城市黑臭河道治理技术路线及存在问题浅析

吴泽昊

（江苏省徐州市第一中学 江苏徐州 221000）

1 城市黑臭河道概述

1.1 城市黑臭河道的定义及形成原因

城市河道的黑臭现象表明该河流已经污染到了“极致”，是水体颜色和气味呈现的具体表现，是河道污染到严重程度的一种客观体现，根据地表水水质评价标准（GB3838-2002）黑臭河道的水质属于劣V类水体。城市黑臭河道，顾名思义是指颜色呈黑色，散发臭味的城市河道。河道水体黑臭的原因主要为水体中有机质含量较高，大量有机质的氧化分解，消耗了水体中的溶解氧，使得水体中的溶解氧含量较低，处于厌氧状态（较强的还原性质）。厌氧条件下，水体中的厌氧微生物将有机质分解为硫化氢、甲烷或氨气等气体，这些气体是水体臭味的来源[1]。有机质的分解（碳化）是水体呈黑色的主要原因。另外，城市黑臭河道还表现有以下特点：氮磷浓度偏高（富营养化），水生浮游植物、水生植物（沉水植物、挺水植物、浮水植物）、水生动物（鱼类、底栖）基本绝迹，食物链断裂，水生生态系统结构破坏，河道生态功能丧失，黑臭河道在城市中完全成为藏污纳垢的场所。

国外较早出现的城市黑臭河道主要有20世纪中期的英国泰晤士河，20世纪70年代美国的芝加哥河、特拉华河，德国的莱茵河。国内较早出现的城市黑臭河道主要为20世纪80年代的上海市苏州河[2]。目前，相比于西方发达国家，我国城市河流黑臭问题要严重很多。黑臭河流的形成过程较长，并非一蹴而就，形成原因主要有一下几个方面：①污染物的汇入，由于企业工厂污水处理厂、市政污水厂以及城市管网建设的滞后，导致相当比重的污水、废水直接排入城市河道，污染了河道水体，显著降低了水体水质；②河道的硬质化，由于人们对河道生态系统、河道自净能力的认知不够，一段时间内城市河道两岸甚至河底被广泛使用混凝土、石板等硬质材料覆盖，隔断了水体和两岸、河底的信息交换，破坏了河道的生态系统结构，导致的生态系统的破坏以及河流自净能力的降低；③河道水动力较弱，“流水不腐”说明了水动力对于河流的重要性，水动力较强，水动力较为复杂（紊流、层流交互）的河流是其水体自净能力的重要基础。由于城市建设用地的需要，一些城市河道被裁弯取直（河道形状简单）甚至被直接填埋，同时，由于对城市洪涝灾害防治工作的开展，一段时间内城市河道建设和很多闸坝和泵站，水动力强度减弱，水动力复杂程度降低，河道水动力丧失，水体自净能力显著降低，进一步加剧了水体的污染程度。综合以上三种原因，最终产生了大量的城市黑臭河道。

1.2 城市黑臭河道治理的重要意义

城市黑臭河道严重影响着城市的宜居环境、附近居民的生活质量，尤其夏季温度较高时，河道的黑臭现象更加严重，硫化氢、氨气等臭味气体能够显著影响到附近居民的生活、甚至健康[3]。城市黑臭河流的有效治理，一方面能够直接改善附近居民的生活环境，另一方面也能够提高流域（区域）经济（地产、旅游）开发价值。同时，城市黑臭河道的有效治理，也是目前国家大力提倡的海绵城市建设、生态文明社会建设的重要组成部分。

2 城市黑臭河道治理的技术路线

根据黑臭河道形成原因，城市黑臭河道的主流治理技术路线为：河道污染源的控制、河道水体的净化以及河岸带的生态修复和景观营造。

2.1 污染源的有效控制

2.1.1 外源污染的控制

城市河道的外源污染主要来源于初期雨水和未经处理的工业、生活污水的直接排放[4]。降雨初期，初期雨水径流汇集了城市地表众多的污染物质进入河道，初期降雨携带的污染负荷较大，能够短期内显著降低河道水质。目前，我国城市的市政管网主要为雨污河流形式，非降雨其污水能够进入城市污水厂经过处理后排放到河道，同时由于部分地区的管网污水收集率较低，部分生活污水未经处理直接排入河道。另外，一些企业的偷排现象也是目前河道外源污染的主要来源之一。雨水期，初期雨水的污染负荷较重，初期雨水进入污水厂导致污水厂进水水质剧烈变化，为维持污水厂的正常运行尤其微生物脱氮除磷环节微生物的稳定和活性，该部分污水可能会直接排放到河道，而后期雨水量较大时，雨水和污水一起进入到污水厂，严重超出了污水厂的处理能力，污水厂被迫选择将污水和雨水的混合体直接排放到城市河道。因此，城市雨污分流管网的改造尤其重要，雨污分流之后，在降雨期，雨水通过雨水管道进入排放到河道，不会与生活污水合流进入市政污水厂。另外，雨水管道设置储水池将初期雨水进行存储后进行净化处理。目前，雨污分流工程实施的面临的主要问题是投资巨大和雨污分流的效果有待进一步提高。另外为了解决生活污水的漏排问题，沿河两岸的截污管道也是外源污染的有效控制措施之一。

2.1.2 内源污染的去除

内源污染的控制与外源污染的控制同样重要，只有外源和内源污染同时有效控制的基础上才能有效控制污染源。污染源的有效控制则是水体净化技术和河岸带生态修复技术的基础和前提。内源污染主要为河道沉积物中的污染物质。沉积物是各种污染物质在水环境中的最终归宿。长期汇入到城市黑臭河道中的各种污染物质最终会吸附在沉积物表面或随悬浮物质沉降到沉积物中。内源污染的去除主要为清淤-清除黑臭河道被污染的沉积物。在清淤之前，首先应该进行的工作是河道沉积物污染层厚度的调研、沉积物中污染物（有机质、重金属、氮、磷的污染程度和污染分布特征）以及清除深度的计算。河道沉积物在受纳河道水体污染物的同时，也是河道水生态系统中沉水植物、底栖生物以及微生物群落的栖息场所，因此清淤并非简单的将河道沉积物彻底清楚。有清淤工程表明过度的清淤使得河道微生物群落、沉水植物和底栖生物的消失，河道无法形成完整的生态系统，河道黑臭问题并不能有效解决。目前河道清淤的主要工具为环保绞吸式挖泥船和环保斗式挖泥船，污染沉积物的输送方式主要为管道输送、汽车输送以及船舶输送。

2.2 水体净化技术

2.2.1 水体富氧

城市河道黑臭化的主要原因之一为水体中氧气浓度极低。因此，在有效控制和消除城市河道外源和内源污染的基础上，河道水体的富氧尤为重要。河道水体富氧的方式主要有曝气船、固定式曝气装置、自然跌水等。水体氧气含量的显著增加，是水生植物、水生动物、微生物等生存的前提和必要条件，否则一切生态修复技术无从谈起。因此，水体富氧这一环节是后续水体净化技术实施的基础和前提。

2.2.2 水生植物的种植

水生植物是水生生态系统中的主要生产者，是河道水体修复过程中人类能够重复参与补救、实施技术措施的一个重要环节。目前，水中水生植物分为间接和直接种植两种。具体的为间接的生态浮床和直接的在水体中进行种植。目前生态浮床水生植物的种植主要为一些富集氮磷能力强、耐水、观赏性强的植物，同时生态浮床下方设有微生物球对水中的有机污染物、氮、磷等污染物质进行吸附、降解等。水中直接种植的水生植物主要为沉水植物、浮水植物和挺水植物。沉水植物主要根据河道底质（基底）情况进行种植，浮水植物主要根据水质情况进行选择，挺水植物对水深有要求，因此挺水植物一般种植在距离岸边较劲的水域。常用的沉水植物有黄丝草、伊乐草等，浮水植物有水龙草、萍蓬草、水葫芦等，挺水植物有芦苇、菖蒲等。

2.2.3 微生物群落恢复

微生物群落是生态系统中的分解者，能够将动植物残体、有机污染物等分解，将有机物分解为无机物，促进了生源要素等的循环。城市黑臭河道水体中微生物群落结构单一，基本丧失分解者的功能，因此需要向水体中投加微生物制剂，增加水体微生物群落丰富度，提高河道水体分解生产者和消费者的能力。

2.2.4 水生动物的投放

水生动物例如鱼类、底栖生物等是水生生态系统中的主要消费者，能够消费河道水生植物这一生产者生产的物质，促进系统中物质的循环，有利于水生生态系统的快速恢复，提高河道水体的自净能力。在河道水体生态修复过程中，根据水质、水量、水深、河道底质（基底）等因素，最终确定投放的水生动物种类和数量等。用于水体生态系统修复的水生动物主要有四大家鱼、河蚌、河蚬、河虾。

2.3 河岸带生态修复和景观营造

城市河道河岸带的生态修复和景观营造的主要目的为修复被破坏的河岸带，实现河岸带和水体的信息交换，同时增加城市河道附近居民与河道水体亲近的机会，提高城市居民尤其河道附近居民的生活环境和生活质量。

2.3.1 生态河岸带的建设

河岸带是是河道生态系统重要组成部分，具有安全防护、生态、景观等综合功能。目前城市河岸带存在的问题主要为由于城镇化进程的推进，很多城市河道河岸带被占用，甚至被垂直硬质护岸替代，严重破坏了河道河岸带。针对河岸带存在的不同问题，河岸带的生态修复方法主要有垂直驳岸活枝捆生态护岸成型技术、硬质光滑护岸体表面改造技术等。

2.3.2 亲水河岸的建设

城市黑臭河道治理的目的之一为提高城市居民与河道水体之间的接触，提高水体的亲水性，实现“人水和谐”。目前，亲水性河岸主要通过降低河岸坡度、延伸河岸平台、建设亲水型走道实现。另外，河道形状由单一的直线形状部分恢复为自然的蜿蜒形状也是提高河道景观的有效措施之一。

3 当前黑臭河道治理亟需解决的问题

3.1 技术层面存在问题

目前，城市黑臭河道治理的压力较大，黑臭河道修复的技术目前尚处于较为“粗糙”的阶段，例如清淤过程底泥中有机质、氮、磷等大量释放的问题、生态浮床净化能力较弱等问题。更加精细，更加有针对性的河道吸附技术，尤其生态修复技术需要投入更多的精力进行研发。

3.2 管理维护存在问题

城市黑臭河道经过前期一系列措施之后，短期内城市河道在感官（河水颜色、透明度、气味、水景观以及亲水性）和典型水质指标（有机质、总氮、总磷等）都会有显著的改善。但由于后期的维护管理环节的不科学甚至缺少后期的维护管理，导致城市河道在一段时间后又回到了治理之前黑臭的情况。例如，维护管理中缺少对凋落和死亡水生植物定期打捞和收割，使得城市河道里用于恢复河道水生态系统的水生植物残枝进入水体腐败后提高了河道中有机质的浓度。另外由于城市雨水管网和污水管网后期维护的不到位，导致一场强降雨后城市河道中污染负荷的突然增加，河道水质短期内迅速下降。以上类似问题的存在因为缺少维护管理所需资金的持续投入。

3.3 资金投入存在问题

在城市黑臭河道治理的可研、规划、设计、施工、后期维护等过程所需资金投入巨大，例如一条中小型河流每千米的治理总费用在2500万元左右[5]。而黑臭河道的治理的费用主要来源于政府的财政投入。虽然政府对于城市黑臭河道、海绵城市建设等公益性项目体提倡“PPP”的资金投入方式，但是效果并不明显。因此，对于财政收入尚不能支撑城市黑臭河道治理的地方，政府应该探索更多新方式资金的投入。例如，收取污染城市河道企业的河道治理专项资金、河道附近房地产、娱乐等企业的资金援助、社会捐助、群众参与等。

结语

城市黑臭河道治理问题在短期内（5-10年）内尚不能彻底解决，其主要原因为我国城市黑臭河流众多，需要“一河一策”的精心设计和细致施工。另外，目前经过治理的部分黑臭河道由于治理技术和后期管理的不到位，后期重新恢复为黑臭河道。因此城市黑臭河道仍需较长时间的持续治理，其中包括治理新技术的研发和治理新理念的提出。城市黑臭河道问题彻底解决，实现城市人水和谐，岸绿、水清的水生态文明的目标，任重道远。