農村黑臭水體綜合治理技術的發展趨勢

管靜 蔣帥 於雙飛 李輝婷 蔣小烜

［1.常州市建筑科學研究院集團股份有限公司，江蘇常州 213000；2.青山綠水（江蘇）檢驗檢測有限公司，江蘇常州 213000］

1 引言

在過去幾十年的農村經濟快速發展過程中，粗放式的農業發展方式造成農村水生態環境的污染與破壞［1］。此外，農村居民大多缺乏環境保護意識，將生產與生活污水直接排入自然水體中，造成自然水體的嚴重污染，久而久之就形成較多的農村黑臭水體。黑臭水體是多種因素的互相作用而形成，單一技術往往難以達到理想的治理效果，一旦干預手段撤銷，水體容易再次返黑返臭。因此，探究長效的、智能化的、強化自修復式的治理方式，是當前農村黑臭水體治理的重中之重。

2 黑臭水體成因

農村黑臭水體的污染源主要有生活污水、農廁排污、畜禽養殖、農業種植、垃圾堆積、河底淤泥以及工業源等，黑臭水體的成因主要有外源污染等。

外源污染：大量外源有機污染物進入農村水體后，在水中分解的過程中會快速消耗溶解氧（DO），當DO 濃度下降至厭氧程度時，有機物會被厭氧菌進一步分解為硫化氫（H2S）、甲烷（CH4）、氨（NH3）等難溶于水的致臭氣體，使水體產生臭味［2］，而這些氣體在釋放過程中會攜帶水體底泥自下而上翻騰進入水相，再加上在水體缺氧條件下，Fe，Mn 被還原成FeS，MnS 等黑色物質［3］，使水體顏色發黑。

內源污染：當水體發生污染后，污染物通過沉降或顆粒物吸附作用在底泥中累積，這些污染物質中的氮磷等成分是藻類生長的必需營養素，因此大量污染物的沉積會導致河道中藻類過量繁殖，甚至暴發水華［4］。這些藻類在生長過程中消耗水中的DO，造成水體厭氧環境，產生H2S，CH4，NH3等臭氣［5］；而藻類死亡后分解礦化形成耗氧有機物和氨氮（NH3-N），產生極其強烈的腥臭味道。

水體不流動和水溫升高的影響：農村水體通常流動性很差，或者完全不流動，因此水體中DO 含量較低，整體水域或局部水層嚴重缺氧，甚至已經喪失基本生態功能。這種不利的水質和水動力條件非常適宜藍藻、綠藻快速繁殖，增加水華暴發風險，而藻類大量繁殖后又會引發水體水質進一步惡化，陷入惡性循環。此外，水溫的升高將加快水體中的微生物和藻類殘體分解有機物及NH3-N 的速度［6］，加速DO 消耗，加劇水體黑臭問題。

3 黑臭水體常用修復技術及主要弊端

當前我國的黑臭水體治理工作中，常見的處理技術根據原理可分為物理方法、化學方法和生物方法［7］。物理方法包括增氧曝氣（如微納米曝氣、臭氧微納米曝氣、噴泉機等）、過濾吸附（如旁濾系統等）和直接換水；化學方法包括添加絮凝劑、氧化還原劑等；生物方法包括生態浮島、微生物修復等。根據處理階段分類，農村黑臭水體的處理應按照“控源截污、內生治理、水質凈化”的基本技術路線實施。控源截污是阻止外來污染源進入水體，如河道兩旁的村莊生活污水、工廠的生產污水，控源截污往往是治理黑臭水體的第一步也是最關鍵的一步，若不能保證外來污染源的截斷，則后續治理過程中會反復出現返黑返臭的現象。內生治理和水質凈化往往相輔相成、不可分割，該階段治理技術可分為治泥和治水。治泥主要是針對河道底泥的清淤疏浚和對底泥中有機物的清除［8-10］，屬于徹底清除內源污染物的技術手段。治水主要是凈化水質和提升水動力，其中，凈化水質的技術手段主要有物理方法中的增氧曝氣、過濾吸附、投加藥劑、生態浮島和微生物修復等，而提升水動力的技術手段主要是通過推流器或水泵將流動性差的水由下游泵至上游，增強水流動性，從而增加其富氧能力。

盡管這些國內外主流的技術手段在黑臭水體的治理中進行了有益的探索和實踐，發揮了關鍵作用，但黑臭水體的治理和生態修復是一項相對復雜的系統工程，單一的治理手段往往效果不佳，而且在全國范圍內使用這些常規技術手段全面消除農村黑臭水體，仍然面臨著一些困難和問題。

目前，很多城市及農村河道尚未設置監測斷面，且河道狹窄，工作面小，河道污染狀況尚未被掌握，常規手段的取樣檢測存在較大困難，又缺乏智慧化手段對難以采用常規檢測方式的河道進行全方位的污染源定位和水質指標檢測［11］，因此存在各地之間黑臭水體河長、面積等不匹配的情形。

向水體和底泥中投加藥劑后，即時效果很好，后期底泥出現翻覆，會將其中的污染物再次釋放，裹挾懸浮物進入水體，使水體再次返黑返臭。當前市場上應用于河道治理中的修復藥劑的質量和效果參差不齊，很多修復藥劑投加到水體后，效果立竿見影，但是這種效果只是曇花一現，一旦人工干預手段撤銷，水體又會返黑返臭，因此需要不斷追加投放［12］；而且當藥劑滲透進入水體底泥后，不僅會引起底泥固化，藥劑的某些成分還會對水體中的生物生長產生不利影響，影響河道的生物多樣性，使河道失去自我調節能力；而且后期底泥翻覆會造成底泥中的污染物再次釋放，水體再次返黑返臭，難以達到長效治理的目的。

管理與監控機制不健全，黑臭水體存在反彈的可能。黑臭水體治理作為水治理的重要內容，“九龍治水水不治”的困局尚未打破，治水合力尚未形成。黑臭水體治理涉及多個行政管理部門，污染物排放監督管理涉及環境保護部門，排污口設置以及河道管理涉及水利（水務）部門，污水管網等基礎設施建設涉及住建部門，為黑臭水體的管理帶來一定難度。

4 黑臭水體修復技術發展趨勢

（1）將物聯網與水生態修復相結合，構建智慧修復平臺。當前我國農村黑臭水體的治理大多采用長效維護的形式，既耗時耗力又難以達到理想效果，如果引入智慧平臺，利用物聯網技術，通過定時監測獲取治理項目中的農村河道各段污染物信息，就可以精準掌握該項目農村河道水質狀況［13］。在監測到重點污染河道區域某項或幾項污染物超標時，監測模塊能夠快速響應，將監測結果通過電信信號以數據形式傳輸到顯示終端，輔助河道管理人員（例如河長）對區域內污染水體的成因進行有效分析，摸清污染來源，為制定農村黑臭水體污染治理與水質提升方案提供重要支撐。在智慧監測的精確結果指導下，管理人員可以更加有針對性地制定治理方案，在保證修復效果的同時防止修復過度帶來的二次污染。

（2）將化感物質與傳統生態浮島相結合，調控水體中藻類的生長情況。生態浮島作為常用技術手段，既可以通過植物生長周期來凈化水質，又具有一定的觀賞性。如果在傳統生態浮島的基礎上，將能夠分泌化感物質的水生植物種植到生態浮島中，就可以利用其分泌的化感物質平衡藻類生長速率［14-15］。適量的藻類在水體中起到凈化水質的作用，但是藻類過多則會引起水華。若采用分泌化感物質的水生植物，就可以在藻類生長旺盛時，對藻類生長起到抑制作用；在藻類比較缺乏時，又可以促進藻類加速生長到理想的狀態，從而強化水體的生態自修復功能，提高其抗沖擊能力。

（3）智慧投加生物菌劑，節省人力物力。當前生物菌劑投加方式大多為人工按次手動添加，若發生水質突變，運維人員不能及時發現會延誤最佳治理時期，導致水質迅速惡化。若將智慧監測與生物菌劑投加相結合，通過智慧監測模塊將水質數據反饋給投加模塊，根據水質情況來自動控制生物菌劑的投加，可在一定程度上節省人力物力，提高時效性。

5 結語

針對黑臭水體的生態修復工作來說，防治結合、智慧疊加模式是未來的發展方向。通過防治技術改革升級，逐漸達到生態化治理的效果。目前我國農村黑臭水體的生態化防治工作已見成效，但受限于較長的微生物生長周期和較差的環境適應性，再附加天氣和季節等因素的干擾，黑臭程度的控制難度較大。因此，嘗試改進和升級智慧化、多元化、綠色生態化的防治結合手段，以建立農村黑臭水體的長效治理機制，在未來還有很長的一段路要走。此外，不同污染水體的環境特征差異性較大，而各種治理技術都有各自適宜的應用場景，應將這些治理技術以模塊化形式有機結合，以彌補單一技術手段在應用過程中的局限，發揮系統的最佳利用價值。