭水体多为城市河流，给人民群众的生产生活带来了恶劣的影响，因而，关于黑臭水体治理的有效措施研究与应用十分有意义。

1 黑臭水体治理措施

针对黑臭水体的特点以及河流健康发展的需求，总结黑臭水体治理应遵循“外源减排、内源清淤、水质净化、清水补给、生态恢复”的技术路线[2]。外源减排和内源清淤是基础与前提，水质净化是阶段性手段，水动力改善技术和生态恢复是长效保障措施。这其中最常用的有底泥清淤、曝气增氧、生态修复三大措施。

1.1 底泥清淤

河流黑臭的一大主要原因是河流经长时间的承接工业、生活污水导致河底形成厚厚一层底泥。底泥是各种污染物累计富集比较稳定的场所，当水体受到污染后，水中部分污染物可通过沉淀或颗粒物吸附而蓄存在底泥中，适当条件下重新释放，成为二次污染源。因此，对底泥进行清淤疏浚是治理黑臭水体的关键技术之一。

常用的疏浚方式分为带水疏浚和干式疏浚。带水疏浚无需排空水体，不受季节等外界环境因素影响，但清淤厚度和淤泥量不易控制。干式疏浚即将水体完全排空后再进行清淤处理，可有效控制清淤深度和清淤量，但对水体正常的水文环境产生不利影响[2]。

1.2 曝气增氧

《城市黑臭水体整治工作指南》中，对城市黑臭水体污染程度分级的特征指标为透明度、溶解氧、氧化还原电位与氨氮。这其中溶解氧指标是核心，溶解氧的高低直接影响其他3 项指标值。大量实践证明，缺氧是造成水体黑臭的最主要原因之一[1]，而给水体增氧是治理黑臭的主要措施之一。通过对黑臭水体进行增氧，改善或提高水中DO 浓度，保证水体的好氧环境，提高水体中好氧微生物的活性，从而达到降解污染负荷，改善黑臭水体水质状况的目的[1]。因此，曝气增氧技术常被用于黑臭水体的治理。

目前工程中常用的曝气增氧技术有机械曝气（喷泉曝气机、涌泉式曝气机等）、超微孔曝气、推流式曝气、太阳能解层式曝气、强化耦合膜生物反应技术（EHBR）等。

1.3 生物修复

生态修复常用的方法是在岸坡及水底布置具有净化功能的水生植物，利用水生植物对污染物的拦截作用、水生植物根系形成的微生物膜对有机质的降解作用和植物本身对营养盐的吸收作用去除水体中的污染物，削减两岸面源污染入河量。并且，水生植物能给许多其他生物提供生境，增加生态系统的多样性和稳定性。

水生植物按照其生长适宜水深，一般分为浮叶植物、挺水植物与沉水植物。浮叶植物视觉景观效果较好，但管理不当易造成二次污染；挺水植物根系发达，对水体的净化作用较大，其通过根系向沉积物输送氧气，改善沉积物氧化还原条件，减少磷等营养盐的释放，给微生物提供良好的根区环境，增加了微生物的活性和生物量，从而增加了对水体的净化能力；沉水植物可固定底部沉积物并沉淀水体中悬浮物，减少沉积物再悬浮。因此，通过水生植物的恢复，一方面减少了泥沙入河，减轻后期清淤的工程量，另一方面可以同时沉淀颗粒状或附着在泥沙上的多种污染物，达到净化水质的目的。再者，通过合理配置水生植物的布局与数量，可提升河流水生态功能，增加河流水生植物多样性。

2 工程实际案例——细河铁西段（四环—入河口）

2.1 细河河道概况

细河是浑河的一级支流，是承泄沈阳市西南地区城市雨污水和农田涝水的重要排水河道。工程治理段为四环桥至入河口，全长52.5 km，上游17 km位于规划中心城区范围内。工程河段目前水源主要是仙女河、北部、西部及振兴等大型城镇污水处理厂出水。根据水质检测结果，细河四环—入河口段上、中、下游水质均属于劣Ⅴ类，主要超标污染物有氨氮（NH3-N）、总磷（TP）、化学需氧量（COD）、高锰酸钾指数（CODMn）和汞（Hg）。细河铁西段（四环—入河口）底泥中TN 和TP 平均值分别达到1 937 mg/kg 和 5 791 mg/kg， TN 和 TP 最 大 值 分 别 达 到8 708 mg/kg 和 39 293 mg/kg，TN 和 TP 最大超标分别为7.7 倍和77.6 倍，底泥污染严重。按照《城市黑臭水体整治工作指南》黑臭等级分级标准，细河四环桥—宝马二号桥段属于轻度黑臭等级，宝马四号桥—灯辽高速桥段属于重度黑臭等级，超标污染物为NH3-N。细河现状水体水质污染严重影响细河两岸特别是铁西区的生产生活环境。从污染来源分析造成细河水体黑臭的原因，具体问题如下：

（1）入河排污口未完全封堵拆除或截污纳管。由于沿线工厂众多，河道两岸仍然存在一些暗管或渗井偷排，并且生活污水和工业废水均未进行有效处理，雨水排放口前未设置初期雨水处理装置。

（2）上游和项目区内污水处理厂排放不达标或容量不够。虽然2018 年沈阳市陆续对污水处理厂实施提标改造工作，要求污水处理厂排入细河的水质必须达到国家一级A 标准，但是提标后由于运行不稳定以及满负荷运行等原因，仍存在排放不达标或者容量不够的问题。

（3）河道底泥污染物超标，内源释放严重。细河本项目段近几十年来一直没有清淤，底泥的数量和污染程度都非常大，河道底泥中重金属和有机污染比较严重，有机质含量较高，大量的污染物沉淀并累积在底泥中，污染底泥会对地下水和周边土壤产生较大影响，间接影响居民健康。而且，吸附在底泥颗粒上的污染物与孔隙水发生交换，向外释放污染物，造成水体二次污染，对细河水体常年黑臭贡献较大。大量的底泥也为微生物提供了繁殖的温床，微生物分解底泥中的有机物产生臭气，同时，黑色底泥也被产生的气体形成的气泡托浮到达水体表面，导致黑臭。

（4）河道常年黑臭导致生态结构破坏严重，生态功能急剧下降。河道长期处于黑臭状况，导致水生生物无法生存，同时造成河道生态结构破坏严重，生态功能急剧下降，生态系统严重失衡。

2.2 细河河道治理措施

针对细河河道水质不达标，底泥污染严重，河道生境差等主要问题。重点实施底泥清淤、曝气增氧与微生物修复三大措施，结合入河排污口整治、污水处理厂提标改造，提升细河水质，消除黑臭，改善铁西区细河城市段的河道环境，使城市段达到“水美，岸绿”。

2.2.1 底泥清淤

底泥清淤是控制內源污染的重要手段。针对项目区河道淤积分布，实施分段清淤治理，上游17 km城市段重点治理，下游农村段对卡口段治理疏浚，同时对河道冲刷严重段进行生态防护，减少河底底泥中的污染物质二次释放进入水体内。按照设计清淤断面，本次清淤工程清至设计断面需要清除淤泥38.81 万m³，其中一般淤泥约24.33 万m³，超标淤泥约 14.48 万 m³。

在本项目底泥治理过程中，由于底泥根据标准分为超标和不超标两种类型，其中超标底泥无法直接绿化或者回填，需要先进行去除重金属的处理或者直接进行固化稳定化的方式进行资源化应用。结合工艺技术适用性分析结论，该工程采用底泥修复处理采取脱水+固化稳定化处理技术。工艺流程图如图1 所示。

图1 超标底泥处理工艺流程图

2.2.2 曝气增氧

曝气增氧是水质净化的重要手段。通过曝气对水体进行增氧，从而提高水体的自净纳污能力，消除水体缺氧等水质恶化问题。

该工程曝气增氧措施主要在污水处理厂汇入细河后的下游区域、宝马工厂上下游区域布置实施，主要用于增强河道的溶氧和水景观塑造，保证部分区段污染物降解所需氧气，同时防止污泥厌氧上浮等。主要曝气设施选择超微孔增氧曝气机、喷涌式增氧曝气机，根据建设需要和周边环境，两者结合布设见表1。

表1 曝气增氧工程布置位置及参数

2.2.3 生态修复

生态修复主要在于水生态系统的构建，通过微生物、植物等生态措施，在河道内构建健康稳定的水生态系统，从而保证河流健康有利发展。

本工程在细河上游城区段进行水生植物种植，通过水生植物对水体中污染物进行吸收，达到保证水体不反复黑臭的目的。相关参数见表2。

表2 水生植物布置位置及相关参数

水生态系统构建完成后，需对水体进行系统优化和调整，通过人工干预与自然修复相结合的方式，保证达到建设目标。主要措施和参数见表3。

表3 系统优化调整位置及相关参数

3 结 语

黑臭水体治理是一个综合性、系统性的工程，并非单独某一方面的治理。在治理思路上，应由“重技术投入、重末端治理”向“技术与机制建设并重、末端治理与源头治理共举”转变。另外科学的养护管理也是工程建设中的重要环节，尤其对于水环境的整治，更是要坚持“三分建七分养”的治理思想，在工程建成后一定时期内做好运维管理，才是长久保障河流水体健康生态发展的法宝。