城市黑臭水体成因及治理措施分析

2022-03-05铜陵市建筑工程管理局汤春华

区域治理 2022年3期

铜陵市建筑工程管理局汤春华

随着工业化、城镇化发展，水体黑臭问题愈演愈烈。研究表明，黑臭水体的出现，不仅会导致水体生态系统被破坏，还会使周围环境受到污染，若不尽快解决该问题，一方面会威胁附近居民的健康，另一方面会使大气污染程度加剧。针对上述情况，国务院针对水污染防治工作印发了全面且翔实的行动计划，根据黑臭水体形成原因，提出并实施相应治理方案，其现实意义有目共睹。

一、城市黑臭水体概述

（一）判断依据

黑臭水体指的是城区内存在味道刺鼻的黑色水体，若以黑臭程度为依据，可将黑臭水体划分成两类，分别是重度黑臭、轻度黑臭[1]。对水体受污染程度进行划分的依据为氨氮值，溶解氧，透明度，氧化还原电位，分级标准见表1。

表1 黑臭水体分级标准

（二）形成机制

作为化学现象，水体黑臭的原因主要是水体所含金属离子、有机物及无机物受厌氧微生物影响，进而发生氧化还原，导致大量带有刺激气味的黑色物质形成。

二、黑臭水体形成原因

（一）案例介绍

某水塘被污染水域面积约为150亩，汇水面积在300公顷左右，水体COD、氨氮及BOD5超标严重，水质划为劣Ⅴ类。由于水塘距离长江较近，在汛期有可能发生溢流直接排入长江，对江水产生污染，因此查明造成水质恶化的原因、采取有效措施提升改善水塘水质受到有关部门的高度重视。

（二）成因分析

通过对水塘水域现状、周边排污情况及应急处理现场实施等情况进行现场走访调研，并对该塘水域汇水区域平面、雨污管网等资料进行收集，结合入塘排口排查情况，水质分析数据和相关台账资料，初步分析水体污染成因主要包括以下几点：

（1）该地区20年前曾建有屠宰场，屠宰场所有生活污水及屠宰废水仅经过3个沉淀池处理后即排入水塘，导致水塘水质逐渐恶化。屠宰厂关闭后，原场地内仍有个体的屠宰行为，且原屠宰厂区域还建有洗煤厂、废旧电瓶车拆解厂等散乱污企业，其生产生活污水均排入水塘。

（2）该塘附近有建筑工地施工，汇水区域内有零散住户及商户。水塘两侧住户在地面堆放垃圾，下雨天大量地表污染物随着雨水的冲刷而进入水塘。随着垃圾和泥沙的沉积，水塘水体变浅、水动力减弱，致使水体难以发挥出自身所具有的修复能力，无动力环境随之形成。在无动力环境中，水体内藻类残体、微生物对氨氮和其他有机物进行分解的速度大幅提升，溶解氧被大量消耗，水体复氧效果无法达到预期，水层、水域亏氧程度加剧[2]。另外受高温作用影响，底泥内部微生物出现厌氧反应的时间大幅缩短，硫化物的含量随之增加，随着底泥释放出恶臭硫化氢及其他物质，水体黑臭程度加剧。由此可见，底泥无法借助水动力被排出以及无法自我修复是水体出现黑臭问题的主要原因。多年来有关部门从未对水塘底泥进行过清理。

（3）该塘靠近城市主干道，途径货车数量较多，汽车尾气及粉尘沉降到路面，随着降雨时间的延长，降雨量的增加，形成地表径流，其汇集了屋顶和路面含有尘土、杂质、垃圾、油类等多种污染物，初期雨水污染尤为明显。径流最终通过雨水管道或者直排进入该塘，洒水车在喷洒道路两侧绿植时所形成的地表径流同样能够直接到达雨水管网，对水体造成一定污染。

（4）根据现场走访，附近农田有使用化肥、有机肥及农药的情况，地表径流受到农业面源污染，农肥和农药都能够随着雨水到达自然水体内部，使水体氧气含量大幅降低，并加快厌氧菌分解速度，导致恶臭物质形成。

（5）该塘周边地区大多建于20世纪70、80年代，该区域雨水、污水管网历经多次改扩建，情况较为复杂。初步推断该区域存在雨污混接、管网破损情况，废弃雨污管内残存含有大量氮、磷及有机质污染物，遇大暴雨冲刷等原因，导致污染物进入塘体。

（6）该塘附近某工地在平整项目场地初期，将另一个荒塘内的水抽排到该塘，经现场查看，荒塘的底泥呈明显的深黑色。据此推断，施工工地在抽排水的过程中搅动了荒塘内常年沉积的黑色底泥，大量底泥被夹带进入该塘，对该塘的水质造成了严重污染。

（7）在该塘应急处理前期，曾向水体添加了聚合氯化铝和聚丙烯酰胺，并通过潜水搅拌器搅动提升絮凝效果，导致水塘底泥被扰动。为证明底泥扰动对水质的影响，现场选取了两个试验点进行了扰动实验，通过数据分析能够发现，底泥搅动对化学需氧量浓度影响较大。搅动过程中，沉积在底泥中的腐质类物质较易释放，水质变化明显。另外，在应急处理环节的水体脱色处理中，有关人员还向水体添加了过量强氧化剂次氯酸钠。次氯酸钠通过水解形成次氯酸，次氯酸再进一步分解形成新生态氧，新生态氧的极强氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性，过量投加除使病原微生物致死外，生态环境中的水生动植物及大量功能菌群也被杀死，破坏了水体生态平衡，导致水体丧失自净功能。

三、黑臭水体治理方案

（一）内部治理

对黑臭水体进行内部治理的方法以疏浚底泥为主，简单来说，就是根据水体情况选择相应的方法，确保水塘底泥能够被高效且迅速地清除。现有技术已能做到对疏浚位置、深度进行快速确定，由于相关技术被引入我国的时间较短，在开展相关工作时，仍有亟待解决的问题存在。具体表现在以下方面：首先是清淤量较大，难以保证清淤污泥得到及时且高效的处置；其次是清淤不彻底，水塘底部残留污泥会使水体再次受到污染；最后是不科学的清淤会导致生态平衡被破坏，对其进行修复的过程十分漫长。

鉴于此，有关人员决定对不需要进行清淤的治理方案及具体手段进行研究，原位覆盖法应运而生。原位覆盖所强调重点是在底泥上方对多层或单层掩蔽物进行覆盖，以此来达到阻断污染物释放途径的目的。与底泥疏浚相比，原位覆盖的优势主要体现在可有效控制占地面积、避免二次污染出现等方面。同时，该技术给微生物所造成影响极小，更适合用来对黑臭水体进行应急处理。

除此之外，在不清淤的基础上进行原位修复的方法，同样具有突出的使用价值。该方法所依托工具为一体净水设备，可通过曝气增氧的方式，使底泥所释放磷元素含量得到控制。增氧的载体为纳米气泡，简单来说，就是存在于溶液或固液交界面的、以纳米为尺度的、具有良好氧传质速率以及稳定性的气泡。对纳米气泡加以应用，一方面能够使增氧曝气效果最大程度接近预期，另一方面可以避免周围环境被污染的情况出现，对相关方法进行推广是大势所趋。本案例经多方论证，在将上清液排放到附近的污水处理厂之后，最终对底泥采取水力冲挖的清淤方式，同时使用隔膜板框压滤机建设污泥固化站，即时分离出SS＜150mg/L的余（尾）水和含水率在50%以下的泥饼。清淤余水处理达到污水处理厂接收标准，最终排放到污水管网。污泥最终处置遵循稳定化、无害化、减量化和资源化的原则，结合污泥的属性鉴别结果，选择固废填埋场或危险废物填埋场填埋，或者运往生活垃圾焚烧厂进行焚烧。

（二）控源截污

导致水体黑臭的外部原因，主要是管网及排口未能发挥出应有作用，由此可见，外部治理的关键是控源截污，根据面源污染特点，制定切实可行的治理方案，加强汇水区域种植及养殖管理，减少面源污染。面源污染所涉及范围极广，对其进行治理的难度有目共睹。研究表明，导致水体出现黑臭问题的原因之一为雨水，且黑臭水体多出现在老城区内，根本原因是老城区所建设地下管网以合流制管道为主，缺乏合理性，改造排水体制势在必行。现阶段，多地均已将改造排水体制的工作提上日程，强调利用截流式合流制对单一合流制进行替代，确保雨水及污水能够得到及时截流，由污水处理厂对其进行处理。该体制同样有明显不足存在，在雨季极易发生溢流问题，加之截流井在治理黑臭水体方面所能发挥作用有限。要想杜绝上述情况出现，关键是要对截流井进行升级，确保其具备智能化以及自动化运营的功能。

（三）生态修复

常规意义上的生态修复，主要是指化学修复、植物修复还有微生物修复，不同方法的适用情况及治理效果均存在一定差异。

1.化学修复

该方法强调运用化学药剂所具有的吸附、絮凝功能，对水体污染物质进行处理。以往为应付有关部门的检查，常常在水塘内撒大量化学药剂，虽然这样做能够使水体在短期内处于洁净状态，但其内部污染物并未消除，一旦受到扰动或出现暴雨等天气，水体表面便会出现大量絮状悬浮物。要想避免类似情况出现，关键是要利用联合工艺对黑臭水体加以处理，例如，以H2O2预氧化为前提，以混凝沉淀为主要手段对黑臭水体进行处理。事实证明，这样做可使水体余浊大幅降低，对UV254和CODCr的去除率极为理想。

2.植物修复

水生植物普遍具有对污染物质进行吸收并利用的功能，可使水体自净效果最大程度接近预期。研究表明，黑臭水体最为突出的特点便是水体严重缺氧，增加水生植物数量，通常能够获得良好的复氧效果。现阶段，被用来修复水体的水生植物，主要分为挺水植物、浮水植物还有沉水植物三类，有关人员可视情况对上述植物进行搭配种植，对其群落结构进行优化，与此同时，还应当在附近安装具有曝气增氧功能的设备，在净化水体的同时提高植物观赏价值。

3.微生物修复

对该方法加以应用的关键是向水体内部投放适宜微生物菌剂，通过形成相应优势菌的方式，确保水塘所含磷、氮和其他有机物均能够得到迅速且高效的降解。对微生物菌剂进行获取的方法如下：由专业人员对水体所含细菌进行提取并培育，确保所选育微生物能够发挥出应有的作用。

4.生态驳岸

在工程施工前期，对现场进行清杂及整理，清理掉塘底及岸线周边现有的枯萎植株、杂草、砖石块等垃圾。对驳岸局部地区进行场地平整，利用现有措施改善驳岸稳定性，避免其被人为因素、自然因素所破坏，为构建生态系统的工作提供便利，真正做到“还塘于民”以及“还绿于民”。

本案例栽植选用低矮无花苦草作为主要建群种，局部搭配种植刺苦草和眼子菜，构建水下森林系统。浅水区域配置不同品种、不同高度、花色各异的挺水植物，如水生美人蕉、黄菖蒲、旱伞草和再力花等，形成岸线拦截带。该拦截带不仅具有较好的水质净化作用，不易蔓延生长，整体景观观赏性也较高，易于后期维护。微生物修复方面选取本地驯化复合微生物制剂。水生动物主要选择滤食、杂食性鱼类，适当放养少量肉食性鱼类。底栖动物选择以滤食性的双壳类和刮食性的螺类为主。

（四）雨污管网维护

根据雨污管网调查结果，对水塘汇水区域内存在缺陷的雨污管道进行修复。一是连通水塘附近两条垂直主干道的市政雨水管网，避免雨水直接汇入水塘；二是对存在渗漏的市政雨水管道进行修补，防止雨水渗入市政污水管中；三是对发生雨污混接的管网进行纠正。出于最大程度解决雨水所造成污染问题的考虑，有关人员提出了以下建议：一是在附近污水处理厂附近新增调蓄池，由调蓄池负责对雨水进行收集，将其运往污水处理厂进行处理，在保证处理后雨水符合排放标准的前提下，将其排入水塘进行补水。二是大力建设海绵城市，实现水生态治理目标。对海绵城市进行建设时，可酌情采取设置生态缓冲带、植草沟以及铺装透水材料等方法，使地表水的渗透能力得到增强。随着植物、土壤自净功能的充分发挥，水污染浓度自然能够得到有效控制[4]。

（五）加大监管力度

要想做到长治久清，政府部门应对后续的监管工作引起重视。要派专人负责对水塘周边进排水口进行定期巡视，安装视频或者在线监控设施，进行全天候监督，对导致水体被污染的企业及个人进行相应惩罚。另外，还应面向城市居民展开宣传，帮助该群体树立起正确的环保意识，通过全员参与和共同监督的方式，将再次出现水体黑臭问题的概率降至最低。