0 引言

城市內(nèi)湖泊、河道等景觀水體是城市人居環(huán)境中重要的組成部分，但由于其易污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力差等特點(diǎn)，很容易成為居民生活污水、雨水及垃圾的受納體，從而導(dǎo)致水體溶解氧的大量消耗，造成了水體缺氧而呈黑臭狀態(tài)，使整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)危機(jī) [1] 。城市河流出現(xiàn)黑臭，已成為我國(guó)許多大、中城市共同存在的污染問(wèn)題 [2] ，河流黑臭是我國(guó)城市河網(wǎng)的一個(gè)普遍現(xiàn)象，嚴(yán)重影響居民生活、城市形象和生態(tài)環(huán)境。

1 河流黑臭產(chǎn)生的原因及危害

1.1 河流黑臭產(chǎn)生的原因

城市河道黑臭主要是過(guò)量納污導(dǎo)致水體供氧和耗氧失衡的結(jié)果，水體缺氧乃至厭氧條件下污染物轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生氨氮、硫化氫、揮發(fā)性有機(jī)酸等臭惡臭物質(zhì)以及鐵、錳硫化物等黑色物質(zhì)。生活污水是導(dǎo)致城市河道黑臭的最普遍和最主要的污染源。其他污染源還有：生活垃圾、有機(jī)工業(yè)廢水、合流制管網(wǎng)溢流污水、污水廠尾水、畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)糞便污水等。消除城市河道黑臭、改善城市水環(huán)境質(zhì)量，對(duì)保障城市人居健康、促進(jìn)社會(huì)和諧與經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義 [3-4] 。

1.2 河流黑臭的危害

黑臭河道的危害很多，如影響居民生活，危害人體健康；破壞河流生態(tài)系統(tǒng)；損害城市景觀 [5] 。因此消除黑臭、改善感觀，美化城市，已是城市河流治理中首要解決的問(wèn)題 [2] 。

2 國(guó)內(nèi)外治理河流黑臭的主要技術(shù)和方法

為了恢復(fù)河流的景觀功能，對(duì)黑臭河流的治理大概包括物理法、化學(xué)法、生物法和新的組合工藝等 [6] 。

2.1 物理法

物理方法主要包括截污、調(diào)水、清淤等水利工程，以及機(jī)械除藻、引水稀釋、人工造流等。經(jīng)過(guò)物理法治理的河流因?yàn)楹哟布由睿�挖去�?yán)重污染的淤泥，會(huì)對(duì)減輕河流的臭味起到良好的作用，截彎取直會(huì)增強(qiáng)河流的沖污能力。但是物理法方法需要建造大型的構(gòu)筑物，費(fèi)用較高，也受到當(dāng)?shù)厮�利水文條件的限制，適應(yīng)性比較差，而且物理法并不能夠從根本上解決河水黑臭的問(wèn)題 [6] 。

2.2 河道曝氣

河道曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)以水生生物為主體，輔以適當(dāng)?shù)厝斯て貧猓�建立人工模擬生態(tài)處理系統(tǒng)，以高效降解水體中的污染負(fù)荷，改善或凈化水質(zhì)，是人工凈化與生態(tài)凈化相結(jié)合的工藝 [6-8] 。

同濟(jì)大學(xué)的諶偉等以受污染河道的黑臭水體為研究對(duì)象，比較了三種曝氣方式 ( 低強(qiáng)度連續(xù)曝氣、間歇曝氣和高強(qiáng)度連續(xù)曝氣 ) 對(duì)水體的修復(fù)效果，分析了低強(qiáng)度曝氣技術(shù)的可行性 [1] 。結(jié)果表明，對(duì)于流量較小的緩速滯流河道，長(zhǎng)期采用低強(qiáng)度曝氣可達(dá)到降低污染負(fù)荷、消除水體黑臭的效果；以氨氮去除率達(dá) 98 ％為控制指標(biāo)，低強(qiáng)度曝氣能耗僅為高強(qiáng)度連續(xù)曝氣的 6.25 ％和間歇曝氣的 17.24 ％，大大降低了曝氣經(jīng)濟(jì)成本。

1982年，西班牙Murcia市采用純氧曝氣技術(shù)，對(duì)受到嚴(yán)重污染的Secura河實(shí)施了消除“黑臭”工程[6]。該工程采用了2套MixFlo設(shè)備，純氧利用效率達(dá)到95％以上。

2.3 化學(xué)法

化學(xué)方法如化學(xué)試劑除藻，加入鐵鹽促進(jìn)磷的沉淀，加入石灰脫氮等方法。但由于化學(xué)試劑的投加量大，成本較高，此種方法在黑臭河流治理的應(yīng)用中并不多見(jiàn)。

2.4 生物法

生物方法在河流黑臭治理中的應(yīng)用十分廣泛，主要有人工濕地處理、水生植物恢復(fù)、生物修復(fù)等 [6] 。

其中生物修復(fù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外黑臭河流治理中的應(yīng)用最為廣泛。生物修復(fù)就是利用特定的生物 ( 包括土著或外源微生物以及植物等 ) 在一定的條件下進(jìn)行消除或富集環(huán)境污染物，從而達(dá)到對(duì)被污染的環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)的生物過(guò)程。由于生物修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好、生態(tài)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，是一種低投資、高效益、運(yùn)行操作方便靈活的水體污染治理技術(shù)，因此生物修復(fù)是最具發(fā)展前景的黑臭河流主體修復(fù)技術(shù) [4 ， 9] 。

為了進(jìn)一步探索華南地區(qū)高負(fù)荷污水流量和潮汐狀況下的黑臭河涌生物治理技術(shù)，劉軍等在廣州市白云區(qū)朝陽(yáng)涌進(jìn)行了黑臭水體生物修復(fù)試驗(yàn)，在預(yù)處理后，試驗(yàn)分三個(gè)階段進(jìn)行，分別包括底泥生物氧化，水體生物修復(fù)，河涌生態(tài)恢復(fù) [10] 。通過(guò)生物治理，消除了上游預(yù)處理河段水體黑臭現(xiàn)象，使中下游自然潮汐狀況下水體潔凈好氧。

2.5 新型工藝

治理河流黑臭的新工藝如底泥的生物氧化、懸浮填料移動(dòng)床、組合生物修復(fù)技術(shù)、生態(tài)浮床等。新技術(shù)其實(shí)是原有物理、化學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展、組合和延伸。這些方法各有利弊，要根據(jù)具體情況，特別是水體污染狀況及污染物的種類(lèi)加以選擇利用，發(fā)揮各種方法的長(zhǎng)處，才能取得較好效果 [5] 。

3 國(guó)內(nèi)外河流黑臭現(xiàn)有研究成果

3.1 建立水質(zhì)黑臭指數(shù)關(guān)系式

方宇翹和裘祖楠等通過(guò)對(duì)上海地區(qū)蘇州河出現(xiàn)的黑臭現(xiàn)象進(jìn)行研究應(yīng)用嗅闊值和主要環(huán)境因素的相關(guān)分析，提出城市河流的黑臭是 COD 、 NH3-N 、 DO 與水溫等多因素引起的 [2] 。應(yīng)用多因子參數(shù)，建立的水質(zhì)黑臭指數(shù)關(guān)系式，能判別城市河流中黃 ( 灰 ) 綠無(wú)臭、藏褐微臭、黑臭、深黑惡臭 4 個(gè)類(lèi)型級(jí)別。應(yīng)用建立的黑臭指數(shù)關(guān)系式，對(duì)上海地區(qū)河流進(jìn)行了實(shí)測(cè)檢驗(yàn)，正確率達(dá) 97% 。

3.2 影響生物修復(fù)的因素

（ 1 ）污染物的可利用性 污染環(huán)境中的污染物的種類(lèi)、濃度、存在形式等都是影響微生物降解性能的重要因素。不同的污染物對(duì)微生物來(lái)說(shuō)具有不同的可利用性，例如自然界中存在的絕大多數(shù)有機(jī)污染物都可以被微生物利用并降解，而大部分人工合成的大分子有機(jī)污染物不能夠被微生物利用并降解。重金屬在污染環(huán)境中往往以不同的形式存在，其不同的化學(xué)形態(tài)對(duì)微生物的轉(zhuǎn)化和固定都會(huì)產(chǎn)生很大的影響 [9] 。

（ 2 ）環(huán)境因素 影響微生物降解性能的環(huán)境因素主要有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和電子受體。在土壤和水體修復(fù)中，氮、磷是限制微生物活性的重要因素。因此，為了達(dá)到有機(jī)污染物的完全降解，適當(dāng)添加營(yíng)養(yǎng)鹽，增加污染環(huán)境中微生物所需要的微量無(wú)素、維生素和有機(jī)酸等成分，可促使土著微生物迅速增長(zhǎng)，同時(shí)還具有緩沖 pH 值的作用，可使污染環(huán)境修復(fù)過(guò)程縮短。

污染物氧化分解的最終電子受體的種類(lèi)和濃度是影響污染物降解的另一個(gè)重要因素。這些電子受體包括溶解氧、有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物和無(wú)機(jī)酸根，如硝酸根、硫酸根和碳酸根等。應(yīng)用硝酸鹽作為電子受體時(shí)，由于硝酸鹽本身就是一種污染物質(zhì)，因此，需要格外注意限制硝酸鹽的濃度 [9] 。

3.3 預(yù)防水體黑臭的水質(zhì)指標(biāo)

南開(kāi)大學(xué)的胡國(guó)臣和王忠等選擇了與水體黑臭生化過(guò)程有關(guān)的一些參數(shù)，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)和模擬試驗(yàn)測(cè)定研究，結(jié)果證明 DO 、 BOD5 、硫酸還原菌數(shù)等，與水體黑臭具有較好的相關(guān)性 [11] 。水體黑臭與不黑臭的臨界指標(biāo)為： CH=21.5 ， DO=1.8mg ／ L ， N=2000 個(gè)／ ml ， BOD5=14mg ／ L 。

4 發(fā)展趨勢(shì)和研究前景

4.1 曝氣／微生物／人工濕地組合工藝處理黑臭河水

原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為一種高效、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的治理方法近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于受污染河流的治理。受污染河流的原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括曝氣充氧、微生物修復(fù)、原生動(dòng)物修復(fù)、植物修復(fù)及人工濕地修復(fù)。單一修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用研究已經(jīng)較為廣泛和深入，但將這些修復(fù)技術(shù)綜合起來(lái)用于受污染河流治理的研究尚不多見(jiàn)。

李捍東、朱健等結(jié)合河北省東部某黑臭河流治理工程開(kāi)展了原位生態(tài)修復(fù)中試研究，通過(guò) 2 個(gè)月的運(yùn)行 (2008 年 7 月 10 日 —9 月 10 日 ) ，取得了組合工治理黑臭河流的翔實(shí)數(shù)據(jù) [12] 。組合工藝對(duì) COD 的去除效果穩(wěn)定而良好，在穩(wěn)定運(yùn)行階段進(jìn)水 COD 變化很大 (396 ～ 610mg ／ L) ，但最終出水的 COD<40mg ／ L ，對(duì) COD 的去除率約為 90 ％，曝氣／微生物／人工濕地中試系統(tǒng)的出水 NH3 一 N<2mg ／ L ， TP<0.4mg ／ L ，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中 V 類(lèi)水質(zhì)的要求。

4.2 組合生物技術(shù)對(duì)黑臭水體凈化修復(fù)

目前，黑臭水體主要有物理修復(fù)技術(shù) ( 如載污、疏浚、曝氣充氧等 ) 、生物修復(fù)和生態(tài)恢復(fù)。物理修復(fù)技術(shù)可以為生物修復(fù)或生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造先決條件，而生物修復(fù)或生態(tài)重建時(shí)又往往以微生物及耐污型水生植物、底棲動(dòng)物為先鋒生物先行應(yīng)用。

金承祥、孫建軍等在 2005 年通過(guò)將曝氣充氧、功能性微生物菌劑和耐污型先鋒水生植物及生物促生劑進(jìn)行組合，應(yīng)用于上海市中心城區(qū)典型黑臭水體凈化與生態(tài)恢復(fù)小試實(shí)驗(yàn) [13] 。

研究結(jié)果表明，組合技術(shù)對(duì)黑臭水體污染凈化和生態(tài)修復(fù)的效果明顯優(yōu)于單一技術(shù)，最佳的組合方案為 “ 曝氣充氧 + 投加功能性微生物菌劑 + 投加生物促生液 + 放養(yǎng)水生值物 ” ， 10d 后水體的主要污染物含量大大降低， COD 、 BOD 、 NH3-N 和 TP 的凈化率分別可達(dá) 77% 、 91% 、 93% 和 76% 。同時(shí)，浮游藻類(lèi)生物量降低而多樣性指數(shù)顯著升高，微生物生態(tài)向清潔水體型演替。在組合技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，各種單項(xiàng)技術(shù)在發(fā)揮了各自功效的同時(shí)獲得了協(xié)調(diào)、共生。曝氣充氧可以快速地提高水體的溶解氧，水體中污染物的凈化過(guò)程由厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為好氧礦化，導(dǎo)致黑臭的二次污染物濃度隨之降低，投加功能性微生物菌劑則使這一凈化作用得到進(jìn)一步強(qiáng)化。以上研究結(jié)果對(duì)工程化應(yīng)用具有一定的實(shí)際指導(dǎo)意義。具體參見(jiàn)http://m.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

4.3 生物凈化槽在黑臭河流中的應(yīng)用

高尚等人將人工濕地技術(shù)與生物接觸氧化法相組合的生物凈化槽應(yīng)用于上海市中心城區(qū)黑臭河水凈化 [14] 。試驗(yàn)結(jié)果表明，生物凈化槽對(duì)系統(tǒng)中 BOD5 、 COD 、 NH3-N 和 TP 的平均去除率分別為 37.0 ％， 34.8 ％， 34.7 ％， 26.7 ％，去除率高于單一的填料凈化槽。

5 結(jié)論

目前我國(guó)大部分城市地表水由于污染日趨嚴(yán)重已經(jīng)演變成黑臭水體。主要治理河流黑臭的技術(shù)和方法包括物理法、化學(xué)法和生物法，其中由于生物修復(fù)具有環(huán)境友好、生態(tài)節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，在黑臭河流的治理中得到了廣泛的應(yīng)用。另外，在原有物理、化學(xué)和生物技術(shù)的基礎(chǔ)發(fā)展、組合和延伸一系列新技術(shù)也有著廣闊的發(fā)展前景。國(guó)內(nèi)外對(duì)黑臭河流的治理研究已有了一定的成效，并且建立了相關(guān)的水質(zhì)指數(shù)關(guān)系式以及預(yù)測(cè)模型。今后，黑臭河流的治理以及組合技術(shù)的推廣將擁有更加廣闊的前景

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