北方城市河流黑臭水體水質改善技術研究

宋子煒 趙鵬

摘? 要：城市河流黑臭水體水質改善一項涉及設計、建設、運營以及維護多個階段的復雜系統工程。該文在分析北方城市河流特點及黑臭成因的基礎上，嘗試將河流、溝渠劃分為大河、中小河和毛支溝3種類型，并分析其水質改善特點。在調查已完成的黑臭水體治理工程的基礎上，篩選出具有較好生態效益、環境效益和社會效益的水質提升技術4類22種，進一步按照河流類型的不同，提出了水質提升技術模式。城市河流黑臭水體水質改善是一項長期艱巨的環境治理任務。筆者認為建立長效管護機制，應對各河各項的水質提升技術進行跟蹤評價，做到“一河一評”，從而為后續的水質改善提供借鑒。

關鍵詞：城市河流;黑臭水體;水質改善;河道治理

中圖分類號：X52文獻標志碼：A

我國北方地區干旱少雨，河流徑流普遍偏少，加之近年來的開采使用不當，導致水資源短缺及環境惡化問題突出。另一方面，隨著城市化進程的加快與經濟的快速發展，許多城市的河道水體污染和生態退化問題十分突出，出現了季節性和常年性的水體黑臭現象[1]。黑臭水體大面積出現，造成河道、湖泊景觀效果變差，生態環境問題日益凸顯舊[2]，同時水質下降，導致污水處理成本增加，嚴重影響城市發展[3]。2015年，國務院《水污染防治行動計劃》，明確將城市黑臭水體納入國家水治理體系范疇，并提出“到2020年，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”。國家首次對城市黑臭水體整治提出了整治目標。截至2019年6月底，北京市141條段黑臭水體通過截污治污、清淤疏浚等措施，整治工程均已完工。該文通過調查北京市已完成的黑臭水體水質改善案例，梳理分析了適用于北方地區不同類型城市河流的水質改善技術，以期為推動城市水環境提升提供借鑒參考。

1 北方城市河流黑臭水體特點

1.1 北方城市河流特點

我國北方地區水資源量相對短缺，同時受到地形地勢、自然地理等條件控制，北方河流普遍具有如下3個特征。1）水量相對較小，遠小于南方河流。補給水源通常以雨水補給為主[4]。北京地區城市河流補水多為再生水廠退水。2）北方河流多為季節性河流，降雨歷時短，強度大，產流快，河流洪、枯水流量變化大，洪水暴漲猛落，多為單峰形式。3）河流有結冰封凍現象[4]。基于上述自然環境狀況，北方河段在生態修復上具有以下特征：水量有限，自身缺少足夠的清水去稀釋污水，通常表現為污水量大于徑流量[5]。

1.2? 黑臭水體成因

1.2.1 外源污染物

分為點源污染和面源污染。其中點源污染有污廢水直排口、合流制溢流口、管網初期雨水等，面源污染有城市降雨徑流、冰雪融化和畜禽養殖廢水。污染物排放包括有機污染物及氮磷化合物。首先，污染物中有機物分解，大量消耗溶解氧，導致水體缺氧;然后，厭氧微生物繁殖并分解有機物，產生如NH3，H2S等惡臭氣體及FeS，MnS等金屬硫化物，從而引發水體黑臭。同時，大量有機物富集在水體表面會形成有機物膜，破壞水氣界面交換，從而加劇水體發黑發臭[6]。

1.2.2 內源污染物

底泥中的污染物在酸性、還原條件下從底泥釋放出來。在水力沖刷、人為擾動及生物活動影響下，產生的H2S，CH4等氣體在上升過程中將吸附在底泥顆粒上的污染物帶入水相，導致大量懸浮物漂浮在水中，引發水體變黑發臭。此外，底泥為微生物提供了良好的生長環境，其中藍藻和放線菌通過代謝作用促使底泥甲烷化、反硝化，造成底泥上浮及水體黑臭[7]。

1.2.3 水體熱污染

夏季溫度升高及大量溫度較高的城市工業廢水和生活污水入，導致水體整體或局部水溫上升。合適的水溫會造成微生物活動頻繁，大量分解有機物，降低溶解氧，從而引起水體發黑發臭[3]。

1.2.4 水動力條件不足

黑臭水體主要是流動性差甚至封閉的水體、斷頭浜，也有些是季節性河流[8]。

1.3 城市河流類型劃分

河流水環境治理普遍采用控源、清淤、水質凈化、水生態重建等治理技術。而按照“一河一策”，選用適宜的黑臭水體水質改善技術，應遵循經濟性、適用性、可靠性、長效性等原則。為了提高水質改善措施的針對性、可靠性，該文參照《河流、小流域名稱代碼》（DB11/T 1172—2015），根據河流匯水關系確定河流等級，將城市河流、溝渠劃分為大河、中小河及毛支溝3種類型（表1）。獨流入海的河流為零級河流，匯入零級河流的河流為一級河流，匯入一級河流的河流級別為二級河流，依次類推。不同類型河流的污染物特點、水文特征、洪澇風險、管理機制等具有明顯差異。1）污染物。不同類型河流的水質現狀、污染物特點、自凈能力等具有明顯差異，水體功能區劃、水質改善目標也不相同。大河水體自凈能力較強、污染源及水質趨于穩定化，但是污染物來源、污染成因較為復雜;而毛支溝雖然納污范圍較小、污染物較為簡單，但是自凈能力很差，內源污染嚴重。2）水文特征。大中小河流、毛支溝的匯水面積，流域下墊面性質差異明顯，自身的徑流量、流速等水文特征不同。相對而言，水體面積越大治理難度越大，投入成本越高，因而治理措施應因河施策。3）洪澇風險。水質改善措施極易受到河流行洪排澇威脅，河流洪澇風險及防洪能力隨等級不同而不同，技術措施本身耐受洪水的風險也不相同。4）管護機制。因河流級別、重要程度、經費來源不同，各條河流的管護力度、管護機制、人員配備、保障經費差別較大，水質改善措施也應有針對性的調整，如重要河流、經費充足，選用治理措施時，可適當提高建設標準，對于管護級別較低的毛支溝，可考慮采用低投入、易養護型措施。

表1 城市河流、溝渠類型劃分

類型 河流級別 特點 水質改善技術要求 備注

大河 0～1級河流 1）河流水面、水量較大，水質要求較高;2）入河雨水量大，城區河段雨水污染物濃度相對較高，非城區河段雨水污染物濃度相對較高;3）防洪標準要求較高，洪水沖擊力較大;4）管理機制較為健全，運營管理資金相對充足;5）河流斷面結構相對完整、斷面較寬，水質改善設施用地較為充足 1）適宜基礎性凈化措施;2）可考慮雨水自然凈化措施;3）不適宜動力要求高的工藝;4）不適合原位凈化措施;5）適宜人工濕地建設

中小河 2～4級河流 1）河流數量多，來水量、污染物類型較為復雜;2）水質改善緊迫性較高、壓力較大;3）河流景觀性要求高 1）能夠綜合提高水體感官指標的治理措施;2）宜具有一定景觀功能

毛支溝 5～6級及以下 建設標準、防洪標準相對較低 1）投資較低;2）安裝及養護管理簡單 包括村鎮排水溝、路邊溝、水塘

2 黑臭水體水質改善目標

2.1 北京黑臭水體治理目標

2015年，《北京市水污染防治工作方案》提出：截至 2020年，地表水水體水質優良（達到或優于Ⅲ類）比例保持穩定，喪失使用功能（劣Ⅴ類）的水體斷面比例比2014年下降24個百分點，其中，東城區、西城區水質力爭全部達到Ⅳ類以上，門頭溝區、平谷區、懷柔區、密云區、延慶區基本消除劣Ⅴ類水體，其余各區劣Ⅴ類水體斷面數量比2014年下降60%以上;地下水質量保持穩定;到2030年，地表水全面消除劣Ⅴ類水體，水生態系統功能得到恢復。

根據考核目標，各河流、溝渠水質應達到相應的水體功能要求，基本目標應達到。1）定性：水體清潔、無異味，感觀良好，具有較好的透明度。2）定量：COD≤30mg/L，BOD5≤6mg/L，NH3-N≤1.5mg/L，TP≤0.1mg/L。

2.2 治理效果

截至2018年12月，北京市建成區黑臭水體消除比例為93.1%，完成了國家要求的90%的考核要求;非建成區84條段黑臭水體整治工程已完工，水質監測結果顯示均為非黑臭水體，公眾滿意度均在90%以上。各條河流、溝渠通過實施黑臭水體治理，基本能夠達到行洪隱患消除、外源污染得到控制、水量基本穩定的初步治理效果。

3 水質改善技術體系

3.1 水質改善技術

外援減排、內源控制、水質凈化、補水活水和生態修復是河流黑臭水體治理的主要技術手段。不同技術措施對于不同類型河流、不同污染物的治理效果不盡相同。該文調查了北京市羅馬湖水體綜合治理系統工程、團結渠生態治理工程、通州區蕭太后景觀提升生態修復工程等20余項已完成的黑臭水體水質改善工程，總結分析得出：通過采取清淤、曝氣增氧、生態浮島等技術，不但河流水質得到明顯改善，而且可以大幅提升沿岸景觀環境，具有較好的生態效益、環境效益和社會效益。經過梳理，可歸納為雨水凈化、水循環促進、水質凈化和內源控制4類22種（表2）。

3.2 不同類型河流水質提升技術模式

為了做到有針對性地提升水質，在采取有效控制外源污染的前提下，該文根據各類河流、溝渠的污染特點和水文特征，構建了不同的技術模式供參考（表3）。

4 結論與建議

城市河流黑臭水體水質改善一項涉及設計、建設、運營、維護多個階段的復雜系統工程，應按照“因地制宜、綜合治理、長治久清”的原則，根據污染物特點、水文特征和治理目標等實際情況，選擇有針對性的技術措施及治理模式。該文在分析北方城市河流特點及黑臭成因的基礎上，探索嘗試將河流、溝渠劃分為大河、中小河和毛支溝3種類型，并分析了其水質改善特點。在調查梳理已完成的黑臭水體治理項目的基礎上，篩選出具有較好生態效益、環境效益和社會效益的水質提升技術4類22種，進一步按照河流類型的不同，提出了水質提升技術模式。

城市河流黑臭水體水質改善是一項長期艱巨的環境治理任務，治理效果的穩定發揮，關鍵在于后期的管理維護。因此，筆者認為在建立長效管護機制，應對各河各項的水質提升技術進行跟蹤評價，做到“一河一評”，從而為后續的水質改善提供有效可靠的技術積累借鑒。同時，也應考慮不同技術措施的負面影響，避免由于技術措施不當引起或加劇生態破壞和水環境污染。

參考文獻

[1]馳飛，祁詩月，郝 明，等. 城市黑臭水體治理技術研究——以北京市海淀區南沙河流域為例[J]. 北京水務，2019（2）：12-16.

[2]王艷杰，肖羽堂，吳玉麗. 黑臭河涌治理工藝流程及技術體系研究—以佛山市為例[J]. 水污染及處理，2016，4（2）：48-54.

[3]廖偉伶，黃健盛，丁健剛，等. 我國黑臭水體污染與修復技術研究現狀[J].長江科學院院報，2017，34（11）：153-158.

[4]顧晉飴，陳融旭，王彎彎，等. 中國南北方城市河流生態修復技術差異性特征[J]. 環境工程，2019，37（10）：67-72.

[5]任珺，王剛. 黃河上游水質分析與污染治理對策研究[M]. 北京：中國環境科學出版社，2008.

[6]夢文. 黃浦江水體黑臭的由來[J]. 上海環境科學，1986，（5）：31，37.

[7] CHEN J，XIE P，MA Z M，et al. A systematic study on Spatial and Seasonal Pattems of Eight and Odor Compounds with Relation to Various Biotie and Abiotic Parameters in Gonghu Bay of Lake Taihu，China[J].Science of the Total Environemnt，2010，409（2）：314-325.

[8] 住房和城鄉建設部. 《城市黑臭水體整治工作指南》解讀[EB/OL].（2015-09-15）[2017-06-26]. http：//www.mohurd.gov.cn/zxydt/201509/t20150915_224868.html.