城市黑臭水体治理技术及其发展趋势

杨传忠，牛瑞胜，廖庆花，郭倩倩，王杰

（华夏碧水环保科技有限公司，河南 郑州450008）

城市水体是城市生态系统的一个重要组成部分，具有水体循环、防洪排涝、改善城市气候等多种功能，是城市的绿色可持续发展的重要保障。近年来，随着城镇化进程的加快，污水排放量不断增加，导致河水COD，N，P 等有机质以及Fe，Mn 等有害金属浓度超标，超出河水的自净能力，造成城市水体水质日益恶化[1]。目前黑臭水体已成为我国大部分城市水环境普遍存在的问题。

基于国内外黑臭水体的研究，结合具体案例，对城市黑臭水体的治理方法进行了概括，并对未来城市黑臭水体治理技术的发展方向进行了论述与展望。

1 黑臭水体污染治理现状

黑臭水体不仅影响市容市貌，甚至危害居民的身心健康，已经成为制约我国经济发展，影响我国城市形象以及生态安全的重大问题。近年来，我国在黑臭水体治理方面出台了许多政策法规，但由于水体黑臭问题由来已久，存量较大，其治理困难，并且已恢复生态功能的水体的保持，防止黑臭问题反弹，也是黑臭水体治理的一个巨大考验。目前，我国黑臭水体的治理已取得积极成效，2018年我国各省市黑臭水体数量及完成情况如图1，2019年我国黑臭水体治理将进入攻坚阶段。

图1 我国黑臭水体治理现状

2 黑臭水体治理技术

2.1 评价指标

根据《城市黑臭水体整治工作指南》，城市黑臭水体的评价指标包括：氧化还原电位（ORP）、透明度、溶解氧（Do）、氨氮（NH3-N），其污染程度分级标准见表1。

表1 城市黑臭水体污染程度分级标准

2.2 黑臭水体治理技术

目前针对黑臭水体的治理技术可简单划分为物理法、化学法、生物生态修复法。

2.2.1 物理治理技术

水体黑臭的本质是污染物浓度超出水体的自净能力。物理法是根据污染物的来源，或调动其他水域水体参与等采取的一系列措施，例如截污清淤、人工曝气增氧、调水稀释等，能够实现大面积削减水体污染物。

曝气充氧技术是指在适当位置对河道水体进行人工曝气充氧，使有机质氧化明显，进而消除黑臭现象，具有投资少、见效快等优点。赵振等[2]提出了一种低强度曝气的方法修复黑臭水体，与间歇曝气、连续曝气相比，NH3-N 去除率在90%以上时，低强度曝气能耗仅为连续曝气的10%，间歇曝气的25%，证明了低强度曝气的技术可行性。曝气充氧技术提高了河水的可生化性，促进有机质的氧化降解，然而这一技术并不能彻底解决水体的黑臭问题，将曝气充氧技术与其他方法联用可取得较好效果。刘兰等[3]实验发现，单独曝气作用下，黑臭水体的浊度，COD，BOD5，NH3-N 及TP的去除率分别达50%，45%，50%，30%，90%左右，将曝气充氧技术和化学氧化法联合应用，水体浊度，COD，BOD5，NH3-N 及TP 的去除率分别达到95%，85%，90%，85%，90%左右，且常规指标均能达到V 类水体水质标准，与单独曝气相比，净化效果显著提升。

此外，底泥疏浚法治理黑臭水体也有很好的效果，随着轻质疏浚材料的发展，以及科学疏浚清淤方法的完善，疏浚对水体产生的二次污染影响越来越小。然而底泥疏浚技术能否从根本上治理黑臭水体、改善水环境仍存在很大争议。

引水稀释法是通过稀释污染物，利用水的动力强化修复黑臭水体。这一方法有一定的局限性，并且调水过程中原有水质的保养也是不可忽视的问题。水中的微生物对外界环境较为敏感，如何在调水过程中保持跟原有水体相差无几的环境条件，也制约了引水稀释法发展的可操作性。物理治理技术优缺点概括见表2。

表2 物理治理技术优缺点概括

2.2.2 化学治理技术

化学治理技术是向黑臭水体中投加化学药剂，化学药剂与水体中的污染物发生混凝、絮凝或化学沉淀等反应，使得污染物从水体中分离，或氧化降解成无毒的物质。化学治理技术可以在较短时间内快速降低水体污染物含量，治理效果显著。常用的化学药剂主要包括石灰、Ca（OH）2、过氧化钙（CaO2）等。李亮等[4]研究了CaO2在黑臭水体中的应用，发现CaO2能促进微生物对腐殖质胶体的降解及水体氧化还原电位提高，使S2-氧化为SO42-，从而减少嗅味化合物的生成，有效抑制河道水体发臭。同时CaO2还能通过促进生物降解及强化化学沉淀的方式，去除水体中的N，P 元素。有研究发现CaO2对于黑臭水体中的有机污染物[5]、重金属离子如As5+，Fe2+，Mn2+等也具有较好的修复作用。但是单纯的化学治理技术同样不能保持水体水质的长期稳定，容易造成黑臭问题反弹，并且化学药剂费用高，同时外来化学物质可能会对水环境造成二次生态污染，不能从根本上治理污染，恢复水体的生态功能，因此大多用于黑臭水体严重的小型封闭水体[6]。

2.2.3 生物生态治理技术

黑臭水体治理的最终目的是修复水体的生态环境，恢复水体原有的功能面貌。生物生态治理技术是利用微生物、植物等的新陈代谢作用对水体中的有机物，N 和P 等污染物进行转移、转化和降解，进而改善水体水质，同时构建具有完整营养结构的水生生态系统，从根本上恢复水体功能，是近年来国内外发展较快的一种水体治理技术，具有安全持久、稳定有效、绿化环境、改善景观等优点。

现阶段的生物生态治理技术大致分为以下3 个方向。

2.2.3.1 微生物修复技术

微生物修复技术目前主要有两种途径：（1）向黑臭水体中投加微生物制剂或酶制剂；（2）投加由多种可降解污染物的酶以及促进微生物生长的维生素、微量元素、有机酸等组成的生物激活制剂。

微生物修复技术具有条件温和、过程稳定、操作简单等优点，与其他方法联用时净化效果明显。於建明等[7]根据宁波市中塘河支流黑臭水体溶解氧含量低、土著生物少、底质污染严重等的污染现状，设计人工曝气充氧、种植水生植物、构建水生微生物种群等措施对该水体进行深度治理，有效地去除了水体中的有机物、NH3-N 和TP 等污染物，同时增加了水体溶解氧量及透明度。微生物繁殖速度快，培养周期短，并且能降解环境中大部分有机物，其治理范围广，有利于水体水质保持稳定，然而微生物修复法易受环境因素，如温度、pH 值和Do 等的影响，其治理效果一般，并且外来菌种易与水体中的土著微生物存在生存竞争，导致土著微生物活性及生物量降低，进而影响水体修复效果。

2.2.3.2 生物膜法

生物膜技术是将附着微生物的薄膜投加到黑臭水体当中，是一种“附着生长型”污水处理方法，例如砾石接触氧化法、排水沟（渠）的接触氧化法等。生物膜上的微生物群在与污水接触过程中，通过截留、吸附、降解等多种手段去除水体污染物，改善黑臭水体水质。微生物薄膜与单独的微生物个体相比，接触面积大，且微生物浓度高，处理效率高，对水质与水量变化有着很强的适应能力，近年来，生物膜技术日益受到重视。高尚等[8]运用生物膜法与人工湿地技术联用的生物净化槽修复上海市普陀区黑臭水体，试验结果表明，生物净化槽对BOD5，CODCr，NH3-N 和TP 的平均去除率分别为37.0%，34.8%，34.7%，26.7%，能够较好地实现黑臭水体的生态修复。

2.2.3.3 水生植物净化技术

水生植物净化技术不仅能改善水质条件，同时具有景观效果，是近年来黑臭水体治理中应用较多的生态治理技术[9]。水生植物吸收水体中的污染物作为营养物质，并降解为无害的物质，同时增加水体溶解氧，并且植物发达的根系具有巨大的截污能力，水生植物能与根系周围繁殖的好氧细菌形成生物过滤体系，进一步净化水体。常用的植物净化技术包括人工湿地、氧化塘、生态浮床等。蔡佩英等[10]研究了9 种常见的水生植物对模拟污水中N 和P 的净化效果，结果表明，9 种水生植物对NH3-N、总N、总P 的去除率效果较好，凤眼莲、空心莲子草、茭白对N 和P 有较好的去除效果。

人工湿地净化技术是将污水引至人工建造的湿地上，在填料上种植筛选出的植物，从而形成一个独特的动植物生态环境，利用植物的根系及其周围的土壤微生物联合对污水进行净化，污水流经湿地时，污染物被填料及植物根系阻挡拦截，通过生物膜的新陈代谢作用被去除[9]。人工湿地对COD 和BOD 有较高的去除率，吸附率大多在80%～90%，人工湿地净化城市污水的研究表明[11]，进水浓度较低的情况下，人工湿地对BOD5的去除率可达85%～95%，对COD 的去除率达80%，SS 小于20 mg/L。

生物氧化塘是一种利用微生物与藻类两种生物间的协同作用处理污水的自然生态系统，是黑臭水体治理的有效预处理措施。具有基建投资少、耗能小、处理费用低、运行管理简单、占地面积小等优点[12]。江栋等[13]利用氧化塘修复广东古廖涌水体时发现黑臭水体在氧化塘出水口形成由鱼类、藻类、浮游动物、原生动物组成的复杂生态系统，CODcr 去除率在50%以上，NH3-N，TN，TP 的去除率分别在40%，35%，40%以上。然而生物氧化塘的净化效果易受温度、光照、进水性质、降雨量等环境因素的影响，其应用范围有一定的局限性。

生物生态治理技术优缺点概括见表3。

3 黑臭水体治理技术发展趋势

城市黑臭水体的治理是一个综合且复杂的系统工程，影响因素众多，治理难度极大，实际治理中还存在较多问题，为保证城市水体的长治久清，需探索更好的综合治理措施。

3.1 加强污染源控制

控制污染源是治理黑臭水体的前提，经城市管网收集的生活污水、工业废水的高效脱氮、除磷、除碳技术将是城市黑臭水体的一个发展方向，并且如何有效利用截流控污、城市地表径流，从而加强污染面源控制，将是黑臭水体治理的发展趋势。

3.2 探索更好的治理技术组合

各种技术都有其处理对象以及适用范围。不同的污染水体有其自身的特性及环境条件，系统、客观地分析各种技术的适用条件，结合黑臭水体的成因、水质特征，将各种治理技术组合，优选综合治理方案，以发挥治理技术的最佳利用价值。

表3 生物生态治理技术优缺点概括

3.3 改善生物生态技术

生物生态治理方法效果显著、经济高效、过程稳定，能从根本上治理黑臭水体污染。但实际应用中发现，微生物生长周期长，适应能力差；植物容易受气候、病虫害的影响，在实际治理过程中难以实现稳定控制。因此，生物生态治理技术需要进一步优化，提高微生物、植物的适应性，通过植物组合等降低对气候的要求，减少对环境条件的依赖，将是下一步的研究重点。

4 结语

近年来，我国对黑臭水体的治理力度逐渐加大，城市黑臭水体得到很大程度的改善，但治理过程中仍存在许多问题，并且黑臭水体的污染由来已久，其成因复杂，污染性质各异，因此治理过程中需结合当地的水质特征及水体状态，选择适宜的治理技术措施，争取利用较低的成本，达到最好的治理效果。