我国黑臭水体污染与修复技术研究现状

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(1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市南岸区环境监测站，重庆 400060； 3.重庆市生态环境监测中心，重庆 401147)

我国黑臭水体污染与修复技术研究现状

廖伟伶1，黄健盛1，丁健刚2，刘敏3，陈婷婷1，童启邦1，姚源1，吕圣红1

(1.重庆市环境科学研究院，重庆 401147；2.重庆市南岸区环境监测站，重庆 400060； 3.重庆市生态环境监测中心，重庆 401147)

黑臭水体是水体污染的一种极端现象，它的出现不仅造成生态破坏，严重影响居民的生活及身心健康，同时还严重影响城市良好发展。对国内黑臭水体的成因和污染现状进行了分析，按物理技术、化学技术和生物技术对国内黑臭水体治理技术进行了分类，介绍了各种治理技术的原理、优点、缺点及适用性。通过分析国内外实际工程案例，总结成功的经验并吸取失败的教训，指出需转变传统的治理理念，遵循现实可行的黑臭水体治理路线。只有根据水体实际情况，因地制宜、因时制宜，选择合适的组合修复技术，有针对性地制定黑臭水体组合修复方案，才能保持长效机制。

黑臭水体; 污染现状;修复治理; 物理技术; 化学技术; 生物技术; 治理方向

1 研究背景

随着我国经济快速发展，城市规模迅速扩张，工业废水和生活污水排放量日益增大，大量污水排入城市水体,有机和无机污染物浓度严重超标，出现季节性或终年黑臭水体现象[1]。黑臭水体大面积出现，造成河道、湖泊景观效果变差，生态环境问题日益凸显[2],同时，水质下降，导致污水处理成本增加，严重影响城市发展。因此，治理黑臭水体意义重大。

《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)第一次明确将城市黑臭水体纳入国家水治理体系范畴。遵循节水优先、系统治理的原则，贯彻安全、清洁、健康的方针，采用源头控制、科学治理的方法，以达到水环境质量逐步改善，生态系统实现良性循环的目标。“水十条”要求“到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内，到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除”[3]。为贯彻落实“水十条”，促进城市生态文明建设，诸多治理技术应运而生[4]。但是在工程实践中，这些技术是否适应？有何局限性？哪些能确保水质长期稳定地改善？这些都是我们面临的问题，如何解决这些问题对于城市黑臭水体的治理有重要实践意义[5]。

2 黑臭水体成因及现状

2.1 成因分析

城市水体黑臭主要由以下原因造成：

(1)外源污染物。分为点源污染和面源污染。其中点源污染有污废水直排口、合流制溢流口、管网初期雨水等，面源污染有城市降雨径流、冰雪融化和畜禽养殖废水。污染物排放包括有机污染物及氮磷化合物。首先，污染物中有机物分解，大量消耗溶解氧，导致水体缺氧；然后，厌氧微生物繁殖并分解有机物，产生如NH3,H2S等恶臭气体及FeS，MnS等金属硫化物，从而引发水体黑臭。同时，大量有机物富集在水体表面会形成有机物膜，破坏水气界面交换，从而加剧水体发黑发臭[6]。

(2)内源污染物。底泥中的污染物在酸性、还原条件下从底泥释放出来。在水力冲刷、人为扰动及生物活动影响下，产生的H2S，CH4等气体在上升过程中将吸附在底泥颗粒上的污染物带入水相，导致大量悬浮物漂浮在水中，引发水体变黑发臭。此外，底泥为微生物提供了良好的生长环境，其中蓝藻和放线菌通过代谢作用促使底泥甲烷化、反硝化，造成底泥上浮及水体黑臭[7]。

(3)水体热污染。夏季温度升高及大量温度较高的城市工业废水和生活污水排入，导致水体整体或局部水温上升。合适的水温，会造成微生物活动频繁，大量分解有机物，降低溶解氧，从而引起水体发黑发臭。

(4)水动力条件不足。黑臭水体主要是流动性差甚至封闭的水体、断头浜，也有些是季节性河流[8]。由于水体水循环不足，引发河道污泥淤积、河道水量不足等，导致水环境恶化，污染物积累，水体自净能力减弱，最终出现黑臭[9-11]。

2.2 评判指标

《城市黑臭水体整治工作指南》[4]明确提出城市黑臭水体评价指标包括透明度、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)以及氨氮(NH3-N)，污染程度分级标准如表1所示。

表1 城市黑臭水体污染程度分级标准

注：水深不足25 cm时，透明度指标中的10 cm替换为水深的40%

2.3 现状分析

截止2016年12月，全国295个地级市及以上城市中，220个城市被排查出存在黑臭水体，共2 026个，60%左右的黑臭水体分布在广东、安徽、江苏、山东、湖北等地区。其中，广东被排查出黑臭水体244个，总长906.981 km；安徽217个，总长523.097 km；江苏125个，总长252.508 km；山东有164个，总长384.917 km；湖北有142个，总长达2 000.309 km，是全国各省份中长度最长的[12]。目前，黑臭水体整治工作正有序进行中，累计有321个完成整治工程，占总数的15.8%；已开工整治的有641个，占31.6%。其中，36个城市(直辖市、计划单列市、省会城市)中，有31个城市存在黑臭水体638个，累计有115个完成整治工程，占18.0%；已开工整治的有282个，占44.2%[13]。

西部以四川为例，截止2016年2月，四川省内查出重度黑臭水体46个，轻度黑臭水体54个。沿海城市以深圳为例，共42个河段为黑臭水体，其中重度28个，轻度14个。北京的海淀区、昌平区、朝阳区等范围内的24个河段中，有13个重度黑臭河段。西藏的黑臭水体屈指可数。由此可见，区域不同，水体受污染情况也不同[14]。

资料显示，每条黑臭河道长度平均为2～4 km，每km河道整治资金为3 500～4 500万元[15]；目前黑臭水体中河流占比最高，总长约5 596 km。按照每km黑臭河流整治资金4 000万元计算，其整治费用高达2 238亿元。再计入黑臭湖塘等的治理费用，金额十分高昂。按照“水十条”的要求，2030年内城市建成区黑臭水体总体要得到消除，在此期间，我国需要投入巨资用于黑臭水体治理工作，黑臭水体治理将面临巨大市场机遇。

3 黑臭水体治理技术现状及治理路线

3.1 治理技术现状

目前整治黑臭水体的技术众多，技术原理和应用形式不尽相同。主要分为物理治理、化学治理、生物生态治理。具体技术介绍、优缺点及适用性见表2。

由表2可知，纯粹的物理、化学技术修复虽然被广泛运用于治理黑臭水体，但仍有许多不足。经验证明，所有的物理、化学技术都不能在修复黑臭水体的同时提升水体自净能力，因此难以长期持续应用。生物生态修复技术是目前最具有发展前景的黑臭水体修复技术，主要是利用生物(原生动物、微生物、植物)的吸收转化等代谢活动来实现水体污染物的降解和转化，最终达到净化水体、恢复生态系统的目的[41]，具有经济、效果好、操作方便、无二次污染、美化环境等优点，拥有极为广阔的应用前景[42]。

3.2 治理路线

环境保护部科技标准司司长熊跃辉指出，黑臭水体的治理，要遵循 “外源减排、内源清淤、水质净化、清水补给、生态恢复”的技术路线。其中外源减排和内源清淤是基础，水质净化是阶段性手段，水动力改善和生态恢复是长效保障措施[43]。城市黑臭水体的整治可通过截污、清淤疏浚、引水、生态修复等多种技术组合实施，实现净化水环境的目标。

4 黑臭水体治理技术发展方向

城市黑臭水体的整治是一个复杂而庞大的系统工程，运用单一的修复技术往往不能达到理想的效果。因此需要具体问题需具体分析，强化“一水一策”，建立长效保障措施，多管齐下。在实际工程中，多采用组合工艺对黑臭水体进行治理。

4.1 治理成功案例

表2 治理技术概述

金承翔等[44]将曝气充氧技术、微生物菌剂(光合细菌、硝化细菌)和水生植物(凤眼莲)及生物促生剂组合，应用于上海市城区黑臭水体。结果表明：组合技术能快速降低水体污染物含量，同时能快速恢复水体生态系统，提高水体自净功能。曝气技术的使用可增强微生物、植物对水体的修复效果，提高对水体的净化能力；微生物菌剂和生物促生剂的结合，可以加快修复速度，缩短修复周期。以上组合方式是成功可行的。

徐玉良等[45]将生物膜、曝气技术、水生植物(芦苇、茭白、梭鱼草、黄花鸢尾)净化技术相组合，应用于昆山市凌家浜黑臭水体。结果显示水质得到明显改善，黑臭现象得到消除。黄伯平等[46]通过曝气、生物治理(生物膜)与生态修复(种植水生植物、投放水生动物)组合技术治理南京市江心洲黑臭河道也取得了成效，河道水质得到明显改善，生态环境趋于良好。日本通过生物膜、曝气与生态修复(种植芦苇及其他植物)相结合的方式对坂川污染水质进行净化也取得了成功。其主体工艺是在地下廊道内放置附着有生物膜的卵石，水流在卵石间流动时，通过与生物膜的接触，快速去除污染物，水质有明显改善[47]。

上述3个案例均采用了生物膜技术，该技术具有受水体条件限制性因素影响小、技术成熟的优点；曝气技术和生物膜技术的结合，保证了生物膜的好氧环境，增强其氧化能力，提高处理效率；同时，生物膜载体还可以提高水生植物系统的微生物量，有利于植物生长和提高吸附效果[48]。

周飞祥等[49]通过组合岸边植物、人工浮岛、水生植物景观化应用、水生动物以及复氧技术，以实现河南省鹤壁市不再出现黑臭现象，河湖水系水质不低于《地表水环境质量标准》Ⅳ类标准这一目标。日本通过组合人工湿地和人工浮岛技术，对渡良濑平原水库进行净化，不仅水质得到大幅提高，动植物生态系统也得到极大改善，生物多样性有所恢复[47]。这2个案例均使用了生态技术，通过植物达到净化目的。该技术有助于提高水体透明度，改善水质。但是植物修复也存在一定问题，比如生态浮岛的无土栽培植物不耐寒，冬季将死亡、腐烂，再次释放氮磷等营养物质，对水体造成二次污染；若需适时收割，则将耗费大量人力物力。因此，使用生态技术应考虑年中植物和年度植物的选择和衔接[50]。

4.2 治理失败案例

上海市环境科学研究院曾在河道里种植了各种净水植物，结果由于“水土不服”，净水植物伤亡惨重[51]。因此，在选择净水植物的时候，要通过试种，筛选出适应能力强、与要修复的水环境相匹配的净水植物，才能有效修复水环境。

同样采用控源截污、底泥疏浚、曝气复氧、人工湿地等技术的情况下，广州市石井河的整治情况却不容乐观。在整治技术全面使用的情况下，虽然黑臭状况有明显改善，但石井河的部分支涌中，仍有黑臭现象反弹，且水质污染仍较为严重，处于劣Ⅴ类水的状态[31]。

由上述2个失败案例可见，修复技术也存在水土不服的现象。需根据水体实际情况，针对性地开展黑臭整治工作，预测可能出现的各种环境风险，不断对整治方案进行调整或补充。

在选择修复技术的过程中，应充分考虑水体本身的属性、污染的现实状况(内外污染源、水文现状和周边环境污染状况等)及修复技术本身的局限性，有针对性地选择修复技术，比如：对于重有机污染型水体以高效生物膜为主体；对于氮磷含量高的有机污染型水体以生态浮床为主体；对于富营养化型水体以水生植物为主体等[52]。同时，不要片面重视修复技术的成本和阶段性的修复成果，这样往往是短时间内提高了水质，但很难从根本上解决环境问题。

综上所述，组合修复技术虽切实可行，但仍需慎重选择修复技术。合适的组合技术不仅能有效去除污染物，而且能快速恢复水体生态系统，增加生物多样性及增强水体自净功能，具有良好的环境效益。

5 结 语

城市黑臭水体已成为目前较为突出的水环境问题。治理黑臭水体是一个复杂漫长的工程，我们应将整治重心从水质净化逐渐转移到水体生态环境的恢复，摒弃传统的以效率为主的治理理念，强调与城市建设协同推进，将黑臭水体整治视为城市环境建设的重要组成部分。同时，水体水动力条件不佳，会直接影响河流整治成效，成为整治后水体水质不稳定的隐患，水体后期维护困难。因此，以往不被重视的影响因素如水动力条件等也需要得到关注、研究及完善。

黑臭水体治理的成熟技术虽然有很多，但黑臭水体的治理必须坚持因地制宜、因时制宜、系统整治的思路。切实开展调查，有针对性地为每个黑臭水体制定修复方案，合理安排治理计划，才能保持长效机制。

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(编辑：占学军)

Pollution Status and Remediation Technologies of Malodorous Black Water Body in China

LIAO Wei-ling1, HUANG Jian-sheng1, DING Jian-gang2, LIU Min3, CHEN Ting-ting1, TONG Qi-bang1, YAO Yuan1, LÜ Sheng-hong1

(1.Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China; 2. Environmental Monitoring Station of Nan’an District, Chongqing 400060, China; 3. Chongqing Ecological Environmental Monitoring Center, Chongqing 401147, China)

As an extreme phenomenon of water pollution, malodorous black water body causes ecological damage, and seriously affects residents’ life and physical and mental health as well as the sound development of city. In this paper, the causes and pollution status of malodorous black water bodies in China were analyzed. The remediation technologies were classified into physical technology, chemical technology and biotechnology, and the principles, advantages, disadvantages and applicability of these remediation technologies were introduced. Through the analysis of practical projects in China and abroad, the experiences of success and failure were summed up. It is necessary to transform the traditional concept of remediation into a feasible remediation route. Only if we select proper combinations of technologies according to the actual situation and local conditions can we maintain a long-term remediation effect.

malodorous black water body; pollution status; remediation; physical technology; chemical technology; biotechnology; remediation direction

10.11988/ckyyb.20170730 2017,34(11):153-158

2017-06-26；

2017-07-27

重庆市社会民生科技创新专项项目(cstc2015shmszx20001)

廖伟伶(1991-)，女，土家族，重庆人，工程师，硕士，主要研究方向为水污染控制，(电话)18867508224(电子信箱)357800894@qq.com。

黄健盛(1980-)，男，广西藤县人，教授级高级工程师，博士，主要研究方向为水污染控制，(电话)13883367649(电子信箱)303982960@qq.com。

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1001-5485(2017)11-0153-06