文_李傳鎮(zhèn) 劉娜 江蘇河湖環(huán)境科學(xué)研究院有限公司

由于全球工業(yè)化和城市化進(jìn)程日新月異，大量未經(jīng)處理的生活污水和工業(yè)廢水直接排放到城市河流中，從而導(dǎo)致河水質(zhì)量明顯下降。在某些情況下，重度污染的河流甚至表現(xiàn)出季節(jié)性和常年性的水體黑臭味，這不僅導(dǎo)致水資源減少，而且對(duì)人類(lèi)健康構(gòu)成威脅，阻礙城市生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)的城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

我國(guó)有超過(guò)80%的城市河流正遭受污染，其中大部分已變成黑臭的河流。黑色臭味的水體是由于水體中存在過(guò)多的化學(xué)需氧量（COD），氮（N）和其他污染物而造成的，這些污染物有可能導(dǎo)致水體缺氧并破壞有機(jī)物，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的有機(jī)污染。由于厭氧微生物的分解，有機(jī)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生刺激性氣體，例如硫化氫、甲烷和氨，這些氣體可能會(huì)從水表面釋放出來(lái)。帶負(fù)電的硫化物懸浮膠體（例如FeS和MnS）使水體變黑和變臭。黑臭水體的處理主要分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法。物理方法是指市政工程方法，如控制源截流，泥沙疏、曝氣復(fù)氧、輸水等；化學(xué)方法包括中和、沉淀、絮凝等；生物修復(fù)方法主要包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)。

1 黑臭水體產(chǎn)生機(jī)制

持續(xù)排放到河流及其支流的有機(jī)污染物被認(rèn)為是造成水質(zhì)差的最重要原因之一。鑒于城市建設(shè)項(xiàng)目的快速發(fā)展和人口激增至數(shù)百萬(wàn)，空間人口已變得集中，當(dāng)?shù)氐奈鬯占O(shè)施無(wú)法處理過(guò)量的生活污水。此外，地表徑流日益嚴(yán)重的污染負(fù)荷導(dǎo)致大量有機(jī)污染物排入河體中。有機(jī)污染物主要包括有機(jī)碳源（例如COD、BOD5和有機(jī)氮）及其化合物（例如銨態(tài)氮化合物和含磷化合物），這些化合物源自廢水中糖類(lèi)，脂質(zhì)和氨基酸的分解產(chǎn)物，而且，降解過(guò)程消耗了水體中大量的DO。同時(shí)，聚集在水面上的有機(jī)物會(huì)形成破壞空氣界面交換的膜。

此外，作為導(dǎo)致水體變黑并散發(fā)出惡臭的重要污染因子，沉積物的再懸浮使污染物被沉積物吸收，從而導(dǎo)致水體與孔隙水之間的交換。然后，該過(guò)程將許多類(lèi)型的污染物排放到河中。與以前相比，水變得越來(lái)越黑，臭味也越來(lái)越大。許多沉積物為放線菌和藍(lán)細(xì)菌等微生物提供了適宜的生存環(huán)境，這兩種微生物使沉積物進(jìn)行甲烷化和反硝化，從而惡化了水體的狀況。通常，有機(jī)物是導(dǎo)致河水體變成黑臭水的致命影響因素。

2 黑臭水體治理技術(shù)

有試驗(yàn)研究曝氣與生物膜技術(shù)相結(jié)合對(duì)黑臭河中氮素轉(zhuǎn)化的影響，結(jié)果表明，通氣能在一定程度上提高被污染黑臭河流的溶解氧含量，對(duì)所有形式的氮的轉(zhuǎn)化和微生物活性都有顯著影響。特別是在恢復(fù)河流水質(zhì)方面，泥沙曝氣優(yōu)于水曝氣。對(duì)于嚴(yán)重污染的城市河流，復(fù)氧能力是有效應(yīng)用生物修復(fù)的前提。在曝氣的基礎(chǔ)上，生物膜技術(shù)可以明顯去除水體中的NH4-N和TN。一方面，就時(shí)間和空間而言，生物膜系統(tǒng)具有生物脫氮的有利條件；另一方面，生物膜引發(fā)硝化和反硝化作用，可以加速N2的生成并從水體逸出。

關(guān)于生物膜內(nèi)部的物質(zhì)循環(huán)，生物膜的群落結(jié)構(gòu)和功能以及影響生物群落的物理、化學(xué)和生物學(xué)因素，仍需要進(jìn)行更深入的研究。總體而言，采用合理的程序，將沉積物曝氣與生物膜技術(shù)相結(jié)合，可以明顯改善黑臭城市河流的修復(fù)效果和穩(wěn)定性，對(duì)嚴(yán)重的城市河流具有重要意義。

與許多傳統(tǒng)技術(shù)方法相比，生物修復(fù)是一種低成本的方法，目前正在廣泛研究各種應(yīng)用，包括利用微生物修復(fù)沉積物。人工水生植物（AAP）由于其成本低，比其他方法造成的二次污染少且對(duì)環(huán)境安全，因此在水環(huán)境保護(hù)和恢復(fù)領(lǐng)域通常被認(rèn)為是一種生物生態(tài)恢復(fù)技術(shù)。

AAP技術(shù)起源于日本，最早在污水處理領(lǐng)域使用。后來(lái)，在流域建立了人工水生細(xì)繩，以改善廣島福山的水質(zhì)。經(jīng)過(guò)4年的觀察，結(jié)果顯示BOD和SS的平均去除率分別為31.8%和18.5%。1993年，日本廣島縣福山市的排水溝還配備了細(xì)繩生物填料。結(jié)果表明，COD的去除率為2%～32%，BOD的去除率為11%～46%，SS的去除率為16%～53%。

我國(guó)已經(jīng)在利用生物碳帶技術(shù)進(jìn)行了廢水凈化方面的實(shí)驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)了污染物的有效去除。有學(xué)者比較了人造水墊和碳纖維載體對(duì)水質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)透明度對(duì)前一種處理有更快的改善。為了改善水質(zhì)，在漢陽(yáng)市的一個(gè)湖中建立了多環(huán)AAP系列，導(dǎo)致處理后CODMn和Chl-a明顯下降。

迄今為止，大多數(shù)研究都集中在系統(tǒng)中采用的不同水力停留時(shí)間（HRT），體積載荷和載體體積比的凈化效率上，但是，對(duì)其他條件如AAP的長(zhǎng)度和pH值非常有限。黑臭河已成為一個(gè)突出的環(huán)境問(wèn)題，特別是對(duì)于發(fā)展中國(guó)家而言。一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室以確定人工水生植物（AAP）的最佳操作參數(shù)，為其在黑臭味河流中的應(yīng)用提供了理論和科學(xué)依據(jù)。在具有不同AAP長(zhǎng)度和pH的系統(tǒng)中測(cè)量了化學(xué)需氧量（COD）和氨氮（NH4+-N）。24d后，APP對(duì)COD和NH4+-N的最佳去除效率分別為100cm的90.07%和82.40%，pH值8.0～9.0的90.70%和91.90%。高通量測(cè)序分析表明，APP的相對(duì)豐度黃桿菌在50cm處為7.80%，而在100 cm處該比例增加到29.30%。pH8.0～9.0相對(duì)于pH 6.0～7.0而言，隨著長(zhǎng)度的增加，微生物的豐度不斷提高，不動(dòng)桿菌的比例明顯增加。結(jié)果表明，在人工濕地中，AAP對(duì)COD和NH4+-N的平均去除效率分別為27.75%和14.34%。因此，AAP有利于細(xì)菌的生長(zhǎng)，可用于處理黑臭河。

為了控制受?chē)?yán)重污染的有機(jī)沉積物、營(yíng)養(yǎng)物、硫化物和重金屬污染的沉積物的黑臭味，有學(xué)者提出了一種創(chuàng)新的原位沉積物修復(fù)方法，建立一條20m的河流沉積物和水通道，模擬珠江三角洲地區(qū)不規(guī)則的半日潮汐河。

首先，在低潮時(shí)期，通過(guò)曝氣沉淀物將沉淀物懸浮到上層水中，硫化物在其中被氧化。然后添加化學(xué)藥品（磷酸鹽和石灰）以穩(wěn)定重金屬并沉降懸浮的沉積物。曝氣處理結(jié)束后，將硝酸鈣直接注入沉積物中以防止硫化物再生。最后，培養(yǎng)并馴化了一個(gè)厚度為4cm的本地活性污泥層，通過(guò)該污泥層在好氧條件下對(duì)表層沉積物和上覆水中的有機(jī)物進(jìn)行了生物降解。

結(jié)果表明：①采用原位沉積物曝氣，使沉積物中硫化物的95.7%被氧化，氣味消失。②穩(wěn)定化處理后，沉積物中銅、鉛、鋅的釋放量減少了80%～95%，而總磷的穩(wěn)定度達(dá)到了90%。此外，處理過(guò)的沉積物中的硫化物濃度保持低于15mg/kg達(dá)6個(gè)月。③本機(jī)細(xì)菌的活性污泥層具有較高的生物降解能力，上覆水中BOD5、NH4+-N和TP的去除率分別達(dá)到89.2%、92%和71%。此外，該層使表面沉積物的顏色從黑色變?yōu)闇\棕色，這表明黑臭問(wèn)題得到了很好的解決。

此外，考慮到河流污染的普遍性、分散性和難于集中性，近年來(lái)生物修復(fù)技術(shù)因其具有就地處理、修復(fù)時(shí)間短、處理效果好、處理成本低等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。由于植物修復(fù)的時(shí)間長(zhǎng)、效果慢，以及氣候條件的重大影響，因此一般不采用此方法。

根據(jù)傳統(tǒng)的微生物處理，將外部細(xì)菌或生長(zhǎng)促進(jìn)劑直接噴入水中。然而，缺點(diǎn)是微生物很容易被水流去除，這導(dǎo)致富集效果不太明顯。生物膜方法為微生物創(chuàng)造了穩(wěn)定的生活環(huán)境，并防止了微生物的損失。此外，它具有豐富的微生物種類(lèi)，高活性，穩(wěn)定的處理效果，強(qiáng)大的抗沖擊能力以及簡(jiǎn)單的日常操作管理，這為其在河流處理中的應(yīng)用提供了廣闊的前景。

人工曝氣技術(shù)依靠多種不同的人工增強(qiáng)曝氣方法向水中注入空氣或氧氣，并且可以：①在短時(shí)間內(nèi)氧化諸如H2S和FeS等黑色臭味物質(zhì)。②增強(qiáng)河水湍流，加速水的再氧化。③抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)。④將大量有毒污染物降解或轉(zhuǎn)化為無(wú)毒形式，有利于恢復(fù)生態(tài)平衡。

3 結(jié)語(yǔ)

河道中嚴(yán)重的黑臭現(xiàn)象對(duì)城市居民的生活和城市的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了非常不利的影響，大大降低了環(huán)境質(zhì)量。城市黑臭水體情況日益顯著，危害很大。因此，必須充分注意科學(xué)合理的處理方法，以改善城市的整體環(huán)境質(zhì)量。

對(duì)于黑臭水體的處理，目前使用的主要方法包括化學(xué)添加、人工曝氣、綜合處理和其他處理方法。將來(lái)，黑臭水體的處理也將主要針對(duì)化學(xué)、微生物、材料等，尤其是對(duì)氧化性物質(zhì)和水的再氧化的研究。如果能夠促進(jìn)水體的再氧化并充分氧化，其中包含硫，鐵和各種有機(jī)化合物，那么水體的黑臭現(xiàn)象將得到有效控制，我國(guó)水體的黑臭問(wèn)題將得到大大改善。