城市黑臭水體成因與防治技術政策分析

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衡美水處理為您介紹一項環境保護的專業知識——城市黑臭水體成因與防治技術政策。

第一章 城市黑臭水體分析

一、黑臭水體是感官性汙染常見現象

20世紀中期，英國的泰晤士河是世界上最早發生黑臭問題的河流之一。上世紀70年代，德國的萊茵河由於流經重工業區，工業汙水排入萊茵河，其汙染也達到了頂峰。同時期美國的芝加哥河、特拉華河等，也因為遭到嚴重汙染導致水體常年黑臭。在我國城市化和工業化進程加快的過程中，由於水汙染控製與治理措施滯後，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、農業及生活廢水的主要排放通道和場所，導致城市水體大麵積受汙染，引起水體富營養化，形成黑臭水體。

所謂“黑臭”，主要屬於環境景觀、物理指標範疇。是指在視覺上河流水體呈現因汙染而產生的明顯異常顏色(通常是黑色或泛黑色)，同時產生在嗅覺上引起人們感覺不適甚至厭惡的氣味，是水體感官性汙染最常見的一種現象。

我國河流黑臭現象最早出現在上海蘇州河，隨後南京的秦淮河、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，黑臭水體的範圍和程度不斷加劇，在全國大部分城市河段中，流經繁華區域的水體絕大部分受到不同程度的汙染。尤其是各大流域的二級與三級支流的黑臭問題更加突出，且劣化程度逐年提高。如淮河，2014年國家環境質量狀況公報數據表明，幹流水質全年都在Ⅳ類水以上，但主要支流的劣Ⅴ類水體超過23%;在各大水係中海河的劣Ⅴ類水質程度最高，國控斷麵監測數據表明，幹流劣Ⅴ類達37%、支流劣Ⅴ類達44%。缺氧與富營養為水體黑臭主因水體黑臭主要是水體缺氧造成的，同時也與水體富營養化和底泥沉積有關。國家重大水專項相關研究結果表明，當溶解氧降低到2.0 mg/L時，水體將處於缺氧狀態。當溶解氧為3mg/L~5mg/L時，水體中有機汙染物和氨氮含量一般也會超過地表水Ⅴ類標準，呈現有色有味狀態，但有水生生物存在;當溶解氧大於6 mg/L 時，水體處於有氧狀態，有機物降解和氨氧化速率顯著增加，水體開始具有自淨能力。在以汙水處理廠為主要水源的地區，比如海河流域，來水中部分生物為難以降解的有機物，BOD接近零，COD和氨氮即使通過自淨，也難以達到地表水Ⅴ類標準的要求。

具體來說，水體發生黑臭的主因有如下幾方麵：

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植物的腐殖質，如居民生活汙水、畜禽糞便、農產品加工汙染物等，水中的溶解氧就會被快速消耗。當溶解氧下降到一個過低水平時，大量有機物在厭氧菌的作用下進一步分解，產生硫化氫、胺、氨和其他帶異味易揮發的小分子化合物，從而散發出臭味。同時，厭氧條件下，沉積物中產生的甲烷、氮氣、硫化氫等難溶於水的氣體，在上升過程中攜帶汙泥進入水相，使水體發黑。

二是內源底泥中釋放汙染。當水體被汙染後，部分汙染物日積月累，通過沉降作用或隨顆粒物吸附作用進入到水體底泥中。在酸性、還原條件下，汙染物和氨氮從底泥中釋放，厭氧發酵產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，在一些汙染水體中，底泥中汙染物的釋放量與外源汙染的總量相當。此外，由於城市河道中有大量營養物質，導致河道中藻類過量繁殖。這些藻類在生長初期給水體補充氧氣，在死亡後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並產生極其強烈的腥臭味道。

三是不流動和水溫升高的影響。喪失生態功能的水體，往往流動性降低或完全消失，直接導致水體複氧能力衰退，局部水域或水層虧氧問題嚴重，形成適宜藍綠藻快速繁殖的水動力條件，增加水華暴發風險，引發水體水質惡化。此外，水溫的升高將加快水體中的微生物和藻類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。

二、黑臭水體治理的技術路線

城市河道的黑臭治理遵循“外源減排、內源清淤、水質淨化、清水補給、生態恢複”的技術路線。其中外源減排和內源清淤是基礎與前提，水質淨化是階段性手段，水動力改善技術和生態恢複是長效保障措施。

一是外源阻斷技術。外源阻斷包括城市截汙納管和麵源控製兩種情況。針對缺乏完善汙水收集係統的水體，通過建設和改造水體沿岸的汙水管道，將汙水截流納入汙水收集和處理係統，從源頭上削減汙染物的直接排放。針對目前尚無條件進行截汙納管的汙水，可在原位采用高效一級強化汙水處理技術或工藝，快速高效去除水中的汙染物，避免汙水直排對水體的汙染。

城市麵源汙染主要來源於雨水徑流中含有的汙染物，其控製技術主要包括各種城市低影響開發(如海綿城市)技術、初期雨水控製技術和生態護岸技術等。城市水體周邊的垃圾等是麵源汙染物的重要來源，因此水體周邊垃圾的清理是麵源汙染控製的重要措施。

二是內源控製技術。清淤疏浚技術通常有兩種：一種是抽幹湖/河水後清淤;另一種是用挖泥船直接從水中清除淤泥。後者的應用範圍較廣，江河湖庫都可用之。清淤疏浚能相對快速地改善水質，但清淤過程因擾動易導致汙染物大量進入水體，影響到水體生態係統的穩定，因而具有一定的生態風險性，不能作為一種汙染水體的長效治理措施。

三是水質淨化技術。城市黑臭水體的水質淨化技術主要包括：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。絮凝沉澱技術是指向城市汙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磷酸鹽形成不溶性固體沉澱至河床底泥中。但需要注意的是，化學絮凝法的費用較高，並且產生較多沉積物，某些化學藥劑具有一定毒性，在環境條件改變時會形成二次汙染。人工濕地技術是利用土壤—微生物—植物生態係統對營養鹽進行去除的技術，多采用表麵流濕地或潛流濕地，濕地植物可選擇沉水植物或挺水植物。生態浮島是一種經過人工設計建造、漂浮於水麵上供動植物和微生物生長、繁衍、棲息的生物生態設施，通過構建水域生態係統對水體中的汙染物攝食、消化、降解等，實現水質淨化。穩定塘是一種人工強化措施與自然淨化功能相結合的水質淨化技術，如多水塘技術和水生植物塘技術等。可利用水體沿岸多個天然水塘或人工水塘對汙染水體進行淨化。

四是水動力改善技術。調水不僅可借助大量清潔水源稀釋中汙染物的濃度，而且可加強汙染物的擴散、淨化和輸出，對於納汙負荷高、水動力不足、

環境容量低的城市效果明顯。但調用清潔水來改善河水水質是對水資源的浪費，應盡量采用非常規水源，如再生水和雨洪利用。同時在調水的過程中要防止引入新的汙染源。

五是生態恢複技術。水體黑臭現象往往是由於水中氮磷濃度較高引起藻類暴發等次生問題，造成水質惡化、藻毒素問題和其他水生生物的大量死亡，繼而導致黑臭複發。城市河道富營養化控製的關鍵是磷的控製，目前汙水處理廠出水標準中磷的指標限值遠高於地表水標準限值。因此，在有條件的地方實行區域限磷或提高汙水總磷排放標準是十分有效的措施。進入水體的磷大多以磷酸鹽形式沉澱在底泥中，因此保持水—泥界麵弱堿性、有氧狀態是河道富營養化控製的主要舉措。藻類生長人工控製技術包括各種物理、化學和生物技術。物理控製技術包括藻類直接收集和紫外線殺藻等，化學控製技術包括投加無機或有機抑(殺)藻劑，生物控製技術包括種植抑藻水生植物或投放食藻魚類等。這些措施一般在應急時采用。水生態修複包括水生植物和水生動物(如魚類、底棲動物等)食物鏈的修複與水文生態係統構建。利用生態學原理構建的食物鏈，可以持續去除城市水體中汙染物和營養物，改善水體生境。

三、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體係。黑臭水體治理的關鍵是改善水體的溶解氧狀態，使水體由低氧/厭氧恢複到正常的好氧狀態。國家重大水專項相關研究成果，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體係。其閾值為：溶解氧1mg/L、臭閾值100、透明度25cm、色度20，當其中任意一個指標值超過閾值時，則可判定其為黑臭水體。按照《水汙染防治行動計劃》任務分解，評價體係將由住房城鄉建設部門負責編製。

二是先截汙後修複，綜合手段治理黑臭水體。河流黑臭問題的本質是汙染物輸入超過河流水環境容量。在流域尺度上采取汙染源工程治理等截汙措施，能夠大幅度削減入河汙染負荷，是消除黑臭問題的首要舉措。同時將河岸帶修複、人工充氧等河道內工程措施作為汙染負荷削減的重要補充手段，進一步降低汙染水平。在河流水質得到有效改善的基礎上，通過水生生物(如水生植物、魚類、鳥類)等的恢複，逐步實現河流生態修複，達到消除黑臭的目的。

三是改善生態條件，讓水流動起來。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，由於排汙加劇，大量COD和氨氮等耗氧汙染物在水—沉積物界麵累積，導致溶氧大量消耗而形成缺氧躍變層。增加河流水生態條件，可以改變城市水體水土界麵虧氧狀況。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，使得水土界麵層的溶氧維持在3mg/L以上，可以有效控製水體底質汙染。流水不腐，是緩減甚至基本消除河流黑臭的關鍵因素。

四是構建岸邊綠化帶，增強水體自淨能力。治理黑臭水體的首要目的是為人民群眾提供一個休閑娛樂的場所，因此必須徹底清除沿河垃圾，嚴格控製有色有味汙染源直排，對岸邊帶進行綠化改造，恢複其自然狀態，建立河道保潔的長效運行管理機製。同時，采用岸邊植物、挺水植物和沉水植物搭配構築的景觀修複途徑，有效改變水生態係統的能量和物質流動方式，形成具有自淨功能的水體。

消除黑臭水體隻是建設娛樂水體的第一步。娛樂水體水質要適合遊泳、賽船、垂釣等水上運動，其評價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、有毒有害物質和人文文化等，尚需要持久的努力。

第二章 典型黑臭水體治理案例介紹

一、南明河處理案例

在落實“水十條”解決黑臭水體及水環境綜合利用的道路上，有很多困難等待政企雙方共謀解決之道。為此，E20環境平台於7月30日，舉辦了第57期環境戰略沙龍，邀請業內專家、企業家就“水十條之黑臭水體治理如何落地”進行思想碰撞。沙龍中，業內人士就黑臭水體治理提出了多點問題與困惑，同時，多家企業代表表示，自身對流域治理也做了一些模式、技術等方麵的探索，北控、阿凡柯達、中國水環境集團、環能科技等企業對自己參與的河道治理項目進行了分享與解析。本文選取中國水環境集團的貴陽市南明河水環境綜合整治項目作簡要介紹。

1、項目背景

南明河發源於貴州省安順市平壩縣林卡鄉白泥田，全長118 km，流域麵積6600 km2，自西向東貫穿貴陽市區，是貴陽市人民的母親河。由於貴陽的經濟快速發展，南明河流域人口大幅增加，南明河不堪重負，汙染狀況觸目驚心：沿河兩岸近百個生活汙水和工業企業排汙口，每天向河中傾瀉大量生活汙水和工業廢水;沿岸到處是生活垃圾，破舊的棚戶區遍布河道兩岸;河水水質嚴重惡化，進入市區的河段已下降為劣V類水體。

2、項目概況

本著政府主導、全民參與、機製創新、科技支撐、依法治理、長治久清的治理宗旨，中國水環境集團分析現有問題，擬采取截汙、清汙、治汙、補水等手段，結合城市經濟、生態、景觀、文化，開展治理。南明河水環境綜合整治項目分二期進行。一期項目從2012年開始，總投資約11.67億元，從外源控製、內源控製、生態恢複、臭氣治理四個方麵出發，通過截汙完善、清淤疏浚等救急措施，基本消除了南明河幹流的黑臭問題。

二期項目又分為兩個階段，一階段建設時間為2014年7月~2015年6月，投資金額21.52億，其治理方案經市政府、省環保廳、省住建廳、省科技廳組織的國家三部委水環境治理專家論證;二階段建設時間為2015.7~2016.6，投資金額為16.27億。二期項目的部分內容是一期的延續，包括河道清淤、支流的水環境治理、汙泥和生態治理等。截汙係統完善方麵包括幹流截汙溝改造，幹流截汙管改造，新莊二期汙水廠配套截汙溝建設，小黃河、麻堤河、市西河、貫城河支流截汙係統完善;清淤工作包括幹流清淤、小黃河清淤、麻堤河清淤、貫城河清淤、市西河清淤。另有部分內容則是積極爭取的創新之舉：在二期汙水廠建設方麵，按照當時貴陽市規劃的要求，是在南明河下遊規劃建設集中式大型的汙水處理廠(規模40萬噸左右)，然而，經過充分的調研分析，中國水環境集團建議在沿河修建十來個5萬噸規模的汙水廠，統一規劃、就地處理、就地排放。結合沿河汙水收集係統、建廠費用及中水回用投資進行成本計算，可為市政府節約了十幾億的投資成本。

3、治理效果

二期一階段項目內容實施後，南明河幹流水質較一期竣工時有大幅提升，藻類和水生植物都得到一些恢複，各斷麵COD濃度基本達到地表水III類標準;大部分斷麵氨氮指標達到IV類標準;總磷指標基本接近IV類標準。目前，劣V類水體進一步下降到7.0%，V類水體繼續提高至26.8%，IV類水體繼續提高至31.6%。此外，在二期項目實施過程當中，工程項目的質量還經受了暴雨的考驗，為貴陽市防洪抗災發揮了重要作用。目前，南明河項目已列入財政部推行的第一批PPP的示範目錄，曾在住建部舉辦的經驗交流會上作為典型案例進行介紹，業內專家和政府部門經過考察以後，也給予了高度的評價。

4、經驗總結

中國水環境集團總經理李濤總結，南明河之所以能成為流域治理領域的PPP示範案例，要歸功於兩個重要原因：一是和政府達成了責權分明的職責劃分，政府做好裁判員，企業盡職做好運動員，為推動項目進行提供了便利。二是在交易結構上有所創新，我們與政府共同設計了交易模式，即在BT模式中加入BOT及TOT模式，形成了全新的交易結構，為保障項目進行效率奠定了基礎。

二、典型黑臭水體治理案例：北控洛河水環境治理項目

項目基本情況：2014年8月，洛陽市政府確定啟動新一輪洛河市區段32公裏水係綜合治理和改造提升工程，旨在全麵提升洛河兩岸的景觀環境，打造“華夏文明第一河”的全新理念。前期啟動的示範區包括洛陽橋至李樓橋洛河5.5公裏段，瀍河至上遊5.2公裏段，內容涉及多個節點及景觀核心區域。

治理模式：洛河水環境治理項目采用PPP模式，洛陽市政府將存量汙水處理資產(55萬噸/日)與北控水務成立合資公司，北控水務以現金形式出資，占合資公司70%股份。合資公司得到市政府授予的特許經營權，並將負責投資新建汙水處理設施(35萬噸/日)。同時，北控水務還負責洛河水係綜合治理工程投資(一期10億元)和故縣引水工程投資(17.5億元)，政府采用投資補助、政府回購的方式與北控水務在增量項目上進行合作。這種PPP模式的交易結構，把河道治理、汙水處理、飲水工程打包在一起，可總結為“盤活存量、帶動增量”，值得進一步探索。

流域治理需要站在城市尺度上去考慮，不能作為末端治理項目對待。在具體治理中，不能隻盯下遊治理，要控製上遊水質，這一點僅靠截汙效果還不夠，需在上遊推行清潔生產思路。建議建立一個流域生態的模型，倒推環境容量，再來考慮應該采取什麽措施。 “在治理過程中，我們對洛河特質及周邊產業現狀進行分析，再製定方案。最終將洛河需要治理的32公裏分為郊野生態段、創意產業段、城市活力段、曆史文化段四段進行，目前正在實施曆史文化段。”

流域治理是一項複合性業務，涉及環保、市政、水利、生態、建築等多方麵問題。如何將企業、技術進行合理集成，將是工程進行中一個重要問題。北控在流域治理中的三個關鍵支撐便是投融資體係、技術體係及企業生態群。其中，有些拉動政府，有些負責招商，有些專注流域治理。

在項目洽談階段，有經驗的政府會著重看合作方是什麽陣容的方陣，可以整合多少資源來投入治理，企業生態群的建立不僅利於具體治理，也方便與政府協商。此外，在技術體係也有功能劃分，如黑臭水體可分為流動水體和封閉水體兩類，這兩類水體所需要的治理技術完全不同;即使針對某一種水體，也需要多種技術的配合協作，一種技術很難包打天下。但同時水環境綜合整治項目也具有重要的實踐意義，它打破了原有地區水務業務單一條線，將排水設施的規劃設計與城市的水生態設計理念實現真正的基層結合，打破水務自然壟斷特征所帶來的壁壘鎖定，提升了環境行業的整體投資與技術效率，能夠有效推動環境保護治理體係的深層次改革取得較好效果。

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