楊傳忠，牛瑞勝，廖慶花，郭倩倩，王杰

（華夏碧水環(huán)?？萍加邢薰?，河南 鄭州450008）

城市水體是城市生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，具有水體循環(huán)、防洪排澇、改善城市氣候等多種功能，是城市的綠色可持續(xù)發(fā)展的重要保障。近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，污水排放量不斷增加，導(dǎo)致河水COD，N，P 等有機(jī)質(zhì)以及Fe，Mn 等有害金屬濃度超標(biāo)，超出河水的自凈能力，造成城市水體水質(zhì)日益惡化[1]。目前黑臭水體已成為我國(guó)大部分城市水環(huán)境普遍存在的問(wèn)題。

基于國(guó)內(nèi)外黑臭水體的研究，結(jié)合具體案例，對(duì)城市黑臭水體的治理方法進(jìn)行了概括，并對(duì)未來(lái)城市黑臭水體治理技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了論述與展望。

1 黑臭水體污染治理現(xiàn)狀

黑臭水體不僅影響市容市貌，甚至危害居民的身心健康，已經(jīng)成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，影響我國(guó)城市形象以及生態(tài)安全的重大問(wèn)題。近年來(lái)，我國(guó)在黑臭水體治理方面出臺(tái)了許多政策法規(guī)，但由于水體黑臭問(wèn)題由來(lái)已久，存量較大，其治理困難，并且已恢復(fù)生態(tài)功能的水體的保持，防止黑臭問(wèn)題反彈，也是黑臭水體治理的一個(gè)巨大考驗(yàn)。目前，我國(guó)黑臭水體的治理已取得積極成效，2018年我國(guó)各省市黑臭水體數(shù)量及完成情況如圖1，2019年我國(guó)黑臭水體治理將進(jìn)入攻堅(jiān)階段。

圖1 我國(guó)黑臭水體治理現(xiàn)狀

2 黑臭水體治理技術(shù)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)

根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》，城市黑臭水體的評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：氧化還原電位（ORP）、透明度、溶解氧（Do）、氨氮（NH3-N），其污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 黑臭水體治理技術(shù)

目前針對(duì)黑臭水體的治理技術(shù)可簡(jiǎn)單劃分為物理法、化學(xué)法、生物生態(tài)修復(fù)法。

2.2.1 物理治理技術(shù)

水體黑臭的本質(zhì)是污染物濃度超出水體的自凈能力。物理法是根據(jù)污染物的來(lái)源，或調(diào)動(dòng)其他水域水體參與等采取的一系列措施，例如截污清淤、人工曝氣增氧、調(diào)水稀釋等，能夠?qū)崿F(xiàn)大面積削減水體污染物。

曝氣充氧技術(shù)是指在適當(dāng)位置對(duì)河道水體進(jìn)行人工曝氣充氧，使有機(jī)質(zhì)氧化明顯，進(jìn)而消除黑臭現(xiàn)象，具有投資少、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)。趙振等[2]提出了一種低強(qiáng)度曝氣的方法修復(fù)黑臭水體，與間歇曝氣、連續(xù)曝氣相比，NH3-N 去除率在90%以上時(shí)，低強(qiáng)度曝氣能耗僅為連續(xù)曝氣的10%，間歇曝氣的25%，證明了低強(qiáng)度曝氣的技術(shù)可行性。曝氣充氧技術(shù)提高了河水的可生化性，促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的氧化降解，然而這一技術(shù)并不能徹底解決水體的黑臭問(wèn)題，將曝氣充氧技術(shù)與其他方法聯(lián)用可取得較好效果。劉蘭等[3]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)曝氣作用下，黑臭水體的濁度，COD，BOD5，NH3-N 及TP的去除率分別達(dá)50%，45%，50%，30%，90%左右，將曝氣充氧技術(shù)和化學(xué)氧化法聯(lián)合應(yīng)用，水體濁度，COD，BOD5，NH3-N 及TP 的去除率分別達(dá)到95%，85%，90%，85%，90%左右，且常規(guī)指標(biāo)均能達(dá)到V 類水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，與單獨(dú)曝氣相比，凈化效果顯著提升。

此外，底泥疏浚法治理黑臭水體也有很好的效果，隨著輕質(zhì)疏浚材料的發(fā)展，以及科學(xué)疏浚清淤方法的完善，疏浚對(duì)水體產(chǎn)生的二次污染影響越來(lái)越小。然而底泥疏浚技術(shù)能否從根本上治理黑臭水體、改善水環(huán)境仍存在很大爭(zhēng)議。

引水稀釋法是通過(guò)稀釋污染物，利用水的動(dòng)力強(qiáng)化修復(fù)黑臭水體。這一方法有一定的局限性，并且調(diào)水過(guò)程中原有水質(zhì)的保養(yǎng)也是不可忽視的問(wèn)題。水中的微生物對(duì)外界環(huán)境較為敏感，如何在調(diào)水過(guò)程中保持跟原有水體相差無(wú)幾的環(huán)境條件，也制約了引水稀釋法發(fā)展的可操作性。物理治理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)概括見(jiàn)表2。

表2 物理治理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)概括

2.2.2 化學(xué)治理技術(shù)

化學(xué)治理技術(shù)是向黑臭水體中投加化學(xué)藥劑，化學(xué)藥劑與水體中的污染物發(fā)生混凝、絮凝或化學(xué)沉淀等反應(yīng)，使得污染物從水體中分離，或氧化降解成無(wú)毒的物質(zhì)?；瘜W(xué)治理技術(shù)可以在較短時(shí)間內(nèi)快速降低水體污染物含量，治理效果顯著。常用的化學(xué)藥劑主要包括石灰、Ca（OH）2、過(guò)氧化鈣（CaO2）等。李亮等[4]研究了CaO2在黑臭水體中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)CaO2能促進(jìn)微生物對(duì)腐殖質(zhì)膠體的降解及水體氧化還原電位提高，使S2-氧化為SO42-，從而減少嗅味化合物的生成，有效抑制河道水體發(fā)臭。同時(shí)CaO2還能通過(guò)促進(jìn)生物降解及強(qiáng)化化學(xué)沉淀的方式，去除水體中的N，P 元素。有研究發(fā)現(xiàn)CaO2對(duì)于黑臭水體中的有機(jī)污染物[5]、重金屬離子如As5+，F(xiàn)e2+，Mn2+等也具有較好的修復(fù)作用。但是單純的化學(xué)治理技術(shù)同樣不能保持水體水質(zhì)的長(zhǎng)期穩(wěn)定，容易造成黑臭問(wèn)題反彈，并且化學(xué)藥劑費(fèi)用高，同時(shí)外來(lái)化學(xué)物質(zhì)可能會(huì)對(duì)水環(huán)境造成二次生態(tài)污染，不能從根本上治理污染，恢復(fù)水體的生態(tài)功能，因此大多用于黑臭水體嚴(yán)重的小型封閉水體[6]。

2.2.3 生物生態(tài)治理技術(shù)

黑臭水體治理的最終目的是修復(fù)水體的生態(tài)環(huán)境，恢復(fù)水體原有的功能面貌。生物生態(tài)治理技術(shù)是利用微生物、植物等的新陳代謝作用對(duì)水體中的有機(jī)物，N 和P 等污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化和降解，進(jìn)而改善水體水質(zhì)，同時(shí)構(gòu)建具有完整營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)的水生生態(tài)系統(tǒng)，從根本上恢復(fù)水體功能，是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外發(fā)展較快的一種水體治理技術(shù)，具有安全持久、穩(wěn)定有效、綠化環(huán)境、改善景觀等優(yōu)點(diǎn)。

現(xiàn)階段的生物生態(tài)治理技術(shù)大致分為以下3 個(gè)方向。

2.2.3.1 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)目前主要有兩種途徑：（1）向黑臭水體中投加微生物制劑或酶制劑；（2）投加由多種可降解污染物的酶以及促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的維生素、微量元素、有機(jī)酸等組成的生物激活制劑。

微生物修復(fù)技術(shù)具有條件溫和、過(guò)程穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，與其他方法聯(lián)用時(shí)凈化效果明顯。於建明等[7]根據(jù)寧波市中塘河支流黑臭水體溶解氧含量低、土著生物少、底質(zhì)污染嚴(yán)重等的污染現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)人工曝氣充氧、種植水生植物、構(gòu)建水生微生物種群等措施對(duì)該水體進(jìn)行深度治理，有效地去除了水體中的有機(jī)物、NH3-N 和TP 等污染物，同時(shí)增加了水體溶解氧量及透明度。微生物繁殖速度快，培養(yǎng)周期短，并且能降解環(huán)境中大部分有機(jī)物，其治理范圍廣，有利于水體水質(zhì)保持穩(wěn)定，然而微生物修復(fù)法易受環(huán)境因素，如溫度、pH 值和Do 等的影響，其治理效果一般，并且外來(lái)菌種易與水體中的土著微生物存在生存競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致土著微生物活性及生物量降低，進(jìn)而影響水體修復(fù)效果。

2.2.3.2 生物膜法

生物膜技術(shù)是將附著微生物的薄膜投加到黑臭水體當(dāng)中，是一種“附著生長(zhǎng)型”污水處理方法，例如礫石接觸氧化法、排水溝（渠）的接觸氧化法等。生物膜上的微生物群在與污水接觸過(guò)程中，通過(guò)截留、吸附、降解等多種手段去除水體污染物，改善黑臭水體水質(zhì)。微生物薄膜與單獨(dú)的微生物個(gè)體相比，接觸面積大，且微生物濃度高，處理效率高，對(duì)水質(zhì)與水量變化有著很強(qiáng)的適應(yīng)能力，近年來(lái)，生物膜技術(shù)日益受到重視。高尚等[8]運(yùn)用生物膜法與人工濕地技術(shù)聯(lián)用的生物凈化槽修復(fù)上海市普陀區(qū)黑臭水體，試驗(yàn)結(jié)果表明，生物凈化槽對(duì)BOD5，CODCr，NH3-N 和TP 的平均去除率分別為37.0%，34.8%，34.7%，26.7%，能夠較好地實(shí)現(xiàn)黑臭水體的生態(tài)修復(fù)。

2.2.3.3 水生植物凈化技術(shù)

水生植物凈化技術(shù)不僅能改善水質(zhì)條件，同時(shí)具有景觀效果，是近年來(lái)黑臭水體治理中應(yīng)用較多的生態(tài)治理技術(shù)[9]。水生植物吸收水體中的污染物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并降解為無(wú)害的物質(zhì)，同時(shí)增加水體溶解氧，并且植物發(fā)達(dá)的根系具有巨大的截污能力，水生植物能與根系周圍繁殖的好氧細(xì)菌形成生物過(guò)濾體系，進(jìn)一步凈化水體。常用的植物凈化技術(shù)包括人工濕地、氧化塘、生態(tài)浮床等。蔡佩英等[10]研究了9 種常見(jiàn)的水生植物對(duì)模擬污水中N 和P 的凈化效果，結(jié)果表明，9 種水生植物對(duì)NH3-N、總N、總P 的去除率效果較好，鳳眼蓮、空心蓮子草、茭白對(duì)N 和P 有較好的去除效果。

人工濕地凈化技術(shù)是將污水引至人工建造的濕地上，在填料上種植篩選出的植物，從而形成一個(gè)獨(dú)特的動(dòng)植物生態(tài)環(huán)境，利用植物的根系及其周圍的土壤微生物聯(lián)合對(duì)污水進(jìn)行凈化，污水流經(jīng)濕地時(shí)，污染物被填料及植物根系阻擋攔截，通過(guò)生物膜的新陳代謝作用被去除[9]。人工濕地對(duì)COD 和BOD 有較高的去除率，吸附率大多在80%～90%，人工濕地凈化城市污水的研究表明[11]，進(jìn)水濃度較低的情況下，人工濕地對(duì)BOD5的去除率可達(dá)85%～95%，對(duì)COD 的去除率達(dá)80%，SS 小于20 mg/L。

生物氧化塘是一種利用微生物與藻類兩種生物間的協(xié)同作用處理污水的自然生態(tài)系統(tǒng)，是黑臭水體治理的有效預(yù)處理措施。具有基建投資少、耗能小、處理費(fèi)用低、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)[12]。江棟等[13]利用氧化塘修復(fù)廣東古廖涌水體時(shí)發(fā)現(xiàn)黑臭水體在氧化塘出水口形成由魚(yú)類、藻類、浮游動(dòng)物、原生動(dòng)物組成的復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)，CODcr 去除率在50%以上，NH3-N，TN，TP 的去除率分別在40%，35%，40%以上。然而生物氧化塘的凈化效果易受溫度、光照、進(jìn)水性質(zhì)、降雨量等環(huán)境因素的影響，其應(yīng)用范圍有一定的局限性。

生物生態(tài)治理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)概括見(jiàn)表3。

3 黑臭水體治理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

城市黑臭水體的治理是一個(gè)綜合且復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響因素眾多，治理難度極大，實(shí)際治理中還存在較多問(wèn)題，為保證城市水體的長(zhǎng)治久清，需探索更好的綜合治理措施。

3.1 加強(qiáng)污染源控制

控制污染源是治理黑臭水體的前提，經(jīng)城市管網(wǎng)收集的生活污水、工業(yè)廢水的高效脫氮、除磷、除碳技術(shù)將是城市黑臭水體的一個(gè)發(fā)展方向，并且如何有效利用截流控污、城市地表徑流，從而加強(qiáng)污染面源控制，將是黑臭水體治理的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2 探索更好的治理技術(shù)組合

各種技術(shù)都有其處理對(duì)象以及適用范圍。不同的污染水體有其自身的特性及環(huán)境條件，系統(tǒng)、客觀地分析各種技術(shù)的適用條件，結(jié)合黑臭水體的成因、水質(zhì)特征，將各種治理技術(shù)組合，優(yōu)選綜合治理方案，以發(fā)揮治理技術(shù)的最佳利用價(jià)值。

表3 生物生態(tài)治理技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)概括

3.3 改善生物生態(tài)技術(shù)

生物生態(tài)治理方法效果顯著、經(jīng)濟(jì)高效、過(guò)程穩(wěn)定，能從根本上治理黑臭水體污染。但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，微生物生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，適應(yīng)能力差；植物容易受氣候、病蟲(chóng)害的影響，在實(shí)際治理過(guò)程中難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。因此，生物生態(tài)治理技術(shù)需要進(jìn)一步優(yōu)化，提高微生物、植物的適應(yīng)性，通過(guò)植物組合等降低對(duì)氣候的要求，減少對(duì)環(huán)境條件的依賴，將是下一步的研究重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)黑臭水體的治理力度逐漸加大，城市黑臭水體得到很大程度的改善，但治理過(guò)程中仍存在許多問(wèn)題，并且黑臭水體的污染由來(lái)已久，其成因復(fù)雜，污染性質(zhì)各異，因此治理過(guò)程中需結(jié)合當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)特征及水體狀態(tài)，選擇適宜的治理技術(shù)措施，爭(zhēng)取利用較低的成本，達(dá)到最好的治理效果。