周 瑩,岳艾儒,徐 宏,鄒俊良

(1. 中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100048;2.四川省環(huán)?？萍脊こ逃邢挢?zé)任公司，成都 610041; 3.四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，成都 610041;4. 四川省生態(tài)環(huán)境保護(hù)綜合行政執(zhí)法總隊，成都 610093)

1 黑臭水體概念及國外治理經(jīng)驗

1.1 黑臭水體的概念

近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，越來越多的生產(chǎn)廢水和生活污水被排入城市水域，這些水域表現(xiàn)出季節(jié)性甚至全年性的黑色和臭味[1]。目前，流經(jīng)全國大多數(shù)城市建設(shè)區(qū)的河流水質(zhì)受到不同程度的污染。隨著城市水體中黑色氣味的程度和范圍逐漸加劇，這種極端的黑色氣味水現(xiàn)象不僅對生態(tài)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，而且對居民的感官產(chǎn)生了非常深遠(yuǎn)的影響，同時也很容易對一些人群造成健康風(fēng)險[2]。如果政府不治理水體黑臭現(xiàn)象，縱容大面積黑色臭水體出現(xiàn)，生態(tài)環(huán)境問題變得更加突出[1]。不僅河流、湖泊、水質(zhì)下降，而且周圍的景觀也會逐漸變差。因此，除去黑色臭水，不僅有改善河流和湖泊感覺的效果，還對美化城市、保護(hù)城市生活環(huán)境、促進(jìn)社會和諧以及持續(xù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著重要影響[3]。

2015年4月，國務(wù)院正式頒布了《水污染防治行動計劃》(以下簡稱《水十條》)。水十條明確要求到2030年解決中國城市建成區(qū)的黑臭水體問題[4]。為了貫徹國務(wù)院的要求，2015年8月，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部會同環(huán)境保護(hù)部(現(xiàn)生態(tài)環(huán)境部)等部門，共同制定了《城市黑臭水體處理指南》(以下簡稱指南)。指南中提到的城市黑色和有氣味水體的概念:“黑色和有氣味水體是指城市中呈現(xiàn)不愉快顏色和/或散發(fā)不愉快氣味的水體的統(tǒng)稱[3]?！辈蜒趸€原電位(ORP)，溶解氧(DO)，氨氮(NH3-N)和透明度這4項指標(biāo)作為城市黑臭水體主要判定和分級的標(biāo)準(zhǔn)列出[5]，具體指標(biāo)要求見表1。

表1 城市黑臭水體污染分級標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Classification standards for urban black-odor water Pollution

1.2 國外黑臭水體治理經(jīng)驗

近年來，水體黑臭問題雖然在局部得到了解決，但大部分黑臭水體的現(xiàn)象依然存在[6]。人們對黑臭水體這一污染現(xiàn)象及其產(chǎn)生的其他城市環(huán)境污染問題引發(fā)了較為廣泛的關(guān)注。

19世紀(jì)50年代，英國倫敦泰晤士河爆發(fā)了“大惡臭”事件，至此之后，英國政府成立了相關(guān)水環(huán)境污染問題防治部門，同時，制定了相關(guān)法律法規(guī)，實行了最嚴(yán)格的污染物排放管理制度，并且對污染物排放進(jìn)行收費處理，對河道沿線的旅游產(chǎn)業(yè)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行鼓勵，在河道內(nèi)部進(jìn)行增氧曝氣，在河道底部進(jìn)行植物污水凈化，經(jīng)過努力后，泰晤士河的水污染得到治理，水環(huán)境問題得到了解決，水生態(tài)得到了恢復(fù)[7]。亞洲國家的城市黑臭水體治理主要參考英國模式，日本對坂川的治理，也是將生態(tài)修復(fù)與曝氣增氧、生物膜修復(fù)相結(jié)合，其水質(zhì)得到了改善[8]。清溪川是韓國著名河流，曾經(jīng)大量垃圾漂浮在清溪川河面，21世紀(jì)初，政府針對清溪川的流域污染治理專門成立了市民委員會，在對其生態(tài)修復(fù)的同時，對流域環(huán)境進(jìn)行改造。經(jīng)過兩年的努力，河道恢復(fù)了其生態(tài)功能，水質(zhì)也得到了改善[9]。針對田納西河在上個世紀(jì)30年代污染嚴(yán)重，美國國會頒布了所屬河流流域域管理法，為解決水環(huán)境問題提供了法律依據(jù)，維持了田納西河的水生態(tài)發(fā)展。歐洲其他國家還采用了其他方式進(jìn)行治理，比如法國采用工業(yè)廢水處理后回用于河道及地下水、修建生態(tài)河堤等方式，使多瑙河重現(xiàn)清澈[10]。

表2列舉了各國在不同時期治理水體已有經(jīng)驗[7～10]。

表2 不同時期國外治理黑臭水體經(jīng)驗Tab.2 Foreign experience in treating black-odor water in different periods

2 我國黑臭水體治理現(xiàn)狀及面臨的問題

2.1 黑臭水體治理現(xiàn)狀

根據(jù)《水污染防治行動計劃》要求：地級及以上城市建成區(qū)需要于2020年底前完成本轄區(qū)內(nèi)建成區(qū)黑臭水體治理目標(biāo)。由于黑臭水體治理是一項系統(tǒng)性的工作，僅僅按照平臺要求河段完成治理后，要想保證黑臭水體“長治久清”，不再反彈，還需要對黑臭水體上游段、支流段等進(jìn)行全流域治理，更需要對黑臭水體多指標(biāo)、全尺度的研究評價。

2.2 黑臭水體治理后面臨的問題

目前大部分城市采用現(xiàn)有治理工藝對黑臭水體整治后，雖然已經(jīng)做到了“不黑不臭”的要求，但是根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，很多黑臭水體整治手段較為單一，受限于資金投入不足等原因，目前治理手段仍以截污治污、清淤、垃圾清理等為主，在生態(tài)補水、生態(tài)修復(fù)、面源污染防治、海綿建設(shè)等方面相對欠缺，不能體現(xiàn)系統(tǒng)治理的要求，局部區(qū)域的污水仍需要通過泵站提升或者建設(shè)臨時應(yīng)急處理措施，存在治理成本高、處理效果不穩(wěn)定現(xiàn)象，黑臭水體治理后，主要出現(xiàn)以下問題：

(1)部分黑臭水體治理前為納污溝渠，待截污管道修建后，黑臭水體由于無生態(tài)補水，成為了干涸的渠道，喪失水體功能性[11]。

(2)納污管道修建后，導(dǎo)致污水廠處理負(fù)荷增加，超過設(shè)計處理能力，運營成本上升。

(3)河道未建設(shè)生態(tài)景觀措施，黑臭水體反復(fù)現(xiàn)象出現(xiàn)，沒有進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。

由于沒有科學(xué)的評價體系，黑臭水體治理技術(shù)建設(shè)受到制約、人水關(guān)聯(lián)性被忽視、聯(lián)動合作不暢通都是黑臭水體治理面臨的難題，所以為了科學(xué)地判斷黑臭水的管理所處階段，有針對性地解決黑臭水體面臨的問題，明確黑臭水體整治下一步應(yīng)該實施的工作，黑臭水體的評判也不僅局限于4項監(jiān)測指標(biāo)和令人不適氣味，而應(yīng)分階段科學(xué)建立更全面、更客觀的指標(biāo)評價體系。

3 指標(biāo)體系分析與建立

3.1 確定指標(biāo)體系和層次結(jié)構(gòu)

基于《城市黑臭水體整治工作指南》[5]建議表征因素、人體感觀、水體功能對黑臭水體新的評判指標(biāo)進(jìn)行定義。按照“水清、水滿、水美”3個階段實現(xiàn)黑臭水體的整治。

(1)第一階段主要為“水清”的實現(xiàn)，主要是對水體水質(zhì)的表征，可參考《城市黑臭水體整治工作指南》建議表征因素包括：溶解氧(DO)、透明度、氨氮(NH4-N)、氧化還原電位4個二級指標(biāo)。

(2)第二個階段主要為“水滿”的實現(xiàn)，主要對河道水體功能的表征，可設(shè)置流量、灌溉面積、截污干管覆蓋率三個二級指標(biāo)。

(3)第三個階段主要為“水美”的實現(xiàn)，主要對河道水生態(tài)功能的表征，可設(shè)置河道景觀、居民評議、水體異味、水面垃圾漂浮四個二級指標(biāo)。

三個階段的指標(biāo)為逐步遞進(jìn)，采用層次分析法逐步確定指標(biāo)體系及權(quán)重，表3為黑臭水體評價指標(biāo)體系。

表3 黑臭水體評價指標(biāo)體系建立Tab.3 Establishment of index system for black-odor water assessment

層次分析法判斷尺度多采用三標(biāo)度法和九標(biāo)度法，九標(biāo)度法判斷精度較高，適用于重要性相差較多的兩兩判斷。三標(biāo)度法判斷精度較低， 可用于對重要性相差不多的兩兩判斷。由于每個指標(biāo)的重要性不同，為了反映指標(biāo)之間的差異程度，本文通過九標(biāo)度法確定判斷矩陣，并計算每個指標(biāo)的相應(yīng)權(quán)重[12]。

表4 各層次指標(biāo)組合權(quán)重Tab.4 Combined weight of indexes of each hierarchy

由表4可以看出，黑臭水體評價體系中，按照“水清、水滿、水美”3個階段，當(dāng)達(dá)到“水清”目標(biāo)后，即完成了黑臭水體治理的53.96%工作；達(dá)到“水滿”目標(biāo)后，即完成了黑臭水體治理的83.65%工作；達(dá)到“水美”目標(biāo)后，完成了黑臭水體整治的全部工作。

3.2 三個階段治理工作

根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》推薦和我國已治理黑臭水體調(diào)研，黑臭水體常見治理工藝主要包括：控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復(fù)、活水保質(zhì)及能力建設(shè)5個方面，按照“水清、水滿、水美”3個階段的要求，“水清”階段主要完成：控源截污、內(nèi)源治理兩個方面工作；“水滿”階段主要完成：活水保質(zhì)的工作；“水美”階段主要完成：生態(tài)修復(fù)和能力建設(shè)兩個方面的工作。

3.2.1 “水清”階段工作介紹

3.2.1.1 控源截污

水體黑臭治理重點在于源頭，控源截污是工程措施的關(guān)鍵內(nèi)容，控源截污是工程措施的關(guān)鍵內(nèi)容，治理黑臭水體目前當(dāng)務(wù)之急是杜絕污水直排現(xiàn)象，未經(jīng)過處理的污水不應(yīng)進(jìn)入河道，才能減緩城市河道污染治理壓力，截流系統(tǒng)設(shè)置是否通暢直接關(guān)系著污水收集管道及各類污水收集處理設(shè)施是否能有效運行，從而確定黑臭水體整治工作是否有效?？卦唇匚壑卫砉こ虄?nèi)容主要包括以下幾個方面：

①污水直排的治理。計算截污量及截污方式，明確承接的污水處理設(shè)施及其規(guī)模。

②雨污混錯接的治理。確定污水收集管道錯接點位，同時制定其改造方案。

③合流制溢流污染控制。若存在合流制溢流污染，應(yīng)從管網(wǎng)改造、源頭減排、溢流口改造、調(diào)蓄等方面明確具體工程措施。

④雨水徑流污染控制。遵循海綿城市的理念確定相關(guān)工程措施。

⑤工業(yè)源、城市生活源、城市和農(nóng)村面源的治理措施。

3.2.1.2 內(nèi)源治理

內(nèi)源污染主要指的是河道內(nèi)部沉積的淤泥，大多是由于工業(yè)廢水、生活污水的大量排放、河道垃圾及雨水形成的地面沖刷等原因造成的，甚至形成河道淤積，打破了水體原有的生態(tài)系統(tǒng)，形成水體惡臭，影響沿岸生活環(huán)境，同時也削弱河道過水能力，增加洪澇災(zāi)害風(fēng)險。對河道進(jìn)行內(nèi)源治理，可以有效地改善河道的生態(tài)環(huán)境，提高河道的行洪能力，對于提高城市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增強城市的泄洪排澇能力具有顯著意義。內(nèi)源治理主要包括：測量底泥深度及重金屬含量、確定清淤及處置方式、清理河面垃圾等。

3.2.2 “水滿”階段工作介紹

活水保質(zhì)：活水保質(zhì)是黑臭水體長效保質(zhì)措施，主要用于增加河道水體的水力停留時間、優(yōu)化河道水體的水動力條件，從而使流域的水體自凈能力提高，是水質(zhì)長效改善和保持必不可少的措施，因此，還需要以提高河道水動力為目標(biāo)采取活水保質(zhì)的措施包括補水的水源、水質(zhì)和水量等。

3.2.3 “水美”階段工作介紹

生態(tài)修復(fù)：長期以來，人們過分強調(diào)水利安全的單一目標(biāo)，采用混凝土等硬質(zhì)質(zhì)料對城市內(nèi)河濱岸帶進(jìn)行建設(shè)，降低河流景觀價值的同時，對流域的生態(tài)功能和結(jié)果也造成了損害。根據(jù)調(diào)研目前很多黑臭水體現(xiàn)狀河堤大多為硬質(zhì)河堤，建議對水體河堤岸生態(tài)修復(fù)在行洪排澇斷面保證的前提下，利用景觀的手法，結(jié)合海綿城市設(shè)計理念，打破現(xiàn)有河道駁岸的僵直現(xiàn)狀，形成多樣的生態(tài)空間。同時要考慮周邊居民的可介入空間的安排，為居民營造宜居場所。生態(tài)修復(fù)主要結(jié)合河道岸線和河道內(nèi)兩個部分，明確河堤的生態(tài)布局和生態(tài)修復(fù)措施、恢復(fù)河道內(nèi)的水生態(tài)系統(tǒng)等。

同時，管理部門應(yīng)增設(shè)黑臭水體排查、監(jiān)測、監(jiān)管能力，建立監(jiān)管平臺等能力建設(shè)措施。

3.3 指標(biāo)體系應(yīng)用舉例

參考《指南》和調(diào)研黑臭水體治理工作實例，表5為對消除黑臭水體臨界值定義。

表5 城市黑臭水體污染臨界值標(biāo)準(zhǔn)Tab.5 Critical values of urban black-odor water pollution

“水清”指標(biāo)及其臨界值是準(zhǔn)則要求臨界值；“水滿”指標(biāo)及其臨界值主要結(jié)合四川省當(dāng)前治理完成后黑臭水體數(shù)據(jù)的統(tǒng)計平均值和財政部、住房和建設(shè)部聯(lián)合發(fā)布的《城市黑臭水體治理示范城市應(yīng)用指南》中約束性指標(biāo)的確定。“水美”指標(biāo)及其臨界值主要是結(jié)合《城市黑臭水處理示范城市應(yīng)用指南》中的“指南”和競爭指標(biāo)的要求來確定的。單項指標(biāo)賦值選取相應(yīng)指標(biāo)與臨界值的比例計算得出，其中氧化還原電位指標(biāo)會有負(fù)值出現(xiàn)。同時，考慮到部分指標(biāo)比例太大影響結(jié)果客觀性，指標(biāo)于臨界值比例大于“1”后則取“1”。因此，指標(biāo)體系中，“水清、水滿、水美”3個階段治理任務(wù)均完成后其得分為1，得分小于0.539 6則處于黑臭水體治理第一階段，首要任務(wù)是完成“水清”的治理目標(biāo)，需要實施的措施為控源截污和內(nèi)源治理；得分大于等于0.539 6小于0.836 5則處于黑臭水體治理第二階段，主要任務(wù)是完成“水滿”的治理目標(biāo)，需要實施的措施為活水保質(zhì)；得分大于等于0.836 5小于1則處于黑臭水體治理第三階段，即完成“水美”的治理目標(biāo)后，就能實現(xiàn)黑臭水體完成治理的最終目標(biāo)，需要實施的措施為生態(tài)修復(fù)和能力建設(shè)。

現(xiàn)以某市建成區(qū)內(nèi)黑臭水體為例，圖1為某市建成區(qū)黑臭水體分布圖。根據(jù)掌握數(shù)據(jù)，某市建成區(qū)黑臭水體A溝在治理前透明度為10cm、溶解氧為4.4mg/L、氧化還原電位為-380mV、氨氮為103mg/L；流量為0.78m3/s、灌溉面積為0m2、截污干管覆蓋率為21%；河道景觀面積比例為7%、居民評議率為0%、臭氣濃度為10、水面垃圾漂浮率為10%，表6為某市A溝治理前無量綱化處理前后數(shù)據(jù)。

圖1 某市建成區(qū)黑臭水體分布圖Fig.1 Black-odor water distribution map of built-up area of a city

表6 某市A溝治理前無量綱化處理前后數(shù)據(jù)Tab.6 Data of ditch A in a city before treatment before and after dimensionless method

監(jiān)測數(shù)據(jù)和流量采樣主要為每年豐水期、枯水期各采一次，一次選取黑臭河段上游、中游、下游各一個點，取其均值；其余指標(biāo)為年底實際統(tǒng)計數(shù)值。

A溝各項指標(biāo)與臨界值的比例乘以組合權(quán)重，其評價得分為：-0.375 9，根據(jù)比較，A溝在治理前處于黑臭水體治理第一階段，首要任務(wù)是完成“水清”的治理目標(biāo)，目前需要實施的任務(wù)主要是控源截污和內(nèi)源治理。A溝控源截污主要包括修建截污管道3.9km，最大限度確保流域范圍內(nèi)污水“應(yīng)收盡收”；內(nèi)源治理主要包括清理A溝沿線生活垃圾堆放點2處、建筑垃圾堆放點4處，河道清淤合計2 000m3。

A溝在治理后透明度為30cm、溶解氧為6.1mg/L、氧化還原電位為427mV、氨氮為1.07mg/L；流量為0.2m3/s、灌溉面積為0m2、截污干管覆蓋率為93%；河道景觀面積比例為10%、居民評議率為91%、臭氣濃度為0、水面垃圾漂浮率為97%。A溝各項指標(biāo)與臨界值的比例乘以組合權(quán)重，其評價得分為：0.827 6。

同理，將某市19條黑臭水體治理前后的各項指標(biāo)和臨界值比較后，再乘以組合權(quán)重，表7為各溝的評價得分，圖2為階段性評價體系內(nèi)某市黑臭水體治理前后分值分布情況。

圖2 階段性評價體系內(nèi)某市黑臭水體治理前后分值分布情況Fig.2 Distribution of scores before and after black-odor water treatment in a city in the phased assessment system

表7 某市黑臭水體治理前評價得分Tab.7 Scores of black-odor water in the city before treatment

根據(jù)圖2可以看出，某市19條黑臭水體治理后的各項指標(biāo)若按照階段性體系評價，所有黑臭水體治理前都未能達(dá)到一階段“水清”要求，需要實施的任務(wù)主要均是控源截污和內(nèi)源治理。所有黑臭水體治理后都達(dá)到一階段“水清”要求，有兩條黑臭水體未能達(dá)到二階段“水滿”的要求，需要實施的任務(wù)為活水保質(zhì)；17條黑臭水體均未達(dá)到三階段“水美”的要求，需要實施的任務(wù)為生態(tài)修復(fù)和能力建設(shè)。B溝和P溝在治理前水質(zhì)優(yōu)于其他溝，如K溝、S溝等，但是在治理后，評分低于其他溝，根據(jù)調(diào)研，其主要原因是B溝和P溝采取了截污治理后將明溝轉(zhuǎn)變?yōu)榘登瑹o法實現(xiàn)河道景觀、水面流量等指標(biāo)。

因此，可得出，針對某市而言，雖然19條黑臭水體按照《指南》所設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，均已做到了“不黑不臭”，但是下階段治理趨勢還是需要做到增加河道景觀、減少水體異味、減少水面垃圾漂浮，實現(xiàn)居民滿意，隨著黑臭水體治理要求的變化，本文建設(shè)的評價體系內(nèi)的指標(biāo)還可以進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，確保按照國家最新要求進(jìn)行評價。

4 結(jié) 論

近年來，由于實施《水污染防治行動計劃》，我國城市黑臭水體已經(jīng)得到一定程度改善，但是黑臭水體治理是一個復(fù)雜和系統(tǒng)工程，目前采用的治理方法成本高，可能造成二次污染且操作繁瑣，難以做到根治。本文通過總結(jié)國內(nèi)外黑臭水體治理經(jīng)驗，構(gòu)建了治理評價新指標(biāo)體系，將黑臭水體整治工作劃分為3個階段，將新增指標(biāo)體系成果應(yīng)用于黑臭水體治理實際工作中，可分別對每條黑臭水體治理所處的階段進(jìn)行研判，通過指標(biāo)體系有效地預(yù)判黑臭水體下一階段工作內(nèi)容和治理趨勢。未來，可以結(jié)合指標(biāo)體系判斷結(jié)果，對當(dāng)前的技術(shù)創(chuàng)新以較低的成本管制黑臭水體，與相關(guān)技術(shù)相結(jié)合，有機結(jié)合，滿足人與自然之間協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展的要求。營造生態(tài)宜居的城市環(huán)境。