城市黑臭水体成因与防治技术政策分析
2020-06-01 来自: 衡美水处理公众平台 浏览次数:1020
衡美水处理为您介绍一项环境保护的***知识——城市黑臭水体成因与防治技术政策。
20世纪中期，英国的泰晤士河是世界上发生黑臭问题的河流之一。上世纪70年代，德国的莱茵河由于流经重工业区，工业污水排入莱茵河，其污染也达到了顶峰。同时期美国的芝加哥河、特拉华河等，也因为遭到严重污染导致水体常年黑臭。在我国城市化和工业化进程加快的过程中，由于水污染控制与治理措施滞后，或者能力有限与水平低下，一些城市水体尤其是中小城市水体，直接成为工业、农业及生活废水的主要排放通道和场所，导致城市水体大面积受污染，引起水体富营养化，形成黑臭水体。
所谓“黑臭”，主要属于环境景观、物理指标范畴。是指在视觉上河流水体呈现因污染而产生的明显异常颜色(通常是黑色或泛黑色)，同时产生在嗅觉上引起人们感觉不适甚至厌恶的气味，是水体感官性污染常见的一种现象。
我国河流黑臭现象开始出现在上海苏州河，随后南京的秦淮河、苏州的外城河、武汉的黄孝河和宁波的内河等，均出现不同程度的黑臭现象。近几十年来，黑臭水体的范围和程度不断加剧，在全国大部分城市河段中，流经繁华区域的水体绝大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二级与三级支流的黑臭问题更加突出，且劣化程度逐年提高。如淮河，2014年***环境质量状况公报数据表明，干流水质全年都在Ⅳ类水以上，但主要支流的劣Ⅴ类水体超过23%;在各大水系中海河的劣Ⅴ类水质程度高，国控断面监测数据表明，干流劣Ⅴ类达37%、支流劣Ⅴ类达44%。缺氧与富营养为水体黑臭主因水体黑臭主要是水体缺氧造成的，同时也与水体富营养化和底泥沉积有关。***重大水专项相关研究结果表明，当溶解氧降低到2.0 mg/L时，水体将处于缺氧状态。当溶解氧为3mg/L~5mg/L时，水体中有机污染物和氨氮含量一般也会超过地表水Ⅴ类标准，呈现有色有味状态，但有水生生物存在;当溶解氧大于6 mg/L 时，水体处于有氧状态，有机物降解和氨氧化速率显著增加，水体开始具有自净能力。在以污水处理厂为主要水源的地区，比如海河流域，来水中部分生物为难以降解的有机物，BOD接近零，COD和氨氮即使通过自净，也难以达到地表水Ⅴ类标准的要求。
具体来说，水体发生黑臭的主因有如下几方面：
一是外源有机物和氨氮消耗水中氧气。城市水体一旦超量受纳外源性有机物以及一些动植物的腐殖质，如居民生活污水、畜禽粪便、农产品加工污染物等，水中的溶解氧就会被快速消耗。当溶解氧下降到一个过低水平时，大量有机物在菌的作用下进一步分解，产生硫化氢、胺、氨和其他带异味易挥发的小分子化合物，从而散发出臭味。同时，沉积物中产生的甲烷、氮气、硫化氢等难溶于水的气体，在上升过程中携带污泥进入水相，使水体发黑。
二是内源底泥中释放污染。当水体被污染后，部分污染物日积月累，通过沉降作用或随颗粒物吸附作用进入到水体底泥中。在酸性、还原条件下，污染物和氨氮从底泥中释放，发酵产生的甲烷及氮气导致底泥上浮也是水体黑臭的重要原因之一。有研究指出，在一些污染水体中，底泥中污染物的释放量与外源污染的总量相当。此外，由于城市河道中有大量营养物质，导致河道中藻类过量繁殖。这些藻类在生长初期给水体补充氧气，在死亡后分解矿化形成耗氧有机物和氨氮，导致季节性水体黑臭现象并产生极其强烈的腥臭味道。
三是不流动和水温升高的影响。丧失生态功能的水体，往往流动性降低或完全消失，直接导致水体复氧能力衰退，局部水域或水层亏氧问题严重，形成适宜蓝绿藻快速繁殖的水动力条件，增加水华暴发风险，引发水体水质恶化。此外，水温的升高将加快水体中的微生物和藻类残体分解有机物及氨氮速度，加速溶解氧消耗，加剧水体黑臭。
二、黑臭水体治理的技术路线
城市河道的黑臭治理遵循“外源减排、内源清淤、水质净化、清水补给、生态恢复”的技术路线。其中外源减排和内源清淤是基础与前提，水质净化是阶段性手段，水动力改善技术和生态恢复是长效保障措施。
一是外源阻断技术。外源阻断包括城市截污纳管和面源控制两种情况。针对缺乏完善污水收集系统的水体，通过建设和改造水体沿岸的污水管道，将污水截流纳入污水收集和处理系统，从源头上削减污染物的直接排放。针对目前尚无条件进行截污纳管的污水，可在原位采用***一级强化污水处理技术或工艺，快速***去除水中的污染物，避免污水直排对水体的污染。
城市面源污染主要来源于雨水径流中含有的污染物，其控制技术主要包括各种城市低影响开发(如海绵城市)技术、初期雨水控制技术和生态护岸技术等。城市水体周边的垃圾等是面源污染物的重要来源，因此水体周边垃圾的清理是面源污染控制的重要措施。
二是内源控制技术。清淤疏浚技术通常有两种：一种是抽干湖/河水后清淤;另一种是用挖泥船直接从水中清除淤泥。后者的应用范围较广，江河湖库都可用之。清淤疏浚能相对快速地改善水质，但清淤过程因扰动易导致污染物大量进入水体，影响到水体生态系统的稳定，因而具有生态风险性，不能作为一种污染水体的长效治理措施。
三是水质净化技术。城市黑臭水体的水质净化技术主要包括：人工曝气充氧(通入空气、纯氧或臭氧等)，可以提高水体溶解氧浓度和氧化还原电位，缓解水体黑臭状况。德国萨尔河、英国泰晤士河、澳大利亚天鹅河、中国的苏州河等治理中都采用了曝气增氧的方法。絮凝沉淀技术是指向城市污染河流的水体中投加铁盐、钙盐、铝盐等药剂，使之与水体中溶解态磷酸盐形成不溶性固体沉淀至河床底泥中。但需要注意的是，化学絮凝法的费用较高，并且产生较多沉积物，某些化学药剂具有毒性，在环境条件改变时会形成二次污染。人工湿地技术是利用土壤—微生物—植物生态系统对营养盐进行去除的技术，多采用表面流湿地或潜流湿地，湿地植物可选择沉水植物或挺水植物。生态浮岛是一种经过人工设计建造、漂浮于水面上供动植物和微生物生长、繁衍、栖息的生物生态设施，通过构建水域生态系统对水体中的污染物摄食、消化、降解等，实现水质净化。稳定塘是一种人工强化措施与自然净化功能相结合的水质净化技术，如多水塘技术和水生植物塘技术等。可利用水体沿岸多个水塘对污染水体进行净化。
四是水动力改善技术。调水不仅可借助大量清洁水源稀释中污染物的浓度，而且可加强污染物的扩散、净化和输出，对于纳污负荷高、水动力不足、
环境容量低的城市效果明显。但调用清洁水来改善河水水质是对水资源的浪费，应尽量采用非常规水源，如再生水和雨洪利用。同时在调水的过程中要防止引入新的污染源。
五是生态恢复技术。水体黑臭现象往往是由于水中氮磷浓度较高引起藻类暴发等次生问题，造成水质恶化、藻毒素问题和其他水生生物的大量死亡，继而导致黑臭复发。城市河道富营养化控制的关键是磷的控制，目前污水处理厂出水标准中磷的指标限值远高于地表水标准限值。因此，在有条件的地方实行区域限磷或提高污水总磷排放标准是十分有效的措施。进入水体的磷大多以磷酸盐形式沉淀在底泥中，因此保持水—泥界面弱碱性、有氧状态是河道富营养化控制的主要举措。藻类生长人工控制技术包括各种物理、化学和生物技术。物理控制技术包括藻类直接收集和紫外线杀藻等，化学控制技术包括投加无机或有机抑(杀)藻剂，生物控制技术包括种植抑藻水生植物或投放食藻鱼类等。这些措施一般在应急时采用。水生态修复包括水生植物和水生动物(如鱼类、底栖动物等)食物链的修复与水文生态系统构建。利用生态学原理构建的食物链，可以持续去除城市水体中污染物和营养物，改善水体生境。
三、治理黑臭水体的管理对策
一是建立以溶解氧为核心指标的评价体系。黑臭水体治理的关键是改善水体的溶解氧状态，使水体由低氧恢复到正常的好氧状态。***重大水专项相关研究成果，建议以溶解氧为核心，建立包括臭阈值、透明度、色度等4项指标黑臭水体评价体系。其阈值为：溶解氧1mg/L、臭阈值100、透明度25cm、色度20，当其中任意一个指标值超过阈值时，则可判定其为黑臭水体。按照《水污染防治行动计划》任务分解，评价体系将由住房城乡建设部门负责编制。
二是先截污后修复，综合手段治理黑臭水体。河流黑臭问题的本质是污染物输入超过河流水环境容量。在流域尺度上采取污染源工程治理等截污措施，能够大幅度削减入河污染负荷，是消除黑臭问题的首要举措。同时将河岸带修复、人工充氧等河道内工程措施作为污染负荷削减的重要补充手段，进一步降低污染水平。在河流水质得到有效改善的基础上，通过水生生物(如水生植物、鱼类、鸟类)等的恢复，逐步实现河流生态修复，达到消除黑臭的目的。
三是改善生态条件，让水流动起来。我国大多数城镇河流水深为1m~3m，在一般条件下，大气氧可以穿透上覆水体到达河流沉积物表层。然而，由于排污加剧，大量COD和氨氮等耗氧污染物在水—沉积物界面累积，导致溶氧大量消耗而形成缺氧跃变层。增加河流水生态条件，可以改变城市水体水土界面亏氧状况。一般情况下，维持河流水体流速0.4m3/s~1.0m3/s，就可以打破溶氧跃变层形成的理化条件，使得水土界面层的溶氧维持在3mg/L以上，可以有效控制水体底质污染。流水不腐，是缓减甚至基本消除河流黑臭的关键因素。
四是构建岸边绿化带，增强水体自净能力。治理黑臭水体的首要目的是为人民群众提供一个休闲娱乐的场所，因此******清除沿河垃圾，严格控制有色有味污染源直排，对岸边带进行绿化改造，恢复其自然状态，建立河道保洁的长效运行管理机制。同时，采用岸边植物、挺水植物和沉水植物搭配构筑的景观修复途径，有效改变水生态系统的能量和物质流动方式，形成具有自净功能的水体。
消除黑臭水体只是建设娱乐水体的开始。娱乐水体水质要适合游泳、赛船、垂钓等水上运动，其评价指标包括病原微生物、水下植物种群结构、叶绿素含量、水流速度、岸边植被覆盖度、有毒有害物质和人文文化等，尚需要***的努力。
第二章 典型黑臭水体治理案例介绍
一、南明河处理案例
在落实“水十条”解决黑臭水体及水环境综合利用的道路上，有很多困难等待政企双方共谋解决之道。为此，E20环境平台于7月30日，举办了第57期环境战略沙龙，邀请业内专家、企业家就“水十条之黑臭水体治理如何落地”进行思想碰撞。沙龙中，业内人士就黑臭水体治理提出了多点问题与困惑，同时，多家企业代表表示，自身对流域治理也做了一些模式、技术等方面的探索，北控、阿凡柯达、中国水环境集团、环能科技等企业对自己参与的河道治理项目进行了分享与解析。本文选取中国水环境集团的贵阳市南明河水环境综合整治项目作简要介绍。
1、项目背景
南明河发源于贵州省安顺市平坝县林卡乡白泥田，全长118 km，流域面积6600 km2，自西向东贯穿贵阳市区，是贵阳市人民的母亲河。由于贵阳的经济快速发展，南明河流域人口大幅增加，南明河不堪重负，污染状况触目惊心：沿河两岸近百个生活污水和工业企业排污口，每天向河中倾泻大量生活污水和工业废水;沿岸到处是生活垃圾，破旧的棚户区遍布河道两岸;河水水质严重恶化，进入市区的河段已下降为劣V类水体。
2、项目概况
本着政府主导、全民参与、机制创新、科技支撑、依法治理、长治久清的治理宗旨，中国水环境集团分析现有问题，拟采取截污、清污、治污、补水等手段，结合城市经济、生态、景观、文化，开展治理。南明河水环境综合整治项目分二期进行。一期项目从2012年开始，总投资约11.67亿元，从外源控制、内源控制、生态恢复、臭气治理四个方面出发，通过截污完善、清淤疏浚等救急措施，基本消除了南明河干流的黑臭问题。
二期项目又分为两个阶段，一阶段建设时间为2014年7月~2015年6月，投资金额21.52亿，其治理方案经市政府、省环保厅、省住建厅、省科技厅组织的***三部委水环境治理专家论证;二阶段建设时间为2015.7~2016.6，投资金额为16.27亿。二期项目的部分内容是一期的延续，包括河道清淤、支流的水环境治理、污泥和生态治理等。截污系统完善方面包括干流截污沟改造，干流截污管改造，新庄二期污水厂配套截污沟建设，小黄河、麻堤河、市西河、贯城河支流截污系统完善;清淤工作包括干流清淤、小黄河清淤、麻堤河清淤、贯城河清淤、市西河清淤。另有部分内容则是积极争取的创新之举：在二期污水厂建设方面，按照当时贵阳市规划的要求，是在南明河下游规划建设集中式大型的污水处理厂(规模40万吨左右)，然而，经过充分的调研分析，中国水环境集团建议在沿河修建十来个5万吨规模的污水厂，统一规划、就地处理、就地排放。结合沿河污水收集系统、建厂费用及中水回用投资进行成本计算，可为市政府节约了十几亿的投资成本。
3、治理效果
二期一阶段项目内容实施后，南明河干流水质较一期竣工时有大幅提升，藻类和水生植物都得到一些恢复，各断面COD浓度基本达到地表水III类标准;大部分断面氨氮指标达到IV类标准;总磷指标基本接近IV类标准。目前，劣V类水体进一步下降到7.0%，V类水体继续提高至26.8%，IV类水体继续提高至31.6%。此外，在二期项目实施过程当中，工程项目的质量还经受了暴雨的考验，为贵阳市防洪抗灾发挥了重要作用。目前，南明河项目已列入财政部推行的首批PPP的示范目录，曾在住建部举办的经验交流会上作为典型案例进行介绍，业内专家和政府部门经过考察以后，也给予了高度的评价。
4、经验总结
中国水环境集团总经理李涛总结，南明河之所以能成为流域治理领域的PPP示范案例，要归功于两个重要原因：一是和政府达成了责权分明的职责划分，政府做好裁判员，企业尽职做好运动员，为推动项目进行提供了便利。二是在交易结构上有所创新，我们与政府共同设计了交易模式，即在BT模式中加入BOT及TOT模式，形成了全新的交易结构，为保障项目进行效率奠定了基础。
二、典型黑臭水体治理案例：北控洛河水环境治理项目
项目基本情况：2014年8月，洛阳市政府确定启动新一轮洛河市区段32公里水系综合治理和改造提升工程，旨在提升洛河两岸的景观环境，打造“华夏文明河”的全新理念。前期启动的示范区包括洛阳桥至李楼桥洛河5.5公里段，瀍河至上游5.2公里段，内容涉及多个节点及景观核心区域。
治理模式：洛河水环境治理项目采用PPP模式，洛阳市政府将存量污水处理资产(55万吨/日)与北控水务成立合资公司，北控水务以现金形式出资，占合资公司70%股份。合资公司得到市政府授予的特许经营权，并将负责投资新建污水处理设施(35万吨/日)。同时，北控水务还负责洛河水系综合治理工程投资(一期10亿元)和故县引水工程投资(17.5亿元)，政府采用投资补助、政府回购的方式与北控水务在增量项目上进行合作。这种PPP模式的交易结构，把河道治理、污水处理、饮水工程打包在一起，可总结为“盘活存量、带动增量”，值得进一步探索。
流域治理需要站在城市尺度上去考虑，不能作为末端治理项目对待。在具体治理中，不能只盯下游治理，要控制上游水质，这一点仅靠截污效果还不够，需在上游推行清洁生产思路。建议建立一个流域生态的模型，倒推环境容量，再来考虑应该采取什么措施。 “在治理过程中，我们对洛河特质及周边产业现状进行分析，再制定方案。将洛河需要治理的32公里分为郊外生态段、创意产业段、城市活力段、历史文化段四段进行，目前正在实施历史文化段。”
流域治理是一项复合性业务，涉及环保、市政、水利、生态、建筑等多方面问题。如何将企业、技术进行合理集成，将是工程进行中一个重要问题。北控在流域治理中的三个关键支撑便是投融资体系、技术体系及企业生态群。其中，有些拉动政府，有些负责招商，有些专注流域治理。
在项目洽谈阶段，有经验的政府会着重看合作方是什么阵容的方阵，可以整合多少资源来投入治理，企业生态群的建立不仅利于具体治理，也方便与政府协商。此外，在技术体系也有功能划分，如黑臭水体可分为流动水体和封闭水体两类，这两类水体所需要的治理技术完全不同;即使针对某一种水体，也需要多种技术的配合协作，一种技术很难包打天下。但同时水环境综合整治项目也具有重要的实践意义，它打破了原有地区水务业务单一条线，将排水设施的规划设计与城市的水生态设计理念实现真正的基层结合，打破水务自然垄断特征所带来的壁垒锁定，提升了环境行业的整体投资与技术效率，能够有效推动环境保护治理体系的深层次改革取得较好效果。
