城市黑臭河道治理技術路線及存在問題淺析

吳澤昊

（江蘇省徐州市第一中學 江蘇徐州 221000）

1 城市黑臭河道概述

1.1 城市黑臭河道的定義及形成原因

城市河道的黑臭現象表明該河流已經污染到了“極致”，是水體顏色和氣味呈現的具體表現，是河道污染到嚴重程度的一種客觀體現，根據地表水水質評價標準（GB3838-2002）黑臭河道的水質屬于劣V類水體。城市黑臭河道，顧名思義是指顏色呈黑色，散發臭味的城市河道。河道水體黑臭的原因主要為水體中有機質含量較高，大量有機質的氧化分解，消耗了水體中的溶解氧，使得水體中的溶解氧含量較低，處于厭氧狀態（較強的還原性質）。厭氧條件下，水體中的厭氧微生物將有機質分解為硫化氫、甲烷或氨氣等氣體，這些氣體是水體臭味的來源[1]。有機質的分解（碳化）是水體呈黑色的主要原因。另外，城市黑臭河道還表現有以下特點：氮磷濃度偏高（富營養化），水生浮游植物、水生植物（沉水植物、挺水植物、浮水植物）、水生動物（魚類、底棲）基本絕跡，食物鏈斷裂，水生生態系統結構破壞，河道生態功能喪失，黑臭河道在城市中完全成為藏污納垢的場所。

國外較早出現的城市黑臭河道主要有20世紀中期的英國泰晤士河，20世紀70年代美國的芝加哥河、特拉華河，德國的萊茵河。國內較早出現的城市黑臭河道主要為20世紀80年代的上海市蘇州河[2]。目前，相比于西方發達國家，我國城市河流黑臭問題要嚴重很多。黑臭河流的形成過程較長，并非一蹴而就，形成原因主要有一下幾個方面：①污染物的匯入，由于企業工廠污水處理廠、市政污水廠以及城市管網建設的滯后，導致相當比重的污水、廢水直接排入城市河道，污染了河道水體，顯著降低了水體水質；②河道的硬質化，由于人們對河道生態系統、河道自凈能力的認知不夠，一段時間內城市河道兩岸甚至河底被廣泛使用混凝土、石板等硬質材料覆蓋，隔斷了水體和兩岸、河底的信息交換，破壞了河道的生態系統結構，導致的生態系統的破壞以及河流自凈能力的降低；③河道水動力較弱，“流水不腐”說明了水動力對于河流的重要性，水動力較強，水動力較為復雜（紊流、層流交互）的河流是其水體自凈能力的重要基礎。由于城市建設用地的需要，一些城市河道被裁彎取直（河道形狀簡單）甚至被直接填埋，同時，由于對城市洪澇災害防治工作的開展，一段時間內城市河道建設和很多閘壩和泵站，水動力強度減弱，水動力復雜程度降低，河道水動力喪失，水體自凈能力顯著降低，進一步加劇了水體的污染程度。綜合以上三種原因，最終產生了大量的城市黑臭河道。

1.2 城市黑臭河道治理的重要意義

城市黑臭河道嚴重影響著城市的宜居環境、附近居民的生活質量，尤其夏季溫度較高時，河道的黑臭現象更加嚴重，硫化氫、氨氣等臭味氣體能夠顯著影響到附近居民的生活、甚至健康[3]。城市黑臭河流的有效治理，一方面能夠直接改善附近居民的生活環境，另一方面也能夠提高流域（區域）經濟（地產、旅游）開發價值。同時，城市黑臭河道的有效治理，也是目前國家大力提倡的海綿城市建設、生態文明社會建設的重要組成部分。

2 城市黑臭河道治理的技術路線

根據黑臭河道形成原因，城市黑臭河道的主流治理技術路線為：河道污染源的控制、河道水體的凈化以及河岸帶的生態修復和景觀營造。

2.1 污染源的有效控制

2.1.1 外源污染的控制

城市河道的外源污染主要來源于初期雨水和未經處理的工業、生活污水的直接排放[4]。降雨初期，初期雨水徑流匯集了城市地表眾多的污染物質進入河道，初期降雨攜帶的污染負荷較大，能夠短期內顯著降低河道水質。目前，我國城市的市政管網主要為雨污河流形式，非降雨其污水能夠進入城市污水廠經過處理后排放到河道，同時由于部分地區的管網污水收集率較低，部分生活污水未經處理直接排入河道。另外，一些企業的偷排現象也是目前河道外源污染的主要來源之一。雨水期，初期雨水的污染負荷較重，初期雨水進入污水廠導致污水廠進水水質劇烈變化，為維持污水廠的正常運行尤其微生物脫氮除磷環節微生物的穩定和活性，該部分污水可能會直接排放到河道，而后期雨水量較大時，雨水和污水一起進入到污水廠，嚴重超出了污水廠的處理能力，污水廠被迫選擇將污水和雨水的混合體直接排放到城市河道。因此，城市雨污分流管網的改造尤其重要，雨污分流之后，在降雨期，雨水通過雨水管道進入排放到河道，不會與生活污水合流進入市政污水廠。另外，雨水管道設置儲水池將初期雨水進行存儲后進行凈化處理。目前，雨污分流工程實施的面臨的主要問題是投資巨大和雨污分流的效果有待進一步提高。另外為了解決生活污水的漏排問題，沿河兩岸的截污管道也是外源污染的有效控制措施之一。

2.1.2 內源污染的去除

內源污染的控制與外源污染的控制同樣重要，只有外源和內源污染同時有效控制的基礎上才能有效控制污染源。污染源的有效控制則是水體凈化技術和河岸帶生態修復技術的基礎和前提。內源污染主要為河道沉積物中的污染物質。沉積物是各種污染物質在水環境中的最終歸宿。長期匯入到城市黑臭河道中的各種污染物質最終會吸附在沉積物表面或隨懸浮物質沉降到沉積物中。內源污染的去除主要為清淤-清除黑臭河道被污染的沉積物。在清淤之前，首先應該進行的工作是河道沉積物污染層厚度的調研、沉積物中污染物（有機質、重金屬、氮、磷的污染程度和污染分布特征）以及清除深度的計算。河道沉積物在受納河道水體污染物的同時，也是河道水生態系統中沉水植物、底棲生物以及微生物群落的棲息場所，因此清淤并非簡單的將河道沉積物徹底清楚。有清淤工程表明過度的清淤使得河道微生物群落、沉水植物和底棲生物的消失，河道無法形成完整的生態系統，河道黑臭問題并不能有效解決。目前河道清淤的主要工具為環保絞吸式挖泥船和環保斗式挖泥船，污染沉積物的輸送方式主要為管道輸送、汽車輸送以及船舶輸送。

2.2 水體凈化技術

2.2.1 水體富氧

城市河道黑臭化的主要原因之一為水體中氧氣濃度極低。因此，在有效控制和消除城市河道外源和內源污染的基礎上，河道水體的富氧尤為重要。河道水體富氧的方式主要有曝氣船、固定式曝氣裝置、自然跌水等。水體氧氣含量的顯著增加，是水生植物、水生動物、微生物等生存的前提和必要條件，否則一切生態修復技術無從談起。因此，水體富氧這一環節是后續水體凈化技術實施的基礎和前提。

2.2.2 水生植物的種植

水生植物是水生生態系統中的主要生產者，是河道水體修復過程中人類能夠重復參與補救、實施技術措施的一個重要環節。目前，水中水生植物分為間接和直接種植兩種。具體的為間接的生態浮床和直接的在水體中進行種植。目前生態浮床水生植物的種植主要為一些富集氮磷能力強、耐水、觀賞性強的植物，同時生態浮床下方設有微生物球對水中的有機污染物、氮、磷等污染物質進行吸附、降解等。水中直接種植的水生植物主要為沉水植物、浮水植物和挺水植物。沉水植物主要根據河道底質（基底）情況進行種植，浮水植物主要根據水質情況進行選擇，挺水植物對水深有要求，因此挺水植物一般種植在距離岸邊較勁的水域。常用的沉水植物有黃絲草、伊樂草等，浮水植物有水龍草、萍蓬草、水葫蘆等，挺水植物有蘆葦、菖蒲等。

2.2.3 微生物群落恢復

微生物群落是生態系統中的分解者，能夠將動植物殘體、有機污染物等分解，將有機物分解為無機物，促進了生源要素等的循環。城市黑臭河道水體中微生物群落結構單一，基本喪失分解者的功能，因此需要向水體中投加微生物制劑，增加水體微生物群落豐富度，提高河道水體分解生產者和消費者的能力。

2.2.4 水生動物的投放

水生動物例如魚類、底棲生物等是水生生態系統中的主要消費者，能夠消費河道水生植物這一生產者生產的物質，促進系統中物質的循環，有利于水生生態系統的快速恢復，提高河道水體的自凈能力。在河道水體生態修復過程中，根據水質、水量、水深、河道底質（基底）等因素，最終確定投放的水生動物種類和數量等。用于水體生態系統修復的水生動物主要有四大家魚、河蚌、河蜆、河蝦。

2.3 河岸帶生態修復和景觀營造

城市河道河岸帶的生態修復和景觀營造的主要目的為修復被破壞的河岸帶，實現河岸帶和水體的信息交換，同時增加城市河道附近居民與河道水體親近的機會，提高城市居民尤其河道附近居民的生活環境和生活質量。

2.3.1 生態河岸帶的建設

河岸帶是是河道生態系統重要組成部分，具有安全防護、生態、景觀等綜合功能。目前城市河岸帶存在的問題主要為由于城鎮化進程的推進，很多城市河道河岸帶被占用，甚至被垂直硬質護岸替代，嚴重破壞了河道河岸帶。針對河岸帶存在的不同問題，河岸帶的生態修復方法主要有垂直駁岸活枝捆生態護岸成型技術、硬質光滑護岸體表面改造技術等。

2.3.2 親水河岸的建設

城市黑臭河道治理的目的之一為提高城市居民與河道水體之間的接觸，提高水體的親水性，實現“人水和諧”。目前，親水性河岸主要通過降低河岸坡度、延伸河岸平臺、建設親水型走道實現。另外，河道形狀由單一的直線形狀部分恢復為自然的蜿蜒形狀也是提高河道景觀的有效措施之一。

3 當前黑臭河道治理亟需解決的問題

3.1 技術層面存在問題

目前，城市黑臭河道治理的壓力較大，黑臭河道修復的技術目前尚處于較為“粗糙”的階段，例如清淤過程底泥中有機質、氮、磷等大量釋放的問題、生態浮床凈化能力較弱等問題。更加精細，更加有針對性的河道吸附技術，尤其生態修復技術需要投入更多的精力進行研發。

3.2 管理維護存在問題

城市黑臭河道經過前期一系列措施之后，短期內城市河道在感官（河水顏色、透明度、氣味、水景觀以及親水性）和典型水質指標（有機質、總氮、總磷等）都會有顯著的改善。但由于后期的維護管理環節的不科學甚至缺少后期的維護管理，導致城市河道在一段時間后又回到了治理之前黑臭的情況。例如，維護管理中缺少對凋落和死亡水生植物定期打撈和收割，使得城市河道里用于恢復河道水生態系統的水生植物殘枝進入水體腐敗后提高了河道中有機質的濃度。另外由于城市雨水管網和污水管網后期維護的不到位，導致一場強降雨后城市河道中污染負荷的突然增加，河道水質短期內迅速下降。以上類似問題的存在因為缺少維護管理所需資金的持續投入。

3.3 資金投入存在問題

在城市黑臭河道治理的可研、規劃、設計、施工、后期維護等過程所需資金投入巨大，例如一條中小型河流每千米的治理總費用在2500萬元左右[5]。而黑臭河道的治理的費用主要來源于政府的財政投入。雖然政府對于城市黑臭河道、海綿城市建設等公益性項目體提倡“PPP”的資金投入方式，但是效果并不明顯。因此，對于財政收入尚不能支撐城市黑臭河道治理的地方，政府應該探索更多新方式資金的投入。例如，收取污染城市河道企業的河道治理專項資金、河道附近房地產、娛樂等企業的資金援助、社會捐助、群眾參與等。

結語

城市黑臭河道治理問題在短期內（5-10年）內尚不能徹底解決，其主要原因為我國城市黑臭河流眾多，需要“一河一策”的精心設計和細致施工。另外，目前經過治理的部分黑臭河道由于治理技術和后期管理的不到位，后期重新恢復為黑臭河道。因此城市黑臭河道仍需較長時間的持續治理，其中包括治理新技術的研發和治理新理念的提出。城市黑臭河道問題徹底解決，實現城市人水和諧，岸綠、水清的水生態文明的目標，任重道遠。