城市黑臭水體治理技術及其發展趨勢

楊傳忠，牛瑞勝，廖慶花，郭倩倩，王杰

（華夏碧水環保科技有限公司，河南 鄭州450008）

城市水體是城市生態系統的一個重要組成部分，具有水體循環、防洪排澇、改善城市氣候等多種功能，是城市的綠色可持續發展的重要保障。近年來，隨著城鎮化進程的加快，污水排放量不斷增加，導致河水COD，N，P 等有機質以及Fe，Mn 等有害金屬濃度超標，超出河水的自凈能力，造成城市水體水質日益惡化[1]。目前黑臭水體已成為我國大部分城市水環境普遍存在的問題。

基于國內外黑臭水體的研究，結合具體案例，對城市黑臭水體的治理方法進行了概括，并對未來城市黑臭水體治理技術的發展方向進行了論述與展望。

1 黑臭水體污染治理現狀

黑臭水體不僅影響市容市貌，甚至危害居民的身心健康，已經成為制約我國經濟發展，影響我國城市形象以及生態安全的重大問題。近年來，我國在黑臭水體治理方面出臺了許多政策法規，但由于水體黑臭問題由來已久，存量較大，其治理困難，并且已恢復生態功能的水體的保持，防止黑臭問題反彈，也是黑臭水體治理的一個巨大考驗。目前，我國黑臭水體的治理已取得積極成效，2018年我國各省市黑臭水體數量及完成情況如圖1，2019年我國黑臭水體治理將進入攻堅階段。

圖1 我國黑臭水體治理現狀

2 黑臭水體治理技術

2.1 評價指標

根據《城市黑臭水體整治工作指南》，城市黑臭水體的評價指標包括：氧化還原電位（ORP）、透明度、溶解氧（Do）、氨氮（NH3-N），其污染程度分級標準見表1。

表1 城市黑臭水體污染程度分級標準

2.2 黑臭水體治理技術

目前針對黑臭水體的治理技術可簡單劃分為物理法、化學法、生物生態修復法。

2.2.1 物理治理技術

水體黑臭的本質是污染物濃度超出水體的自凈能力。物理法是根據污染物的來源，或調動其他水域水體參與等采取的一系列措施，例如截污清淤、人工曝氣增氧、調水稀釋等，能夠實現大面積削減水體污染物。

曝氣充氧技術是指在適當位置對河道水體進行人工曝氣充氧，使有機質氧化明顯，進而消除黑臭現象，具有投資少、見效快等優點。趙振等[2]提出了一種低強度曝氣的方法修復黑臭水體，與間歇曝氣、連續曝氣相比，NH3-N 去除率在90%以上時，低強度曝氣能耗僅為連續曝氣的10%，間歇曝氣的25%，證明了低強度曝氣的技術可行性。曝氣充氧技術提高了河水的可生化性，促進有機質的氧化降解，然而這一技術并不能徹底解決水體的黑臭問題，將曝氣充氧技術與其他方法聯用可取得較好效果。劉蘭等[3]實驗發現，單獨曝氣作用下，黑臭水體的濁度，COD，BOD5，NH3-N 及TP的去除率分別達50%，45%，50%，30%，90%左右，將曝氣充氧技術和化學氧化法聯合應用，水體濁度，COD，BOD5，NH3-N 及TP 的去除率分別達到95%，85%，90%，85%，90%左右，且常規指標均能達到V 類水體水質標準，與單獨曝氣相比，凈化效果顯著提升。

此外，底泥疏浚法治理黑臭水體也有很好的效果，隨著輕質疏浚材料的發展，以及科學疏浚清淤方法的完善，疏浚對水體產生的二次污染影響越來越小。然而底泥疏浚技術能否從根本上治理黑臭水體、改善水環境仍存在很大爭議。

引水稀釋法是通過稀釋污染物，利用水的動力強化修復黑臭水體。這一方法有一定的局限性，并且調水過程中原有水質的保養也是不可忽視的問題。水中的微生物對外界環境較為敏感，如何在調水過程中保持跟原有水體相差無幾的環境條件，也制約了引水稀釋法發展的可操作性。物理治理技術優缺點概括見表2。

表2 物理治理技術優缺點概括

2.2.2 化學治理技術

化學治理技術是向黑臭水體中投加化學藥劑，化學藥劑與水體中的污染物發生混凝、絮凝或化學沉淀等反應，使得污染物從水體中分離，或氧化降解成無毒的物質。化學治理技術可以在較短時間內快速降低水體污染物含量，治理效果顯著。常用的化學藥劑主要包括石灰、Ca（OH）2、過氧化鈣（CaO2）等。李亮等[4]研究了CaO2在黑臭水體中的應用，發現CaO2能促進微生物對腐殖質膠體的降解及水體氧化還原電位提高，使S2-氧化為SO42-，從而減少嗅味化合物的生成，有效抑制河道水體發臭。同時CaO2還能通過促進生物降解及強化化學沉淀的方式，去除水體中的N，P 元素。有研究發現CaO2對于黑臭水體中的有機污染物[5]、重金屬離子如As5+，Fe2+，Mn2+等也具有較好的修復作用。但是單純的化學治理技術同樣不能保持水體水質的長期穩定，容易造成黑臭問題反彈，并且化學藥劑費用高，同時外來化學物質可能會對水環境造成二次生態污染，不能從根本上治理污染，恢復水體的生態功能，因此大多用于黑臭水體嚴重的小型封閉水體[6]。

2.2.3 生物生態治理技術

黑臭水體治理的最終目的是修復水體的生態環境，恢復水體原有的功能面貌。生物生態治理技術是利用微生物、植物等的新陳代謝作用對水體中的有機物，N 和P 等污染物進行轉移、轉化和降解，進而改善水體水質，同時構建具有完整營養結構的水生生態系統，從根本上恢復水體功能，是近年來國內外發展較快的一種水體治理技術，具有安全持久、穩定有效、綠化環境、改善景觀等優點。

現階段的生物生態治理技術大致分為以下3 個方向。

2.2.3.1 微生物修復技術

微生物修復技術目前主要有兩種途徑：（1）向黑臭水體中投加微生物制劑或酶制劑；（2）投加由多種可降解污染物的酶以及促進微生物生長的維生素、微量元素、有機酸等組成的生物激活制劑。

微生物修復技術具有條件溫和、過程穩定、操作簡單等優點，與其他方法聯用時凈化效果明顯。於建明等[7]根據寧波市中塘河支流黑臭水體溶解氧含量低、土著生物少、底質污染嚴重等的污染現狀，設計人工曝氣充氧、種植水生植物、構建水生微生物種群等措施對該水體進行深度治理，有效地去除了水體中的有機物、NH3-N 和TP 等污染物，同時增加了水體溶解氧量及透明度。微生物繁殖速度快，培養周期短，并且能降解環境中大部分有機物，其治理范圍廣，有利于水體水質保持穩定，然而微生物修復法易受環境因素，如溫度、pH 值和Do 等的影響，其治理效果一般，并且外來菌種易與水體中的土著微生物存在生存競爭，導致土著微生物活性及生物量降低，進而影響水體修復效果。

2.2.3.2 生物膜法

生物膜技術是將附著微生物的薄膜投加到黑臭水體當中，是一種“附著生長型”污水處理方法，例如礫石接觸氧化法、排水溝（渠）的接觸氧化法等。生物膜上的微生物群在與污水接觸過程中，通過截留、吸附、降解等多種手段去除水體污染物，改善黑臭水體水質。微生物薄膜與單獨的微生物個體相比，接觸面積大，且微生物濃度高，處理效率高，對水質與水量變化有著很強的適應能力，近年來，生物膜技術日益受到重視。高尚等[8]運用生物膜法與人工濕地技術聯用的生物凈化槽修復上海市普陀區黑臭水體，試驗結果表明，生物凈化槽對BOD5，CODCr，NH3-N 和TP 的平均去除率分別為37.0%，34.8%，34.7%，26.7%，能夠較好地實現黑臭水體的生態修復。

2.2.3.3 水生植物凈化技術

水生植物凈化技術不僅能改善水質條件，同時具有景觀效果，是近年來黑臭水體治理中應用較多的生態治理技術[9]。水生植物吸收水體中的污染物作為營養物質，并降解為無害的物質，同時增加水體溶解氧，并且植物發達的根系具有巨大的截污能力，水生植物能與根系周圍繁殖的好氧細菌形成生物過濾體系，進一步凈化水體。常用的植物凈化技術包括人工濕地、氧化塘、生態浮床等。蔡佩英等[10]研究了9 種常見的水生植物對模擬污水中N 和P 的凈化效果，結果表明，9 種水生植物對NH3-N、總N、總P 的去除率效果較好，鳳眼蓮、空心蓮子草、茭白對N 和P 有較好的去除效果。

人工濕地凈化技術是將污水引至人工建造的濕地上，在填料上種植篩選出的植物，從而形成一個獨特的動植物生態環境，利用植物的根系及其周圍的土壤微生物聯合對污水進行凈化，污水流經濕地時，污染物被填料及植物根系阻擋攔截，通過生物膜的新陳代謝作用被去除[9]。人工濕地對COD 和BOD 有較高的去除率，吸附率大多在80%～90%，人工濕地凈化城市污水的研究表明[11]，進水濃度較低的情況下，人工濕地對BOD5的去除率可達85%～95%，對COD 的去除率達80%，SS 小于20 mg/L。

生物氧化塘是一種利用微生物與藻類兩種生物間的協同作用處理污水的自然生態系統，是黑臭水體治理的有效預處理措施。具有基建投資少、耗能小、處理費用低、運行管理簡單、占地面積小等優點[12]。江棟等[13]利用氧化塘修復廣東古廖涌水體時發現黑臭水體在氧化塘出水口形成由魚類、藻類、浮游動物、原生動物組成的復雜生態系統，CODcr 去除率在50%以上，NH3-N，TN，TP 的去除率分別在40%，35%，40%以上。然而生物氧化塘的凈化效果易受溫度、光照、進水性質、降雨量等環境因素的影響，其應用范圍有一定的局限性。

生物生態治理技術優缺點概括見表3。

3 黑臭水體治理技術發展趨勢

城市黑臭水體的治理是一個綜合且復雜的系統工程，影響因素眾多，治理難度極大，實際治理中還存在較多問題，為保證城市水體的長治久清，需探索更好的綜合治理措施。

3.1 加強污染源控制

控制污染源是治理黑臭水體的前提，經城市管網收集的生活污水、工業廢水的高效脫氮、除磷、除碳技術將是城市黑臭水體的一個發展方向，并且如何有效利用截流控污、城市地表徑流，從而加強污染面源控制，將是黑臭水體治理的發展趨勢。

3.2 探索更好的治理技術組合

各種技術都有其處理對象以及適用范圍。不同的污染水體有其自身的特性及環境條件，系統、客觀地分析各種技術的適用條件，結合黑臭水體的成因、水質特征，將各種治理技術組合，優選綜合治理方案，以發揮治理技術的最佳利用價值。

表3 生物生態治理技術優缺點概括

3.3 改善生物生態技術

生物生態治理方法效果顯著、經濟高效、過程穩定，能從根本上治理黑臭水體污染。但實際應用中發現，微生物生長周期長，適應能力差；植物容易受氣候、病蟲害的影響，在實際治理過程中難以實現穩定控制。因此，生物生態治理技術需要進一步優化，提高微生物、植物的適應性，通過植物組合等降低對氣候的要求，減少對環境條件的依賴，將是下一步的研究重點。

4 結語

近年來，我國對黑臭水體的治理力度逐漸加大，城市黑臭水體得到很大程度的改善，但治理過程中仍存在許多問題，并且黑臭水體的污染由來已久，其成因復雜，污染性質各異，因此治理過程中需結合當地的水質特征及水體狀態，選擇適宜的治理技術措施，爭取利用較低的成本，達到最好的治理效果。