农村黑臭水体综合治理技术的发展趋势

管静 蒋帅 於双飞 李辉婷 蒋小烜

［1.常州市建筑科学研究院集团股份有限公司，江苏常州 213000；2.青山绿水（江苏）检验检测有限公司，江苏常州 213000］

1 引言

在过去几十年的农村经济快速发展过程中，粗放式的农业发展方式造成农村水生态环境的污染与破坏［1］。此外，农村居民大多缺乏环境保护意识，将生产与生活污水直接排入自然水体中，造成自然水体的严重污染，久而久之就形成较多的农村黑臭水体。黑臭水体是多种因素的互相作用而形成，单一技术往往难以达到理想的治理效果，一旦干预手段撤销，水体容易再次返黑返臭。因此，探究长效的、智能化的、强化自修复式的治理方式，是当前农村黑臭水体治理的重中之重。

2 黑臭水体成因

农村黑臭水体的污染源主要有生活污水、农厕排污、畜禽养殖、农业种植、垃圾堆积、河底淤泥以及工业源等，黑臭水体的成因主要有外源污染等。

外源污染：大量外源有机污染物进入农村水体后，在水中分解的过程中会快速消耗溶解氧（DO），当DO 浓度下降至厌氧程度时，有机物会被厌氧菌进一步分解为硫化氢（H2S）、甲烷（CH4）、氨（NH3）等难溶于水的致臭气体，使水体产生臭味［2］，而这些气体在释放过程中会携带水体底泥自下而上翻腾进入水相，再加上在水体缺氧条件下，Fe，Mn 被还原成FeS，MnS 等黑色物质［3］，使水体颜色发黑。

内源污染：当水体发生污染后，污染物通过沉降或颗粒物吸附作用在底泥中累积，这些污染物质中的氮磷等成分是藻类生长的必需营养素，因此大量污染物的沉积会导致河道中藻类过量繁殖，甚至暴发水华［4］。这些藻类在生长过程中消耗水中的DO，造成水体厌氧环境，产生H2S，CH4，NH3等臭气［5］；而藻类死亡后分解矿化形成耗氧有机物和氨氮（NH3-N），产生极其强烈的腥臭味道。

水体不流动和水温升高的影响：农村水体通常流动性很差，或者完全不流动，因此水体中DO 含量较低，整体水域或局部水层严重缺氧，甚至已经丧失基本生态功能。这种不利的水质和水动力条件非常适宜蓝藻、绿藻快速繁殖，增加水华暴发风险，而藻类大量繁殖后又会引发水体水质进一步恶化，陷入恶性循环。此外，水温的升高将加快水体中的微生物和藻类残体分解有机物及NH3-N 的速度［6］，加速DO 消耗，加剧水体黑臭问题。

3 黑臭水体常用修复技术及主要弊端

当前我国的黑臭水体治理工作中，常见的处理技术根据原理可分为物理方法、化学方法和生物方法［7］。物理方法包括增氧曝气（如微纳米曝气、臭氧微纳米曝气、喷泉机等）、过滤吸附（如旁滤系统等）和直接换水；化学方法包括添加絮凝剂、氧化还原剂等；生物方法包括生态浮岛、微生物修复等。根据处理阶段分类，农村黑臭水体的处理应按照“控源截污、内生治理、水质净化”的基本技术路线实施。控源截污是阻止外来污染源进入水体，如河道两旁的村庄生活污水、工厂的生产污水，控源截污往往是治理黑臭水体的第一步也是最关键的一步，若不能保证外来污染源的截断，则后续治理过程中会反复出现返黑返臭的现象。内生治理和水质净化往往相辅相成、不可分割，该阶段治理技术可分为治泥和治水。治泥主要是针对河道底泥的清淤疏浚和对底泥中有机物的清除［8-10］，属于彻底清除内源污染物的技术手段。治水主要是净化水质和提升水动力，其中，净化水质的技术手段主要有物理方法中的增氧曝气、过滤吸附、投加药剂、生态浮岛和微生物修复等，而提升水动力的技术手段主要是通过推流器或水泵将流动性差的水由下游泵至上游，增强水流动性，从而增加其富氧能力。

尽管这些国内外主流的技术手段在黑臭水体的治理中进行了有益的探索和实践，发挥了关键作用，但黑臭水体的治理和生态修复是一项相对复杂的系统工程，单一的治理手段往往效果不佳，而且在全国范围内使用这些常规技术手段全面消除农村黑臭水体，仍然面临着一些困难和问题。

目前，很多城市及农村河道尚未设置监测断面，且河道狭窄，工作面小，河道污染状况尚未被掌握，常规手段的取样检测存在较大困难，又缺乏智慧化手段对难以采用常规检测方式的河道进行全方位的污染源定位和水质指标检测［11］，因此存在各地之间黑臭水体河长、面积等不匹配的情形。

向水体和底泥中投加药剂后，即时效果很好，后期底泥出现翻覆，会将其中的污染物再次释放，裹挟悬浮物进入水体，使水体再次返黑返臭。当前市场上应用于河道治理中的修复药剂的质量和效果参差不齐，很多修复药剂投加到水体后，效果立竿见影，但是这种效果只是昙花一现，一旦人工干预手段撤销，水体又会返黑返臭，因此需要不断追加投放［12］；而且当药剂渗透进入水体底泥后，不仅会引起底泥固化，药剂的某些成分还会对水体中的生物生长产生不利影响，影响河道的生物多样性，使河道失去自我调节能力；而且后期底泥翻覆会造成底泥中的污染物再次释放，水体再次返黑返臭，难以达到长效治理的目的。

管理与监控机制不健全，黑臭水体存在反弹的可能。黑臭水体治理作为水治理的重要内容，“九龙治水水不治”的困局尚未打破，治水合力尚未形成。黑臭水体治理涉及多个行政管理部门，污染物排放监督管理涉及环境保护部门，排污口设置以及河道管理涉及水利（水务）部门，污水管网等基础设施建设涉及住建部门，为黑臭水体的管理带来一定难度。

4 黑臭水体修复技术发展趋势

（1）将物联网与水生态修复相结合，构建智慧修复平台。当前我国农村黑臭水体的治理大多采用长效维护的形式，既耗时耗力又难以达到理想效果，如果引入智慧平台，利用物联网技术，通过定时监测获取治理项目中的农村河道各段污染物信息，就可以精准掌握该项目农村河道水质状况［13］。在监测到重点污染河道区域某项或几项污染物超标时，监测模块能够快速响应，将监测结果通过电信信号以数据形式传输到显示终端，辅助河道管理人员（例如河长）对区域内污染水体的成因进行有效分析，摸清污染来源，为制定农村黑臭水体污染治理与水质提升方案提供重要支撑。在智慧监测的精确结果指导下，管理人员可以更加有针对性地制定治理方案，在保证修复效果的同时防止修复过度带来的二次污染。

（2）将化感物质与传统生态浮岛相结合，调控水体中藻类的生长情况。生态浮岛作为常用技术手段，既可以通过植物生长周期来净化水质，又具有一定的观赏性。如果在传统生态浮岛的基础上，将能够分泌化感物质的水生植物种植到生态浮岛中，就可以利用其分泌的化感物质平衡藻类生长速率［14-15］。适量的藻类在水体中起到净化水质的作用，但是藻类过多则会引起水华。若采用分泌化感物质的水生植物，就可以在藻类生长旺盛时，对藻类生长起到抑制作用；在藻类比较缺乏时，又可以促进藻类加速生长到理想的状态，从而强化水体的生态自修复功能，提高其抗冲击能力。

（3）智慧投加生物菌剂，节省人力物力。当前生物菌剂投加方式大多为人工按次手动添加，若发生水质突变，运维人员不能及时发现会延误最佳治理时期，导致水质迅速恶化。若将智慧监测与生物菌剂投加相结合，通过智慧监测模块将水质数据反馈给投加模块，根据水质情况来自动控制生物菌剂的投加，可在一定程度上节省人力物力，提高时效性。

5 结语

针对黑臭水体的生态修复工作来说，防治结合、智慧叠加模式是未来的发展方向。通过防治技术改革升级，逐渐达到生态化治理的效果。目前我国农村黑臭水体的生态化防治工作已见成效，但受限于较长的微生物生长周期和较差的环境适应性，再附加天气和季节等因素的干扰，黑臭程度的控制难度较大。因此，尝试改进和升级智慧化、多元化、绿色生态化的防治结合手段，以建立农村黑臭水体的长效治理机制，在未来还有很长的一段路要走。此外，不同污染水体的环境特征差异性较大，而各种治理技术都有各自适宜的应用场景，应将这些治理技术以模块化形式有机结合，以弥补单一技术手段在应用过程中的局限，发挥系统的最佳利用价值。