農(nóng)村小流域黑臭水體治理探討

張 瑞 姚建華 孔德峰 李 娜

（寧夏環(huán)境科學研究院（有限責任公司）寧夏銀川 750000）

引言

通過對某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域水體的溶解氧和氨氮進行檢測，水體溶解氧最高值分別為1.02mg/L、3.94mg/L、6.87mg/L、4.61mg/L，水體氨氮最高值分別為17.2mg/L、259mg/L、29mg/L、79.5mg/L，根據(jù)城市黑臭水體分級標準，判斷某渠（溝）水體出現(xiàn)輕度黑臭和重度黑臭的情況，對鄉(xiāng)鎮(zhèn)生態(tài)景觀環(huán)境造成了較大負面影響，也間接威脅著周邊居民身體健康。因此，探討該鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域黑臭水體的治理途徑非常必要。

1 農(nóng)村小流域黑臭水體的危害

黑臭水體一般指由于過量容納污物（超出水體水環(huán)境容量、自我凈化能力）而導致溶解氧低于2.00mg/L，氨氮大于8mg/L，顏色呈黑色或泛黑色、氣味不佳的水體。可分為輕度黑臭和重度黑臭。輕度黑臭水體溶解氧0.2-2mg/L，氨氮8.0-15mg/L；重度黑臭水體溶解氧>2mg/L，氨氮>15mg/L 屬于重度黑臭。某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域黑臭水體檢測結果如表1。

表1 某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域黑臭水體溶解氧和氨氮檢測結果

如表1 所示，該鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域水體出現(xiàn)重度黑臭水體。黑臭水體水質一般低于V 類水質，且會散發(fā)氨、硫化氫等氣體，不僅會直接導致居民出現(xiàn)心煩氣躁、頭痛等亞健康表現(xiàn)，而且會損害居民中樞神經(jīng)、消化系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)，間接威脅居民健康生活。同時黑臭水體感官黃灰色、發(fā)黑發(fā)臭特點，也損害了鄉(xiāng)鎮(zhèn)景觀。

2 農(nóng)村小流域黑臭水體形成的原因

2.1 外源污染排放

氮是引起水體富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物質，氮源污染會引發(fā)諸多水體污染問題。通過對某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域黑臭水體氨氮檢測結果進行分析可知，2# 溝起點、2# 溝終點氨氮檢測結果較高，分別為74.8mg/L、79.5mg/L，7# 溝終點3#、5# 溝起點1# 氨氮檢測結果也較高，分別為79.5mg/L、259mg/L。但4# 溝起點、3# 溝終點、4#溝終點水體中氨氮檢測數(shù)值較低，分別為0.141mg/L、0.128mg/L、0.157mg/L，這可能是由于被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)溝渠水源補給多源于地表徑流匯集，在豐水期，地表徑流存在源短流急的特點，伴隨水土流失問題；而在枯水期，則由于水位較低，蓄水能力差，水質調節(jié)能力下降，加之入庫徑流量下降，無法及時稀釋外界排放的污染物，導致氨氮強度增高，進而促使流域面臨著生態(tài)用水量不足問題。

與4#溝起點、3#溝終點、4#溝終點水體狀態(tài)相對的是，2#溝起點、2#溝終點黑臭水體均呈現(xiàn)出灰色、有異味、渾濁狀態(tài)，5# 溝起點1#、7# 溝終點3# 黑臭水體則呈現(xiàn)出無色或黑色、有異味、渾濁狀態(tài)。這可能是由于2# 溝起點、2# 溝終點為溝渠岸、灘地，周邊多種植農(nóng)作物，邊坡穩(wěn)定性不足，促使水力持續(xù)侵蝕兩岸邊坡。再加上溝渠、耕地間沒有設置隔離帶，導致農(nóng)業(yè)種植面源污染直接進入溝渠流，農(nóng)業(yè)肥料、化學除草劑除蟲劑等成為溝渠段主要污染源之一。

1# 渠溶解氧檢測結果為1.02mg/L，氨氮檢測結果為17.2mg/L，樣品性狀為微黃色、有異味、渾濁，5# 溝中段2#水體性狀與1#渠水體性狀相同，溶解氧、氨氮檢測結果均1# 渠溶解氧、氨氮檢測結果近似，分別為0.31mg/L、29mg/L。這可能是由于當?shù)匦笄蒺B(yǎng)殖地分布較為密集，沒有配置規(guī)模養(yǎng)殖適用的糞污處理裝置。而部分溝渠段畜禽糞污直接進入1# 渠、5# 溝中段等溝渠流域，則成為黑臭水體形成的原因之一[1]。

某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小流域黑臭水體溶解氧和氨氮檢測結果中存在黑色、有異味、渾濁的水體，為5# 溝起點1#，該點位氨氮檢測結果最高，為259mg/L，溶解氧檢測結果為0.29mg/L。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)可能是由于被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)垃圾轉運體系還沒有建立，垃圾沿溝渠堆積情況較為常見。再加上鄉(xiāng)鎮(zhèn)經(jīng)濟的快速發(fā)展促使小流域溝渠周邊基礎建設事業(yè)蓬勃發(fā)展，但是被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)并沒有進行污水排放管道的全面覆蓋，也沒有進行有力設施的配套設置，導致生活污水經(jīng)旱廁、明溝等渠道直排現(xiàn)象較為嚴重。同時還存在鄉(xiāng)鎮(zhèn)小規(guī)模企業(yè)、加工坊偷排現(xiàn)象，加劇了小流域黑臭水體的形成。

2.2 內源污染釋放

內源污染主要是被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)水體本身持續(xù)衍生死亡生物群落累積、水體長時間沉積底泥釋放的污染物，以及沉積底泥再次懸浮、水產(chǎn)養(yǎng)殖餌料投放以及代謝產(chǎn)物、大面積水體表面降塵的存在，確定內源污染釋放與黑臭水體形成之間的聯(lián)系。

對于被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)，結合表1 數(shù)據(jù)進行分析可知，1#渠溶解氧檢測結果為1.02mg/L，3# 溝中段溶解氧檢測結果為6.87mg/L，3# 溝終點、4# 溝起點溶解氧檢測結果均為3.94mg/L，5# 溝終點3# 溶解氧檢測結果為4.61mg/L，7# 溝起點1# 溶解氧檢測結果為4.49mg/L，其余點位溶解氧檢測結果均小于1.0mg/L。而流域溶解氧檢測結果過高與水溫度、水湍流程度、水深具有直接關系。在流域水溫度處于較低水平時，溶解氧檢測結果處于較高水平；在水溫度、黏度、密度一定的情況下，水的湍流程度（流動速度）越大，越有利于大氣中氧氣溶解到水中，水中的溶解氧檢測結果越高；在水溫度、水湍流程度一定的情況下，水位越高，流域與大氣中氧氣接觸面積越大，則流域溶解氧檢測結果越高。

除上述因素以外，水中微生物（底泥和水中）含量、水生動物呼吸狀況、水上游植被狀況也會影響水體溶解氧檢測結果。5# 溝中段2# 水體中溶解氧檢測結果為0.31mg/L、7# 溝終點3# 水體中溶解氧檢測結果為0.23mg/L，5# 溝起點1# 水體中溶解氧檢測結果為0.29mg/L，表明水生動物以及微生物含量較豐富，且水上游植被較密集，可以抑制水中溶解氧含量的上升。

總的來說，內源污染受水體溫度高階梯變化、水體動力不足兩個方面因素影響。前者主要是由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水持續(xù)排入溝渠導致水體整體溫度上升，水體內部藻類殘體分解有機物、微生物分解產(chǎn)生氨氮速度加快，加劇了水體氧損耗，致使水體進入了厭氧狀態(tài)[2]。特別是在夏季溫度高于25℃的時期，放線菌高速繁殖，硫酸鹽還原菌等微生物快速活動，導致水體中硫化氫氣體產(chǎn)生量更大，發(fā)黑發(fā)臭現(xiàn)象更為突出，對生態(tài)安全造成了較大的威脅；而在氣溫較低的冬季，地表無徑流匯集，溝渠內冰蓋下水體流動性較差。雖然此時水體微生物活性較低，導致大部分污染沉入水底，但是也會因水體復氧速率衰減而致使污泥淤積、局部水域氧虧嚴重，進而出現(xiàn)水體黑臭情況。

3 強化農(nóng)村小流域黑臭水體治理的途徑

3.1 治理溝渠外源污染

溝渠外源污染治理主要包括封育隔離、污水收集管網(wǎng)建設、面源控制等。根據(jù)不同污染源，可以選擇相應的治理措施。

3.1.1 封育隔離

針對農(nóng)村小流域黑臭水體，短期內可以選擇封育隔離的方式。即沿著溝渠，在耕地分布過多、水土沖刷過于嚴重的位置進行封育區(qū)劃定，逐級修建植物隔離帶，禁止農(nóng)業(yè)種植、生活垃圾堆放、畜禽養(yǎng)殖活動。同時以畜禽規(guī)范化管理為重點，從限制養(yǎng)殖區(qū)規(guī)模入手，利用溝渠、山塘的攔蓄作用，推動糞污漚肥換田，逐步減少面源污染物入溝渠，為農(nóng)田氨氮生態(tài)溝渠系統(tǒng)建設奠定基礎。同時為了保障溝渠流下游生態(tài)水量，可從水體自凈入手，建設生態(tài)泄流孔，保證流域水流速度。

3.1.2 完善污水收集處理網(wǎng)

針對主要外源污染，可建議被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行村民生活污水收集管網(wǎng)的進一步完善。對于部分生活污水管網(wǎng)無法覆蓋的區(qū)域溝渠沿岸，可以利用分散式處理方法。結合實地調查結果，合理收集小規(guī)模畜禽以及散養(yǎng)廢棄物，合理處理。

對于次要外源污染，在污水站點建設的基礎上，被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)應建設穩(wěn)定塘、前池，凈化農(nóng)田徑流。同時根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳總體部署和相關要求，設置“溝渠長制”，由專門人員進行溝渠生態(tài)岸線管理，明確責任主體，落實工作人員。對于已經(jīng)完成的生態(tài)溝渠項目，則建立健全運行維護管理機制，從源頭排查污染源，改善流域水質。

3.1.3 控制面源

對于被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)流域黑臭水體而言，面源污染不僅包括種植業(yè)污染，而且包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)面源以及居民生活污水。其中鄉(xiāng)鎮(zhèn)面源主要源于合流制排水管網(wǎng)溢流污水、分散直排初期雨水、分流制排水管網(wǎng)初期雨水等。根據(jù)不同面源污水來源，被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)應全面開展管道、檢查井缺陷調查，配合開展就地初始設施、調蓄設施維護，加強排水口治理力度，避免因倒灌而引發(fā)的合流溢流污染問題。同時應用溢流污水沉淀、過濾快速處理等技術，進行分流制改造，為污染截流倍數(shù)提升提供依據(jù)。

3.1.4 治理水中氨氮

流域中氨氮的去除難度較大，常用的過氧化氫、臭氧、高錳酸鉀、一氧化氯等流域污染治理藥劑并無法發(fā)揮良好效果，活性炭也無法吸附氨氮。此時，根據(jù)流域中氨氮含量較高的地位，可以選擇氯化法、沸石吸附法。其中氯化法主要是依據(jù)氯氮比大于7.6/1 的標準，向水中輸入氯氣，利用氯氧化氨氮的原理，獲得良好的氨氮去除效果。但是需要注意的是，氯化法雖然具有占地少、投資少、操作便捷、不受流域溫度影響的特點，但是極易因氯與黑臭水體中其他有機污染物反應生成有機鹵化物，加劇一次污染，加上氯為易爆炸、劇毒化學品，使用環(huán)節(jié)存在較大危險。因此，除了在氯化前后均加入粉末活性炭外，還應優(yōu)先選擇氨氮含量在1.0mg/L 以下的3#溝起點、3#溝中段、5#溝終點3#進行氯化法應用。

對于氨氮暗梁超出1.0mg/L 的2#溝起點、2#溝終點、4# 溝中段、7# 溝起點1# 等點位，則可以利用沸石吸附法進行處理。即利用粒徑為0.3mm～1.2mm 的天然離子交換劑——沸石，每立方米投入14.4kg。在沸石壽命到期后，可以利用氯化鈉溶液進行再生，造價較低，且不受溫度影響，適用于農(nóng)村黑臭水體治理。

3.2 治理溝渠內源污染

在外源污染得到初步控制后，黑臭水體底泥就成為流域治理主要對象。首先需要對底泥淤積嚴重的溝渠段進行清理，初步解決底泥污染問題。其次，需要對處于厭氧狀態(tài)的溝渠段進行曝氣處理，促使水體含氧量提升，在一定程度上解決水體發(fā)黑發(fā)臭情況。

3.2.1 清理淤泥

在淤泥清理過程中，應貫徹“灰綠結合”的方針，將綠色系統(tǒng)作為灰色系統(tǒng)的補充，完善生態(tài)系統(tǒng)建設，為流域自凈能力提升提供依據(jù)。具體包括原位提升、旁路提升兩種手段。前者特指將內源污染清除后，檢測底泥成分，將清出的毒害污染物含量較低的淤泥進行干化處理，為兩岸溝渠堤加固、植被栽種提供支持；后者則是在局部進行曝氣強化處理，或者放置生物飄帶，降低有機物污染程度。

此外，對于部分污染底泥堆積量較大的重度發(fā)黑發(fā)臭水體，則可以應用精確薄層生態(tài)疏浚手段，重新構建生態(tài)系統(tǒng)，在最大限度降低污染物濃度的同時，滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)水體生態(tài)景觀建設要求。

3.2.2 活水循環(huán)

考慮到被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)枯水期溝渠水量較少，且溝渠流置換時間較長，可以應用灌渠引水方式，提高溝渠水深、流速，為水生生物生長提供良好環(huán)境。同時利用流域淤泥清除機遇，局部挖深為“溝渠灘——溝渠塘”結構，結合水深、水質，栽培水生生物，豐富植物群落，為活水循環(huán)奠定基礎。在這個基礎上，通過提升泵站與風力利用，驅動水體流動。或者利用閘壩+潮差循環(huán)作用，調整溝渠支流水力學，在控制流域水量、水位的同時，提升水體氧濃度恢復、污染物降解速度。一般在水體完成1 次循環(huán)，對水中氨氮的去除率可以達到20%，對水中化學需氧物以及生物需氧物的去除率可以達到40%左右，為水質盡快達到地表IV 類標準提供支持。

3.2.3 調水+清水補給

為了進一步提高被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)黑臭水體的自我凈化能力，可以利用綜合調水+清水補給手段。通過雨洪水、清潔地表水、閘壩再生水等水源補充，可以促使水體環(huán)境容量增加，加劇水體流動，奠定水體水質改善基礎。對于生態(tài)基流處于較小程度的水體，通過生態(tài)調水或清水補水，可以促使中下游溝渠水污染物濃度下降15%左右，總氮、總磷含量分別下降20%左右；而對于緩流區(qū)、水流停滯區(qū)，通過內循環(huán)水力調控（8.0m3/s）或外循環(huán)水力調控配合曝氧（向水體內增加溶解氧），可以促使溝渠水水質維持在IV～V 類。

此外，被調查鄉(xiāng)鎮(zhèn)應嚴格監(jiān)管流域環(huán)境，從水功能區(qū)、入溝渠排污口入手，強化公眾監(jiān)督，及時懲處不同類型的環(huán)境違法行為，為黑臭水體治理效果的提升提供支持。

結語

綜上所述，農(nóng)村小流域黑臭水體會破壞水生態(tài)環(huán)境，威脅流域內居民身體健康。小流域黑臭水體形成原因復雜，與外源農(nóng)業(yè)種植污染、畜禽養(yǎng)殖污染、生活污水排放以及內部水動力不足、有機物分解耗氧均具有較大關系。

因此，根據(jù)小流域黑臭水體形成原因，應貫徹內源與外源兼治的原則，圍繞黑臭水體形成、遷移、去向，進行源頭減量、過程攔截、末端消除綜合防控方案的制訂。并從資源循環(huán)利用視角入手，優(yōu)先選擇低成本、生態(tài)化的水污染治理技術，為美好農(nóng)村流域生態(tài)環(huán)境的建設提供支持。