【中國環(huán)保在線 技術(shù)前沿】城市水體黑臭現(xiàn)狀與“水十條”的目標(biāo)要求存在巨大差距，成為今后全國各地水環(huán)境整治的熱點(diǎn)問題，但由于污染成因復(fù)雜，也形成了一系列的技術(shù)難題。那么，現(xiàn)在我國城市污水處理成就喜人，但為何還到處都是黑臭水體?黑臭水體治理任務(wù)這么重，技術(shù)這么多，究竟怎么選？　　
　　在城市的形成和發(fā)展過程中，城市河流作為重要的資源和環(huán)境載體，關(guān)系到城市的生存，制約著城市的發(fā)展，是影響城市風(fēng)格和美化環(huán)境的重要因素。城市河流不僅提供水源、交通航運(yùn)、防洪排澇等，還可以調(diào)節(jié)氣候、削減污染等生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，社會效益不可估量。但人們隨意排放污水，城市河道逐漸成為污水管道，城市河道黑臭嚴(yán)重，極大影響了河流生態(tài)健康，因此研究一種、生態(tài)、廣普、低毒、持續(xù)的快速削減河流有機(jī)污染技術(shù)，改變河流污染狀況，才可以更好地促進(jìn)社會發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)。
　　
　　黑臭河到、垃圾河、漿糊河作為快速城鎮(zhèn)化的后遺癥，已經(jīng)成為目前大多數(shù)城市的沉疴頑疾。而這些水體恰恰就在我們的房前屋后，由于看得見、摸得著、聞得到，與我們的環(huán)境感受直接相關(guān)，群眾對此怨聲載道，反映強(qiáng)烈。
　　
　　分析病因，摸清底數(shù)，是消除黑臭河的前提。黑臭水體的形成并非一朝一夕，形成原因各有不同，主要來自幾方面：一是水體有機(jī)污染負(fù)荷過大。這是由于生活污水和工業(yè)污水的大量排放造成的。二是底層污泥及底質(zhì)的再懸浮作用。城市河流污染的特點(diǎn)就是不僅其水質(zhì)受到嚴(yán)重污染，而且其底泥污染也非常嚴(yán)重，還會對河流造成二次污染。三是水體的熱污染。熱電廠等的冷卻水直接排入天然水體，引起水溫升高，水中溶解氧減少，導(dǎo)致水體發(fā)臭。四是重金屬污染。缺氧導(dǎo)致河水中的鐵、錳等重金屬還原，與水中的硫離子形成硫化亞鐵等，使水體呈現(xiàn)黑色。五是很多城鎮(zhèn)水體缺少徑流量，河流本身的自凈功能喪失等。
　　
　　1、城市河道有機(jī)污染的快速削減技術(shù)研究
　　
　　從物理、化學(xué)、生物法三個方面分析，物理法中可有效去除水體黑臭的方法分別有人工曝氣、底泥疏浚等;化學(xué)法強(qiáng)化混凝去除水中有機(jī)污染物質(zhì);生物法包括微生物強(qiáng)化技術(shù)、生物膜法等。
　　
　　1.1物理法
　　
　　物理法常用于早期治理，污染源單一、水量多的河道，可在河道內(nèi)原位處理。物理法雖然，但只能暫時去除水體污染，對突發(fā)性、截污難度大的河道污染有很好的處理效果。
　　
　　(1)人工曝氣
　　
　　河水自凈能力與溶解氧濃度有關(guān)，當(dāng)河流受到污染，過剩的有機(jī)物厭氧分解，導(dǎo)致黑臭物質(zhì)突增。人工曝氣利用天然河道就地處理污水，在氧傳遞、遷移、擴(kuò)散過程中使河道從單純的大氣復(fù)氧過渡到主動復(fù)氧，有毒污染物被大量降解，水體黑臭減少，藻類也開始生長，生態(tài)系統(tǒng)逐漸恢復(fù)。人工曝氣作為一種投資少、見效快且無二次污染的河流污染治理技術(shù)。
　　
　　氣體的轉(zhuǎn)移是人工曝氣系統(tǒng)技術(shù)的重點(diǎn)，曝氣系統(tǒng)通過氣體擴(kuò)散至氣液面或溶解氣體透過半滲透膜兩種方式轉(zhuǎn)移氧到缺氧水體，由機(jī)房、空氣擴(kuò)散器和相關(guān)管道組成的曝氣裝置，通常氣液面由攪拌或渦流形成，或者分布器和多孔材料釋放氣體，其中微孔還可以減少揮發(fā)性有機(jī)物剝離和曝氣過程中的熱損失，常見的曝氣系統(tǒng)裝置有純氧增氧系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)-微孔布?xì)夤芷貧庀到y(tǒng)、葉輪吸氣推流式曝氣器、水下射流曝氣等。河道人工曝氣技術(shù)按照建立模式不同有固定式充氧站和移動式充氧平臺兩種形式。固定式充氧站一般是固定曝氣裝置，在河段上定點(diǎn)曝氣增氧。移動式充氧平臺則是在河段上安裝類似曝氣船的可自由移動的曝氣增氧設(shè)施。在1980年英國有關(guān)部門向河流中放置30t/d曝氣船，平均每天有5~7t的純氧溶于河水中，地解決河流急劇缺氧的現(xiàn)狀。
　　
　　(2)底泥疏浚
　　
　　被污染河流河床、湖泊毒害有機(jī)物不斷積累，有外界影響時，底泥大量溶出污染有機(jī)物，河流水質(zhì)被嚴(yán)重污染。研究表明，底泥的有效治理直接影響河道治理效果，底泥疏浚通過人工機(jī)械的方法對底泥負(fù)荷較大、污染嚴(yán)重的河段、湖泊進(jìn)行清淤，快速轉(zhuǎn)移大量營養(yǎng)鹽、難降解有害化學(xué)品及細(xì)菌的表層沉積物，水體自凈能力逐漸恢復(fù)。
　　
　　河道和湖庫疏浚已有大規(guī)模的使用，國外的生態(tài)疏浚主要是去除河流、淺水湖庫和港灣的重金屬及多氯聯(lián)苯(polychlorinatedbiphenyls，PCBs)等持久性有機(jī)污染物，如美國對伊利湖和安大略湖南部進(jìn)行了局部或大規(guī)模的底泥疏浚工程，快速的減少湖泊的黑臭。
　　
　　在疏浚實(shí)施過程中，疏浚過程的外界干擾顆粒再懸浮程度和污染物的釋放量。HyötyläinenT,OikariA等通過模擬試驗(yàn)，預(yù)測底泥疏浚潛在的釋放風(fēng)險(xiǎn)，試驗(yàn)按照不同的土水比配制了7種沉積物和湖水懸濁液，土水比越大水中多環(huán)芳烴濃度越高，結(jié)果表明再懸浮程度越大，污染物解吸量就越多。
　　
　　疏挖形式對底泥疏浚也有很大影響。螺旋式環(huán)保絞刀的疏浚船，疏挖精度達(dá)5cm，有效的防止污染擴(kuò)散，底泥釋放速率較低，適應(yīng)不同土質(zhì)，效率高、能耗低，得到國內(nèi)外為廣泛應(yīng)用。排干式疏浚精度大、污泥的殘留率高，疏浚質(zhì)量難以保證。
　　
　　水體中底泥污染物成分變化大且厚度不均，考慮到湖泥層保護(hù)層和污染泥的處置量及處理成本，施工精度一般在5~10cm之間。疏挖的底泥可用泥泵推送到遠(yuǎn)處堆積區(qū)。Flint等人使用標(biāo)準(zhǔn)化的沉積物凈化底泥，評估疏浚對浮游初級生產(chǎn)力的影響，結(jié)果表明疏浚底泥濃度過大會影響藻類光合作用，同時也會影響沉積物釋放的可溶解成分的生物利用率。
　　
　　不論疏浚方式如何，底泥疏浚雖通過轉(zhuǎn)移快速削減了持久性的有機(jī)污染物含量，但不能長效控制水體污染有機(jī)物，底棲生物種類、生物量不斷減少，有的河流污染比處理前還嚴(yán)重。
　　
　　1.2化學(xué)法
　　
　　(1)強(qiáng)化混凝
　　
　　化學(xué)法常見的有強(qiáng)化混凝、藥劑殺藻、活性炭等，其中強(qiáng)化混凝法被美國環(huán)保局推薦為佳去除有機(jī)物的方法。自然水體存在的混凝現(xiàn)象對水質(zhì)轉(zhuǎn)變有十分顯著的影響。水體顆粒物及溶解性的毒害物質(zhì)通過自然混凝沉淀、遷移、轉(zhuǎn)化，逐漸恢復(fù)水體健康?；炷^程分為壓縮雙層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網(wǎng)捕4種。
　　
　　通過增加混凝劑的投加量來提高有機(jī)物去除率的方法即強(qiáng)化混凝技術(shù)，相對常規(guī)混凝不同，強(qiáng)化混凝可地去除有機(jī)物污染物、濁度。引起水體黑臭原因分別有腐殖質(zhì)、硫化鐵膠體和懸浮顆粒等?；炷齽┩ㄟ^中和帶負(fù)電腐殖質(zhì)，吸附架橋、共沉淀作用，有效去除水中有機(jī)物污染和黑臭現(xiàn)象。
　　
　　不同的化學(xué)混凝劑，膠體脫穩(wěn)、凝聚或絮凝方式也不同。常見的絮凝劑分為無機(jī)、有機(jī)高分子、表面活性劑三種，如聚丙烯胺、聚合氯化鋁(PolyaluminiumChloride，PAC)。氯化鎂較少使用，主要是因?yàn)榭赡芤腚s質(zhì)，但可添加助凝劑石灰、鹵素等很好地去除鎂離子，并促進(jìn)混凝沉淀。聚合氯化鋁在工業(yè)中常用作表面活性劑、潤滑劑等，在水處理混凝去除濁度和可溶有機(jī)物。往往陽離子水解鹽比鋁鹽或鐵鹽更有效。因?yàn)槟z體在自然水體以負(fù)電荷的形式存在。強(qiáng)化混凝沉淀能夠有效移除有機(jī)污染物，但混凝效果與有機(jī)物分子量有關(guān)，常用于富營養(yǎng)化水體，急性有機(jī)物污染，且短期效果明顯，但混凝劑增加底泥負(fù)荷，且不利于生態(tài)修復(fù)，也易破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)，適用于水質(zhì)和水量經(jīng)常發(fā)生變化的河道。
　　
　　IWW和NGK通過實(shí)驗(yàn)室和小試實(shí)驗(yàn)用混凝工藝處理魯爾區(qū)河，結(jié)果顯示河流的恢復(fù)率高達(dá)96.6%。Konieczny等通過混凝方法處理污染河流，并且對比使用三種混凝劑FeCl3，F(xiàn)e2(SO4)3和Al2(SO4)3的處理效果，結(jié)果顯示在超濾前投加混凝劑可極大地提高有機(jī)物去除率，而且混凝劑的選擇對有機(jī)物去除率也有很大的影響，混凝去除率對比分別為Al2(SO4)3>Fe2(SO4)3>FeCl3。
　　
　　(2)藥劑殺藻
　　
　　當(dāng)水體富營養(yǎng)時，藻類大量繁殖代謝產(chǎn)生嗅味導(dǎo)致水體黑臭嚴(yán)重。藻類是典型的氯化消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物質(zhì)，所以控制藻菌可使用殺菌滅藻劑?；瘜W(xué)殺菌劑除藻快速，但除微囊藻外，其他生物副作用較大且會加速釋放藻毒素，造成二次污染也破壞了生態(tài)平衡。
　　
　　殺菌劑除藻又分氧化型和非氧化型，氧化劑殺菌劑中，液氯為普遍，次氯酸鈉、二氯或三氯異氰尿酸等也有使用。非氧化型殺菌劑主要是金屬化合物及重金屬制劑，例如銅、汞、錫、鉻酸鹽等。這些會對魚類水草等產(chǎn)生一定程度傷害有致死致癌作用，只能作為應(yīng)急處理。馬軍等通過高錳酸鹽復(fù)合藥劑預(yù)處理藻污染水體，結(jié)果顯示高錳酸鹽復(fù)合藥劑極大地提高了除藻效率，降低了紫外吸光度。
　　
　　1.3生物法
　　
　　生物法主要依靠細(xì)菌、真菌以及細(xì)胞游離酶、高等植物自然代謝降解環(huán)境污染物，通過修復(fù)強(qiáng)化生態(tài)系統(tǒng)，是環(huán)境污染治理不可缺少的方法。較之傳統(tǒng)的物理、化學(xué)方法，生物法有著顯著優(yōu)點(diǎn)，污染物不轉(zhuǎn)移，運(yùn)用于河道污染治理當(dāng)中可、經(jīng)濟(jì)地控制環(huán)境、健康風(fēng)險(xiǎn)。
　　
　　1.4微生物強(qiáng)化技術(shù)
　　
　　微生物強(qiáng)化技術(shù)廣泛運(yùn)用于各大自然水體、水處理廠、污泥池等，處理方法多種多樣，按處理位置可分為原位和異位兩種方式，本文主要是介紹強(qiáng)化技術(shù)的原位處理。在污染水體中，人為投加的微生物/酶制劑或加強(qiáng)微生物生存環(huán)境技術(shù)(生物共代謝基質(zhì)及輔助營養(yǎng)物質(zhì))，促進(jìn)土著微生物生長代謝，分解水體中的污染物，使得水體生態(tài)恢復(fù)。
　　
　　(1)微生物菌劑法
　　
　　微生物菌劑指通過一系列的馴化、篩選、誘變和基因重組等技術(shù)而制得的降解有機(jī)污染的微生物。當(dāng)原處理系統(tǒng)中存在少量菌種，再投加菌種后，微生物馴化的時間大大縮短，因?yàn)樗w生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的競爭與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)降低，河流也可長效保持生態(tài)健康。
　　
　　微生物在污染水體中分別以游離態(tài)和附著在載體上形成生物膜的形式降解有機(jī)污染，可分為土著微生物、外來微生物和基因工程菌等，其中土著微生物菌劑恢復(fù)水生態(tài)系統(tǒng)的效率佳和凈化效果持續(xù)性更好。在河流治理中微生物菌劑種類有多種，如有效微生物菌群(Effectivemicroorganism，EM)技術(shù)、甲殼素包裹微生物菌劑、液可清等。
　　
　　任河山等以pH為7.0，溫度30oC，培養(yǎng)微生物菌株去除酚廢水，廢水經(jīng)過72h后酚去除率高達(dá)99.96%，對含酚廢水有較好的處理效果。莊景等通過采用梅花接種的方式將微生物菌劑接入無錫市滸溪河污染水體，結(jié)果顯示河道溶解氧提升到2mg/L，CODMn、TP和NH3-N降解率分別為43%、56%和58%，治理黑臭河流效果明顯。潘涌璋等利用微生物菌劑處理白云人工湖，在投加菌劑第9天后，COD去除率高達(dá)64%，12天后氨氮去除率達(dá)97%，10天后濁度去除率達(dá)98%。
　　
　　微生物菌劑能夠快速治理河道有機(jī)污染，減少底泥負(fù)荷，操作簡便，大部分國外的微生物產(chǎn)品被運(yùn)用到河道污染治理當(dāng)中，但當(dāng)環(huán)境中的河流微生物充足時，再添加過量的微生物菌劑處理河流污染效率也不高。
　　
　　(2)酶制劑法
　　
　　微生物菌劑在生物修復(fù)中，因河水的流動性，以及水生態(tài)體系內(nèi)、土著微生物與外源微生物間的競爭、拮抗等關(guān)系，導(dǎo)致微生物菌劑持續(xù)凈化效果不佳。酶制劑通過催化降解河道有機(jī)污染，并且消除或者轉(zhuǎn)移這些可能的限制作用，加強(qiáng)水體生物降解效果。
　　
　　酶處理河流污染通過激活土著微生物，有效激發(fā)水體生態(tài)的內(nèi)循環(huán)供氧機(jī)制，促使水體中溶解氧的自然恢復(fù)，水體自凈能力增強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)從受損生態(tài)系統(tǒng)向良性生態(tài)系統(tǒng)的演替。
　　
　　酶是具有催化降解功能的生物大分子，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，酶可劃分為氧化還原酶、轉(zhuǎn)移酶、水解酶、裂解酶、異構(gòu)酶、合成酶，按照不同化學(xué)組成可分為蛋白類酶、核酸類酶。與非催化劑相比，具有專一性強(qiáng)，作用條件溫和、效率高等特點(diǎn)。在污染控制中，它無明顯的環(huán)境健康遺傳毒性，屬于易生物降解性型環(huán)境友好物質(zhì)，不會引入外來微生物，無二次污染或污染物轉(zhuǎn)移，在環(huán)保領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。適用于突發(fā)河道有機(jī)污染如高油脂類的工業(yè)廢水、生活污水、人工合成有機(jī)物、大分子聚合物。一般可使用凍干的酶粉催化降解有機(jī)污染物，從而凈化水體。GoelR等在間歇式反應(yīng)處理污水時中投加酶堿性磷酸酶、酸性磷酸酶、葡糖苷酶、蛋白酶、脫氫酶等，在觀察到酶的活性的同時，水體TOC也降解了90%。
　　
　　酶催化活性受底物濃度、生物量影響，當(dāng)?shù)孜餄舛冗^高時，酶反應(yīng)速度受到抑制反而下降，且單一酶穩(wěn)定性差，降解物質(zhì)少，為了克服單一酶不足，復(fù)合酶、固定化酶等改造酶制劑逐漸出現(xiàn)。固定化酶指酶與載體結(jié)合，以水不容狀態(tài)催化降解水體污染當(dāng)廢水中含有淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等有機(jī)污染物時，均可在有氧和無氧狀態(tài)下利用固定化淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶處理。含酚廢水也可以運(yùn)用固定氧化酶進(jìn)行處理。含有硝酸鹽、亞硝酸鹽等廢水同樣也可采用固定化硝酸還原酶、亞硝酸還原酶和一氧化氮還原酶處理。
　　
　　復(fù)合酶主要由多種酶類組成，表面活性劑作為溶劑，形成液體復(fù)合酶制劑，可催化降解多種物質(zhì)且。LealMCMR等人通過投加從固態(tài)發(fā)酵得到的酶制劑預(yù)處理乳制品廠廢水，水解14小時后反應(yīng)出水COD降低了90%。通過添加蛋白質(zhì)、無機(jī)營養(yǎng)物等構(gòu)成生物促生劑，不僅降低降解成本也大大增加了微生物新陳代謝和提高微生物酶活性，快速降解污染物，促進(jìn)黑臭水體恢復(fù)好氧狀態(tài)，在城市河道污染治理當(dāng)中得到廣泛的應(yīng)用。胡湛波等對南寧市竹排沖河流生態(tài)修復(fù)，在添加酶制劑后COD先升高后降低，在60天后COD去除率達(dá)42.6%，對比實(shí)驗(yàn)，曝氣和促生劑同時作用效果佳，COD、氨氮、總磷的去除效率分別為46.8%、98.7%和73.37%，底泥有機(jī)質(zhì)也削減了10.5%。
　　
　　1.5生物膜法
　　
　　河流、湖泊、濕地等自然水體本身存在由多種微生物構(gòu)成的生物膜，生物膜法則是對河流生物過程的強(qiáng)化，生物膜附著在天然河床，或者附著在人工投加濾料或細(xì)菌絮凝顆粒，再加上生物膜表面的原生動物，可迅速降解高濃度有機(jī)物。河水流過生物膜時，物理電荷、化學(xué)氫鍵吸附、生物胞外酶吸附[71]污染物進(jìn)入膜內(nèi)部，微生物分泌的酵素和生物胞外酶共同降解污染物，新陳代謝后直接排出生物膜外。
　　
　　生物膜分為好氧、厭氧，好氧生物膜法可處理有機(jī)污染。生物膜中的細(xì)菌世代生長的時間較長能夠持續(xù)降解河流中的有機(jī)污染物。好氧生物膜一般控制在0.09~0.13mm的薄層范圍內(nèi)。膜載體分為固體載體、懸浮顆粒載體。固體載體適用于小河流，懸浮載體適用于大河流和湖泊，既可以補(bǔ)充源頭截污不完全，又可以減輕末端治理壓力。
　　
　　吳永紅等通過生物膜結(jié)合人工水草藻凈化武漢市漢陽區(qū)月湖湖水，布設(shè)過人工水草的湖水藻類生長明顯抑制，11天后透明度由6cm提高到62cm，CODMn、總磷、總氮和氨氮的削減率分別為92.89%、49.25%、94.97%和70.15%。生物膜易受溶解氧、營養(yǎng)物的濃度、微生物源、溫度、pH等因素影響，適用于受有機(jī)物及氨氮輕度污染水體。
　　
　　【小結(jié)】
　　
　　城市河道污染嚴(yán)重影響城市生態(tài)環(huán)境建設(shè)，不僅需有、生態(tài)的方法治理河道污染，處理后的河流也需要長效管理。生物處理技術(shù)環(huán)境協(xié)調(diào)性好且河流可長效保持生態(tài)健康。微生物菌劑、生物酶等在大量污染河流治理中已有部分應(yīng)用，但考慮到水體的流動性和微生物等對水質(zhì)變化敏感度，推廣運(yùn)用還需更多研究。越來越多的治理方法不局限于單一的方法，各種方法相互結(jié)合治理效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法，多種方式的組合處理河流污染并長效維持生態(tài)健康也需進(jìn)一步的研究。