黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

吳艷霞，杜海霞，吳慧芳，陸硯秋，董祎波

(南京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，江蘇南京211800)

隨著中國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人口不斷增長(zhǎng)，對(duì)水資源長(zhǎng)期不合理利用，水體污染問題普遍存在且日益突出，出現(xiàn)季節(jié)性或終年水體黑臭現(xiàn)象。黑臭水體是指由于污染物含量超過水環(huán)境自凈能力而發(fā)臭變黑的水體[1]，其中水體中主要的致黑成分為FeS和MnS，以及有色有機(jī)化合物，如腐殖質(zhì)類。使水體發(fā)出臭味的物質(zhì)主要為含硫化合物[2]。有機(jī)污染的城市內(nèi)河、富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的部分水域、部分時(shí)段和水庫的深層水體極易產(chǎn)生黑臭現(xiàn)象[3]。城市黑臭水體主要由有機(jī)物、氮、磷等外源污染物的排放、底泥等內(nèi)源污染物、水體熱污染、水體動(dòng)力學(xué)條件不足這些因素造成[4]。由生態(tài)環(huán)境部聯(lián)合住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部公布的全國城市黑臭水體整治監(jiān)管平臺(tái)顯示，截至2018年，全國地級(jí)以上城市建成區(qū)黑臭水體總長(zhǎng)度7 938.89 km，共認(rèn)定黑臭水體2 100個(gè)，總流域面積1 463 km2。中國的黑臭河道的密集程度與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度成正比[5]。

1 黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)

針對(duì)處理黑臭水體問題，水體修復(fù)技術(shù)研究在中國國內(nèi)逐漸發(fā)展起來，并在近年來大量運(yùn)用于工程實(shí)際。水體修復(fù)技術(shù)根據(jù)是否需要將水移送出原有位置治理分為異位修復(fù)和原位修復(fù)，相較之異位修復(fù)，原位修復(fù)直接在原有河床上對(duì)黑臭水體進(jìn)行治理，具有經(jīng)濟(jì)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)方法原理的不同，可將原位修復(fù)技術(shù)分為物理方法、化學(xué)方法、生物生態(tài)方法，見表1。原位物理修復(fù)技術(shù)適用性強(qiáng)，是處理各類黑臭水體重要的前提措施。原位化學(xué)修復(fù)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是通過投加各種化學(xué)藥劑，利用在水體中發(fā)生的化學(xué)和物化反應(yīng)，使得在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到改善水質(zhì)、控制水污染等的目的。但由于其處理效果沒有持續(xù)性，容易造成二次污染等突出的問題，一般用于應(yīng)急處理。生物生態(tài)修復(fù)方法則是利用生物生命代謝活動(dòng)來遷移、轉(zhuǎn)化、降解水體中的有機(jī)污染物，達(dá)到去除污染物、凈化黑臭水體的目的，具有操作簡(jiǎn)單，處理效果好，運(yùn)行成本低，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，低能耗等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于黑臭河水體修復(fù)治理。

表1 黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)概述

續(xù)表1 黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)概述

通過表1中對(duì)黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)及適用性的對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，采用單一的化學(xué)、物理修復(fù)技術(shù)，其處理效果不穩(wěn)定，易受各類因素影響。例如，化學(xué)修復(fù)技術(shù)需要投加大量化學(xué)藥劑，處理效果不具有可持續(xù)性，易產(chǎn)生二次污染；曝氣處理效果易受外源污染物的大小、水質(zhì)變化程度等因素的影響等。并且采用單一的化學(xué)、物理技術(shù)難以達(dá)到從根本上恢復(fù)黑臭水體的自凈功能，保持水質(zhì)長(zhǎng)期穩(wěn)定改善的目的。而相比較而言，采用生物生態(tài)方法能防止產(chǎn)生環(huán)境二次污染，具有一定的景觀效益，處理機(jī)制長(zhǎng)效穩(wěn)定，更符合環(huán)境友好的發(fā)展概念，在近年來得到廣泛應(yīng)用。但在采用生物生態(tài)方法時(shí)，也應(yīng)注意技術(shù)的適用性，不同地區(qū)水域，不同污染狀況所需采取的修復(fù)技術(shù)存在一定差異。例如微生物修復(fù)技術(shù)的反應(yīng)條件苛刻；水生植物凈化技術(shù)中植物的選種應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)匚锓N的選擇，防止發(fā)生外來物種入侵和保證植物的存活率；人工濕地修復(fù)技術(shù)占地面積大，生物和水力運(yùn)行條件復(fù)雜等等。因此在實(shí)際工程中，往往需要注意因地制宜，組合各項(xiàng)原位修復(fù)技術(shù)，充分利用“組合拳”，將各類修復(fù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以期望達(dá)到最優(yōu)的處理效果。具體應(yīng)用實(shí)例見表2。

表2 組合多項(xiàng)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

表2列舉的4個(gè)工程實(shí)例中的黑臭成因雖然有所不同，采用的具體整治措施也各有異同，但均采用了生物生態(tài)修復(fù)組合技術(shù)，水質(zhì)狀況保持長(zhǎng)期持續(xù)改善。從新加坡·南京生態(tài)科技島、寧波市中塘河支流、昆山市凌家浜這3個(gè)實(shí)例也可以看出，采用生物生態(tài)修復(fù)組合技術(shù)在6個(gè)月的運(yùn)行調(diào)試后，水質(zhì)情況才得以穩(wěn)定改善，效果顯現(xiàn)歷時(shí)較長(zhǎng)。并且在廣州白云湖的治理中，水質(zhì)狀況雖有明顯改善，但各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)未全部達(dá)標(biāo)，還需持續(xù)監(jiān)測(cè)觀察。

此外，對(duì)東莞老圍河和人民涌的治理中[40]，在前期進(jìn)行了截污清淤、河堤改造等措施的綜合治理基礎(chǔ)上，采用了“微納米氣泡+樹脂/酶復(fù)合催化組合”技術(shù)。發(fā)現(xiàn)由于老圍河的整體水環(huán)境狀況優(yōu)于人民涌，老圍河的改善效果比人民涌明顯。該項(xiàng)組合技術(shù)雖能在一定程度上消除河涌黑臭，但是對(duì)削減總磷、COD、氨氮等的效果不穩(wěn)定。所以為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)全面改善，還須配套其他的除磷降氮措施。李曉[41]等在對(duì)深圳市某典型黑臭河道實(shí)施了截污、清淤、補(bǔ)水(以超磁+曝氣生物濾池為核心工藝)工程中發(fā)現(xiàn)，截污清淤工程雖能有效將重度黑臭水體轉(zhuǎn)化為輕度黑臭，但在河道上游客水污染物較多、沿河截污管雨季溢流的情況下，難以徹底消除黑臭。在結(jié)合補(bǔ)水工程后，水體水質(zhì)改善明顯。

綜上所述，采用組合各項(xiàng)原位修復(fù)技術(shù)雖效果明顯，能有效改善水體水質(zhì)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值，但在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)充分考慮水質(zhì)污染狀況、各技術(shù)組合可行性和適用性等方面，謹(jǐn)慎選擇。

2 結(jié)語

黑臭水體對(duì)城市生態(tài)環(huán)境、城市景觀和居民身體健康等都構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。中國在黑臭水體治理方面主要從外源減排、內(nèi)源控制、水質(zhì)凈化、補(bǔ)水活水、生態(tài)恢復(fù)方面進(jìn)行。通過分析國內(nèi)黑臭水體實(shí)際治理案例，把黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)分成了物理方法、化學(xué)方法、生物生態(tài)方法這三大類，分別討論和分析了各方法的優(yōu)缺點(diǎn)及其適用性。發(fā)現(xiàn)采用單一的原位修復(fù)技術(shù)，處理效果不穩(wěn)定。在實(shí)際治理中可以采用多項(xiàng)修復(fù)技術(shù)組合，達(dá)到最優(yōu)的處理效果。這對(duì)今后黑臭水體原位修復(fù)技術(shù)的發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，對(duì)將各項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用于實(shí)際工程中提出了更高的要求。雖然近年來中國城市黑臭水體的治理已初見成效，但仍存在一些問題，例如治理不徹底又出現(xiàn)返黑返臭、治理設(shè)施缺乏維護(hù)等，所以必須長(zhǎng)期堅(jiān)持對(duì)黑臭水體的治理，以實(shí)現(xiàn)黑臭水體治理的長(zhǎng)治久清，使黑臭水體恢復(fù)往日生機(jī)。