黑臭水体原位修复技术研究进展

吴艳霞，杜海霞，吴慧芳，陆砚秋，董祎波

(南京工业大学 城市建设学院，江苏南京211800)

随着中国社会经济的高速发展和人口不断增长，对水资源长期不合理利用，水体污染问题普遍存在且日益突出，出现季节性或终年水体黑臭现象。黑臭水体是指由于污染物含量超过水环境自净能力而发臭变黑的水体[1]，其中水体中主要的致黑成分为FeS和MnS，以及有色有机化合物，如腐殖质类。使水体发出臭味的物质主要为含硫化合物[2]。有机污染的城市内河、富营养化湖泊的部分水域、部分时段和水库的深层水体极易产生黑臭现象[3]。城市黑臭水体主要由有机物、氮、磷等外源污染物的排放、底泥等内源污染物、水体热污染、水体动力学条件不足这些因素造成[4]。由生态环境部联合住房和城乡建设部公布的全国城市黑臭水体整治监管平台显示，截至2018年，全国地级以上城市建成区黑臭水体总长度7 938.89 km，共认定黑臭水体2 100个，总流域面积1 463 km2。中国的黑臭河道的密集程度与经济发达程度成正比[5]。

1 黑臭水体原位修复技术

针对处理黑臭水体问题，水体修复技术研究在中国国内逐渐发展起来，并在近年来大量运用于工程实际。水体修复技术根据是否需要将水移送出原有位置治理分为异位修复和原位修复，相较之异位修复，原位修复直接在原有河床上对黑臭水体进行治理，具有经济、操作方便等优点。根据方法原理的不同，可将原位修复技术分为物理方法、化学方法、生物生态方法，见表1。原位物理修复技术适用性强，是处理各类黑臭水体重要的前提措施。原位化学修复技术的实质是通过投加各种化学药剂，利用在水体中发生的化学和物化反应，使得在短时间内达到改善水质、控制水污染等的目的。但由于其处理效果没有持续性，容易造成二次污染等突出的问题，一般用于应急处理。生物生态修复方法则是利用生物生命代谢活动来迁移、转化、降解水体中的有机污染物，达到去除污染物、净化黑臭水体的目的，具有操作简单，处理效果好，运行成本低，不会产生二次污染，低能耗等优点，广泛应用于黑臭河水体修复治理。

表1 黑臭水体原位修复技术概述

续表1 黑臭水体原位修复技术概述

通过表1中对黑臭水体原位修复技术优缺点及适用性的对比，可以发现，采用单一的化学、物理修复技术，其处理效果不稳定，易受各类因素影响。例如，化学修复技术需要投加大量化学药剂，处理效果不具有可持续性，易产生二次污染；曝气处理效果易受外源污染物的大小、水质变化程度等因素的影响等。并且采用单一的化学、物理技术难以达到从根本上恢复黑臭水体的自净功能，保持水质长期稳定改善的目的。而相比较而言，采用生物生态方法能防止产生环境二次污染，具有一定的景观效益，处理机制长效稳定，更符合环境友好的发展概念，在近年来得到广泛应用。但在采用生物生态方法时，也应注意技术的适用性，不同地区水域，不同污染状况所需采取的修复技术存在一定差异。例如微生物修复技术的反应条件苛刻；水生植物净化技术中植物的选种应充分考虑当地物种的选择，防止发生外来物种入侵和保证植物的存活率；人工湿地修复技术占地面积大，生物和水力运行条件复杂等等。因此在实际工程中，往往需要注意因地制宜，组合各项原位修复技术，充分利用“组合拳”，将各类修复技术优势互补，以期望达到最优的处理效果。具体应用实例见表2。

表2 组合多项修复技术应用实例

表2列举的4个工程实例中的黑臭成因虽然有所不同，采用的具体整治措施也各有异同，但均采用了生物生态修复组合技术，水质状况保持长期持续改善。从新加坡·南京生态科技岛、宁波市中塘河支流、昆山市凌家浜这3个实例也可以看出，采用生物生态修复组合技术在6个月的运行调试后，水质情况才得以稳定改善，效果显现历时较长。并且在广州白云湖的治理中，水质状况虽有明显改善，但各项水质指标未全部达标，还需持续监测观察。

此外，对东莞老围河和人民涌的治理中[40]，在前期进行了截污清淤、河堤改造等措施的综合治理基础上，采用了“微纳米气泡+树脂/酶复合催化组合”技术。发现由于老围河的整体水环境状况优于人民涌，老围河的改善效果比人民涌明显。该项组合技术虽能在一定程度上消除河涌黑臭，但是对削减总磷、COD、氨氮等的效果不稳定。所以为实现水质全面改善，还须配套其他的除磷降氮措施。李晓[41]等在对深圳市某典型黑臭河道实施了截污、清淤、补水(以超磁+曝气生物滤池为核心工艺)工程中发现，截污清淤工程虽能有效将重度黑臭水体转化为轻度黑臭，但在河道上游客水污染物较多、沿河截污管雨季溢流的情况下，难以彻底消除黑臭。在结合补水工程后，水体水质改善明显。

综上所述，采用组合各项原位修复技术虽效果明显，能有效改善水体水质，具有重要的工程应用价值，但在实际应用中应充分考虑水质污染状况、各技术组合可行性和适用性等方面，谨慎选择。

2 结语

黑臭水体对城市生态环境、城市景观和居民身体健康等都构成了严重的威胁。中国在黑臭水体治理方面主要从外源减排、内源控制、水质净化、补水活水、生态恢复方面进行。通过分析国内黑臭水体实际治理案例，把黑臭水体原位修复技术分成了物理方法、化学方法、生物生态方法这三大类，分别讨论和分析了各方法的优缺点及其适用性。发现采用单一的原位修复技术，处理效果不稳定。在实际治理中可以采用多项修复技术组合，达到最优的处理效果。这对今后黑臭水体原位修复技术的发展具有重要的指导意义，对将各项技术运用于实际工程中提出了更高的要求。虽然近年来中国城市黑臭水体的治理已初见成效，但仍存在一些问题，例如治理不彻底又出现返黑返臭、治理设施缺乏维护等，所以必须长期坚持对黑臭水体的治理，以实现黑臭水体治理的长治久清，使黑臭水体恢复往日生机。