到2020年,我國地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以?xún)龋坏?/span>2030年,城市建成區黑臭水體總體得到消除。這是國務(wù)院發(fā)布的《水污染防治行動(dòng)計劃》(簡(jiǎn)稱(chēng)“水十條”)對黑臭水體治理提出的明確要求。城鎮區域黑臭水體不僅給群眾帶來(lái)了極差的感官體驗,也是直接影響群眾生活的突出水環(huán)境問(wèn)題。當務(wù)之急,就是要認清其成因并采取有效治理措施,消除黑臭。
ü 黑臭水體是感官性污染常見(jiàn)現象
20世紀中期,英國的泰晤士河是世界上最早發(fā)生黑臭問(wèn)題的河流之一。上世紀70年代,德國的萊茵河由于流經(jīng)重工業(yè)區,工業(yè)污水排入萊茵河,其污染也達到了頂峰。同時(shí)期美國的芝加哥河、特拉華河等,也因為遭到嚴重污染導致水體常年黑臭。在我國城市化和工業(yè)化進(jìn)程加快的過(guò)程中,由于水污染控制與治理措施滯后,或者能力有限與水平低下,一些城市水體尤其是中小城市水體,直接成為工業(yè)、農業(yè)及生活廢水的主要排放通道和場(chǎng)所,導致城市水體大面積受污染,引起水體富營(yíng)養化,形成黑臭水體。
所謂“黑臭”,主要屬于環(huán)境景觀(guān)、物理指標范疇。是指在視覺(jué)上河流水體呈現因污染而產(chǎn)生的明顯異常顏色(通常是黑色或泛黑色),同時(shí)產(chǎn)生在嗅覺(jué)上引起人們感覺(jué)不適甚至厭惡的氣味,是水體感官性污染最常見(jiàn)的一種現象。
我國河流黑臭現象最早出現在上海蘇州河,隨后南京的秦淮河、蘇州的外城河、武漢的黃孝河和寧波的內河等,均出現不同程度的黑臭現象。近幾十年來(lái),黑臭水體的范圍和程度不斷加劇,在全國大部分城市河段中,流經(jīng)繁華區域的水體絕大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二級與三級支流的黑臭問(wèn)題
更加突出,且劣化程度逐年提高。如淮河,2014年國家環(huán)境質(zhì)量狀況公報數據表明,干流水質(zhì)全年都在Ⅳ類(lèi)水以上,但主要支流的劣Ⅴ類(lèi)水體超過(guò)23%;在各大水系中海河的劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)程度最高,國控斷面監測數據表明,干流劣Ⅴ類(lèi)達37%、支流劣Ⅴ類(lèi)達44%。缺氧與富營(yíng)養為水體黑臭主因水體黑臭主要是水體缺氧造成的,同時(shí)也與水體富營(yíng)養化和底泥沉積有關(guān)。國家重大水專(zhuān)項相關(guān)研究結果表明,當溶解氧降低到2.0 mg/L時(shí),水體將處于缺氧狀態(tài)。當溶解氧為3mg/L~5mg/L時(shí),水體中有機污染物和氨氮含量一般也會(huì )超過(guò)地表水Ⅴ類(lèi)標準,呈現有色有味狀態(tài),但有水生生物存在;當溶解氧大于6 mg/L 時(shí),水體處于有氧狀態(tài),有機物降解和氨氧化速率顯著(zhù)增加,水體開(kāi)始具有自?xún)裟芰ΑT谝晕鬯幚韽S(chǎng)為主要水源的地區,比如海河流域,來(lái)水中部分生物為難以降解的有機物,BOD接近零,COD和氨氮即使通過(guò)自?xún)簦搽y以達到地表水Ⅴ類(lèi)標準的要求。
具體來(lái)說(shuō),水體發(fā)生黑臭的主因有如下幾方面:
一是外源有機物和氨氮消耗水中氧氣。城市水體一旦超量受納外源性有機物以及一些動(dòng)植物的腐殖質(zhì),如居民生活污水、畜禽糞便、農產(chǎn)品加工污染物等,水中的溶解氧就會(huì )被快速消耗。當溶解氧下降到一個(gè)過(guò)低水平時(shí),大量有機物在厭氧菌的作用下進(jìn)一步分解,產(chǎn)生硫化氫、胺、氨和其他帶異味易揮發(fā)的小分子化合物,從而散發(fā)出臭味。同時(shí),厭氧條件下,沉積物中產(chǎn)生的甲烷、氮氣、硫化氫等難溶于水的氣體,在上升過(guò)程中攜帶污泥進(jìn)入水相,使水體發(fā)黑。
二是內源底泥中釋放污染。當水體被污染后,部分污染物日積月累,通過(guò)沉降作用或隨顆粒物吸附作用進(jìn)入到水體底泥中。在酸性、還原條件下,污染物和氨氮從底泥中釋放,厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的甲烷及氮氣導致底泥上浮也是水體黑臭的重要原因之一。有研究指出,在一些污染水體中,底泥中污染物的釋放量與外源污染的總量相當。此外,由于城市河道中有大量營(yíng)養物質(zhì),導致河道中藻類(lèi)過(guò)量繁殖。這些藻類(lèi)在生長(cháng)初期給水體補充氧氣,在死亡后分解礦化形成耗氧有機物和氨氮,導致季節性水體黑臭現象并產(chǎn)生極其強烈的腥臭味道。
三是不流動(dòng)和水溫升高的影響。喪失生態(tài)功能的水體,往往流動(dòng)性降低或完全消失,直接導致水體復氧能力衰退,局部水域或水層虧氧問(wèn)題嚴重,形成適宜藍綠藻快速繁殖的水動(dòng)力條件,增加水華暴發(fā)風(fēng)險,引發(fā)水體水質(zhì)惡化。此外,水溫的升高將加快水體中的微生物和藻類(lèi)殘體分解有機物及氨氮速度,加速溶解氧消耗,加劇水體黑臭。
黑臭水體治理的技術(shù)路線(xiàn)
城市河道的黑臭治理遵循“外源減排、內源清淤、水質(zhì)凈化、清水補給、生態(tài)恢復”的技術(shù)路線(xiàn)。其中外源減排和內源清淤是基礎與前提,水質(zhì)凈化是階段性手段,水動(dòng)力改善技術(shù)和生態(tài)恢復是長(cháng)效保障措施。
城市面源污染主要來(lái)源于雨水徑流中含有的污染物,其控制技術(shù)主要包括各種城市低影響開(kāi)發(fā)(如海綿城市)技術(shù)、初期雨水控制技術(shù)和生態(tài)護岸技術(shù)等。城市水體周邊的垃圾等是面源污染物的重要來(lái)源,因此水體周邊垃圾的清理是面
源污染控制的重要措施。
二是內源控制技術(shù)。清淤疏浚技術(shù)通常有兩種:一種是抽干湖/河水后清淤;另一種是用挖泥船直接從水中清除淤泥。后者的應用范圍較廣,江河湖庫都可用之。清淤疏浚能相對快速地改善水質(zhì),但清淤過(guò)程因擾動(dòng)易導致污染物大量進(jìn)入水體,影響到水體生態(tài)系統的穩定,因而具有一定的生態(tài)風(fēng)險性,不能作為一種污染水體的長(cháng)效治理措施。
三是水質(zhì)凈化技術(shù)。城市黑臭水體的水質(zhì)凈化技術(shù)主要包括:人工曝氣充氧(通入空氣、純氧或臭氧等),可以提高水體溶解氧濃度和氧化還原電位,緩解水體黑臭狀況。德國薩爾河、英國泰晤士河、澳大利亞天鵝河、中國的蘇州河等治理中都采用了曝氣增氧的方法。絮凝沉淀技術(shù)是指向城市污染河流的水體中投加鐵鹽、鈣鹽、鋁鹽等藥劑,使之與水體中溶解態(tài)磷酸鹽形成不溶性固體沉淀至河床底泥中。但需要注意的是,化學(xué)絮凝法的費用較高,并且產(chǎn)生較多沉積物,某些化學(xué)藥劑具有一定毒性,在環(huán)境條件改變時(shí)會(huì )形成二次污染。人工濕地技術(shù)是利用土壤—微生物—植物生態(tài)系統對營(yíng)養鹽進(jìn)行去除的技術(shù),多采用表面流濕地或潛流濕地,濕地植物可選擇沉水植物或挺水植物。生態(tài)浮島是一種經(jīng)過(guò)人工設計建造、漂浮于水面上供動(dòng)植物和微生物生長(cháng)、繁衍、棲息的生物生態(tài)設施,通過(guò)構建水域生態(tài)系統對水體中的污染物攝食、消化、降解等,實(shí)現水質(zhì)凈化。穩定塘是一種人工強化措施與自然凈化功能相結合的水質(zhì)凈化技術(shù),如多水塘技術(shù)和水生植物塘技術(shù)等。可利用水體沿岸多個(gè)天然水塘或人工水塘對污染水體進(jìn)行凈化。
四是水動(dòng)力改善技術(shù)。調水不僅可借助大量清潔水源稀釋黑臭水體中污染物的濃度,而且可加強污染物的擴散、凈化和輸出,對于納污負荷高、水動(dòng)力不足、
環(huán)境容量低的城市黑臭水體治理效果明顯。但調用清潔水來(lái)改善河水水質(zhì)是對水資源的浪費,應盡量采用非常規水源,如再生水和雨洪利用。同時(shí)在調水的過(guò)程中要防止引入新的污染源。
五是生態(tài)恢復技術(shù)。水體黑臭現象往往是由于水中氮磷濃度較高引起藻類(lèi)暴發(fā)等次生問(wèn)題,造成水質(zhì)惡化、藻毒素問(wèn)題和其他水生生物的大量死亡,繼而導致黑臭復發(fā)。城市河道富營(yíng)養化控制的關(guān)鍵是磷的控制,目前污水處理廠(chǎng)出水標準中磷的指標限值遠高于地表水標準限值。因此,在有條件的地方實(shí)行區域限磷或提高污水總磷排放標準是十分有效的措施。進(jìn)入水體的磷大多以磷酸鹽形式沉淀在底泥中,因此保持水—泥界面弱堿性、有氧狀態(tài)是河道富營(yíng)養化控制的主要舉措。藻類(lèi)生長(cháng)人工控制技術(shù)包括各種物理、化學(xué)和生物技術(shù)。物理控制技術(shù)包括藻類(lèi)直接收集和紫外線(xiàn)殺藻等,化學(xué)控制技術(shù)包括投加無(wú)機或有機抑(殺)藻劑,生物控制技術(shù)包括種植抑藻水生植物或投放食藻魚(yú)類(lèi)等。這些措施一般在應急時(shí)采用。水生態(tài)修復包括水生植物和水生動(dòng)物(如魚(yú)類(lèi)、底棲動(dòng)物等)食物鏈的修復與水文生態(tài)系統構建。利用生態(tài)學(xué)原理構建的食物鏈,可以持續去除城市水體中污染物和營(yíng)養物,改善水體生境。
治理黑臭水體的管理對策
一是建立以溶解氧為核心指標的評價(jià)體系。黑臭水體治理的關(guān)鍵是改善水體的溶解氧狀態(tài),使水體由低氧/厭氧恢復到正常的好氧狀態(tài)。國家重大水專(zhuān)項相關(guān)研究成果,建議以溶解氧為核心,建立包括臭閾值、透明度、色度等4項指標黑臭水體評價(jià)體系。其閾值為:溶解氧1mg/L、臭閾值100、透明度25cm、色度20,當其中任意一個(gè)指標值超過(guò)閾值時(shí),則可判定其為黑臭水體。按照《水污染防治行動(dòng)計劃》任務(wù)分解,評價(jià)體系將由住房城鄉建設部門(mén)負責編制。
二是先截污后修復,綜合手段治理黑臭水體。河流黑臭問(wèn)題的本質(zhì)是污染物輸入超過(guò)河流水環(huán)境容量。在流域尺度上采取污染源工程治理等截污措施,能夠大幅度削減入河污染負荷,是消除黑臭問(wèn)題的首要舉措。同時(shí)將河岸帶修復、人工充氧等河道內工程措施作為污染負荷削減的重要補充手段,進(jìn)一步降低污染水平。在河流水質(zhì)得到有效改善的基礎上,通過(guò)水生生物(如水生植物、魚(yú)類(lèi)、鳥(niǎo)類(lèi))等的恢復,逐步實(shí)現河流生態(tài)修復,達到消除黑臭的目的。
三是改善生態(tài)條件,讓水流動(dòng)起來(lái)。我國大多數城鎮河流水深為1m~3m,在一般條件下,大氣氧可以穿透上覆水體到達河流沉積物表層。然而,由于排污加劇,大量COD和氨氮等耗氧污染物在水—沉積物界面累積,導致溶氧大量消耗而形成缺氧躍變層。增加河流水生態(tài)條件,可以改變城市水體水土界面虧氧狀況。一般情況下,維持河流水體流速0.4m3/s~1.0m3/s,就可以打破溶氧躍變層形成的理化條件,使得水土界面層的溶氧維持在3mg/L以上,可以有效控制水體底質(zhì)污染。流水不腐,是緩減甚至基本消除河流黑臭的關(guān)鍵因素。
四是構建岸邊綠化帶,增強水體自?xún)裟芰ΑV卫砗诔羲w的首要目的是為人民群眾提供一個(gè)休閑娛樂(lè )的場(chǎng)所,因此必須徹底清除沿河垃圾,嚴格控制有色有味污染源直排,對岸邊帶進(jìn)行綠化改造,恢復其自然狀態(tài),建立河道保潔的長(cháng)效運行管理機制。同時(shí),采用岸邊植物、挺水植物和沉水植物搭配構筑的景觀(guān)修復途徑,有效改變水生態(tài)系統的能量和物質(zhì)流動(dòng)方式,形成具有自?xún)艄δ艿乃w。
消除黑臭水體只是建設娛樂(lè )水體的第一步。娛樂(lè )水體水質(zhì)要適合游泳、賽船、垂釣等水上運動(dòng),其評價(jià)指標包括病原微生物、水下植物種群結構、葉綠素含量、水流速度、岸邊植被覆蓋度、有毒有害物質(zhì)和人文文化等,尚需要持久的努力。