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城市黑臭水体成因及治理方法(南京江北水务发展有限公司，南京 210000)摘要:本文从城市黑臭水体产生原因分析出发，探讨了当前黑臭水体治理的总体思路及相应技术模式，即控源截污、疏浚清淤、活水循环、生态修复、物化应急等多种措施有机结合，期望为黑臭水体治理修复技术研究及工程应用提供参考。关键词:黑臭水体；河道治理；控源截污；疏浚清淤；活水循环；生态修复；物化应急中图分类号:X52 文献标志码:A 文章编号：1674-263X(2023)04-0004-03Abstract:Based on the analysis of the causes of urban black and odorous water bodies,this article discusses the overall thinking and corresponding technical models for the current treatment of black and odorous water bodies,namely,the organic combination of multiple measures such as source control and pollution interception,dredging and desilting,active water circulation,ecological restoration,and physical and chemical emergency,hoping to provide reference for the research and engineering application of black and odorous water body treatment and remediation techniques.Key words:black and odorous water body;river regulation;source control and pollution interception;dredging and desilting;live water circulation;ecological restoration;physical and chemical emergencyA review of causes and remediation methods of urban black and odorous water bodiesGENG Liang(Nanjing Jiangbei Water Development Co.,Ltd.，Nanjing 210000，China)城市河流是我国水资源的关键组成部分，保持城市河流的生态健康是我国环境保护的重要内容之一。自党的十八大以来，党中央、国务院把水环境保护摆在更加重要的战略位置，将水环境保护列为生态文明建设的重要内容，做出了一系列新决策、部署及安排，为城市黑臭水体治理工作打下坚实基础。2015 年 4 月，国务院发布的水污染防治行动计划为“十三五”时期的水环境保护工作打下坚实基础。2022 年 3 月住建部牵头发布的深入打好城市黑臭水体治理攻坚战实施方案对“十四五”期间深入打好城市黑臭水体治理攻坚战工作做出最新部署及安排。1黑臭水体形成原因1.1 外源污染水体黑臭是水环境受到超过自身净化能力的污染后所产生的极端表现。一旦超量受纳外部输入的有机物、氨氮、腐殖质等，就会快速消耗水体中溶解氧，当溶解氧低于一定数值后，剩余有机物在厌氧环境下分解，产生硫化氢、胺、氨等带异味易挥发的小分子化合物。与此同时，沉积物会在微生物作用下产生甲烷、氮气、硫化氢等难溶于水的气体，携带污泥上浮，造成水体发黑1；当水体中含有大量铁、锰元素等物质时，在氧气不足的情况下还会发生还原反应，使得铁、锰和水中含硫物质产生反应，形成硫化锰及硫化亚铁等物质，加剧黑臭现象2。1.2 内源污染污染物还会通过沉降、吸附作用等方式进入底泥并富集。在酸性、还原条件、水体扰动、温度变化等情况下从底泥中逐步释放。有研究指出，在某些黑臭水体中，底泥中污染物的释放量甚至与外源污染的总量相当3。此外，由于水体中有氮磷等营养物质，会造成藻类过量繁殖。藻类生长初期在一定条件下可以通过光合作用给水体补充氧气，但在死亡后分解会形成大量耗氧有机物和氨氮，导致水体季节性或常年性发黑并产生强烈的腥臭味道。收稿日期：2023-06-10 作者简介：耿 亮，工程师，研究方向为污水处理工程、水环境污染修复。耿亮Vol.36 No.4Jul.,2023第 36 卷 第 4 期2023 年 7 月黑 龙 江 环 境 通 报HEI LONG JIANG ENVIRONMENTAL JOURNAL5第 4 期1.3 水道淤堵和气温影响城市河道由于多种原因往往导致流动性降低甚至完全消失，直接造成自然复氧能力大幅降低，部分水域或水层严重缺乏溶解氧；水道淤堵还形成适宜藻类暴发性增殖的水动力条件，进一步恶化水质。随着季节交替变化，水温的升高将提升微生物和藻类残体活性，加快分解有机物及氨氮，加剧溶解氧消耗，导致水体黑臭程度恶化。2黑臭水体的治理方法2.1 控源截污2.1.1切断排河污水黑臭的表象在水体，核心在岸上，关键在管网。要彻底解决水体黑臭，必须采用系统化、科学化的手段，摸清管网问题，采用“点、面、网、河、湖”一体化的治理模式。在项目前期，必须结合资料查阅与现场勘查，完全理清目标水体周边污染源分布、种类，勘明入河管、涵种类及分布，尤其需要关注水面以下排污暗管、暗涵，加以彻底封堵，尽全力实现“雨污分流、污水入厂”。针对过于分散或管网建设不全而不能统一收集处理的污水，可采用独户净化槽、中小型一体化污水处理设备、人工湿地等处理方式，“就地处置、达标排放”。2.1.2处置初期雨水在降雨初始阶段，雨水会与汽车尾气、工厂废气等融合，又因冲刷屋面、道路及垃圾等原因，裹挟大量污染物质，有时甚至超出一般城市污水的污染程度4。正因如此，如何处置初期雨水问题在黑臭水体面源污染整治中越来越受到重视。近年来，在工程中多采用“调蓄池+弃流井+净化设施”相结合的处理模式，将初期雨水汇流形成的峰值流量储存在池内，通过一体化点源设施或滤布滤池净化水质，待降雨强度下降后再从调蓄池中将雨水分时分段排出，既可控制初期雨水对受纳水体的污染，又能对区域间的排水资源调配起到正面作用。2.2 疏浚清淤河道底泥有机质降解和污染物释放是内源污染的最大来源，累积的氮磷、重金属及持久性有机污染物，在季节水温变化、水体受到扰动时向上覆水进行释放，造成二次污染。根据底泥深度，从上至下可划分为流泥层、软泥层及原状土层，其中，污染物主要富集在前两层，是疏浚清淤的主要对象。在工程实践中，通过资料查阅及现场勘探，制定详细布点勘测、取样计划，彻底理清底泥总量、分布、深度、污染程度，拟定最终处置方案。针对底泥处置，有原位修复和异位处置两种方案。原位修复可采用生物生态修复技术直接吸附降解底泥污染物，或者在底泥表面铺设清洁泥沙、多功能滤料、改性纤维制品等，使污染底泥与上覆水体隔离，阻止污染物向水体迁移5；或投加化学药剂，固化、稳定化表层底泥，形成底泥覆盖层，阻止下部底泥污染物向上迁移6。原位修复在国内尚未大规模应用，国内主要采用异位处置方案，多用机械清淤船、水力人工清淤等模式，将底泥清除后采用机械脱水、自然风干等方式减量化，而后外运填埋、焚烧、做建材或加入稳定剂作为园林绿植肥料，实现资源化处置利用，但该方法工程量较大，周期较长，且在运输及最终处置利用过程中存在二次污染风险。2.3 活水循环“流水不腐，户枢不蠹”。正常情况下，水体一般都是呈流动状态从而实现自然复氧。当水体流速缓慢、水循环不足时，会大幅削弱水体与大气气体交换能力，容易造成水体垃圾堆积、淤泥沉淀腐化、藻类爆发等现象。在工程实践中，河道疏浚清淤后多采用加设人工坝、水利闸涵等设施控制河道液位，形成落差坡度，配合机械引、补水、阶梯跌水等措施，强制活水循环，恢复河道流态；亦有开辟分支水道使部分水流经一体化污水处理设备或磁混凝设备净化后再排放至下游，从而形成旁路活水大循环。2.4 生态修复水体治理本质是重新构建生态系统的过程，一个完整、健康、充满活力的生态系统绝不能缺少生产者、消费者与分解者。一般而言，生产者由藻类、水生植物组成；消费者则由各类底栖动物、鱼类及浮游生物组成；分解者指的是各类细菌、真菌。工程常用曝气复氧、生态砾石床、生态护坡、生态浮岛、水下森林、微生物固定化等技术。1）曝气复氧。溶解氧（DO）是黑臭水体评判的关键指标之一，通过曝气提供好氧微生物代谢所必需的 DO，抑制厌氧微生物的活性，改善水体质量及底泥氧化还原反应，减少污染因子向上覆水释放；还可增加水体流动性，形成良好水力条件从而抑制藻类增长。实践中，主要采用穿孔管曝气、射流曝气、喷泉曝气、表面曝气、纳米曝气技术等，且多与生态浮岛、生物带矩阵等技术联合使用。2）生态砾石床。生态砾石床能够有效强化水质自然净化过程，具有物理、化学及生物净化三重作用。砾石表面附着大量微生物，与空气接触，能促进水中有机质的分解同时能使氨发生硝化作用7；耿 亮：城市黑臭水体成因及治理方法6第 36 卷孔隙对悬浮颗粒有阻截、过滤效果，部分功能填料还可通过化学反应吸附去除部分磷酸盐；砾石底层则处于缺氧状态，有利于微生物反硝化作用去除氮类营养物质。3）生态护坡。河道驳岸的硬质化及箱涵化在一定程度上破坏了湿生植物、两栖动物生存环境，导致河道生物多样性降低，削弱了河道针对面源污染的自净能力。实践中常在受纳水体两侧构建生态护坡，复配功能填料及多种植物，形成第一道截留处置防线以应对初期雨水等面源污染，利用自然蒸发、植物土壤吸附、微生物降解代谢、功能填料催化分解等机理，恢复加强生态系统自净功能，使其具有较强的抗冲击能力，还可美化堤岸，形成滨河风光带。4）生态浮岛。生态浮岛主要利用无土栽培技术，利用可漂浮材料基质，复配功能填料，栽植适合的水生、陆生植物，形成微小型生态圈。植物庞大的根系及附着生长的微生物群落，能有效截留、吸收水体中存在的污染物；还可适当投加鱼、虾，利用浮岛提供的庇护生存场所，通过食物链来降解代谢污染物质。5）水下森林。以挺水、沉水植物为主导，与微生物、浮游动物、底栖动植物、鱼虾螺贝共存共生，构建水下森林生态系统。主要机理包括：通过光合作用增加溶解氧，有利于微生物降解污染物质并改善周边环境；植物根系从水层和底泥中大量吸收氮、磷，与藻类竞争营养，抑制其生长繁殖；为小微生物提供附着基质与栖息场所，捕食浮游藻类；茎、叶、根可以减缓水流速度，过滤、沉淀泥沙颗粒及有机微粒；还可通过释放某些化学物质而对藻类产生抑制作用8；水体中微生物数量显著高于无植物系统，根系分泌物促进其他嗜藻、氮细菌生长，促进氮、磷的释放和转化9。但是在水下森林构建时相应植物种类选取必须因地制宜，综合考虑生态修复长期性、后期维护管理的复杂性，避免选取不当造成水生植物死亡。6）微生物固定化。微生物固定化是一种通过离子吸附、包埋、交联、共价结合等生物工程手段，将特定筛选的优势微生物菌种固定于载体中的技术。黑臭水体中土著微生物群落通常已丧失相关净化功能，靠自身重新培养、复壮，恢复相关功能耗时较长、成功率较低。当前多采用外部投加固定化微生物制剂，搭配水下森林、生态浮岛、曝气增氧等生态修复技术，起到快速构建、恢复高效净化微生物群落的作用，具有高微生物单位密度、不易被水流稀释冲散、可长期使用、能减少外界环境对微生物毒害作用等优点。2.5 物化应急在治理过程及后期运维中，如遇到突发性、高浓度的外源污染，极易对内部生态环境造成破坏性冲击。实际工程中常用物理吸附、化学混凝等应急处置手段。物理吸附多使用粉末活性炭、黏土、沸石等，使用简单，见效快；化学混凝多采用聚合氯化铝、石灰及聚丙烯酰胺，能够通过物理、化学吸附、混凝、离子交换等机理，快速将外源污染冲击降低至水体自净能力程度以内。值得注意的是，无论采用物理吸附还是化学混凝，必须考虑到使用成本、产物处置、对水生动植物和底泥二次污染等问题，在实际应用中必须慎重。3结语与展望黑臭水体成因复杂，制定治理措施必须坚持“因地制宜、一河一策”“四分治理、六分运维”等思路，从源头截断污染物输入，坚持以“生态修复”为核心，辅以物化应急手段，重新构建水体生态链，恢复水体自净能力。近年来，“石墨烯-光催化”“复合酶原位生态净化”等新技术在黑臭水体治理中逐渐得到应用，成为行业热点，值得关注。参考文献：1.城 市 黑 臭 水 体 是 怎 么 形 成 的？J.环 境 经济,2015(Z3):38.2刘爱丽.生物修复技术在黑臭河道治理中的应用 J.时代农机,2018(8):31.3李创锋.浅论城市黑臭水体的成因及其治理的主 要 问 题 与 治 理 思 路 J.建 筑 工 程 技 术 与 设计,2018(18):831-832.4洪忠.城市初期雨水收集与处理方案研究 J.中国农村水利水电,2010(6)：41-43.5朱兰保,盛蒂.污染底泥原位覆盖控制技术研究进展J.重庆文理学院学报(自然科学版),2011(3):38-41,55.6赵乐军.黑臭水体中疏浚底泥的处理处置 J.水工业市场,2018(3):15-17.7卢先春,薛晓飞,庞洪涛,等.生态砾石床技术在河道水质净化中的工程应用进展 J.水工业市场,2016(4):74-76.8边归国.水生植物对藻类的化感抑制作用及机理 J.能源与环境,2012(6):11-15,18.9王艳英,王晓磊,郜爱玲,等.水生植物净化水质功能研究进展 J.中国城市林业,2017(4):6-10.黑 龙 江 环 境 通 报