农村小流域黑臭水体治理探讨

2021-12-13姚建华孔德峰

资源节约与环保 2021年11期

张瑞姚建华孔德峰李娜

（宁夏环境科学研究院（有限责任公司）宁夏银川 750000）

引言

通过对某乡镇小流域水体的溶解氧和氨氮进行检测，水体溶解氧最高值分别为1.02mg/L、3.94mg/L、6.87mg/L、4.61mg/L，水体氨氮最高值分别为17.2mg/L、259mg/L、29mg/L、79.5mg/L，根据城市黑臭水体分级标准，判断某渠（沟）水体出现轻度黑臭和重度黑臭的情况，对乡镇生态景观环境造成了较大负面影响，也间接威胁着周边居民身体健康。因此，探讨该乡镇小流域黑臭水体的治理途径非常必要。

1 农村小流域黑臭水体的危害

黑臭水体一般指由于过量容纳污物（超出水体水环境容量、自我净化能力）而导致溶解氧低于2.00mg/L，氨氮大于8mg/L，颜色呈黑色或泛黑色、气味不佳的水体。可分为轻度黑臭和重度黑臭。轻度黑臭水体溶解氧0.2-2mg/L，氨氮8.0-15mg/L；重度黑臭水体溶解氧>2mg/L，氨氮>15mg/L 属于重度黑臭。某乡镇小流域黑臭水体检测结果如表1。

表1 某乡镇小流域黑臭水体溶解氧和氨氮检测结果

如表1 所示，该乡镇小流域水体出现重度黑臭水体。黑臭水体水质一般低于V 类水质，且会散发氨、硫化氢等气体，不仅会直接导致居民出现心烦气躁、头痛等亚健康表现，而且会损害居民中枢神经、消化系统、内分泌系统，间接威胁居民健康生活。同时黑臭水体感官黄灰色、发黑发臭特点，也损害了乡镇景观。

2 农村小流域黑臭水体形成的原因

2.1 外源污染排放

氮是引起水体富营养化的主要营养物质，氮源污染会引发诸多水体污染问题。通过对某乡镇小流域黑臭水体氨氮检测结果进行分析可知，2# 沟起点、2# 沟终点氨氮检测结果较高，分别为74.8mg/L、79.5mg/L，7# 沟终点3#、5# 沟起点1# 氨氮检测结果也较高，分别为79.5mg/L、259mg/L。但4# 沟起点、3# 沟终点、4#沟终点水体中氨氮检测数值较低，分别为0.141mg/L、0.128mg/L、0.157mg/L，这可能是由于被调查乡镇沟渠水源补给多源于地表径流汇集，在丰水期，地表径流存在源短流急的特点，伴随水土流失问题；而在枯水期，则由于水位较低，蓄水能力差，水质调节能力下降，加之入库径流量下降，无法及时稀释外界排放的污染物，导致氨氮强度增高，进而促使流域面临着生态用水量不足问题。

与4#沟起点、3#沟终点、4#沟终点水体状态相对的是，2#沟起点、2#沟终点黑臭水体均呈现出灰色、有异味、浑浊状态，5# 沟起点1#、7# 沟终点3# 黑臭水体则呈现出无色或黑色、有异味、浑浊状态。这可能是由于2# 沟起点、2# 沟终点为沟渠岸、滩地，周边多种植农作物，边坡稳定性不足，促使水力持续侵蚀两岸边坡。再加上沟渠、耕地间没有设置隔离带，导致农业种植面源污染直接进入沟渠流，农业肥料、化学除草剂除虫剂等成为沟渠段主要污染源之一。

1# 渠溶解氧检测结果为1.02mg/L，氨氮检测结果为17.2mg/L，样品性状为微黄色、有异味、浑浊，5# 沟中段2#水体性状与1#渠水体性状相同，溶解氧、氨氮检测结果均1# 渠溶解氧、氨氮检测结果近似，分别为0.31mg/L、29mg/L。这可能是由于当地畜禽养殖地分布较为密集，没有配置规模养殖适用的粪污处理装置。而部分沟渠段畜禽粪污直接进入1# 渠、5# 沟中段等沟渠流域，则成为黑臭水体形成的原因之一[1]。

某乡镇小流域黑臭水体溶解氧和氨氮检测结果中存在黑色、有异味、浑浊的水体，为5# 沟起点1#，该点位氨氮检测结果最高，为259mg/L，溶解氧检测结果为0.29mg/L。这一现象的出现可能是由于被调查乡镇垃圾转运体系还没有建立，垃圾沿沟渠堆积情况较为常见。再加上乡镇经济的快速发展促使小流域沟渠周边基础建设事业蓬勃发展，但是被调查乡镇并没有进行污水排放管道的全面覆盖，也没有进行有力设施的配套设置，导致生活污水经旱厕、明沟等渠道直排现象较为严重。同时还存在乡镇小规模企业、加工坊偷排现象，加剧了小流域黑臭水体的形成。

2.2 内源污染释放

内源污染主要是被调查乡镇水体本身持续衍生死亡生物群落累积、水体长时间沉积底泥释放的污染物，以及沉积底泥再次悬浮、水产养殖饵料投放以及代谢产物、大面积水体表面降尘的存在，确定内源污染释放与黑臭水体形成之间的联系。

对于被调查乡镇，结合表1 数据进行分析可知，1#渠溶解氧检测结果为1.02mg/L，3# 沟中段溶解氧检测结果为6.87mg/L，3# 沟终点、4# 沟起点溶解氧检测结果均为3.94mg/L，5# 沟终点3# 溶解氧检测结果为4.61mg/L，7# 沟起点1# 溶解氧检测结果为4.49mg/L，其余点位溶解氧检测结果均小于1.0mg/L。而流域溶解氧检测结果过高与水温度、水湍流程度、水深具有直接关系。在流域水温度处于较低水平时，溶解氧检测结果处于较高水平；在水温度、黏度、密度一定的情况下，水的湍流程度（流动速度）越大，越有利于大气中氧气溶解到水中，水中的溶解氧检测结果越高；在水温度、水湍流程度一定的情况下，水位越高，流域与大气中氧气接触面积越大，则流域溶解氧检测结果越高。

除上述因素以外，水中微生物（底泥和水中）含量、水生动物呼吸状况、水上游植被状况也会影响水体溶解氧检测结果。5# 沟中段2# 水体中溶解氧检测结果为0.31mg/L、7# 沟终点3# 水体中溶解氧检测结果为0.23mg/L，5# 沟起点1# 水体中溶解氧检测结果为0.29mg/L，表明水生动物以及微生物含量较丰富，且水上游植被较密集，可以抑制水中溶解氧含量的上升。

总的来说，内源污染受水体温度高阶梯变化、水体动力不足两个方面因素影响。前者主要是由于乡镇污水持续排入沟渠导致水体整体温度上升，水体内部藻类残体分解有机物、微生物分解产生氨氮速度加快，加剧了水体氧损耗，致使水体进入了厌氧状态[2]。特别是在夏季温度高于25℃的时期，放线菌高速繁殖，硫酸盐还原菌等微生物快速活动，导致水体中硫化氢气体产生量更大，发黑发臭现象更为突出，对生态安全造成了较大的威胁；而在气温较低的冬季，地表无径流汇集，沟渠内冰盖下水体流动性较差。虽然此时水体微生物活性较低，导致大部分污染沉入水底，但是也会因水体复氧速率衰减而致使污泥淤积、局部水域氧亏严重，进而出现水体黑臭情况。

3 强化农村小流域黑臭水体治理的途径

3.1 治理沟渠外源污染

沟渠外源污染治理主要包括封育隔离、污水收集管网建设、面源控制等。根据不同污染源，可以选择相应的治理措施。

3.1.1 封育隔离

针对农村小流域黑臭水体，短期内可以选择封育隔离的方式。即沿着沟渠，在耕地分布过多、水土冲刷过于严重的位置进行封育区划定，逐级修建植物隔离带，禁止农业种植、生活垃圾堆放、畜禽养殖活动。同时以畜禽规范化管理为重点，从限制养殖区规模入手，利用沟渠、山塘的拦蓄作用，推动粪污沤肥换田，逐步减少面源污染物入沟渠，为农田氨氮生态沟渠系统建设奠定基础。同时为了保障沟渠流下游生态水量，可从水体自净入手，建设生态泄流孔，保证流域水流速度。

3.1.2 完善污水收集处理网

针对主要外源污染，可建议被调查乡镇进行村民生活污水收集管网的进一步完善。对于部分生活污水管网无法覆盖的区域沟渠沿岸，可以利用分散式处理方法。结合实地调查结果，合理收集小规模畜禽以及散养废弃物，合理处理。

对于次要外源污染，在污水站点建设的基础上，被调查乡镇应建设稳定塘、前池，净化农田径流。同时根据农业农村厅总体部署和相关要求，设置“沟渠长制”，由专门人员进行沟渠生态岸线管理，明确责任主体，落实工作人员。对于已经完成的生态沟渠项目，则建立健全运行维护管理机制，从源头排查污染源，改善流域水质。

3.1.3 控制面源

对于被调查乡镇流域黑臭水体而言，面源污染不仅包括种植业污染，而且包括乡镇面源以及居民生活污水。其中乡镇面源主要源于合流制排水管网溢流污水、分散直排初期雨水、分流制排水管网初期雨水等。根据不同面源污水来源，被调查乡镇应全面开展管道、检查井缺陷调查，配合开展就地初始设施、调蓄设施维护，加强排水口治理力度，避免因倒灌而引发的合流溢流污染问题。同时应用溢流污水沉淀、过滤快速处理等技术，进行分流制改造，为污染截流倍数提升提供依据。

3.1.4 治理水中氨氮

流域中氨氮的去除难度较大，常用的过氧化氢、臭氧、高锰酸钾、一氧化氯等流域污染治理药剂并无法发挥良好效果，活性炭也无法吸附氨氮。此时，根据流域中氨氮含量较高的地位，可以选择氯化法、沸石吸附法。其中氯化法主要是依据氯氮比大于7.6/1 的标准，向水中输入氯气，利用氯氧化氨氮的原理，获得良好的氨氮去除效果。但是需要注意的是，氯化法虽然具有占地少、投资少、操作便捷、不受流域温度影响的特点，但是极易因氯与黑臭水体中其他有机污染物反应生成有机卤化物，加剧一次污染，加上氯为易爆炸、剧毒化学品，使用环节存在较大危险。因此，除了在氯化前后均加入粉末活性炭外，还应优先选择氨氮含量在1.0mg/L 以下的3#沟起点、3#沟中段、5#沟终点3#进行氯化法应用。

对于氨氮暗梁超出1.0mg/L 的2#沟起点、2#沟终点、4# 沟中段、7# 沟起点1# 等点位，则可以利用沸石吸附法进行处理。即利用粒径为0.3mm～1.2mm 的天然离子交换剂——沸石，每立方米投入14.4kg。在沸石寿命到期后，可以利用氯化钠溶液进行再生，造价较低，且不受温度影响，适用于农村黑臭水体治理。

3.2 治理沟渠内源污染

在外源污染得到初步控制后，黑臭水体底泥就成为流域治理主要对象。首先需要对底泥淤积严重的沟渠段进行清理，初步解决底泥污染问题。其次，需要对处于厌氧状态的沟渠段进行曝气处理，促使水体含氧量提升，在一定程度上解决水体发黑发臭情况。

3.2.1 清理淤泥

在淤泥清理过程中，应贯彻“灰绿结合”的方针，将绿色系统作为灰色系统的补充，完善生态系统建设，为流域自净能力提升提供依据。具体包括原位提升、旁路提升两种手段。前者特指将内源污染清除后，检测底泥成分，将清出的毒害污染物含量较低的淤泥进行干化处理，为两岸沟渠堤加固、植被栽种提供支持；后者则是在局部进行曝气强化处理，或者放置生物飘带，降低有机物污染程度。

此外，对于部分污染底泥堆积量较大的重度发黑发臭水体，则可以应用精确薄层生态疏浚手段，重新构建生态系统，在最大限度降低污染物浓度的同时，满足乡镇水体生态景观建设要求。

3.2.2 活水循环

考虑到被调查乡镇枯水期沟渠水量较少，且沟渠流置换时间较长，可以应用灌渠引水方式，提高沟渠水深、流速，为水生生物生长提供良好环境。同时利用流域淤泥清除机遇，局部挖深为“沟渠滩——沟渠塘”结构，结合水深、水质，栽培水生生物，丰富植物群落，为活水循环奠定基础。在这个基础上，通过提升泵站与风力利用，驱动水体流动。或者利用闸坝+潮差循环作用，调整沟渠支流水力学，在控制流域水量、水位的同时，提升水体氧浓度恢复、污染物降解速度。一般在水体完成1 次循环，对水中氨氮的去除率可以达到20%，对水中化学需氧物以及生物需氧物的去除率可以达到40%左右，为水质尽快达到地表IV 类标准提供支持。

3.2.3 调水+清水补给

为了进一步提高被调查乡镇黑臭水体的自我净化能力，可以利用综合调水+清水补给手段。通过雨洪水、清洁地表水、闸坝再生水等水源补充，可以促使水体环境容量增加，加剧水体流动，奠定水体水质改善基础。对于生态基流处于较小程度的水体，通过生态调水或清水补水，可以促使中下游沟渠水污染物浓度下降15%左右，总氮、总磷含量分别下降20%左右；而对于缓流区、水流停滞区，通过内循环水力调控（8.0m3/s）或外循环水力调控配合曝氧（向水体内增加溶解氧），可以促使沟渠水水质维持在IV～V 类。

此外，被调查乡镇应严格监管流域环境，从水功能区、入沟渠排污口入手，强化公众监督，及时惩处不同类型的环境违法行为，为黑臭水体治理效果的提升提供支持。