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我國城市黑臭水體成因與防治技術政策

發布時間:2015-10-29

到2020年,我國地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內;到2030年,城市建成區黑臭水體總體得到消除。這是國務院發布的《水污染防治行動計劃》(簡稱“水十條”)對黑臭水體治理提出的明確要求。城鎮區域黑臭水體不僅給群眾帶來了極差的感官體驗,也是直接影響群眾生活的突出水環境問題。當務之急,就是要認清其成因并采取有效治理措施,消除黑臭。


黑臭水體是感官性污染常見現象

20世紀中期,英國的泰晤士河是世界上最早發生黑臭問題的河流之一。上世紀70年代,德國的萊茵河由于流經重工業區,工業污水排入萊茵河,其污染也達到了頂峰。同時期美國的芝加哥河、特拉華河等,也因為遭到嚴重污染導致水體常年黑臭。在我國城市化和工業化進程加快的過程中,由于水污染控制與治理措施滯后,或者能力有限與水平低下,一些城市水體尤其是中小城市水體,直接成為工業、農業及生活廢水的主要排放通道和場所,導致城市水體大面積受污染,引起水體富營養化,形成黑臭水體。

所謂 “黑臭”,主要屬于環境景觀、物理指標范疇。是指在視覺上河流水體呈現因污染而產生的明顯異常顏色(通常是黑色或泛黑色),同時產生在嗅覺上引起人們感覺不適甚至厭惡的氣味,是水體感官性污染最常見的一種現象。

我國河流黑臭現象最早出現在上海蘇州河,隨后南京的秦淮河、蘇州的外城河、武漢的黃孝河和寧波的內河等,均出現不同程度的黑臭現象。近幾十年來,黑臭水體的范圍和程度不斷加劇,在全國大部分城市河段中,流經繁華區域的水體絕大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二級與三級支流的黑臭問題更加突出,且劣化程度逐年提高。如淮河,2014年國家環境質量狀況公報數據表明,干流水質全年都在Ⅳ類水以上,但主要支流的劣Ⅴ類水體超過23%;在各大水系中海河的劣Ⅴ類水質程度最高,國控斷面監測數據表明,干流劣Ⅴ類達37%、支流劣Ⅴ類達44%。


缺氧與富營養為水體黑臭主因

水體黑臭主要是水體缺氧造成的,同時也與水體富營養化和底泥沉積有關。國家重大水專項相關研究結果表明,當溶解氧降低到2.0 mg/L時,水體將處于缺氧狀態。當溶解氧為3mg/L~5mg/L時,水體中有機污染物和氨氮含量一般也會超過地表水Ⅴ類標準,呈現有色有味狀態,但有水生生物存在;當溶解氧大于6 mg/L 時,水體處于有氧狀態,有機物降解和氨氧化速率顯著增加,水體開始具有自凈能力。在以污水處理廠為主要水源的地區,比如海河流域,來水中部分生物為難以降解的有機物,BOD接近零,COD和氨氮即使通過自凈,也難以達到地表水Ⅴ類標準的要求。

具體來說,水體發生黑臭的主因有如下幾方面:

一是外源有機物和氨氮消耗水中氧氣。城市水體一旦超量受納外源性有機物以及一些動植物的腐殖質,如居民生活污水、畜禽糞便、農產品加工污染物等,水中的溶解氧就會被快速消耗。當溶解氧下降到一個過低水平時,大量有機物在厭氧菌的作用下進一步分解,產生硫化氫、胺、氨和其他帶異味易揮發的小分子化合物,從而散發出臭味。同時,厭氧條件下,沉積物中產生的甲烷、氮氣、硫化氫等難溶于水的氣體,在上升過程中攜帶污泥進入水相,使水體發黑。

二是內源底泥中釋放污染。當水體被污染后,部分污染物日積月累,通過沉降作用或隨顆粒物吸附作用進入到水體底泥中。在酸性、還原條件下,污染物和氨氮從底泥中釋放,厭氧發酵產生的甲烷及氮氣導致底泥上浮也是水體黑臭的重要原因之一。有研究指出,在一些污染水體中,底泥中污染物的釋放量與外源污染的總量相當。此外,由于城市河道中有大量營養物質,導致河道中藻類過量繁殖。這些藻類在生長初期給水體補充氧氣,在死亡后分解礦化形成耗氧有機物和氨氮,導致季節性水體黑臭現象并產生極其強烈的腥臭味道。

三是不流動和水溫升高的影響。喪失生態功能的水體,往往流動性降低或完全消失,直接導致水體復氧能力衰退,局部水域或水層虧氧問題嚴重,形成適宜藍綠藻快速繁殖的水動力條件,增加水華暴發風險,引發水體水質惡化。此外,水溫的升高將加快水體中的微生物和藻類殘體分解有機物及氨氮速度,加速溶解氧消耗,加劇水體黑臭。


黑臭水體治理的技術路線

城市河道的黑臭治理遵循“外源減排、內源清淤、水質凈化、清水補給、生態恢復”的技術路線。其中外源減排和內源清淤是基礎與前提,水質凈化是階段性手段,水動力改善技術和生態恢復是長效保障措施。

一是外源阻斷技術。外源阻斷包括城市截污納管和面源控制兩種情況。針對缺乏完善污水收集系統的水體,通過建設和改造水體沿岸的污水管道,將污水截流納入污水收集和處理系統,從源頭上削減污染物的直接排放。針對目前尚無條件進行截污納管的污水,可在原位采用高效一級強化污水處理技術或工藝,快速高效去除水中的污染物,避免污水直排對水體的污染。

城市面源污染主要來源于雨水徑流中含有的污染物,其控制技術主要包括各種城市低影響開發(如海綿城市)技術、初期雨水控制技術和生態護岸技術等。城市水體周邊的垃圾等是面源污染物的重要來源,因此水體周邊垃圾的清理是面源污染控制的重要措施。

二是內源控制技術。清淤疏浚技術通常有兩種:一種是抽干湖/河水后清淤;另一種是用挖泥船直接從水中清除淤泥。后者的應用范圍較廣,江河湖庫都可用之。清淤疏浚能相對快速地改善水質,但清淤過程因擾動易導致污染物大量進入水體,影響到水體生態系統的穩定,因而具有一定的生態風險性,不能作為一種污染水體的長效治理措施。

三是水質凈化技術。城市黑臭水體的水質凈化技術主要包括:人工曝氣充氧(通入空氣、純氧或臭氧等),可以提高水體溶解氧濃度和氧化還原電位,緩解水體黑臭狀況。德國薩爾河、英國泰晤士河、澳大利亞天鵝河、中國的蘇州河等治理中都采用了曝氣增氧的方法。絮凝沉淀技術是指向城市污染河流的水體中投加鐵鹽、鈣鹽、鋁鹽等藥劑,使之與水體中溶解態磷酸鹽形成不溶性固體沉淀至河床底泥中。但需要注意的是,化學絮凝法的費用較高,并且產生較多沉積物,某些化學藥劑具有一定毒性,在環境條件改變時會形成二次污染。人工濕地技術是利用土壤—微生物—植物生態系統對營養鹽進行去除的技術,多采用表面流濕地或潛流濕地,濕地植物可選擇沉水植物或挺水植物。生態浮島是一種經過人工設計建造、漂浮于水面上供動植物和微生物生長、繁衍、棲息的生物生態設施,通過構建水域生態系統對水體中的污染物攝食、消化、降解等,實現水質凈化。穩定塘是一種人工強化措施與自然凈化功能相結合的水質凈化技術,如多水塘技術和水生植物塘技術等??衫盟w沿岸多個天然水塘或人工水塘對污染水體進行凈化。

四是水動力改善技術。調水不僅可借助大量清潔水源稀釋黑臭水體中污染物的濃度,而且可加強污染物的擴散、凈化和輸出,對于納污負荷高、水動力不足、環境容量低的城市黑臭水體治理效果明顯。但調用清潔水來改善河水水質是對水資源的浪費,應盡量采用非常規水源,如再生水和雨洪利用。同時在調水的過程中要防止引入新的污染源。

五是生態恢復技術。水體黑臭現象往往是由于水中氮磷濃度較高引起藻類暴發等次生問題,造成水質惡化、藻毒素問題和其他水生生物的大量死亡,繼而導致黑臭復發。城市河道富營養化控制的關鍵是磷的控制,目前污水處理廠出水標準中磷的指標限值遠高于地表水標準限值。因此,在有條件的地方實行區域限磷或提高污水總磷排放標準是十分有效的措施。進入水體的磷大多以磷酸鹽形式沉淀在底泥中,因此保持水—泥界面弱堿性、有氧狀態是河道富營養化控制的主要舉措。藻類生長人工控制技術包括各種物理、化學和生物技術。物理控制技術包括藻類直接收集和紫外線殺藻等,化學控制技術包括投加無機或有機抑(殺)藻劑,生物控制技術包括種植抑藻水生植物或投放食藻魚類等。這些措施一般在應急時采用。水生態修復包括水生植物和水生動物(如魚類、底棲動物等)食物鏈的修復與水文生態系統構建。利用生態學原理構建的食物鏈,可以持續去除城市水體中污染物和營養物,改善水體生境。


治理黑臭水體的管理對策

一是建立以溶解氧為核心指標的評價體系。黑臭水體治理的關鍵是改善水體的溶解氧狀態,使水體由低氧/厭氧恢復到正常的好氧狀態。國家重大水專項相關研究成果,建議以溶解氧為核心,建立包括臭閾值、透明度、色度等4項指標黑臭水體評價體系。其閾值為:溶解氧1mg/L、臭閾值100、透明度25cm、色度20,當其中任意一個指標值超過閾值時,則可判定其為黑臭水體。按照《水污染防治行動計劃》任務分解,評價體系將由住房城鄉建設部門負責編制。

二是先截污后修復,綜合手段治理黑臭水體。河流黑臭問題的本質是污染物輸入超過河流水環境容量。在流域尺度上采取污染源工程治理等截污措施,能夠大幅度削減入河污染負荷,是消除黑臭問題的首要舉措。同時將河岸帶修復、人工充氧等河道內工程措施作為污染負荷削減的重要補充手段,進一步降低污染水平。在河流水質得到有效改善的基礎上,通過水生生物(如水生植物、魚類、鳥類)等的恢復,逐步實現河流生態修復,達到消除黑臭的目的。

三是改善生態條件,讓水流動起來。我國大多數城鎮河流水深為1m~3m,在一般條件下,大氣氧可以穿透上覆水體到達河流沉積物表層。然而,由于排污加劇,大量COD和氨氮等耗氧污染物在水—沉積物界面累積,導致溶氧大量消耗而形成缺氧躍變層。增加河流水生態條件,可以改變城市水體水土界面虧氧狀況。一般情況下,維持河流水體流速0.4m3/s~1.0 m3/s,就可以打破溶氧躍變層形成的理化條件,使得水土界面層的溶氧維持在3 mg/L以上,可以有效控制水體底質污染。流水不腐,是緩減甚至基本消除河流黑臭的關鍵因素。

四是構建岸邊綠化帶,增強水體自凈能力。治理黑臭水體的首要目的是為人民群眾提供一個休閑娛樂的場所,因此必須徹底清除沿河垃圾,嚴格控制有色有味污染源直排,對岸邊帶進行綠化改造,恢復其自然狀態,建立河道保潔的長效運行管理機制。同時,采用岸邊植物、挺水植物和沉水植物搭配構筑的景觀修復途徑,有效改變水生態系統的能量和物質流動方式,形成具有自凈功能的水體。


消除黑臭水體只是建設娛樂水體的第一步。娛樂水體水質要適合游泳、賽船、垂釣等水上運動,其評價指標包括病原微生物、水下植物種群結構、葉綠素含量、水流速度、岸邊植被覆蓋度、有毒有害物質和人文文化等,尚需要持久的努力。

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