黑臭水体成因及相关修复技术的探究_吴卓阳.pdf

第 52 卷第 2 期 辽 宁 化 工 Vol.52，No.2 2023年2月 Liaoning Chemical Industry February，2023 收稿日期收稿日期：2022-04-21 作者简介作者简介：吴卓阳（1997-），男，河北省承德市人，蒙古族，硕士研究生，2021 年毕业于河北农业大学给排水科学与工程专业，研究方向：污水处理技术。黑臭水体成因及相关修复技术的探究 吴卓阳（沈阳建筑大学 市政与环境工程学院，辽宁 沈阳 110168）摘 要：近年来在国家制定的有关环境领域的相关文件中，曾多次明确强调要进行黑臭水体的治理，各地也积极响国家政策，制定当地法律法规，对黑臭水体进行整治，然而近年来部分治理好的城市的黑臭水体有出现返臭现象，同时农村黑臭水体的治理也才刚刚开始，由此看来，无论农村黑臭水体还是城市黑臭水体治理压力都不容小觑。对 3 种黑臭水体修复技术进行对比，以期为黑臭水体的治理提供方法依据。关 键 词：黑臭水体；成因；危害；修复技术 中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1004-0935（2023）02-0269-04 我国黑臭水体的治理，在 2015 年国务院发布的水污染防治行动计划中明确指出到 2030 年城市建成区黑臭水体总体得到消除1。在治理城市黑臭水体条例有效实施的同时，针对农村水环境的改善，中共中央、国务院下发了农村人居环境整治提升五年行动方案，要求加强农村黑臭水体的治理，在 2025 年前基本消除农村大面积黑臭水 体2。国家针对城市和农村黑臭水体的实际情况，制定了不同评价标准，但近年来治理好的城市黑臭水体出现返臭现象，农村黑臭水体的治理才刚刚开始，因此，无论农村黑臭水体还是城市黑臭水体治理压力都不容小觑。目前黑臭水体治理技术按照原理主要分为物理法、化学法和生物生态法三大类3。1 黑臭水体成因及危害 1.1 黑臭水体成因“黑臭”是指受污染水体出现变黑、发臭的现象，对城市景观、生态系统功能以及居民居住环境都造成很大的负面影响。导致水体出现“黑臭”的原因有很多，本文主要从以下几个方面解释水体出现黑臭现象的缘由。1.1.1 重金属污染 由于工业废水的乱排乱放，致使水中具有了超量的重金属离子，这些重金属离子又会与硫化物形成 FeS、MnS 等致黑化合物，从而使水体呈现灰色或黑色。1.1.2 溶解氧含量低 污水的直接排放会导致水体中有机污染物的含量升高，溶解氧在水体自净分解有机物的过程中被迅速消耗，再加上受污染水体往往本身流动性降低，为厌氧微生物提供了一个良好的厌氧环境。厌氧微生物在分解有机物的过程中会产生腐殖质、NH3、H2S 等具有异味的气体。1.1.3 基础设施不完善 河道管理体制不完善和污水管网的漏洞都会产生污水的错排、漏排。另外城市水系统，水循环条件的不足会导致污染物积累和水自净能力减弱4。除了上述原因外，高温废水的直接排放、航运过程中污染物的泄漏等，都会直接或间接导致水体出现的黑臭现象。1.2 黑臭水体的危害 1.2.1 对居民健康产生危害 黑臭水体中存在致病微生物，它们具有一定的生物毒性，因此会导致水厂对水源水的处理难度增加、居民饮用水质量下降等问题。1.2.2 对生态环境造成影响 黑臭水体的存在会损害自然景观，有损城市面貌，阻碍生态系统的正常运行循环，甚至造成地下水污染。1.2.3 造成水资源的流失 当水体呈现黑臭现象而不治理时，水中溶解氧会严重下降，水中动植物的生存环境受到危害，当水生生物大量死亡后，尸体得不到及时处理会进一步加重水体污染，最后甚至导致水体衰亡。且污染的水体尚具有一定的流动性，不及时治理也会造成更大范围的污染。DOI:10.14029/ki.issn1004-0935.2023.02.010270 辽 宁 化 工 2023年2 月 2 黑臭水体修复技术 2.1 物理修复技术 物理修复技术是黑臭水体修复中应用最为广泛的技术之一，主要包括清淤疏浚、曝气、引水稀释和原位覆盖等方法5。清淤疏浚是指通过人力或机械设备从河道中移除被污染的底泥，从而降低黑臭水体的内源污染。董敏6等采用生态清淤的方法对白洋淀水域内源污染问题进行处理，经过多方面的试验，证明了生态清淤能够有效降低白洋淀区域内的内源污染，且对环境变化具备一定的适应性。匡翠萍7等潟对七里海湖湿地潟进行清淤疏浚工程后，湖的水体交换能力和生态环境都有所改善。清淤作为一种重要的工程措施被应用于黑臭河道的整治中，并不能彻底治理黑臭水体，但可短期内消除黑臭，可用于应急处理阶段。曝气是指通过某些曝气设施对水体进行复氧，来提高水中溶解氧的浓度。在对河北省某黑臭水体治理项目中，张玲玲8等采用了超微气泡富氧+生物活化的曝气技术进行水体治理，使得 NH4+-N 去除率达 98%，TP 去除率为 85%，使黑臭水体得到长效久治的良好效果。但根据吴佐京通9等对曝气处理黑臭水体的探究，认为曝气技术治理黑臭水体的效果受诸多因素影响，如深度、位置、强度和时间等影响治理效果的程度不一、机理不同；并且各因素的影响作用并非相互独立，比如曝气强度与曝气时间成负相关关系，当曝气时间较长时，曝气强度的影响会逐渐降低。所以曝气因为种种限制，在实际应用中也并非十分理想。引水稀释是指通过水利设施引入清洁水源对黑臭河道进行稀释，加快水体交换，提升水体的流动性。牟润芝10等采用再生水补水活水技术，通过在中游进行补水，对青岛张村河黑臭水体进行治理，治理后水体水质由原来的劣类水提升为类水。但由于引水稀释只是将水体中污染物进行了转移，水中污染物量并没有减少，因此并不能从根本上治理黑臭水体。原位覆盖是指通过物理手段将受污染底泥和上覆水分隔开来，防止底泥悬浮并控制污染物的释放。原位覆盖的第一次实施是在 1978 年，美国康涅狄格州纽黑文市用沙子对小镇中央长岛海湾的污染底泥进行覆盖，使长岛海湾污染情况得到很大改 善11。ZHOU12等设计了一种含有生物沸石的生物反应性薄层（BTC），在江苏省扬州的一条富营养化河流加以试验，试验结果表明，BTC 对 TN 的还原效率最高可达 56.69%。但原位覆盖只是将污染物覆盖在水底，不仅会抬高河床破坏河道，同时也增加了污染风险，因此，原位覆盖也只是水体治理的应急手段，不能彻底治理黑臭水体。2.2 化学修复技术 化学修复技术在修复黑臭水体中的应用主要包括药剂法和电化学法13。药剂法是指直接向水体中投加药剂（混凝剂、氧化剂、沉淀剂等）去除污染物的方法。王顺永14等制备一种新型磁性絮凝剂处理农村黑臭水体。结果表明，该絮凝剂对浊度、色度和 COD 的降解率分别可达 92.0%、84.2%和 79.9%，且该絮凝剂在重复利用 3 次后仍具有一定的效果。程玲15等采用新型共价键絮凝剂（HCC）处理黑臭水体，研究结果表明，对 NH4+-N 和 TN 的去除率分别可达 100%和 80%，且能够有效降低黑臭水体的浊度。另外，对于黑臭水体中的氨氮污染物，宗刚16等利用二氧化钛/石墨烯的复合催化剂进行处理，研究结果表明，在实际处理过程中对氨氮的去除率可达 71.7%。电化学法是通过外加电场，使污染物发生一些物理、化学反应，从而被去除。张东方17等使用电化学氧化装置对深圳前海铁石片区的铁排河黑臭水水样进行处理，研究结果表明，NH4+-N 的降解率可达 93.3%。DING18等开发一种电化学系统，用来去除废水中的 NH4+-N，试验结果表明，该系统对废水中的 NH4+-N 去除率可达 85%以上。用化学方法可作为黑臭水体治理的应急处理措施，但由于该方法在治理黑臭水体的过程中还会产生大量淤泥，且该技术无法确定是否会对河道的生境造成破坏，所以一般不推荐使用，尤其在水体水质恢复期。现在国内对化学反应所产生的底泥的处理也再进行相关的研究，张萧汉19等对河道底泥的研究认为清淤仍是国内目前最直接的手段。但该手段的工程量巨大，需要资金较多，对大面积的黑臭水体并不适用。2.3 生物修复技术 生物生态修复技术主要包括两种：一种是通过在污染河道种植植物，依靠植物的光合作用对污染物进行转化的植物修复技术。徐玉良20等通过建设湿地型生态岛对昆山市望山河黑臭水体进行治理，10 个月后，水体的 COD、TP 和 NH4+-N 都能达到类水标准，且河道水体的生物多样性明显增第 52 卷第 2 期 吴卓阳：黑臭水体成因及相关修复技术探究 271 加，水体自净能力增强；蔡鲁祥21等利用生态浮岛复合技术对宁波市前塘黑臭河水进行处理，试验结果表明，通过种植水生植物组合可以有效提高黑臭河段的水质，TP 的去除率大于 44，COD 的去除率大于 79.9%。另一种是向污染河流中直接投加微生物，通过微生物的分解、硝化、反硝化等作用对污染物进行降解的微生物修复技术。该技术能够提升水体的自净能力，对水环境的影响也较为温和。从发展进程来说，投菌法是由国外较早的发展并兴起，但是该技术在国内的起步较晚，这就导致我国在使用投菌法处理黑臭水体时，其所使用的菌种大多要从国外进口，这势必导致该项技术的成本增加，并降低菌种的针对性，且由于是国外进口，可能会有一些生态风险。也正是由于这些生态风险使得投菌法的进展在我国或多或少的会受到一些制约。因此，要研发出适合我国本土的微生物菌剂。王海珊22等利用从黑臭水体底泥中提取的土著菌制备复合菌剂，试验结果表明，该复合菌剂对 NH4+-N、TP 和 COD 的去除率分别可达 92.39%、89.29%、62.93%，且土著菌可以使黑臭水体中的优势菌群增加；许峥23等分别研究不同纯种微生物菌剂对黑臭水体底泥的降解效果，研究结果表明所有菌剂中对污染物的降解效果最好的是反硝化菌，对 TN 和有机质的去除率分别可达到 59.90%和 20.93%。另外，还可以通过向水体中投加微生物促生剂来增强微生物新陈代谢的能力，使原生动物和后生动物的数量得以增长，从而改善水体的生态环境。与其他整治方法相比，制剂的投加量小，且所加制剂不含外来微生物，没有附加危险。所以生物促生剂在河道水体修复中具有广泛的应用前景。3 结束语 在综合各方因素的条件下，现阶段在黑臭水体治理方面的 3 种修复技术中，生物修复技术具有较好的应用前景，也取得了较为明显的成效，其在实施治理的过程中对周围生态环境影响较另外两种技术小，符合我国提出的绿色发展理念。但该项技术仍面临一些挑战：处理的效率相对较缓慢，周期长；微生物的专一性使得微生物能降解污染物的种类较少；微生物未被驯化时其对生存环境要求较高，使部分微生物存活条件严苛，若直接进行实际应用时将难以存活。因此在该项技术的使用过程中也需要不断地去进行探索，以期在未来成为一种较为理想的黑臭水体修复技术。参考文献：1 沈阳，甘雁飞，张建国我国城市黑臭水体一体化治理技术研究 C.2018（第六届）中国水生态大会，2018.2 赵小双.农村黑臭水怎么治？按这个文件办：关于推进农村黑臭水体治理工作的指导意见 解读J.地球，2019（8）：28-29.3 宁梓洁，王鑫.黑臭水体治理技术研究进展 J.环境工程，2018（8）：26-29.4 WANG L,YU L,XIONG Y Z,et al.Study on the governance of black-odor water in Chinese citiesJ.Journal of Cleaner Production,2021,308:127290.1-127290.14.5 王建卉.基于水生态修复技术在河道治理中的应用与探索J.水能经济，2018（1）：76.6 董敏，王鹏，马德堂.生态清淤技术在白洋淀水环境治理中的应用J.水运工程，2021（10）：64-67.7 匡翠萍，董智超.潟清淤疏浚工程对七里海湖湿地水体交换的影响J.中国环境科学，2019，39（1）：343-350.8 张玲玲，特日格乐，李婧男，等.超微气泡富氧+生物活化技术在黑臭水体治理中的工程应用J.环境工程，2020，38（11）：66-71.9 吴佐京通，戴先谱，吴辉，等.曝气技术在黑臭水体治理中的研究进展J.人民珠江，2022，43（5）：121