黑臭河流治理技术

引言

城市内湖泊、河道等景观水体是城市人居环境中重要的组成部分，但由于其易污染、水环境容量小、水体自净能力差等特点，很容易成为居民生活污水、雨水及垃圾的受纳体，从而导致水体溶解氧的大量消耗，造成了水体缺氧而呈黑臭状态，使整个生态系统出现危机 [1] 。城市河流出现黑臭，已成为我国许多大、中城市共同存在的污染问题 [2] ，河流黑臭是我国城市河网的一个普遍现象，严重影响居民生活、城市形象和生态环境。

1 河流黑臭产生的原因及危害

1.1 河流黑臭产生的原因

城市河道黑臭主要是过量纳污导致水体供氧和耗氧失衡的结果，水体缺氧乃至厌氧条件下污染物转化并产生氨氮、硫化氢、挥发性有机酸等臭恶臭物质以及铁、锰硫化物等黑色物质。生活污水是导致城市河道黑臭的最普遍和最主要的污染源。其他污染源还有：生活垃圾、有机工业废水、合流制管网溢流污水、污水厂尾水、畜禽养殖场粪便污水等。消除城市河道黑臭、改善城市水环境质量，对保障城市人居健康、促进社会和谐与经济持续发展具有极其重要的现实意义 [3-4] 。

1.2 河流黑臭的危害

黑臭河道的危害很多，如影响居民生活，危害人体健康；破坏河流生态系统；损害城市景观 [5] 。因此消除黑臭、改善感观，美化城市，已是城市河流治理中首要解决的问题 [2] 。

2 国内外治理河流黑臭的主要技术和方法

为了恢复河流的景观功能，对黑臭河流的治理大概包括物理法、化学法、生物法和新的组合工艺等 [6] 。

2.1 物理法

物理方法主要包括截污、调水、清淤等水利工程，以及机械除藻、引水稀释、人工造流等。经过物理法治理的河流因为河床加深，挖去严重污染的淤泥，会对减轻河流的臭味起到良好的作用，截弯取直会增强河流的冲污能力。但是物理法方法需要建造大型的构筑物，费用较高，也受到当地水利水文条件的限制，适应性比较差，而且物理法并不能够从根本上解决河水黑臭的问题 [6] 。

2.2 河道曝气

河道曝气生态净化系统以水生生物为主体，辅以适当地人工曝气，建立人工模拟生态处理系统，以高效降解水体中的污染负荷，改善或净化水质，是人工净化与生态净化相结合的工艺 [6-8] 。

同济大学的谌伟等以受污染河道的黑臭水体为研究对象，比较了三种曝气方式 ( 低强度连续曝气、间歇曝气和高强度连续曝气 ) 对水体的修复效果，分析了低强度曝气技术的可行性 [1] 。结果表明，对于流量较小的缓速滞流河道，长期采用低强度曝气可达到降低污染负荷、消除水体黑臭的效果；以氨氮去除率达 98 ％为控制指标，低强度曝气能耗仅为高强度连续曝气的 6.25 ％和间歇曝气的 17.24 ％，大大降低了曝气经济成本。

1982年，西班牙Murcia市采用纯氧曝气技术，对受到严重污染的Secura河实施了消除“黑臭”工程[6]。该工程采用了2套MixFlo设备，纯氧利用效率达到95％以上。

2.3 化学法

化学方法如化学试剂除藻，加入铁盐促进磷的沉淀，加入石灰脱氮等方法。但由于化学试剂的投加量大，成本较高，此种方法在黑臭河流治理的应用中并不多见。

2.4 生物法

生物方法在河流黑臭治理中的应用十分广泛，主要有人工湿地处理、水生植物恢复、生物修复等 [6] 。

其中生物修复技术在国内外黑臭河流治理中的应用最为广泛。生物修复就是利用特定的生物 ( 包括土著或外源微生物以及植物等 ) 在一定的条件下进行消除或富集环境污染物，从而达到对被污染的环境进行恢复的生物过程。由于生物修复技术具有环境友好、生态节能的优点，是一种低投资、高效益、运行操作方便灵活的水体污染治理技术，因此生物修复是最具发展前景的黑臭河流主体修复技术 [4 ， 9] 。

为了进一步探索华南地区高负荷污水流量和潮汐状况下的黑臭河涌生物治理技术，刘军等在广州市白云区朝阳涌进行了黑臭水体生物修复试验，在预处理后，试验分三个阶段进行，分别包括底泥生物氧化，水体生物修复，河涌生态恢复 [10] 。通过生物治理，消除了上游预处理河段水体黑臭现象，使中下游自然潮汐状况下水体洁净好氧。

2.5 新型工艺

治理河流黑臭的新工艺如底泥的生物氧化、悬浮填料移动床、组合生物修复技术、生态浮床等。新技术其实是原有物理、化学和生物技术的发展、组合和延伸。这些方法各有利弊，要根据具体情况，特别是水体污染状况及污染物的种类加以选择利用，发挥各种方法的长处，才能取得较好效果 [5] 。

3 国内外河流黑臭现有研究成果

3.1 建立水质黑臭指数关系式

方宇翘和裘祖楠等通过对上海地区苏州河出现的黑臭现象进行研究应用嗅阔值和主要环境因素的相关分析，提出城市河流的黑臭是 COD 、 NH3-N 、 DO 与水温等多因素引起的 [2] 。应用多因子参数，建立的水质黑臭指数关系式，能判别城市河流中黄 ( 灰 ) 绿无臭、藏褐微臭、黑臭、深黑恶臭 4 个类型级别。应用建立的黑臭指数关系式，对上海地区河流进行了实测检验，正确率达 97% 。

3.2 影响生物修复的因素

（ 1 ）污染物的可利用性 污染环境中的污染物的种类、浓度、存在形式等都是影响微生物降解性能的重要因素。不同的污染物对微生物来说具有不同的可利用性，例如自然界中存在的绝大多数有机污染物都可以被微生物利用并降解，而大部分人工合成的大分子有机污染物不能够被微生物利用并降解。重金属在污染环境中往往以不同的形式存在，其不同的化学形态对微生物的转化和固定都会产生很大的影响 [9] 。

（ 2 ）环境因素 影响微生物降解性能的环境因素主要有营养物质和电子受体。在土壤和水体修复中，氮、磷是限制微生物活性的重要因素。因此，为了达到有机污染物的完全降解，适当添加营养盐，增加污染环境中微生物所需要的微量无素、维生素和有机酸等成分，可促使土著微生物迅速增长，同时还具有缓冲 pH 值的作用，可使污染环境修复过程缩短。

污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度是影响污染物降解的另一个重要因素。这些电子受体包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根，如硝酸根、硫酸根和碳酸根等。应用硝酸盐作为电子受体时，由于硝酸盐本身就是一种污染物质，因此，需要格外注意限制硝酸盐的浓度 [9] 。

3.3 预防水体黑臭的水质指标

南开大学的胡国臣和王忠等选择了与水体黑臭生化过程有关的一些参数，进行了现场和模拟试验测定研究，结果证明 DO 、 BOD5 、硫酸还原菌数等，与水体黑臭具有较好的相关性 [11] 。水体黑臭与不黑臭的临界指标为： CH=21.5 ， DO=1.8mg ／ L ， N=2000 个／ ml ， BOD5=14mg ／ L 。

4 发展趋势和研究前景

4.1 曝气／微生物／人工湿地组合工艺处理黑臭河水

原位生态修复技术作为一种高效、经济、实用的治理方法近年来被广泛应用于受污染河流的治理。受污染河流的原位生态修复技术包括曝气充氧、微生物修复、原生动物修复、植物修复及人工湿地修复。单一修复技术的应用研究已经较为广泛和深入，但将这些修复技术综合起来用于受污染河流治理的研究尚不多见。

李捍东、朱健等结合河北省东部某黑臭河流治理工程开展了原位生态修复中试研究，通过 2 个月的运行 (2008 年 7 月 10 日 —9 月 10 日 ) ，取得了组合工治理黑臭河流的翔实数据 [12] 。组合工艺对 COD 的去除效果稳定而良好，在稳定运行阶段进水 COD 变化很大 (396 ～ 610mg ／ L) ，但最终出水的 COD<40mg ／ L ，对 COD 的去除率约为 90 ％，曝气／微生物／人工湿地中试系统的出水 NH3 一 N<2mg ／ L ， TP<0.4mg ／ L ，满足《地表水环境质量标准》中 V 类水质的要求。

4.2 组合生物技术对黑臭水体净化修复

目前，黑臭水体主要有物理修复技术 ( 如载污、疏浚、曝气充氧等 ) 、生物修复和生态恢复。物理修复技术可以为生物修复或生态恢复创造先决条件，而生物修复或生态重建时又往往以微生物及耐污型水生植物、底栖动物为先锋生物先行应用。

金承祥、孙建军等在 2005 年通过将曝气充氧、功能性微生物菌剂和耐污型先锋水生植物及生物促生剂进行组合，应用于上海市中心城区典型黑臭水体净化与生态恢复小试实验 [13] 。

研究结果表明，组合技术对黑臭水体污染净化和生态修复的效果明显优于单一技术，最佳的组合方案为 “ 曝气充氧 + 投加功能性微生物菌剂 + 投加生物促生液 + 放养水生值物 ” ， 10d 后水体的主要污染物含量大大降低， COD 、 BOD 、 NH3-N 和 TP 的净化率分别可达 77% 、 91% 、 93% 和 76% 。同时，浮游藻类生物量降低而多样性指数显著升高，微生物生态向清洁水体型演替。在组合技术应用过程中，各种单项技术在发挥了各自功效的同时获得了协调、共生。曝气充氧可以快速地提高水体的溶解氧，水体中污染物的净化过程由厌氧发酵转化为好氧矿化，导致黑臭的二次污染物浓度随之降低，投加功能性微生物菌剂则使这一净化作用得到进一步强化。以上研究结果对工程化应用具有一定的实际指导意义。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

4.3 生物净化槽在黑臭河流中的应用

高尚等人将人工湿地技术与生物接触氧化法相组合的生物净化槽应用于上海市中心城区黑臭河水净化 [14] 。试验结果表明，生物净化槽对系统中 BOD5 、 COD 、 NH3-N 和 TP 的平均去除率分别为 37.0 ％， 34.8 ％， 34.7 ％， 26.7 ％，去除率高于单一的填料净化槽。

5 结论

目前我国大部分城市地表水由于污染日趋严重已经演变成黑臭水体。主要治理河流黑臭的技术和方法包括物理法、化学法和生物法，其中由于生物修复具有环境友好、生态节能等优点，在黑臭河流的治理中得到了广泛的应用。另外，在原有物理、化学和生物技术的基础发展、组合和延伸一系列新技术也有着广阔的发展前景。国内外对黑臭河流的治理研究已有了一定的成效，并且建立了相关的水质指数关系式以及预测模型。今后，黑臭河流的治理以及组合技术的推广将拥有更加广阔的前景