河湖黑臭水体成因及治理思路

吴银彪，郭建辉，王晓玲

（1.北京市环境保护科学研究院，北京 100037；2.北京市环境保护监测中心，北京 100044；3.中国环境保护产业协会，北京 100037）

前言

随着社会经济的发展，人们对生活环境的要求越来越高。据2016年住房和城乡建设部的排查结果，在全国295个地级及以上城市中，70%以上的城市存在黑臭水体，黑臭水体的总数达1861个，且已达到重度污染程度的水体数量超过33.5%。黑臭水体的存在不仅给人们带来了恶劣的感官刺激，也直接对人们的饮水安全构成了严重的威胁。国务院发布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）明确要求：到2020年，我国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。黑臭水体的治理被提上重要议事日程。

1 黑臭水体的等级划分和判定方法

1.1 黑臭水体的等级划分

由住房和城乡建设部牵头，会同生态环境部、水利部、农业部等联合编制的《城市黑臭水体整治工作指南》中明确了黑臭水体等级的划分：透明度10～25cm、溶解氧0.2～2mg/L、氧化还原电位-200～50mV，氨氮指标8～15mg/L，视为轻度黑臭；透明度低于10cm、溶解氧低于0.2mg/L、氧化还原电位小于-200mV，氨氮指标高于15mg/L，视为重度黑臭。具体分级标准如表1。

表1 城市黑臭水体污染程度分级标准

1.2 黑臭水体的判定方法

（1）布点与测定频率要求

水体黑臭程度分级判定时，原则上可沿黑臭水体每200～600m间距设置检测点，每个水体的检测点不少于3个。取样点一般设置于水面下0.5m处，水深不足0.5m时，应设置在水深的1/2处。原则上间隔1～7日检测1次，至少每月检测3次以上。

（2）黑臭水体的级别判定

某检测点4项理化指标中，1项指标60%以上数据或不少于2项指标30%以上数据达到“重度黑臭”级别的，该检测点认定为“重度黑臭”，否则可认定为“轻度黑臭”。连续3个以上检测点认定为“重度黑臭”的，检测点之间的区域认定为“重度黑臭”；水体60%以上的检测点被认定为“重度黑臭”的，整个水体应认定为“重度黑臭”。

2 造成河湖水体黑臭的原因

2.1 外源输入是造成水体黑臭的根本原因

河流、湖泊一般是地势低洼的区域，是城市的主要排洪通道。由于历史和现实经济条件等原因，周围的企业、住宅产生的污水直接或间接排入水体，排水口沿河布置的景象随处可见，工业废水和生活污水中含有的大量有机污染物也排入水体，直接造成水体中的有机污染物浓度增加。

社会发展使城镇化不断加速，建筑占地面积不断扩大，透水铺装等低影响开发难以与城市的快速扩大同步，渗、滞、蓄、净、用、排等海绵城市雨洪利用从理念到实施还存在一定差距，地面降水冲刷携带进入水体的污染物也占相当的比重。

水体中有机物在水中微生物的作用下分解，大量消耗水中的溶解氧，当水体长期处于缺氧和厌氧的环境下，有机物在兼性菌和厌氧菌的作用下会分解产生氨气、硫化氢、硫醇等恶臭气体，散发出恶臭的气味；同时水体中的金属元素，转化成硫化亚铁等黑色物质，或沉积在水底，或悬浮在水中，造成水体感官上的黑色。

2.2 内源释放是河湖水体黑臭的重要因素

为贯彻“绿水青山，就是金山银山”，保护生态、持续发展的环保理念，各级政府下大力气治理黑臭河湖水体，将河湖两岸的污水截流进入污水处理厂处理达标后排放，排污口封堵。但仅做到这些还不够，由于经年累月，河湖水体的底泥中含有大量有机污染物，底泥中污染物向水体的二次释放，已成了河湖水体黑臭持续的重要因素。太湖、滇池、武汉东湖等都存在类似情况，黑色的底泥在扰动的状态下，又重新进入水体，消耗水体中的溶解氧，导致本已是黑臭水质的水体进一步恶化。

2.3 水华泛滥是河湖水体黑臭的推手

如果说外源输入是河湖水体黑臭的根本原因，内源释放是河湖水体黑臭的重要因素，水华泛滥则是加重河湖水体黑臭的最后一根“稻草”。当河湖水体具备水华爆发的因素：水体中有丰富的N、P营养物质（微囊藻所需N、P浓度比为9∶1），BOD以及其它微量元素；适宜的温度（微囊藻水华最适宜温度为25℃～30℃）和光照；适宜的水文地理条件（如缓慢的水流）；适宜的上浮和聚集的温度（微囊藻上浮聚集温度为30℃）；适宜的酸碱性（水体呈碱性，pH值达到8～10）。水体中的单一藻类在较短时间内迅速生长并聚集，覆盖水面，阻止了水面的正常复氧，同时在有限的水体空间内呼吸耗氧，使水体严重缺氧，最终又导致某种藻类的大量死亡，进一步增大水体耗氧负荷，使水体呈厌氧状态，产生大量的恶臭气体，进一步加重了黑臭水体水质恶化。

3 黑臭水体治理思路

3.1 外源截流是根本

为治理黑臭水体，首先要对外部输入点源进行阻断，为此首先要摸清河湖两岸城镇、村落及工厂、企业污水的排放去向，区域排水体制及污水处理厂的建设情况，对于分流制污水管线直接进行截流进入污水处理厂，对于已经存在的合流制污水管线进行改造，确保雨污分流，污水全部收纳进入污水处理厂处理达标后排放。对河湖沿岸排污口逐个进行封堵，对可能存在的暗管进行排查，切实杜绝河湖两岸污染物的点源排放。其次，对外部农田等面源进行有效控制。提高农民的科学文化素质及科学种田意识，掌握科学的农田施肥技术，避免过量施肥，减少土壤中的肥分通过地面降水带入河流湖泊而导致河湖中的污染物增加。建设“海绵城市”，进行雨洪利用，减少地面降水的冲扫夹带。如北京市发布了《雨水控制与利用工程设计规范》（DB11/685-2013），修建了大量的雨洪利用设施，通过集纳雨水的方式回补地下水，目前北京地区已修建集雨工程1000多处。在北京市规委、市建委、市水务局联合颁布的《关于加强建设项目节约用水设施管理的通知》中，明确了人行步道、广场和庭院灯地面应进行透水铺装。据统计，北京地区每年透水铺装的面积超过300万平方米。在保证安全的情况下，在城市建筑与小区、道路、绿地和广场内建设下沉式绿地，达到地面降水的渗、滞、蓄、净、用、排的目的，“小雨不湿鞋，大雨不积水”，在雨季蓄积雨水，在非雨季释放浇花种草，真正实现“海绵城市”的理念。“海绵城市”等低影响开发战略对黑臭水体的治理有积极的促进作用。

3.2 内源控制是辅助

对于已经黑臭的水体，黑色底泥中含有大量的未完全分解的有机物，在扰动的作用下会持续向水体释放有机物，大量消耗水体中的溶解氧，加重水体的黑臭程度。因此要想使黑臭水体达到彻底治理，就必须在切断外源污染的前提条件下，清除黑臭水体的底泥。对于小型的黑臭水体，在非雨季，直接分区、分段，排干后，开挖清除黑臭底泥；对于大中型的黑臭水体，必须采用驳船，利用超声技术进行水下开挖，清除水底淤污泥，并对清理的淤污泥进行安全处置，防止底泥释放和污泥处置不当带来的二次污染问题。武汉某环保有限公司对武汉市的墨水湖和深圳市茅州河流域（宝安片区）的治理，就集中体现了这一点。该公司采用绞吸船进行河湖底泥疏浚，黑色底泥经过管道输送到岸边的沉淀池，去除渣块后，进入泥浆调节池，通过固液混合器分别投加泥沙聚沉剂和高强高耐水土体固结剂，经板框压滤机挤压成型，黑色淤泥呈硬塑化状态，含水率在40%以下，7天无侧限抗压强度0.2MPa以上，遇水不软化、不泥化，污染物不发生二次转移、扩散。

3.3 曝气增氧是关键

据分析，造成河湖水体黑臭的根本原因是因为水体中的有机物含量高，有机物氧化消耗掉大量的溶解氧，使水体处于缺氧甚至厌氧状态，挥发出氨、硫化氢等恶臭物质；同时，在缺氧和厌氧的条件下，在还原性的环境气氛中，铁等金属元素，转化成黑色的硫化物沉淀，使水体和底泥呈现出黑色。如果对黑臭水体进行曝气充氧，使溶解氧浓度保持4mg/L一段时间后，黑臭水体的颜色会逐渐转变为黄褐色，气味也变成泥土的气味，此时的水体水质已不再是黑臭水体。流动的水体由于对空气有卷吸作用，将增大水体与空气的接触面积，使水体复氧变得更容易，“流水不腐”就是这个道理。资料表明[1]，当水流速达到0.2～0.3m/s时，可使水体得到有效复氧，抑制水华出现，减少黑臭水体的发生。

3.4 生态修复为长效

黑臭水体经过点源截流、面源控制，底泥疏浚、垃圾清理和腐败水草清除，曝气复氧后，黑臭水体的治理已取得阶段性的胜利，但要真正巩固这一成果，或者使水体向更好的水质过渡，还需要重建湖泊河道的生态系统，使河湖水体的生态系统呈现出有机的、稳定的状态，逐步改善河湖水体的水质。

要建立良好的水生生态系统，必须在保证行洪及安全的条件下，逐步恢复河道的原貌，采取生态护岸，恢复地表水体与地下水的交流通道；尽量使河水流动起来，增加水体复氧的概率。依据水体的具体特点，有计划、按比例地种植沉水植物、挺水植物和浮水植物，并定期进行收割和清理，以逐步清除水体中的氮、磷及其它污染物质，同时绿化河道并改善水体景观。投放一定数量的滤食性水生动物，控制水体中的藻类繁殖，防止水华的发生。

4 黑臭水体治理过程中需要关注的问题

4.1 外源截流需要关注的问题

合流制排水系统，一般在无降水的情况下，污水通过污水井流入污水处理厂进行处理，但当地面降水时，水量增加，污水可能会溢流进入河湖水体，又会带来水体中耗氧污染物的增加，导致水体污染加重。为切实防止河流再次被污染，必须逐步改造合流制污水排放体制，切实将污水全部截流进入污水处理厂，才能从根本上防止黑臭水体的再次发生。此外，还要加强居民的环保教育，提高民众的环保意识，禁止将餐厨污水导入雨水井，防止污物随雨水流入河流湖泊。

4.2 面源控制需要关注的问题

透水铺装施工与验收问题。加强“海绵城市”的建设理念，通过实施透水铺装、低洼绿地、雨水收集与暂存等低影响开发，在一定程度上能实现地面降水回补地下水，减少地下水超采带来的地质灾害，在一定程度上也能减少地面降水的卷扫带来的河湖污染问题。按照《雨水控制与利用工程设计规范要求》，透水铺装分为五层：第一层是透水砖面层，第二层是透水找平层，第三层透水基层，第四层是碎石垫层，第五层是土路基层。利用垫层的大空隙、结构层中等空隙、形成自上而下、由小到大的“金字塔”型孔隙结构，使面层到土壤具备有效的透水孔隙，真正满足“小雨不湿鞋，大雨不积水”的理想境况。但从实际的情况看，由于管理人员的专业水平和施工工人的专业素质欠缺，导致大面积的透水铺装只停留在表面，只有第一层的面层透水，而其它各层难以透水。地面降水卷扫，污染物入河等问题，难以在短时间内得到有效解决。

4.3 内源控制需要关注的问题

底泥疏浚、生活垃圾打捞、水底植物残枝败叶的清理是外源污染得到有效控制后，黑臭水体治理的重要方法。实现底泥的有效疏浚，既要将底部污染物彻底清除，又要防止水体生态系统遭遇破坏。既要使淤污泥从水中清理出去，又要对清理出的淤污泥进行合理处置，防止淤污泥带来二次污染问题。

4.4 曝气增氧需要关注的问题

曝气增氧是黑臭水体治理的关键，但需要特别关注潜流曝气及推流设备电器的安全问题，防止电器漏电对人及水体中的生物造成伤害。河道首先要满足行洪的需求，因此在黑臭水体治理的过程中，正常行洪是河湖水体治理的基础和前提，在确保行洪安全的条件下，建设安装水体净化设施。需要合理安装和布置曝气设施，控制曝气强度，防止设备噪声和气溶胶对周围环境的影响。采用鼓风曝气时，需对鼓风机房进行隔声设计，减小风机噪声对周围环境的影响；曝气水流高度不超过1m，防止曝气气溶胶对周围环境带来不利影响。

4.5 生态修复需要关注的问题

经过外源截流、内源控制，曝气充氧后，河湖水体基本得到了恢复，生态系统的重建将是河湖治理提升水质的重点。通过生态护岸、水生植物的栽培，建立完善的水生生态系统，吸收水体中的氮、磷元素，抑制水体中蓝藻、绿藻等藻类的生长，同时投放滤食性鱼类，如青鱼、草鱼、鲢鱼、鳙鱼等，防止水华的发生。有试验表明：当水体中的鲢鱼、鳙鱼放养密度达到每立方水有鱼50克时，就能控制蓝藻水华的发生[2]。

生态修复中要注重水生植物与水生动物的搭配，有利于整个水生生态系统的健康发展。水生植物的修复尽量采用土著植物，采取以挺水植物为主，沉水植物为辅，漂浮植物少量，防止单一化的原则。南京环境科学研究所张毅敏提出：挺水植物占修复区水面的20%左右，以2～10丛/m2为宜；沉水植物占修复区水面的10%左右，以30～100株/m2为宜；水生动物以土著的底栖水生生物为主，在治理区的10%水面上投放，水生昆虫、螺类、贝类一般以50～100个/m2，杂食性虾类和小型杂食性蟹类5～30个/m2为宜。

黑臭水体的治理还要制定防止水华发生的应急预案，密切关注水华发生的条件：水体中的N、P、BOD以及其它微量元素，温度和光照，酸碱度及藻类分布特征，在水华发生时，启动应急预案，采取溶气气浮，浮筒拦污，水藻打捞，压滤干燥等措施，尽快清除水华，对区域水体进行曝气补氧，以防水体中的溶解氧急剧下降，带来毁灭性的破坏。

4.6 河湖水体管理需要关注的问题

经过外源截流、面源管控、内源控制、曝气增氧和生态修复综合治理后，黑臭水体治理已取得阶段性成果，但要巩固黑臭水体治理的效果，保持水体长期稳定向好的发展，还需要有专业的技术支撑，专业化的管理和运营团队。对水体管理者进行专业技术和技能培训，增强专业技术力量是打赢黑臭水体治理攻坚战的最终保障。

5 结语

当前，黑臭水体治理是继大气治霾之后的又一件大事，相关部门已高度重视。黑臭水体的治理虽已取得了阶段性成果，但要达到彻底治理、完全消除黑臭水体，还任重而道远。因此必须掌握黑臭水体的分级及判定依据，真正弄清水体黑臭的产生原因，配备专业技术团队，综合运用黑臭水体的治理技术，有计划有步骤地消除黑臭水体，逐步提升生态环境质量，满足人民群众对优美生态环境的需要，实现美丽中国的目标。