左思敏，荊肇乾，陶夢(mèng)妮，王印，陶正凱

(南京林業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院， 江蘇 南京 210037)

城市黑臭水體的產(chǎn)生主要是由于生活污水、工業(yè)廢水、生活垃圾隨意排放，產(chǎn)生大量的污染物質(zhì)，超出水體自凈能力和環(huán)境容量。這些污染物被微生物降解，消耗大量氧氣使得水體缺氧或厭氧，從而產(chǎn)生黑臭。水中不同的厭氧微生物繁殖，導(dǎo)致水中有機(jī)物腐爛直至發(fā)酵，產(chǎn)生氨、硫化氫、甲烷等氣體并散發(fā)出氣味[1]。在水體缺氧的情況下Fe、Mn元素被還原，并且與水中的硫生成金屬硫化物的懸浮顆粒，如FeS、MnS等[2-3]，引起水體發(fā)黑。

城市黑臭水體不僅對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生危害，還降低人們的生活環(huán)境質(zhì)量。黑臭水體的存在污染了空氣質(zhì)量，破壞了城市的面貌，影響了各種生物的生存。水體發(fā)黑發(fā)臭還嚴(yán)重干擾了城市居民的生活環(huán)境，影響人們的身心健康及生活質(zhì)量。因此城市黑臭水體的有效整治刻不容緩。

1 黑臭水體的判定依據(jù)

根據(jù)黑臭程度的不同，將黑臭水體分為兩級(jí)，包括“輕度黑臭”和“重度黑臭”，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括透明度、溶解氧(DO)、氧化還原電位(ORP)和氨氮(NH4+-N)，見(jiàn)表1。

表1 城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[4]Table 1 Classification standard for pollution degree of urban black and foul water

目前，大多以水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)和人類(lèi)感官指標(biāo)作為城市黑臭水體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，雖然它在某種程度上能夠反映水體的黑臭情況，但是還不夠完善。需要與實(shí)際情況相結(jié)合，增加水體水生生物指標(biāo)來(lái)進(jìn)一步判別黑臭水體，例如可以通過(guò)采集黑臭水體中的大型底棲動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)和浮游動(dòng)植物等進(jìn)行指標(biāo)計(jì)算[5]。這是由于水體的狀況與水生生物的種類(lèi)和分布有著較大的關(guān)聯(lián)性，水生生物系統(tǒng)會(huì)隨著水體黑臭的程度而改變。但是目前關(guān)于此類(lèi)生物指標(biāo)判別標(biāo)準(zhǔn)的研究還較為缺乏，需要進(jìn)一步的研究。

2 黑臭水體成因分析

2.1 外源污染嚴(yán)重

沒(méi)有市政雨污水管網(wǎng)系統(tǒng)的地區(qū)，雨水和污水均通過(guò)岸邊的溝渠以及排口直排入水體，導(dǎo)致排污量增大，進(jìn)而超過(guò)了水體的自凈能力。一些老舊城區(qū)依然存在雨污合流的情況，使得合流管道中的污水直接排入水體中。對(duì)于新建設(shè)的城區(qū)，盡管多數(shù)都規(guī)劃設(shè)計(jì)并實(shí)施了雨污分流系統(tǒng)，但系統(tǒng)仍舊不完善甚至存在重大缺陷，例如部分小區(qū)內(nèi)建設(shè)了雨污分流系統(tǒng)，但是出小區(qū)后存在雨污混接以及與市政管網(wǎng)錯(cuò)接的問(wèn)題[6]。此外大部分地區(qū)缺乏初期雨水截留系統(tǒng)，大部分面源污染直接進(jìn)入水體，造成水體污染[7]；不少垃圾直接堆放在水體岸邊從而加劇了水質(zhì)的惡化。而且部分地區(qū)存在商業(yè)、工業(yè)廢水等直接排放或者混接進(jìn)入雨水管道，缺乏相應(yīng)的污染控制手段以及處理設(shè)備。

2.2 水系不暢通

部分河道的上游沒(méi)有水源，河道與河道之間沒(méi)有形成有效水力連通。上游河道沒(méi)有成形，出現(xiàn)斷頭河的現(xiàn)象，水流不暢。當(dāng)水系不暢或者流速較低的時(shí)候，水體的復(fù)氧能力降低，水質(zhì)惡化。大部分河道缺少引補(bǔ)水通道，只能通過(guò)區(qū)域范圍內(nèi)的雨水和污水補(bǔ)充河道，水動(dòng)力不足，其自凈能力隨之降低，加之河道周邊部分空間被侵占，周邊垃圾入河加劇了水環(huán)境的惡化[8]。

2.3 內(nèi)源污染難根除

底泥能給微生物生長(zhǎng)繁殖提供良好的棲身場(chǎng)所，在放線菌等微生物的代謝作用下，底泥會(huì)發(fā)生甲烷化以及反硝化等一系列反應(yīng)，氣體上浮因而帶動(dòng)底泥上浮，造成水體的二次污染[9]。此外，城市雨污管道中沉積物的存在同樣不可忽視，不僅降低了管道的排水能力，嚴(yán)重時(shí)可以堵塞管道甚至影響整個(gè)排水系統(tǒng)的運(yùn)行。內(nèi)源污染進(jìn)入水體后難以根除，且存在累積效應(yīng)，在長(zhǎng)時(shí)間下對(duì)水質(zhì)造成嚴(yán)重的影響。

2.4 護(hù)岸加重生態(tài)脆弱

城市水體對(duì)于雨水和防洪排澇起著極為重要的作用，是汛期城市安全排水的主力軍。所以在城市河道的建設(shè)中過(guò)分注重防洪排澇等功能，建設(shè)硬質(zhì)護(hù)岸，將河道設(shè)計(jì)成相對(duì)封閉的系統(tǒng)，使得河道與生態(tài)系統(tǒng)相隔離，導(dǎo)致城市河道的生態(tài)環(huán)境受到了一定程度上的破壞。硬質(zhì)護(hù)岸基本上使用混凝土和漿砌塊石等材料，隔絕了水體與外界之間的聯(lián)系，降低了水體的自凈能力和生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)能力[10]。此外河流生物多樣性較低以及生態(tài)系統(tǒng)退化，使得河道內(nèi)動(dòng)植物相應(yīng)減少，從而喪失一定的水體自凈能力。

2.5 維護(hù)管理水平低

企業(yè)與市民環(huán)保意識(shí)的薄弱以及管理部門(mén)運(yùn)行管理不到位的行為對(duì)黑臭水體的形成有一定的影響。環(huán)保意識(shí)薄弱體現(xiàn)在水體邊隨意堆放的垃圾，隨意亂排的污廢水，違規(guī)禽畜的養(yǎng)殖戶等[11]。這些現(xiàn)象的存在同時(shí)也從另一面反映出監(jiān)管不到位。水體管理涉及到水利、水環(huán)境、水文水資源等多個(gè)部門(mén)，各部門(mén)對(duì)自己所管理的任務(wù)尚不清晰，管理機(jī)制不夠完善，同時(shí)對(duì)水體沒(méi)有進(jìn)行長(zhǎng)期有效的監(jiān)控，從而加劇了黑臭水體的產(chǎn)生[12]。

3 黑臭水體整治中存在的問(wèn)題

3.1 黑臭原因不清楚

部分城市距2020年底前完成黑臭水體數(shù)量控制在10%以內(nèi)的治理目標(biāo)有不小差距，任務(wù)十分艱巨，因此不少城市在整治過(guò)程中存在著急功近利的心態(tài)。希望在較短的時(shí)間內(nèi)完成目標(biāo)任務(wù)，而沒(méi)有徹底系統(tǒng)地調(diào)查水體黑臭真正的原因。城市黑臭水體有復(fù)雜的成因和眾多的影響因素[13]，在整治黑臭水體之前，只是粗略地調(diào)查了一些水質(zhì)現(xiàn)狀以及排口等表面上的情況，而水體黑臭的真實(shí)原因沒(méi)有能全面地調(diào)查清楚。較為系統(tǒng)確切的做法是，應(yīng)該從水體匯水區(qū)的尺度進(jìn)行系統(tǒng)地排查，調(diào)查出進(jìn)入水體的污染源種類(lèi)和水體自身的內(nèi)源污染、水生態(tài)本底以及整體水系情況等[14]。如果水體黑臭的原因調(diào)查不徹底，會(huì)導(dǎo)致后續(xù)水體治理工作針對(duì)性不足，難以根本上解決黑臭問(wèn)題。

3.2 控源截污不到位

我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但是基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)卻跟不上發(fā)展的步伐[15]?？卦唇匚蹎?wèn)題其一體現(xiàn)在不完善的排水管網(wǎng)運(yùn)維機(jī)制，許多城市排水管網(wǎng)的管理依舊側(cè)重于應(yīng)急搶險(xiǎn)，常常忽略排水管網(wǎng)的日常維護(hù)管理，其行為治標(biāo)不治本；其二體現(xiàn)在突出的合流制溢流污染問(wèn)題，在截流倍數(shù)較小的情況下，當(dāng)超出合流制排水系統(tǒng)排水能力的時(shí)候，此時(shí)就會(huì)發(fā)生合流制管道溢流的問(wèn)題。其三體現(xiàn)在污水收集及處理能力不足，在某些地區(qū)污水收集不全面，導(dǎo)致部分污水和大量污染物進(jìn)入水體；處理設(shè)施不夠完善，造成收集來(lái)的污水不能得到及時(shí)有效的處理，尾水污染嚴(yán)重。

3.3 管理機(jī)制不完善

我國(guó)眾多河流中有多數(shù)河流都存在跨省、跨地區(qū)、跨流域的污染問(wèn)題，這就需要健全的跨流域協(xié)調(diào)機(jī)制以及完善的制度化設(shè)計(jì)等[16]，比如說(shuō)各河流以各自的環(huán)境容量制定污染物排放量的機(jī)制；各區(qū)域負(fù)責(zé)加強(qiáng)監(jiān)控各自水域的排放情況和水體的變化情況；加強(qiáng)水利、水環(huán)境、水文水資源等部門(mén)對(duì)水體進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)的管理等。目前的黑臭水體整治多由一個(gè)部門(mén)牽頭，工程實(shí)施過(guò)程中及建成后，往往缺少系統(tǒng)協(xié)調(diào)的管理，工程整治效果難以維持。

4 黑臭水體整治技術(shù)

城市黑臭水體整治技術(shù)應(yīng)該結(jié)合水體污染特征因地制宜地選擇，處理技術(shù)要保證一定的持久性，安全性和可靠性[17]。

4.1 物理處理技術(shù)

4.1.1 控源截污技術(shù) 控源截污技術(shù)主要包括兩項(xiàng)技術(shù)，即截污納管和城市面源污染控制。截污納管指將污水截流納入污水截污收集管系統(tǒng)，從而進(jìn)行集中處理。它是對(duì)源頭污染進(jìn)行嚴(yán)格控制，是黑臭水體整治的根本措施。它通過(guò)完善城市雨污管網(wǎng)體系，即鋪設(shè)污水截流管線、溝渠等，并合理設(shè)置提升泵站，將污水截流納入城市管網(wǎng)收集系統(tǒng)，最終進(jìn)入城市污水處理廠。但是管網(wǎng)的構(gòu)建工程量大，地下管道破損具有隱蔽性的缺點(diǎn)，可以結(jié)合近遠(yuǎn)期規(guī)劃進(jìn)行建設(shè)工作[18]。

面源污染控制是通過(guò)控制雨水徑流中的污染物含量，從而降低水體的外源污染負(fù)荷。由于海綿城市與黑臭水體的整治技術(shù)在面源污染控制中有些許相似之處，因此可以將海綿城市“慢排緩釋”和黑臭水體“源頭控制”的整治概念相結(jié)合，把70%的雨水污染留在源頭?？梢酝ㄟ^(guò)增加截留井和調(diào)蓄池，建立雨水收集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)初期雨水全收集，并且可以利用植物的吸附，砂濾層的過(guò)濾來(lái)凈化初期雨水，同時(shí)可以結(jié)合低影響開(kāi)發(fā)技術(shù)進(jìn)行治理，如采用滲透鋪裝、雨水花園和植被淺溝等。通過(guò)研究表明，低影響開(kāi)發(fā)雨水系統(tǒng)能夠相應(yīng)地降低水體的污染負(fù)荷，其懸浮物的去除率可達(dá)到40%～60%[19]。澳門(mén)與珠海交匯處的鴨涌河工程項(xiàng)目有一個(gè)地下式雨水站，將污泥出水的含水率降低到80%以下，并且還可有效去除水體中的SS、COD、BOD5和TP[20]。

4.1.2 內(nèi)源控制技術(shù) 內(nèi)源污染就是水體“內(nèi)部”的污染物，主要通過(guò)底泥疏浚的方式達(dá)到。底泥疏浚就是去除河底受到污染的淤泥，從而減少污染物負(fù)荷[21]。但是在進(jìn)行底泥疏浚作業(yè)的同時(shí)，有可能會(huì)使底泥中沉積的污染物、微生物以及河底生物帶到水體中去，破壞原本平衡的生態(tài)系統(tǒng)，進(jìn)而不乏出現(xiàn)新的問(wèn)題[22]。昆山市古仙江、廟灣江、花園河內(nèi)源治理時(shí)生態(tài)清淤量達(dá)到21 094 m3[23]，有效削減了河道的內(nèi)源污染。

4.1.3 增氣曝氣技術(shù) 通過(guò)向水體中充入氧氣來(lái)增加水體復(fù)氧的速度，從而增加水體中溶解氧含量，同時(shí)使好氧微生物活力增強(qiáng)，水體中致黑污染物負(fù)荷減少，使河流得到凈化[24]。一般分為固定式充氧站(鼓風(fēng)曝氣，機(jī)械曝氣)和移動(dòng)式充氧平臺(tái)(曝氣船)。張紹君等[25]采用純氧曝氣技術(shù)對(duì)東莞市石碣鎮(zhèn)中心河進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明，河水色度可降到15～20，嗅閾值降到5，并且達(dá)到景觀水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。王美麗等[26]研究了曝氣對(duì)黑臭水體污染物釋放的影響，研究表明，曝氣加快了底泥污染物釋放的速度，并且隨著水體中DO量的增加，水體污染物濃度迅速下降。

4.1.4 補(bǔ)水活水技術(shù) 將潔凈水源補(bǔ)充到黑臭水體中以增加河道的生態(tài)水量，從而使得河道中的污染物稀釋分解。此技術(shù)還改善了河流的水利條件進(jìn)而使水體的環(huán)境容量增大。此外還可以加強(qiáng)水體自身循環(huán)，在水動(dòng)力條件較差的河段，可增加水流速度，增強(qiáng)水體復(fù)氧的能力，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的。在使用該技術(shù)的時(shí)候一般選取中水或雨水以避免干凈水源的過(guò)度浪費(fèi)。此外還可以抽取其它水質(zhì)條件比較良好的地表水[27]。

4.2 化學(xué)處理技術(shù)

通過(guò)投加化學(xué)試劑來(lái)對(duì)水體中的污染物進(jìn)行絮凝[28]、氧化和沉淀作用以提高水體的透明度。使用的化學(xué)試劑包括氧化劑H2O2、CaO2等、化學(xué)絮凝劑Al鹽、Fe鹽等、化學(xué)沉淀劑CaO等。徐垚等[29]以注射、覆蓋、混勻3種方式將CaO2投加在底泥中，研究其對(duì)內(nèi)源磷的釋放影響，結(jié)果表明，CaO2使有機(jī)磷的礦化速度提高，同時(shí)注射方式抑制了底泥內(nèi)源磷的釋放。魯秀國(guó)等[30]通過(guò)自制聚硅酸氯化鐵(PFSC)研究其在黑臭水體中的應(yīng)用，結(jié)果表明，當(dāng)PFSC的投加量為600 mg/L，黑臭水體pH值為8.4時(shí)處理效果最好，水體中COD和濁度去除率分別達(dá)到59.1%和92.5%?？偟膩?lái)說(shuō)，化學(xué)處理技術(shù)可以在短時(shí)間中將水質(zhì)的污染迅速降低，對(duì)感官感受有較大的改善，具有較明顯的整治效果。但是此方法不能從根本上解決水體黑臭的問(wèn)題，并且容易引發(fā)二次污染。

4.3 生物生態(tài)處理技術(shù)

4.3.1 人工濕地 人工濕地是通過(guò)在河道種植沉水、挺水、浮水植物等措施，利用基質(zhì)-微生物-植物生態(tài)系統(tǒng)去除水體中污染物的一種技術(shù)[31]。它具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，即能夠在不需要能源投入的前提下得到優(yōu)質(zhì)出水，可以有效改善河流水體環(huán)境，同時(shí)可以降低運(yùn)行費(fèi)用[32]。在黑臭水體建造人工濕地，不僅可以改善水質(zhì)還具有景觀效益[33]。但是人工濕地占地面積大，在冬季寒冷時(shí)期其處理效率有所降低，同時(shí)在此時(shí)期要及時(shí)地收割植物殘?bào)w，以防植物殘?bào)w發(fā)生腐爛后會(huì)向水中釋放污染物和耗費(fèi)水體氧氣。但是季節(jié)性生物殘?bào)w和水面漂浮物的清潔成本相對(duì)較高，并且難以進(jìn)行后期維護(hù)。林少華等[34]研究發(fā)現(xiàn)，人工濕地和生態(tài)溝渠對(duì)水體中氮磷等污染物具有良好的降解作用。李真等[35]研究了垂直流人工濕地對(duì)黑臭水體中磷的去除效果，結(jié)果表明，磷去除可達(dá)到58.13%～83.25%；但在夏季水溫較高時(shí)，去除率較高；在冬季水溫較低時(shí)，去除率低，且若植物枯萎后不及時(shí)處理易造成二次污染。

4.3.2 生態(tài)浮床 生態(tài)浮床即人工浮島，是一種利用微生物-水生動(dòng)物-水生植物組成的以水生植物群落為核心的水生生態(tài)系統(tǒng)，能夠充分發(fā)揮水生生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)功能[36]。其優(yōu)點(diǎn)有：經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可有效處理氨氮和有機(jī)物，可改善動(dòng)植物生長(zhǎng)環(huán)境，恢復(fù)自然生態(tài)平衡等。姬芬等[37]研究了立體生態(tài)浮床的運(yùn)行效果，結(jié)果表明，浮床在一年的試驗(yàn)周期后依舊有良好的狀態(tài)，對(duì)污染物TN和NH4+-N的去除效果較好，去除率分別高達(dá)94.2%和93.0%。

4.3.4 生物膜技術(shù) 生物膜由大量微生物菌落及其代謝產(chǎn)物等附著的填料形成，用于處理污水。生物膜的特點(diǎn)主要有：有機(jī)物去除效率高、高負(fù)荷工作、污泥量少等。董甜甜等[40]對(duì)固定生物膜技術(shù)處理黑臭河水進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，固定生物膜在未曝氣條件下處理20 d對(duì)COD、濁度、NH4+-N和TP去除率分別為42.36%,79.29%,96.44%和85.04%。

4.3.5 生物生態(tài)組合工藝技術(shù) 在實(shí)際黑臭水體的處理過(guò)程中，可選擇其中一種技術(shù)，或?qū)煞N甚至多種技術(shù)組合應(yīng)用來(lái)達(dá)到最優(yōu)化的處理效果。郭煒超等[41]研究了一種結(jié)合了生態(tài)沉床和人工濕地優(yōu)點(diǎn)的基質(zhì)級(jí)配方式對(duì)生態(tài)介質(zhì)箱修復(fù)黑臭水體的效果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，隨著修復(fù)時(shí)間的增長(zhǎng)，不同級(jí)配方式的生態(tài)介質(zhì)箱對(duì)各污染物的去除率均有所提高，其中對(duì)總氮(TN)、氨氮(NH4+-N)、總磷(TP)和CODMn的最高去除率分別為69.07%,87.34%,66.95%和89.3%。李婧等[42]采用生態(tài)礫石床和植物碎石床組合技術(shù)對(duì)城市黑臭水體治理進(jìn)行研究，結(jié)果表明，該組合技術(shù)對(duì)黑臭水體的去污效果比較明顯；當(dāng)原水COD≤60 mg/L、NH4+-N≤3.0 mg/L時(shí)，該組合技術(shù)對(duì)COD、氨氮的平均去除率分別為47%和50%。

5 結(jié)論與思考

城市黑臭水體是亟待解決的水污染問(wèn)題之一，其存在判別標(biāo)準(zhǔn)多樣，成因復(fù)雜，整治效果難以持久等問(wèn)題。因此，針對(duì)黑臭水體整治的發(fā)展提出了以下幾點(diǎn)思考：(1)黑臭水體大多以水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)和人類(lèi)感官指標(biāo)為判別標(biāo)準(zhǔn)，但還不夠完善，需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)水生生物指標(biāo)判別的研究。(2)對(duì)黑臭水體進(jìn)行整治時(shí)需要找準(zhǔn)其形成的主要原因，從源頭治理。(3)黑臭水體在整治的過(guò)程中，注重外源和內(nèi)源污染控制的同時(shí)，需確定針對(duì)性較強(qiáng)的整治方案，可以通過(guò)物理、化學(xué)和生物生態(tài)整治技術(shù)分析，必要時(shí)采取組合工藝技術(shù)對(duì)其進(jìn)行水體修復(fù)。(4)需要對(duì)水體進(jìn)行合理有效的長(zhǎng)效管理，杜絕水體返黑、水質(zhì)反復(fù)惡化的現(xiàn)象。