我國黑臭水體的成因分析與綜合治理技術(shù)

中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司，天津 300074

1 城市黑臭水體成因

黑臭水通常是指由于過度污染而完全溶解的氧氣高于2.0mg/L的水。水質(zhì)通常不高于地下水環(huán)境中的質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)V級水質(zhì)指標(biāo)。在人口稠密的城鄉(xiāng)邊緣地區(qū)，大多數(shù)水產(chǎn)養(yǎng)殖水體是黑臭水體。

1.1 外源污染物的排放

外源污染物是城市河流黑臭水的主要原因，其主要包括城市生活污水、工業(yè)廢水、混合溢流污水、農(nóng)村生活污水和地表徑流。外源污染物的分解過程將伴隨大量的溶解氧，當(dāng)河流水體處于缺氧或厭氧狀態(tài)時，厭氧微生物也會迅速生長并繁殖，厭氧微生物分解無機(jī)物質(zhì)，會產(chǎn)生大量黑色臭味的物質(zhì)，這些物質(zhì)會產(chǎn)生黑臭水。

（1）工業(yè)廢水。工業(yè)廢水是工業(yè)活動過程中排放的廢水。由于重工業(yè)用水量較大，因此重工業(yè)園區(qū)中的大多數(shù)企業(yè)都建在靠近水源的地方。另外，污水排放未完全達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)或有意排放未經(jīng)處理的污水，使城市水環(huán)境受到更嚴(yán)重的污染。

（2）合流制溢流污染。目前，合流制排水系統(tǒng)的功能已經(jīng)改變明渠分流組合系統(tǒng)，但是由于投資項目和現(xiàn)場施工室內(nèi)場地的限制，許多組合系統(tǒng)的封閉計算方法并不實用，一旦下雨，就會發(fā)生溢流污染。組合系統(tǒng)的溢流污染通常包括正常初始階段連接管的河流沉積物、巖石層滲透以及混合連接排放的污水。在隨后處理黑臭河流的過程中，必須對其足夠重視。

（3）村鎮(zhèn)生活污水。生活污水排放是指日常生活中家庭產(chǎn)生的大規(guī)模綜合污水排放，生活污水通常排入周邊水體或由居民將污水直接傾倒進(jìn)入溝渠，對周邊水體造成污染，導(dǎo)致水環(huán)境惡化，造成黑臭河現(xiàn)象。

（4）徑流污染。徑流污染物包括城市和農(nóng)村地區(qū)地面降雨徑流造成的污染。在地表逐漸形成的雨水徑流，不僅會給城市帶來一些大氣塵埃，還會沖走城市地表的顆粒物。在雨水最初的滲透過程中，污染物的濃度范圍與都市生活污水的濃度范圍相當(dāng)。由于大面積農(nóng)田中使用的化肥、農(nóng)藥以及未被管理的畜禽農(nóng)場的排放物會被地面雨水充分吸收，因此產(chǎn)生的雨水徑流會造成嚴(yán)重的污染。

1.2 內(nèi)源污染物的釋放

內(nèi)源污染物已經(jīng)逐漸成為黑臭水的一部分。一部分內(nèi)源污染物是河水的死亡造成的。另一小部分內(nèi)源污染物是河流中沉積物完全釋放的污染物。而且沉積物的盤旋會導(dǎo)致大量懸浮的小顆粒漂浮在水中，這也可是內(nèi)源污染物的一部分，例如水體中的黑臭物，漂浮物或周圍的碎屑。

1.3 水體的溫度高梯度變化

由于工業(yè)的發(fā)展，自然冷卻水不斷排入該城市河水，使水溫升高，加速河水中微生物、細(xì)菌和浮游生物殘留物對有機(jī)化合物和氨氮的分解，使河水變黑、變臭。受溫度的影響，夏季的水體呈黑色且有臭味。這是因為溫度越高，微生物活動的頻率越高，水體中快速溶解的氧含量越低。過量的濃酸自由基會完全還原為甲硫醇，從而使水發(fā)臭。清潔水源熱泵將在秋季和冬季降低廢氣和污水的溫度，這對抑制污染物排放區(qū)的微生物和細(xì)菌活動以及生態(tài)安全非常重要。

2 城市黑臭水體治理關(guān)鍵技術(shù)

城市黑臭水體應(yīng)按照源頭治理、截污、內(nèi)源治理的基本技術(shù)路線，通過淡水循環(huán)過程、淡水補(bǔ)充、水質(zhì)環(huán)境深度凈化以及生態(tài)修復(fù)建設(shè)進(jìn)行治理。因為每種核心處理技術(shù)的特性都不同，所以影響限制因素也不同。（1）源頭控制和污水處理技術(shù)存在工作量大、人均投資力度大、措施難度大、周期長以及監(jiān)督維護(hù)困難等問題。該技術(shù)易于破壞水下生態(tài)平衡，而且沉積物的運(yùn)輸和后期處理更加困難，成本較高。在實現(xiàn)生活中，水污染的源頭控制和攔截技術(shù)更加困難和昂貴。（2）國內(nèi)地下水循環(huán)利用項目的建設(shè)比較困難，連續(xù)運(yùn)行和維護(hù)的投資成本也很高。有時通過管道系統(tǒng)鋪設(shè)可再生的供水源，可再生水的質(zhì)量將極大地影響補(bǔ)充水體的水質(zhì)。（3）就原位凈化技術(shù)而言，曝氣和臭氧技術(shù)消耗大量能量，維護(hù)成本高，并且孔隙曝氣系統(tǒng)易于堵塞。（4）微生物接種劑技術(shù)和各種微生物生長促進(jìn)劑技術(shù)對生物培養(yǎng)的多樣性有很高的明確要求，必須是污染影響嚴(yán)重或嚴(yán)重缺乏微生物。（5）異地凈化技術(shù)的日常管理非常復(fù)雜，處理重工業(yè)污染水的投資項目和商業(yè)運(yùn)營成本比較大，并且對環(huán)境情況的變化更加敏感。（6）全面的生物修復(fù)和自然景觀建設(shè)工作各種技術(shù)都需要選擇合適的植物，其凈化過程和園林景觀效果都非常好并且統(tǒng)一。

3 城市黑臭水體治理工程技術(shù)應(yīng)用及效果

3.1 重力截污工程

在城市快速持續(xù)的發(fā)展過程中，國內(nèi)外水環(huán)境過載能力污染等問題也經(jīng)常出現(xiàn)。在對泰晤士河、萊茵河、塞納河和青溪川等國際河流的有力監(jiān)管中，最關(guān)鍵的步驟之一是全面實施河流兩岸的污水收集和直接排水，并且已經(jīng)取得了很好的結(jié)果。中國的河水污染非常嚴(yán)重，一些城市小河甚至被當(dāng)作污水接收渠道。在國黑臭河治理方面，截污工程建設(shè)取得了顯著成效。

3.2 清淤技術(shù)工程

對于重度黑臭水質(zhì)，受污染的沉積物非常稠密，可以通過非常精確的薄層生態(tài)系統(tǒng)技術(shù)來實現(xiàn)，極大減少河流的內(nèi)源工業(yè)污染，為修復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)和恢復(fù)水源水質(zhì)提供基本條件。沉積物原位處理底泥生物修復(fù)后各種技術(shù)的處理成本低，顆粒物濃度也可降至最低，并且受污染環(huán)境的生態(tài)基本功能可以完全恢復(fù)。但是，由于內(nèi)生細(xì)菌和基因工程技術(shù)細(xì)菌的使用，生物修復(fù)還具有一定的潛在生態(tài)系統(tǒng)風(fēng)險。物種修復(fù)技術(shù)的實現(xiàn)已經(jīng)在國際和國內(nèi)河流管理中得到了廣泛的應(yīng)用。

3.3 活水循環(huán)工程

目前，實現(xiàn)活水循環(huán)的方式有三種：一是設(shè)置更多的排灌站，合理連接供水系統(tǒng)；二是利用風(fēng)能或太陽能，實現(xiàn)快速水流的方式；三是改變堰的方式，合理地控制了水位和總水量的上升，增強(qiáng)了水質(zhì)的再氧化，增加了被污染氣體的微生物代謝率，并且有效改善水質(zhì)。

3.4 清水補(bǔ)給工程

為了持續(xù)有效地提高黑臭河水體自凈的技術(shù)能力，提高水體中各種污染物的擴(kuò)散和水稀釋度，進(jìn)行了源頭引水和凈水補(bǔ)給工程。使用城市中的干凈巖石水、雨水、原始的干凈水體（例如閘門和大壩系統(tǒng)）以及城市組織的再生水來補(bǔ)充城市的干凈水源。通過控制河流水體的流向和流量的方法將增加水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的流動性和容量，并在相對較短的時間內(nèi)迅速改善水體的水質(zhì)。

3.5 曝氣富氧技術(shù)工程

曝氣富氧技術(shù)可以持續(xù)有效地提高當(dāng)?shù)睾恿魉w中完全溶解氧的總體水平，增加該地區(qū)的水流量，并適用于污水處理后維持城市水環(huán)境中的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在1980年代，德國Messer公司開發(fā)了一種氣體分配曝氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)能緩慢而完全地恢復(fù)河流生態(tài)系統(tǒng)。此外，在1987年和1988年，美國使用了曝氣設(shè)備來有效地控制美國密西西比河明尼蘇達(dá)碼頭附近的黑臭水道。韓國在其領(lǐng)土水縈江使用了9臺73.55kW的曝氣充氧設(shè)備。由此說明，該技術(shù)可以改善水質(zhì)，極大提高水質(zhì)的透明度，減少COD并消除黑臭水體的氣味。

3.6 微生物菌劑及生物膜法工程

微生物接種技術(shù)適用于所有受污染的黑臭河流的原位修復(fù)，特別適用于大城市河流無法完全截流、污水處理廠的現(xiàn)狀。此外，它還可以通過生物體來快速恢復(fù)受污染的沉積物。在水質(zhì)靜態(tài)層面，具有靜態(tài)效果好、管理模式簡單等突出優(yōu)點，有效去除了微污染水中的氨氮和有機(jī)物，極大提高了水質(zhì)指標(biāo)。

4 結(jié)束語

由上可知，黑臭水體的治理是一項較為復(fù)雜的工程，同時會影響到我國社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，為此有關(guān)人員在進(jìn)行河道整治的過程中應(yīng)當(dāng)結(jié)合市政工程的措施，真正做到徹底攔截污染物，從而更好地治理城市的黑臭水體，減少對水環(huán)境的污染。