胡增寶 （安徽建筑大學 環(huán)境與能源工程學院，安徽 合肥 230601）

由于城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展，城市基礎(chǔ)建設不足，大量污水排放至城市水體，出現(xiàn)水體黑臭的現(xiàn)象[1]。水體黑臭不但使水體自凈能力退化，而且散發(fā)的臭味給人帶來極差的感官體驗，甚至影響人們的正常生活，大大影響城市環(huán)境。目前，全國范圍內(nèi)對黑臭水體的形成機理、理化分析和修復技術(shù)已有諸多的研究，并在促進水體自凈方面有較大的突破，但依舊存在一定的不足，如底泥無法完全處理、無法滿足長期水質(zhì)要求等。故本文對黑臭水體的成因、機理以及修復方法進行概括，重點闡述生物修復法在黑臭水體中的應用。

1 黑臭成因

1.1 外源污染的影響

外源污染主要指有機物、氮、磷以及部分Fe、Mn等污染物進入水體后，微生物對其進行氧化分解時水中溶解氧消耗速度大于其恢復速度，導致水中溶解氧含量減少，使水體處于厭氧和缺氧狀態(tài)[1]。此時，厭氧微生物菌的繁殖促進污染物厭氧分解，產(chǎn)生的S2-與Fe2+、Fe3+、Mn2+結(jié)合產(chǎn)生致黑物質(zhì)附著于懸浮物上，其次產(chǎn)生H2S、N2等氣體使水體散發(fā)異味[3]。

1.2 內(nèi)源污染的影響

由于底泥中有機物、氨氮、磷以及重金屬等遠高于上覆水體中的濃度，主要集中于0～80cm，在底泥和上覆水之間存在有機物、氮、磷等物質(zhì)交換和能量交換的動態(tài)平衡。當水體遇到暴雨或者人為干擾，底泥中的污染物通過去吸附、溶解和生物分解過程進入上覆水體中，造成二次污染。王育來[4]等研究表明，底泥的表面沉積物中離子交換態(tài)氮（IEF-N）含量越多則釋放到水體中溶解有機氮（DON）含量也越多。

1.3 水體動力不足和熱污染

城鎮(zhèn)水體多呈流速慢、河道彎曲，這種特性導致水體動力不足，易產(chǎn)生垃圾、污泥等固體的滯留和淤積。日積月累，不但降低水體循環(huán)能力導致自凈能力減弱，而且影響河道的排澇能力，使城市在雨季易出現(xiàn)城市內(nèi)澇等現(xiàn)象。

溫度較高的工業(yè)廢水和生活污水排入城市水體，造成微生物活動頻繁，使水中溶解氧減少，造成水體黑臭[3]。

2 安徽省黑臭水體現(xiàn)狀

安徽省設區(qū)市建成區(qū)共有黑臭水體226個。截至2018年底，已完成整治198條，黑臭水體消除比例為87.6%，合肥市、池州市、宣城市基本完成黑臭水體治理任務。計劃到2020年底，設區(qū)市建成區(qū)黑臭水體基本消除，建立城市黑臭水體治理長效機制。由于治理后的黑臭水體受溫度以及水體周圍環(huán)境影響較大，管理監(jiān)測不當易出現(xiàn)返黑返臭現(xiàn)象，蕪湖市已完成整治的46條黑臭水體中有15條出現(xiàn)返黑返臭現(xiàn)象。

安徽省北為廣闊平原、南部為丘陵山脈，南北地形相差較大，所以南北黑臭水體治理方法有所不同。總體以“控源截污、內(nèi)源治理、生態(tài)修復、補水活水、長效治理”的有效途徑為主，實施黑臭水體整治工程。

3 常見黑臭水體治理方法

3.1 物理方法

3.1.1 調(diào)水沖污

通過水體置換，用清潔干凈、低營養(yǎng)的水體更換受污染水體，亦或增加河道的進水量將原受污染水體沖刷出去。調(diào)水沖污主要是通過稀釋水體中污染物并增加水體流動性，達到降低有機物、氮、磷等濃度。此方法適用于面積較小的水庫、湖泊，會造成污染物轉(zhuǎn)移。水體流動主要通過分散作用降低黑臭水體中有機污染物及Fe2+、S2-濃度，流速增加對降低黑臭水體邊緣較大區(qū)域的污染效果明顯[5]。

3.1.2 控制截污

通過控制或者清除污染源達到截斷污染水體的目的。由于城市建成區(qū)的地下管線復雜、地面建筑擁擠、路面狹窄，城市建成區(qū)完全雨污分流工程難以實施[6]?？刂平匚蹠r不但需要將原有排污口關(guān)閉，還需要對水體附近垃圾堆放點及時處理，并在河道兩側(cè)敷設截污管道，對初期雨水進行收集處理。此方法適用于城市河道、湖泊等，但是工程量大且實施周期長，資金耗費高。

3.1.3 清淤疏浚

將黑臭水體中受污染的底泥、垃圾、生物殘渣等沉積物進行清除，以達到減弱水體受內(nèi)源污染的影響。底泥疏浚主要有以下3種方法[7]：①機械直接抽取水體底部含有污染物的沉積物；②將水體中上覆水排干后再進行底泥清除；③環(huán)保清淤。在進行清淤時注意控制清淤深度，保護下層底泥不受破壞，避免破壞原生態(tài)系統(tǒng)的完整。清淤疏浚方法適用于所有水體，但是會造成污染物的轉(zhuǎn)移，易造成水體二次污染。

3.1.4 增氧曝氣

通過曝氣設備將空氣或氧氣引入水體，有機械曝氣、跌水、噴泉、射流等形式。此方法建設成本低，短時間內(nèi)可大幅提高水體的DO（溶解氧）含量，從而促進水中的有機物分解且適用于大多數(shù)水體，但是需要消耗大量能源且不利于上覆水中懸浮物沉積。增氧曝氣對治理黑臭水體的效果與曝氣方式、曝氣量、曝氣溫度、曝氣位置均有關(guān)系[8]。Liu Zhu[9]等發(fā)現(xiàn)將污染水體復懸浮后曝氣沉降，可促進水體中污染物分解，并有效降低底泥厚度。

3.2 化學藥劑

使用化學氧化劑（H2O2、CaO2等）、化學絮凝劑（Al鹽、Fe鹽等）、化學沉淀劑（CaO等），促進水體中污染物氧化并增加水體中DO含量，絮凝、沉淀上覆水體中懸浮有機物污染物，提高水體透明度。CaO2在黑臭水體中主要發(fā)生下列反應：

2CaO2+2H2O=2Ca(OH)2+O2↑

CaO2+2H2O=Ca(OH)2+H2O2

反應方程式表明化學氧化劑在反應中即向水體供氧氣，增加水體DO的濃度，且產(chǎn)生強氧化劑H2O2，進一步促進水體中難分解有機物的氧化[10]。

翟永清[11]等在實驗室條件下，通過硫酸亞鐵（FeSO4）催化—過氧化鈣（CaO2）氧化對染料廢水進行處理，表明染料脫色率達到100%，COD去除率到達90%以上，Cd2+、Pb2+、Cu2+、Mn2+、AsO2-等重金屬去除率可達到99.9%。徐垚[12]等將CaO2以注射、覆蓋、混勻3種方式投加在底泥中，結(jié)果表明CaO2加快了有機磷的礦化速度使內(nèi)源磷持留能力增強，且注射方式對底泥內(nèi)源磷釋放具有抑制作用。徐斌[13]等將CaO2和MgO2進行對比，發(fā)現(xiàn)CaO2釋氧效率更高，對氮磷去除效果更好。魯秀國[14]等自制聚硅酸氯化鐵（PFSC）試驗中，當PFSC的投加量為600ml/L，黑臭水體PH值為8.4時絮凝效果最好，水體中COD去除率達到59.1%，濁度去除率達到92.5%。諸多研究表明，化學藥劑可在短期內(nèi)對水體中COD、TP及濁度達到高效去除，但在實際水體處理中無法對黑臭水體底泥進行有效改善，無法用做長期持續(xù)治理的方法。化學藥劑的使用會增加水體中的污泥量，有毒污泥處理不當會造成二次污染。

3.3 生物修復法

生物修復是通過特定的微生物、植物等在好氧或厭氧條件下加速對水體中污染物的自然降解，使污染物不對水體環(huán)境造成破壞。

3.3.1 微生物制劑修復技術(shù)

向污水中投加對污染物具有較強降解能力的微生物菌或促進土著微生物生長藥劑，以增強水體中微生物的生長與代謝，達到對底泥原位修復的作用。該技術(shù)治理效果顯著、反應過程穩(wěn)定且操作簡單，但需要根據(jù)水質(zhì)變化對微生物菌種類和投加量進行調(diào)整，適用于流動緩慢的水體。微生物制劑主要以乳酸菌、絲狀菌等組成。杜聰[15]等研究表明微生物制劑對黑臭水體的上覆水和底泥有顯著的處理效果，上覆水中的COD、TN、NH3+-N去除率均達到85%以上，底泥厚度平均下降1.4cm。尹莉[16]等利用硝化菌、反硝化菌、除磷菌、COD降解菌等制備固定復合菌，并與液態(tài)菌、粉狀菌進行黑臭水體處理對比，結(jié)果證實固定復合菌的處理效果更好，且氨氮的去除率可達到97%。

3.3.2 水生植物修復技術(shù)

人工濕地和生態(tài)浮島均是通過水生植物分解和吸收污水中污染物，達到凈化水體的技術(shù)。人工濕地主要通過基質(zhì)截留吸附、水生植物根系吸收、微生物降解協(xié)同作用去除水體中有機物和氮磷[16]。生態(tài)浮島是在基質(zhì)或者載體上無土培養(yǎng)水生植物對污染水體進行凈化。李真[17]等研究表明，垂直流人工濕地對黑臭水體中磷去除可達到58.13%～83.25%，且當填料中Fe3+含量增加時，去除效果更好。但是水生植物對黑臭水體中污染物去除隨季節(jié)變化大。夏季水體溫度較高時，去除率較高；冬季水體溫度較低時，去除率低且枯萎后的植物不及時處理，易造成二次污染。

3.3.3 生物膜技術(shù)

生物膜技術(shù)是目前使用比較廣泛的生物修復技術(shù)，主要是由填料上附著大量微生物菌落及其代謝產(chǎn)物等形成的生物膜凈化污水。生物膜具有有機物去除效率高、高負荷工作、污泥量少等特點。在實際應用中，填料掛膜情況和水力停留時間主要決定生物膜處理效果。最新的研究表明，碳素纖維生態(tài)草作為填料效果好于阿科蔓，對COD的去除達到76.31%，對NH3-N的去除可達到76.68%[18]。

3.4 組合工藝法

由于單種處理方法受環(huán)境影響較大、需要根據(jù)水質(zhì)不同變化藥劑投加量、無法標本根治黑臭水體等原因。目前，多種工藝相組合成為黑臭水體治理的新的方向。金承翔[19]等用曝氣充氧+微生物+水生植物+生物促升劑技術(shù)修復黑臭水體，COD去除率可達80%左右，BOD和NH3+-N的去除率達到90%以上。段云霞[20]等通過控源截污+曝氣充氧+微生物治理+生態(tài)浮床+補水活水以及投放水生動物等工藝組合，處理后的水質(zhì)可達到V類地表水指標。

4 結(jié)語

城市黑臭水體是目前環(huán)境污染中重點突出的問題，各個地區(qū)的黑臭水體因污染源不同，水體中污染物的種類、比例也不盡相同。針對各地的黑臭水體應因地制宜，并結(jié)合當?shù)氐暮＞d城市建設合理控制截污處理初期雨水，禁止點源污染排放，再選取適宜的治理修復方法對水體進行修復，防止水體二次污染，避免返黑返臭，加強監(jiān)管力度保證黑臭水體治理工程長期有效進行。