我國城市河道水體黑臭的成因與原位修復技術探討

摘要：城市河道黑臭嚴重破壞了河道生態系統和人居環境。原位修復技術具有施工方便、效果好、花費低等特點，受到人們的廣泛關注。該技術包括引水沖污、人工曝氣和原位覆蓋等物理方法;化學絮凝、鈍化和氧化等化學方法;微生物修復、植物修復和生態浮島等生物方法。每項技術均有優缺點，單一技術難以起到很好的治理效果，而且各河道差異很大，應因地制宜，集成多種技術，最終解決河道黑臭問題。

關鍵詞：黑臭水體;原位修復;城市河道

中圖分類號：X501 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）10-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.056

Abstract： Black-odor urban rivers destroyed the river eco-systems and endangered the health of residents. Treatment technologies in-situ have attracted much attentions for the advantages over dredging in convenience， effects and costs. These technologies contain water diversion to flush pollutants， artificial aeration， capping in-situ， chemical flocculation， chemical passivation， chemical oxidation， microbial remediation， phytoremediation and ecological floating island， etc. Each technology has its relative merits and disadvantages， and the rivers differ greatly. Therefore， it is required to integrate technologies according to local conditions to restore the healthy urban rives.

Key words： Black-odor; Restoration in-situ; Urban river

1 黑臭水體的成因

在我國城市發展過程中，城市人口增加過快，工業化進程迅猛，而環境保護意識和政策不能及時跟上，導致大量污水和污染物進入河道。這些染污物主要來自于生活污水和部分工業污水的直接排放、面源污染隨地表徑流的匯入、固體廢棄物的傾倒等途徑。另外，河流中水生生物的死亡殘體長期累積在河底。種種原因，導致河流水體和底質積累了大量有機物和污染物。

水體中有機物的分解需要消耗氧氣。當水體中有機污染負荷過大時，會造成水體特別是水體底部和底質嚴重缺氧。有機物的厭氧分解會產生胺類、硫化氫、氨等易揮發的臭味氣體，這是導致水體發臭的主要氣體。另外，也會產生二甲基三硫醚、甲硫醇、甲硫醚、二甲基二硫、β-環檸檬醛、β-紫羅蘭酮、2-甲基異茨醇及土味素等氣體。這些產物在濃度較低時也會讓人聞到強烈的臭味。厭氧狀態下，水中的S2-極易與鐵、錳、銅、汞等離子形成硫化物，這些產物導致水體發黑。

城市河道通常較淺、流速較慢，水體自凈能力有限。當污染負荷超過河道自凈能力時，河道生態系統受到破壞，水體質量下降，嚴重時表現為河道水體黑臭。

2 原位修復技術

通過多種控源截污措施，盡量減少進入河道的外源污染物，是黑臭水體治理的基礎和前提。但長期以來，河道水體和底質中累積了大量有機物和污染物，使削減內源成為黑臭水體治理的關鍵環節之一。按處理場所分，內源治理分為原位修復和異位修復兩類。

異位修復主要指底泥疏浚。這種措施能快速減少污染物負荷，但存在工程量巨大、花費昂貴、移出底泥的處理或再利用難度大、效果不持久、易擾動底泥中的污染物等問題。因此，其大規模的推廣應用受到限制。

相對于底泥疏浚，原位修復直接在原有河道上開展，具有花費低、操作方便等優點，吸引著越來越多的關注。按修復原理可分為物理法、化學法和生物法三大類。

2.1 物理方法

物理方法主要包括引水沖污、人工曝氣和原位覆蓋等技術。

2.1.1 引水沖污

該技術通過引調附近的清潔水源或再生水進入河道，通過沖刷、稀釋等作用，提高了水體溶解氧濃度，降低了水體和底質中的污染負荷，增強了河流的自凈作用，實現對黑臭河道的修復。這種方式可快速改善本水域的水質，但效果不能持久，黑臭現象極易復發，而且會對受納水體帶來污染，也依賴于附近是否擁有大量清潔水源。

2.1.2 人工曝氣

通過鼓風曝氣、射流曝氣和移動船載設備曝氣等方式，可以向水體中充入氧氣或空氣。人工曝氣可迅速提高水體溶解氧濃度，增加水體的自凈能力，加快污染物分解，從而起到治理黑臭河道的作用。但這種方式增加水體擾動，不利于水體中懸浮物的沉降，也容易造成臭味的散發。此外，因為曝氣需要耗費能量，而氧氣的溶解度不高，溶解速度較慢，會有大量氣體散逸出水體，造成浪費。因此，目前急需發展出氧氣利用率高、耗費低的人工曝氣技術。

2.1.3 原位覆蓋

該技術是在底泥上方投加覆蓋物，把污染底泥與水體分隔開，以減少底質中的污染物向水體擴散。覆蓋材料有多種，比如潔凈的底泥、砂石、粉煤灰、沸石、高嶺土等。這種方式適用范圍廣，特別適合pH 值較高（>9.0）的水體，以及其他方式不能有效抑制內源磷釋放的水體，在美國、日本、挪威等地有較為成功的應用。但工程量較大時，覆蓋物會抬高河床，減小河道庫容，影響原有的水生生物。此外，覆蓋物易受流速的影響，不適合流速大的河道。

2.2 化學方法

這類技術具有投資少、見效快等優點，常用的有絮凝、鈍化和氧化等方式。但使用時，應注意避免二次污染等問題。

2.2.1 絮凝

這種技術向水中投加絮凝劑，使水體中的懸浮物、膠體和污染物形成絮狀體沉降到水體底部，在短期內能有效提高水質。但污染物并未被去除，仍存在于河道中，一定條件下還會釋放到水體中。該技術反應快、效果明顯、不受氣候影響，但效果不能持久，易造成二次污染，一般僅用于應急處理。

2.2.2 鈍化

化學鈍化是把鋁鹽、鐵鹽、石灰等化學藥劑投加在底泥表面，延緩或阻止污染物向水體釋放。比如，氯化鐵、鋁鹽、石灰等物質會和磷產生沉淀，能減緩磷向水體擴散。因為向水體中投加了化學物質，應用這類技術時，應注意避免產生二次污染。

2.2.3 氧化

化學氧化法向水體中投加氧化劑，以提高水體與底泥的氧化還原電位，促進污染物氧化分解，減輕水體黑臭程度。這類技術適合多類水體，特別適合于復合污染底泥的修復，具有花費低、見效快的特點。過氧化鈣因兼備釋氧性和氧化性，受到廣泛的關注和使用。但過氧化鈣見水反應劇烈，在短時間內大量釋放氧氣，而只有少部分氧氣能溶解到水中并發揮作用。因此，科研人員在過氧化鈣中添加其他化學物質，制備成緩釋型的過氧化鈣，從而降低了反應速率，延長了釋氧周期。另外，有研究者把過硫酸鹽與過氧化鈣混合，作為修復底泥的材料。

2.3 生物方法

與其他技術相比，生物修復具有花費較低、作用持久、生態友好等獨特優勢。

2.3.1 微生物修復

該技術有投加微生物促生劑和微生物菌種兩種方式。微生物促生劑含有多種元素，能促進微生物的生長和繁殖。微生物制劑含有某些特定菌種，大量繁殖后能夠降解水體中的特定污染物。這些措施花費較低，施工方便，效果明顯。投加微生物促生劑，需經常監測水體的物理和化學指標，根據具體情況確定投加頻率、投加量。微生物制劑可能含有外來的菌種，應用時要確保生態安全。

2.3.2 植物修復

這種技術是在河道種植適于生長的水生植物。植物類型主要有挺水植物、浮葉植物、沉水植物和漂浮植物。水生植物能夠吸收或吸附污染物，降低污染物濃度，能夠吸附懸浮物提高透明度，并向水體和底質分泌氧氣，有利于好氧微生物的生長和污染物的去除。另外，合理的植物搭配，能夠營造較好的景觀。這類技術花費相對較低，能夠構建一個健康的生態系統，持久的發揮作用。但在植物定植初期，如果水體環境過于惡劣，植物的成活率會比較低。

2.3.3 生態浮島

生態浮島主要由錨定裝置、框架和植物組成。植物被固定在框架上，根系生長在水中，植物的生長能夠直接吸收、吸附污染物，能夠為微生物的生長提供附著基質，同時具有較高的景觀價值和一定的經濟效益。但植物需定期維護，以發揮最大作用和維持好的景觀。該技術施工方便，適用于流速不大的各種水體。

3 結論

每一條河道，其水量、水質、水文、氣候、污染類型、污染程度等各不相同，單一的技術難以起到很好的治理效果。因此，應因地制宜，集成并優化多項治理技術，最終解決河道黑臭問題。

參考文獻

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收稿日期：2019-08-06

作者簡介：王學富（1979-），男，漢族，本科學歷，農藝師，研究方向為水污染治理。