黑臭水體立體式生態修復技術研究
——以北京市方氏渠工程治理為例

施懷榮

（北京邦源環保科技股份有限公司，北京 100124）

2017 年全國共排查出黑臭水體2 082 個，且有超過七成的城市存在黑臭水體[1]。黑臭水體是指人們通過視覺和嗅覺對水體的一種綜合感官，通常是指發出惡臭氣味、呈黑色或泛黑色、生態功能喪失的水體。黑臭水體的產生是一個非常復雜的生化過程，與水體有機負荷、重金屬、底泥及水動力學條件等因素有關。黑臭水體不僅造成惡劣的河道表觀，也嚴重影響周邊居民的正常生活[2]，導致河道喪失其景觀和生態功能，因此黑臭水體整治已成為改善人居環境中亟待解決的問題。

目前，國內外處理黑臭水體的主要技術方法有物理法、化學法及生物（生態）法[3-6]?；瘜W法主要通過投加螯合劑、鹽類等化學物質來對水體中的污染物質進行控制，這些物質用于水體修復可能會存在一些潛在威脅，比如說對河道造成二次污染。而僅僅依靠物理措施（如截污、引水、清淤等）不能完全消除黑臭，需結合生物（生態）法才能徹底消除黑臭。生物法主要是通過投加微生物菌劑、生物促進劑及種植水生植物等措施，利用微生物和植物對水體生態系統進行修復，恢復河道自身功能，即以微生物為中心的立體式水生生態系統修復是黑臭水體生態治理的關鍵[7-14]。目前，黑臭水體治理的研究主要集中在單一的治理技術研究，針對復合立體式工藝技術、治理后的運行維護以及水體長效保持的研究匱乏。黑臭水體受污染情況一般比較復雜，單一修復技術難以達到理想的治理效果，應該結合控源、截污、清淤、水體治理等開展水體的綜合治理，采用組合技術，突出生物修復的功能，輔以生態工程建設，形成適合黑臭水體治理的技術合成，并促進人工生態系統向天然生態系統演變，使治理效果穩定、長效。

筆者選擇北京市方氏渠某段作為研究對象，對方氏渠治理過程中前后的水質指標、底泥指標進行監測，通過數據分析對采用的組合工藝效果進行評估，探索各項治理工藝在黑臭水體治理中的作用，以期為黑臭水體的長效生態治理提供科學依據。

1 工程概況

1.1 項目概況

研究區域為方氏渠趙全營鎮段，長度約7.67 km，寬度13～15 m。河道上游與其他水系連通，但干涸無水，下游水位較淺，水深約20 cm，研究重點為方氏渠下游1 km 水域。2019 年5 月，對方氏渠治理段進行現場勘查，同時對方氏渠下游水域的上端、中端及末端3 個河流斷面A-A、B-B、C-C 取樣進行水質檢測，監測斷面如圖1所示，檢測數據詳見表1。

圖1 水質檢測采樣分布

表1 方氏渠治理前水質檢測結果

從表1的水質檢測結果可知，方氏渠治理前水質整體較差，水體透明度均小于10 cm，溶解氧溶度均小于1 mg/L，氧化還原電位均為負值。依據《城市黑臭水體整治工作指南》中關于黑臭水體分類指標，本治理段水體屬于重度黑臭水體[15]。另外，從表1中還可以看出，監測斷面的總磷濃度均大于0.4 mg/L，化學需氧量濃度均大于40 mg/L，依據《地表水環境質量標準》（GB3838-2002），該治理段水體水質為劣Ⅴ類。

1.2 理化指標測定

2019 年 6—11 月，對方氏渠 3 個監測斷面每半月采樣檢測1 次，測定水體的透明度、溶解氧、氧化還原電位以及氨氮。底泥修復毯于2020年3月初鋪設完成，同年3—6 月對方氏渠3 個監測斷面每半月采樣檢測1 次，測定水體的溶解氧、化學需氧量、氨氮、總磷以及底泥含水率、有機質。測量水體透明度時，水深大于30 cm 采用塞氏盤法（SL87-1994），水深小于等于30 cm 采用鉛字法（SL87-1994）；溶解氧濃度采用碘量法（GB7489-1987）測定；氧化還原電位采用電極法（SL94-1994）測定；氨氮濃度采用納氏試劑分光光度法（HJ535-2009）測定；化學需氧量采用分光光度法（HJ/T399-2007）測定；總磷采用堿性過硫酸鉀紫外分光光度法（HJ636-2012）測定；底泥含水率和有機質采用重量法（HJ631-2011）測定。

2 工程方案設計

通過對方氏渠治理段的現場勘察，綜合分析方氏渠水體污染現狀及污染源，從控源截污、內源治理、生態治理3 個方面著手，制定了方氏渠治理措施，方案具體措施詳見表2。

表2 研究方案具體措施

首先，對河道進行清淤疏浚和控源截污，對發現的污水口逐一進行封堵，同時利用污水口處理器對入河污水進行處理。其次，在控源截污的基礎上，安裝生態壩，提升水位的同時保障水體水質。最后，根據河段不同位置進行曝氣設備、生態浮島、人工水下森林、水質提升器、底泥修復毯等河道生物生態修復措施的科學布局，全面提升水體自凈能力和生態修復能力。

本工程方案是根據現場情況因地制宜地選擇了物理方法和生物生態方法綜合治理，通過控源截污、河道整治、生態修復等多種措施并舉，多管齊下，實現河道水環境生態系統改善的良性循環。

3 工程運行效果

3.1 2019年6—11月水體水質變化

2019年6—11月方氏渠各個監測斷面的水質指標數據隨時間的變化趨勢，如圖2所示。

圖2 2019年6—11月水質數據

從圖2 水質檢測數據可知，水體透明度、溶解氧濃度及氧化還原電位均隨時間不斷升高，而氨氮濃度隨時間不斷降低。透明度在2019 年6 月底均達到25 cm；斷面A-A 及C-C 的溶解氧濃度在6 月底達到2 mg/L，斷面B-B 的溶解氧濃度在7 月中達到2 mg/L；斷面A-A 及C-C 的氧化還原電位在6 月底達到50 mV，斷面B-B的氧化還原電位在7月中達到50 mV；氨氮濃度均小于8 mg/L。綜上，自2019 年7 月中下旬開始，研究段水體均保持在不黑不臭的水平。

首先，清淤將受污染的底泥最大量地從河中清除，能有效減少底泥中污染物向水中釋放，從而削減內源污染[15]。其次，曝氣增氧設備的開啟有效增加了水體中溶解氧，溶解氧濃度的升高有效遏制了水體中厭氧及兼性微生物的厭氧發酵作用，并有助于水體中好氧微生物的繁殖，促進水體污染物的好氧降解；同時，提升了水中的氧化還原電位，使水體逐步去除黑臭，透明度逐步升高[16，17]。最后，利用在河道安裝的水質提升器、生態浮島、人工水下森林等水質提升措施，進一步修復了水體的生態系統，使得水質變好[18，19]。

3.2 2020年3—6月水體水質變化

2020 年3—6 月方氏渠各個監測斷面的各個水質指標數據隨時間的變化趨勢，如圖3所示。

從圖3 水質檢測數據可知，溶解氧溶度均隨時間不斷升高，氨氮溶度隨時間不斷降低，溶解氧溶度在2020年3—6月均大于2 mg/L；化學需氧量在2020年3—6月均小于40 mg/L；斷面A-A 的氨氮溶度在3月底下降到2 mg/L 以下，斷面B-B 及C-C 的氨氮溶度在2020年3—6月均低于2 mg/L；斷面C-C的總磷濃度在3 月底下降到0.4 mg/L 以下，斷面A-A 及BB的總磷濃度在2020年3—6月均低于0.4 mg/L。綜上，自2020年3月中下旬開始，研究段水體水質均保持在Ⅴ類水標準。

2020 年3—6 月，水質提升除水質提升器、生態浮島及人工水下森林的作用外，底泥修復毯也發揮了極大作用。鋪設底泥修復毯后方氏渠水體底泥有機物及含水率的數據變化，如圖4所示。

圖4 2020年底泥檢測數據

由圖4 可知，底泥的含水率和有機質隨時間增長不斷降低，主要原因是安裝的底泥修復毯能夠將底泥和水體隔離，從而有效阻止底泥中的氨氮及鐵錳等金屬離子向水體中釋放，減少了內源污染對方氏渠水體造成的不利影響。此外，底泥修復毯上配套安裝微納米曝氣裝置及生物膜裝置不僅可以增加水體中溶解氧含量，同時也為微生物提供附著基質，可以促進水體中好氧微生物的生長，使其更有效降解有機質及吸收營養鹽物質，達到消除水體黑臭并提升水質的目的。

4 結語

隨著方氏渠生態治理的不斷推進，河道水質日益改善，從感官上看，黑臭變清澈，水生植物生機盎然，一片和諧景象；從水質參數上來看，從治理前的黑臭逐漸變成不黑不臭、水體水質指標達到地表水Ⅴ類水質并穩定下來，部分指標達到Ⅳ類水標準，有力證明了方氏渠整治的成效。