我国城市河道水体黑臭的成因与原位修复技术探讨
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作者:王学富
摘要：城市河道黑臭严重破坏了河道生态系统和人居环境。原位修复技术具有施工方便、效果好、花费低等特点，受到人们的广泛关注。该技术包括引水冲污、人工曝气和原位覆盖等物理方法;化学絮凝、钝化和氧化等化学方法;微生物修复、植物修复和生态浮岛等生物方法。每项技术均有优缺点，单一技术难以起到很好的治理效果，而且各河道差异很大，应因地制宜，集成多种技术，最终解决河道黑臭问题。
关键词：黑臭水体;原位修复;城市河道
中图分类号：X501 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）10-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.10.056
Abstract： Black-odor urban rivers destroyed the river eco-systems and endangered the health of residents. Treatment technologies in-situ have attracted much attentions for the advantages over dredging in convenience， effects and costs. These technologies contain water diversion to flush pollutants， artificial aeration， capping in-situ， chemical flocculation， chemical passivation， chemical oxidation， microbial remediation， phytoremediation and ecological floating island， etc. Each technology has its relative merits and disadvantages， and the rivers differ greatly. Therefore， it is required to integrate technologies according to local conditions to restore the healthy urban rives.
Key words： Black-odor; Restoration in-situ; Urban river
1 黑臭水體的成因
在我国城市发展过程中，城市人口增加过快，工业化进程迅猛，而环境保护意识和政策不能及时跟上，导致大量污水和污染物进入河道。这些染污物主要来自于生活污水和部分工业污水的直接排放、面源污染随地表径流的汇入、固体废弃物的倾倒等途径。另外，河流中水生生物的死亡残体长期累积在河底。种种原因，导致河流水体和底质积累了大量有机物和污染物。
水体中有机物的分解需要消耗氧气。当水体中有机污染负荷过大时，会造成水体特别是水体底部和底质严重缺氧。有机物的厌氧分解会产生胺类、硫化氢、氨等易挥发的臭味气体，这是导致水体发臭的主要气体。另外，也会产生二甲基三硫醚、甲硫醇、甲硫醚、二甲基二硫、β-环柠檬醛、β-紫罗兰酮、2-甲基异茨醇及土味素等气体。这些产物在浓度较低时也会让人闻到强烈的臭味。厌氧状态下，水中的S2-极易与铁、锰、铜、汞等离子形成硫化物，这些产物导致水体发黑。
城市河道通常较浅、流速较慢，水体自净能力有限。当污染负荷超过河道自净能力时，河道生态系统受到破坏，水体质量下降，严重时表现为河道水体黑臭。
2 原位修复技术
通过多种控源截污措施，尽量减少进入河道的外源污染物，是黑臭水体治理的基础和前提。但长期以来，河道水体和底质中累积了大量有机物和污染物，使削减内源成为黑臭水体治理的关键环节之一。按处理场所分，内源治理分为原位修复和异位修复两类。
异位修复主要指底泥疏浚。这种措施能快速减少污染物负荷，但存在工程量巨大、花费昂贵、移出底泥的处理或再利用难度大、效果不持久、易扰动底泥中的污染物等问题。因此，其大规模的推广应用受到限制。
相对于底泥疏浚，原位修复直接在原有河道上开展，具有花费低、操作方便等优点，吸引着越来越多的关注。按修复原理可分为物理法、化学法和生物法三大类。
2.1 物理方法
物理方法主要包括引水冲污、人工曝气和原位覆盖等技术。
2.1.1 引水冲污
该技术通过引调附近的清洁水源或再生水进入河道，通过冲刷、稀释等作用，提高了水体溶解氧浓度，降低了水体和底质中的污染负荷，增强了河流的自净作用，实现对黑臭河道的修复。这种方式可快速改善本水域的水质，但效果不能持久，黑臭现象极易复发，而且会对受纳水体带来污染，也依赖于附近是否拥有大量清洁水源。
2.1.2 人工曝气
通过鼓风曝气、射流曝气和移动船载设备曝气等方式，可以向水体中充入氧气或空气。人工曝气可迅速提高水体溶解氧浓度，增加水体的自净能力，加快污染物分解，从而起到治理黑臭河道的作用。但这种方式增加水体扰动，不利于水体中悬浮物的沉降，也容易造成臭味的散发。此外，因为曝气需要耗费能量，而氧气的溶解度不高，溶解速度较慢，会有大量气体散逸出水体，造成浪费。因此，目前急需发展出氧气利用率高、耗费低的人工曝气技术。
2.1.3 原位覆盖
该技术是在底泥上方投加覆盖物，把污染底泥与水体分隔开，以减少底质中的污染物向水体扩散。覆盖材料有多种，比如洁净的底泥、砂石、粉煤灰、沸石、高岭土等。这种方式适用范围广，特别适合pH 值较高（>9.0）的水体，以及其他方式不能有效抑制内源磷释放的水体，在美国、日本、挪威等地有较为成功的应用。但工程量较大时，覆盖物会抬高河床，减小河道库容，影响原有的水生生物。此外，覆盖物易受流速的影响，不适合流速大的河道。 2.2 化学方法
这类技术具有投资少、见效快等优点，常用的有絮凝、钝化和氧化等方式。但使用时，应注意避免二次污染等问题。
2.2.1 絮凝
这种技术向水中投加絮凝剂，使水体中的悬浮物、胶体和污染物形成絮状体沉降到水体底部，在短期内能有效提高水质。但污染物并未被去除，仍存在于河道中，一定条件下还会释放到水体中。该技术反应快、效果明显、不受气候影响，但效果不能持久，易造成二次污染，一般仅用于应急处理。
2.2.2 钝化
化学钝化是把铝盐、铁盐、石灰等化学药剂投加在底泥表面，延缓或阻止污染物向水体释放。比如，氯化铁、铝盐、石灰等物质会和磷产生沉淀，能减缓磷向水体扩散。因为向水体中投加了化学物质，应用这类技术时，应注意避免产生二次污染。
2.2.3 氧化
化学氧化法向水体中投加氧化剂，以提高水体与底泥的氧化还原电位，促进污染物氧化分解，减轻水体黑臭程度。这类技术适合多类水体，特别适合于复合污染底泥的修复，具有花费低、见效快的特点。过氧化钙因兼备释氧性和氧化性，受到广泛的关注和使用。但過氧化钙见水反应剧烈，在短时间内大量释放氧气，而只有少部分氧气能溶解到水中并发挥作用。因此，科研人员在过氧化钙中添加其他化学物质，制备成缓释型的过氧化钙，从而降低了反应速率，延长了释氧周期。另外，有研究者把过硫酸盐与过氧化钙混合，作为修复底泥的材料。
2.3 生物方法
与其他技术相比，生物修复具有花费较低、作用持久、生态友好等独特优势。
2.3.1 微生物修复
该技术有投加微生物促生剂和微生物菌种两种方式。微生物促生剂含有多种元素，能促进微生物的生长和繁殖。微生物制剂含有某些特定菌种，大量繁殖后能够降解水体中的特定污染物。这些措施花费较低，施工方便，效果明显。投加微生物促生剂，需经常监测水体的物理和化学指标，根据具体情况确定投加频率、投加量。微生物制剂可能含有外来的菌种，应用时要确保生态安全。
2.3.2 植物修复
这种技术是在河道种植适于生长的水生植物。植物类型主要有挺水植物、浮叶植物、沉水植物和漂浮植物。水生植物能够吸收或吸附污染物，降低污染物浓度，能够吸附悬浮物提高透明度，并向水体和底质分泌氧气，有利于好氧微生物的生长和污染物的去除。另外，合理的植物搭配，能够营造较好的景观。这类技术花费相对较低，能够构建一个健康的生态系统，持久的发挥作用。但在植物定植初期，如果水体环境过于恶劣，植物的成活率会比较低。
2.3.3 生态浮岛
生态浮岛主要由锚定装置、框架和植物组成。植物被固定在框架上，根系生长在水中，植物的生长能够直接吸收、吸附污染物，能够为微生物的生长提供附着基质，同时具有较高的景观价值和一定的经济效益。但植物需定期维护，以发挥最大作用和维持好的景观。该技术施工方便，适用于流速不大的各种水体。
3 结论
每一条河道，其水量、水质、水文、气候、污染类型、污染程度等各不相同，单一的技术难以起到很好的治理效果。因此，应因地制宜，集成并优化多项治理技术，最终解决河道黑臭问题。
参考文献
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[3]王谦，高红杰.我国城市黑臭水体治理现状、问题及未来方向[J].环境工程学报，2019，13（3）：507-510.
收稿日期：2019-08-06
作者简介：王学富（1979-），男，汉族，本科学历，农艺师，研究方向为水污染治理。
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