城市黑臭水体修复技术进展研究

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　　摘要：城市的快速发展及人口的急剧增加，导致城市水体黑臭现象更加频繁，这对人体健康及生态安全构成了一定的威胁，也使得黑臭水体修复技术研究成为热门领域。本文从城市黑臭水体治理技术进展着手，归纳了从第一代到第三代治理技术以及当今新技术的发展进程，对不同技术的处理效果和成本进行比较，重点阐述当前主流的符合我国国情的生态修复技术方法，以期为我国城市黑臭水体的治理提供技术参考。
　　关键词：黑臭水体;传统治理技术;新技术
　　中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）06-00-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.06.051
　　Abstract：With rapid development of cities and rapid increase of population， the phenomenon of black and odor in urban water becomes more frequent， which poses a threat to human health and ecological security. Therefore， the research of black and odor water restoration technology has become a hot field. Starting from the progress of the treatment technology and methods of urban black and odorous water body， this paper summarizes the development process of the first generation to the third generation treatment technology and the new technology nowadays. This paper compares the treatment effects and costs of different technologies， focuses on elaborating the current mainstream conformity. In terms of ecological restoration technology and methods， it can provide technical reference for the treatment of urban black and odorous water.
　　Key words：Black smelly water; Traditional treatment technology; New technique
　　随着城市人口增加以及经济快速发展，其伴生而来的生产、生活污水流入内河，由于内河纳污容量有限，在长期接纳大量污染物后，水体自净能力不足，逐渐变黑发臭成为黑臭水体。黑臭水体不仅污染城市生存环境、危害人体健康，还带来经济损失。
　　为贯彻落实国務院2015年出台的《水污染防治行动计划》，指导地方各级人民政府加快推进城市黑臭水体整治工作，住建部同年出台了《城市黑臭水体整治工作指南》，提出要在2030年前达到城市建成区黑臭水体总体得到消除的目标。指南为黑臭水体的治理划定了大致框架，介绍了一般化技术路线。但在实践过程中，指南主要作为前提，具体修复技术的选择还需因地制宜，且当前国内黑臭水体整治重点在实现生态效益与社会经济效益双赢，单纯依靠传统废水处理技术远不足以解决问题，需要开发更为绿色可持续的修复方法，在对黑臭水体治理的基础上注重对现有河流的保护，从根本上杜绝污染产生。
　　指南指出，城市黑臭水体的整治应按照“控源截污、内源治理;活水循环、清水补给;水质净化、生态修复”的基本技术路线实施，其中控源截污和内源治理是选择其他技术类型的基础与前提。控源截污是指通过控制城市排污口和管网减少污染物排入，方法相对单一，因此本文不作赘述，主要着眼于介绍黑臭水体的物理、化学及生物等修复技术以及新技术的发明。
　　1 城市黑臭水体修复技术的发展
　　下文从时间线角度出发，简要介绍城市黑臭水体的修复技术发展进程。
　　1.1 第一代技术
　　20世纪末，随着国内对黑臭水体整治的重视出现了黑臭水体修复的第一代技术。第一代技术以物化、生化为中心，主要有引水冲污、底泥疏浚、投加药剂、曝气等方法。具体如下：
　　（1）引水冲污，指通过引水将原水体中的污染物冲出，实质上是对水体污染物的稀释扩散，局部而言常被视为解决水体富营养化相对简单、易行和代价较低的办法，但引水冲污未真正去除水体中的污染物，存在污染物转移问题，同时费用较高，效益低，难以长期实施;
　　（2）底泥疏浚，一般在污染源得到控制或完成截污后进行，底泥疏浚通常被认为是消除内源污染的重要措施，但其产生的底泥和恶臭也成为新的污染，成本也相对较高，很难经常性实施;
　　（3）投加药剂，投加化学药剂改善黑臭水体水质有快速和高效的特点，可起到应急作用，但化学药剂易受水体环境变化影响，缺乏长效性，且药剂对水生生物具有一定的毒性，随着食物链传递可能对人体健康造成影响;
　　（4）曝气复氧，通过增加水体中溶解氧的含量，增强水体的自净能力，在英国泰晤士河、韩国釜山港湾等有过应用，缺点是运行费用较高，曝气过程中可能造成底泥悬浮反而恶化水质。
　　第一代技术在初步运用过程中虽能有效地消除水体的黑臭现象，但其运行成本较高，经济效益差，最大的弊病在于治标不治本。
　　1.2 第二代技术 　　为了解决第一代技术存在的经济成本问题，第二代技术引入了成本相对可控的生物技术，其以生化为中心，主要通过投加微生物菌剂和促生剂。
　　投加微生物菌剂是通过直接向黑臭水体中投加由一种微生物或多种微生物组成的微生物制剂，加快水体污染物的降解和转化，从而改善水环境质量的方法[1]，该技术在黑臭河道治理工程中运用广泛，微生物促生剂的投加能有效激发“土著”微生物的活性并促进“土著”微生物的生长，强化水体自净能力，加速有机污染物分解。然而微生物菌剂和促生剂一般是液体或粉末状，需要一定扩培时间才能加入水体，菌种具有时效性且要连续投加，治理时间较长，此外微生物活性易受到外界环境条件影响，在开放水域使用时易流失，运行费用偏大。因此单纯的生物技术在黑臭水体的整治中往往达不到治理预期。
　　1.3 第三代技术
　　21世纪以来，在前两代技术研究的基础上，第三代技术更加注重整个水生态系统的修复，立足点更全面，更为符合国家生态文明建设的要求，通过合理利用植物对水体进行修复，主要包括生态浮岛、生态护坡、人工湿地等。
　　（1）生态浮岛是一种以植物为主体的治理技术，主要针对富营养化水体，其以高分子材料为载体，以水生植物群落为主体，利用物种间共生关系、水体空间生态位和营养生态位的原理，建立高效的人工生态系统，净化污染水体，对氮、磷营养盐和有机物等均有一定的去除效果，是黑臭水体修复的重点发展方向;
　　（2）生态护坡是一项利用植物群落进行坡面保护和侵蚀控制的途径与手段，是一项建立在可靠的土壤工程基础上的生物工程，这种方法是为了解决原先的黑臭水体中硬化河床无法建立河岸、河道本身堤岸与河床的生态群落，导致无法利用河堤和河床自身的生态系统来净化修复水体的问题;
　　（3）人工湿地技术即模拟自然湿地来构造湿地系统，依据土壤与植物组成的生态系统的物理、化学及生物共同作用，达到降解黑臭水体中污染物的目的。
　　生态修复相较于单纯的物理、化学与生物修复更全面，规模也较大，但其周期相对较长，见效慢，且我国黑臭水体污染状况差异较大，运用大规模生态修复在经济方面也不实际，因此根据我国具体国情研发高效的新技术刻不容缓。
　　1.4 新技术
　　随着废水治理技术以及人们认识物质量级的更新，近几年黑臭水体的修复技术也引进或推出不少新技术，结合笔者工作经验，在此主要介绍两种较为可行的新技术。
　　1.4.1 高级氧化技术
　　高级氧化技术主要应用在工业废水处理中，在黑臭水体治理方面案例较少，但随着高级氧化技术的发展与创新，也已开始被学者应用于黑臭水体治理研究。高级氧化技术的优点是对各类有机物的去除效果非常好，但其处理难度较高、能耗大，目前发展起来的只有微电解催化氧化技术和光催化氧化技术。高级氧化技术在污废水处理方面虽然潜力很大，但因为成本极高，至今仍很少被实际应用，而多用在应急处理方面。
　　1.4.2 太阳能推流曝气技术
　　太阳能推流曝气技术是一种专门针对水库湖泊治理的技术，尤其在黑臭湖泊治理中效果最佳，该技术有投资小，效率高的特点[2]。通过将底层水体提升至表层水体来实现水体的交换;同时表层水体又以层流状的形式向外扩散形成表面流，从而增加覆盖面积，加快气-液界面的氧交换，实现水体污染物的高效分解。
　　2 目前国内主流生态修复技术与存在问题
　　针对我国目前黑臭水体的污染与治理现状，响应生态文明建设的理念要求，当前对黑臭水体的修复更注重生态修复，修复技术主要是以生态浮岛、生态护坡和强化生物技术为主，伴有一些新技术的应用，应用过程中一些问题值得我们思考。
　　2.1 生态浮岛的应用及存在问题
　　生态浮岛在我国黑臭水体修复中应用广泛，例如温州市珊溪水库水源地保护工程使用组合式生态浮岛的方法，根据水库地形，选择合适人工生态浮床布置，并结合太阳能水质净化系统，对入库水体实施治理，治理区域氮、磷去除率达到40%以上。但该技术容易受季节影响，尤其是低温环境和风浪天气，生态浮岛通常设置在小型水域，面积也不宜过大，导致无法对整个区域单独使用该技术，须与其他修复方法相结合，且由于其管理难度大，暂时也难以成为主要技术。
　　2.2 生态护坡的应用及存在问题
　　生态护坡相较于传统的河道护坡，结构更具有安全性和稳定性，除能保障护坡的基本能力不变外，该项技术还能最大程度维持原有生态系统的动态平衡，保证水体的自然净化能力。我国对生态护坡技术的研究起步较晚，20世纪90年代开始生态护坡的应用，如江苏省苏州河、秦淮河生态修复治理都取得了不错的成效[3]。
　　生态护坡虽然能够解决黑臭水体污染的部分问题，但由于其面积容积有限，易受水力条件影响，枯水期系统容易受到破坏，再次恢复花费时间，导致了其效果不尽人意。
　　2.3 强化生物技术的应用及存在问题
　　为了强化净化水质，目前流行在河道内置氧化塘，即在河道内布置生物填料并辅以曝气，同时投加一定量高效降解菌，借助强化生物作用促进所投入的菌种与水域底质产生共代谢作用，有针对性地降解水体中目标污染物，应用前景广阔。强化生物技术的问题在于填料容易被垃圾缠绕，且辅以曝气增加了处理成本。
　　3 结论与建议
　　城市河道黑臭水体治理是当前我国水环境综合整治的重要目标之一，治理及修复涉及各学科，不仅包含污染控制学相关内容，还包括经济学、社会学、生物学、化学及工程学等，是一项非常复杂且需要长期坚持的工程。国内虽然已有大量研究实例，但效果远没有达到预期。未来，我们国家应该加大对黑臭水体机理和技术的研究，对当前的技术创新进行耦合，有机结合相关技术，以较低成本达到整治黑臭水体的目的，满足人与自然和谐可持续发展的要求，营造生态宜居的城市环境。
　　参考文献
　　[1]谭晓林，袁星.微生物强化技术在黑臭水体治理中的应用[J].中国水运，2018，18（5）：110-112.
　　[2]刘强，贾紫永，伍灵等.太阳能推流曝气技術在黑臭湖泊治理中的应用研究[J].当代化工研究，2017（11）：22-23.
　　[3]汪德诚.浅析河道整治中的生态护坡技术[J].山西建筑，2019，45（02）：173-175.
　　[4]徐响.城市雨源型季节性黑臭水体治理对策研究[J].环境与发展，2019（01）：23-24.
　　收稿日期：2019-02-20
　　作者简介：郑进熙（1989-），男，汉族，硕士，工程师，研究方向为水污染控制及水体综合整治。
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