熊跃辉：我国城市黑臭水体成因与防治技术政策

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到2020年，中国地级以上城市建成区的黑臭水体控制在10%以内；到2030年，城市建成区的黑色和有气味的水体将被整体消除。这是国务院发布的《水污染防治行动计划》中对黑臭水体治理的明确要求。城市黑臭水体不仅给大众带来不良的感官体验，也是直接影响人们生活的突出水环境问题。当务之急是认清其原因，采取有效措施消除黑臭。

又黑又臭的水是一种常见的感官污染现象

20世纪中期，英国的泰晤士河是世界上最早出现黑色气味的河流之一。20世纪70年代，德国的工业污水被排入莱茵河，因为它流经重工业区，污染达到了顶峰。与此同时，美国的芝加哥河和特拉华河受到严重污染，导致一年四季都是又黑又臭的水。在我国加速城市化和工业化的过程中，由于水污染控制和治理措施的滞后，或者能力有限和水平低下，一些城市水体，特别是中小城市的水体，已经直接成为工业、农业和生活污水的主要排放渠道和场所，导致城市水体大规模污染，导致水体富营养化，形成黑色和有异味的水体。

所谓“黑臭”主要属于环境景观和物理指标的范畴。视觉上是指河流水体污染造成的明显异常颜色(通常为黑色或泛黑色)，同时产生的气味使人在嗅觉上感到不舒服甚至厌恶，这是水体感官污染最常见的现象。

我国河流的黑臭现象首先出现在上海的苏州河，其次是南京的秦淮河、苏州的外城河、武汉的黄霄河和宁波的内河。近几十年来，黑色和有气味的水体的范围和程度都在增加。在中国大部分城市河流中，流经繁华地区的大部分水体都受到不同程度的污染。特别是主要流域的二级和三级支流黑臭问题更加突出，恶化程度逐年增加。例如，在淮河流域，2014年国家环境质量公报数据显示，干流水质全年都在四级以上，但主要支流的劣V水体超过23%；在主要水系中，海河的劣ⅴ类水质最高。国家控制断面监测数据显示，干流劣ⅴ类占37%，支流劣ⅴ类占44%。

缺氧和富营养化是水中黑臭的主要原因

水体黑臭主要是由于水体缺氧造成的，也与富营养化和沉积物沉积有关。国家重大水利工程相关研究结果表明，当溶解氧降至2.0 mg/l时，水体将处于缺氧状态。当溶解氧为3毫克/升~ 5毫克/升时，水中有机污染物和氨氮含量一般超过地表水ⅴ类标准，呈有色、有气味状态，但有水生生物存在；当溶解氧大于6 mg/l时，水体处于好氧状态，有机物降解率和氨氧化率显著增加，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，如海河流域，进水中的一些有机物为难降解有机物，bod接近于零，即使cod和氨氮是自净的，也很难达到地表水ⅴ类标准的要求。

具体而言，水体中黑色气味的主要原因如下:

首先，外源有机物和氨氮消耗水中的氧气。城市水体一旦接收过量的外源有机物和一些动植物的腐殖质，如生活污水、畜禽粪便、农产品加工污染物等。，水中的溶解氧将被迅速消耗掉。当溶解氧降至较低水平时，大量的有机物在厌氧菌的作用下进一步分解，产生硫化氢、胺、氨等具有异味的挥发性小分子化合物，从而散发出臭味。同时，在厌氧条件下，沉积物中产生的甲烷、氮气、硫化氢等不溶于水的气体在上升过程中将污泥带入水相，使水体变黑。

其次，污染是从内源沉积物中释放出来的。当水体受到污染时，一些污染物经过长时间的积累，通过沉淀或吸附颗粒物进入水体的底泥。在酸性和还原性条件下，污染物和氨氮从底泥中释放出来，厌氧发酵产生的甲烷和氮气使底泥上浮，这也是水体产生黑臭的重要原因之一。一些研究指出，在一些受污染的水体中，沉积物释放的污染物量相当于外源污染的总量。此外，城市河流中含有大量的营养物质，导致河流中藻类过度增殖。这些藻类在生长初期向水体供氧，死亡后分解矿化形成耗氧有机物和氨氮，导致季节性水体的黑色气味和极强的鱼腥味。

第三，不流动和水温上升的影响。失去生态功能的水体流动性往往下降或完全消失，直接导致水体复氧能力下降，局部水域或水层缺氧问题严重，形成适合蓝藻快速繁殖的水动力条件，增加水华爆发的风险，造成水质恶化。此外，水温的升高会加速水中微生物和藻类残渣对有机物和氨氮的分解，加速溶解氧的消耗，加剧水的黑臭。

黑臭水处理技术路线

城市河流黑臭治理遵循“外源减排、内源疏浚、水质净化、淡水供应和生态修复”的技术路线。外源减排和内源疏浚是基础和前提，水质净化是阶段性手段，水动力改善技术和生态修复是长期保障措施。

一是外源阻断技术。外源性阻断包括城市污水截流管和非点源控制。鉴于缺乏完善的污水收集系统，通过沿水体修建和改造污水管道，将截污纳入污水收集和处理系统，从源头上减少污染物的直接排放。针对目前不具备截污条件的污水，可就地采用高效一级强化污水处理技术或工艺，快速高效地去除水中污染物，避免污水直接排放对水体的污染。

城市面源污染主要来自雨水径流中的污染物，其控制技术主要包括各种城市低影响开发技术(如海绵城市)、初期雨水控制技术和生态护岸技术等。城市水体周围的垃圾是非点源污染物的重要来源，因此清理水体周围的垃圾是控制非点源污染的重要措施。

第二，内生控制技术。通常有两种疏浚技术:一种是排干湖水/河水，然后疏浚；另一种是用挖泥船直接从水中清除淤泥。后者广泛用于河流、湖泊和水库。疏浚和疏浚可以相对较快地改善水质。然而，由于干扰，大量污染物容易进入水体，影响了水生态系统的稳定性。因此，它具有一定的生态风险，不能作为污染水体的长期治理措施。

第三，水净化技术。城市黑臭水的净化技术主要包括:人工曝气充氧(引入空气体、纯氧或臭氧等)。)，可以提高水体的溶解氧浓度和氧化还原电位，缓解水体的黑臭状况。德国萨尔河、英国泰晤士河、澳大利亚天鹅河和中国苏州河的处理都采用了曝气法。絮凝沉淀技术是指在城市受污染河流的水体中加入铁盐、钙盐、铝盐等化学物质，与水体中溶解的磷酸盐形成不溶性固体，沉淀到河床沉积物中。然而，应该注意的是，化学絮凝的成本很高，并且会产生更多的沉积物。有些化学品具有一定的毒性，当环境条件发生变化时，会造成二次污染。人工湿地技术是一种利用土壤-微生物-植物生态系统去除营养物质的技术，大多数采用表面流湿地或潜流湿地，湿地植物可以选择沉水植物或挺水植物。生态浮岛是一种人工设计建造的生物生态设施，漂浮在水面上，供动物、植物和微生物生长、繁殖和栖息。通过构建水生态系统，它可以对水中的污染物进行摄食、消化和降解，实现水的净化。稳定塘是一种将人工强化措施与自然净化功能相结合的水质净化技术，如多塘技术和水生植物塘技术。许多沿水体的天然池塘或人工池塘可以用来净化被污染的水体。

第四是流体动力改善技术。调水不仅可以借助大量的清洁水源稀释黑臭水中的污染物浓度，还可以加强污染物的扩散、净化和输出。对污染负荷高、水动力不足、环境容量低的城市黑臭水体有明显的处理效果。然而，使用清洁水来改善河流水质是对水资源的浪费，应尽可能采用非常规水源，如再生水和雨水利用。同时，要防止在调水过程中引入新的污染源。

第五，生态修复技术。水中的黑臭现象往往是由水中高浓度的氮磷引起的藻类爆发等次生问题引起的，导致水质恶化、藻毒素问题和其他水生生物的大量死亡，进而导致黑臭的重现。磷控制是控制城市河流富营养化的关键。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。因此，在条件允许的情况下，实施区域磷限制或提高污水中总磷的排放标准是非常有效的措施。进入水体的大部分磷以磷酸盐的形式沉淀在沉积物中，因此保持水-泥界面弱碱性和好氧是控制河流富营养化的主要措施。藻类生长的人工控制技术包括各种物理、化学和生物技术。物理控制技术包括直接收集藻类和紫外线杀藻，化学控制技术包括添加无机或有机杀藻剂，生物控制技术包括种植抑藻水生植物或投放食藻鱼类。这些措施通常是在紧急情况下采取的。水生生态恢复包括水生植物和水生动物(如鱼类和底栖生物等)食物链的恢复。)和水文生态系统的建设。根据生态学原理构建的食物链可以持续去除城市水体中的污染物和营养物质，改善水体生境。

控制黑臭水体的管理对策

首先，建立以溶解氧为核心指标的评价体系。治理黑臭水体的关键是改善水体的溶解氧状态，使水体从缺氧/厌氧状态恢复到正常的需氧状态。根据国家重大水利工程的相关研究成果，建议建立以溶解氧为核心的黑臭水体评价体系，包括臭气阈值、透明度和色度。其阈值为:溶解氧1毫克/升，气味阈值100，透明度25厘米，色度20。当任何一个指标值超过阈值时，就可以判断为黑臭水体。根据水污染防治行动计划的任务分解，评估系统将由住房和城乡建设部编制。

其次，污水应先拦截后修复，黑臭水应综合治理。河流黑臭问题的实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控制等截污措施，可以大大减少入河污染负荷，是消除黑臭问题的首要措施。同时，河岸带恢复和人工增氧等河流工程措施作为减少污染负荷的重要补充手段，进一步降低污染水平。在有效改善河流水质的基础上，通过恢复水生生物(如水生植物、鱼类、鸟类等。)，河流生态恢复逐步实现，达到消除黑臭的目的。

第三是改善生态条件，使水流动。中国大多数城镇的河流水深为1米~ 3米。在正常情况下，大气中的氧气可以穿透上覆的水，到达河流沉积物的表面。然而，由于污水排放的加剧，大量耗氧污染物如cod和氨氮在水-沉积物界面积累，导致大量溶解氧的消耗和缺氧跳跃层的形成。增加河水的生态条件可以改变城市水体水土界面的缺氧状况。正常情况下，保持河流0.4 m3/s ~ 1.0 m3/s的流速，可以打破溶解氧跃变层形成的物理化学条件，保持水-土界面层溶解氧在3 mg/l以上，有效控制水底污染。自来水无腐蚀性，这是减少甚至基本消除河流黑色气味的关键因素。

第四，沿海岸建设绿化带，增强水的自净能力。治理黑臭水体的主要目的是为人们提供一个休闲娱乐的场所。因此，必须彻底清除沿河垃圾，严格控制有色和恶臭污染源的直接排放，对岸带进行绿化改造，恢复其自然状态，建立河道清理的长效运行管理机制。同时，岸生植物、挺水植物和沉水植物相结合构建的景观恢复途径，可以有效改变水生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休闲水体的第一步。娱乐用水的水质应适合游泳、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、人文文化等。，这仍然需要持续的努力。

作者是环境保护部科技标准司司长