0 引言
城市內(nèi)湖泊、河道等景觀水體是城市人居環(huán)境中重要的組成部分，但由于其易污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力差等特點，很容易成為居民生活污水、雨水及垃圾的受納體，從而導(dǎo)致水體溶解氧的大量消耗，造成了水體缺氧而呈黑臭狀態(tài)，使整個生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)危機 [1] 。城市河流出現(xiàn)黑臭，已成為我國許多大、中城市共同存在的污染問題 [2] ，河流黑臭是我國城市河網(wǎng)的一個普遍現(xiàn)象，嚴重影響居民生活、城市形象和生態(tài)環(huán)境。
1 河流黑臭產(chǎn)生的原因及危害
1.1 河流黑臭產(chǎn)生的原因
城市河道黑臭主要是過量納污導(dǎo)致水體供氧和耗氧失衡的結(jié)果，水體缺氧乃至厭氧條件下污染物轉(zhuǎn)化并產(chǎn)生氨氮、硫化氫、揮發(fā)性有機酸等臭惡臭物質(zhì)以及鐵、錳硫化物等黑色物質(zhì)。生活污水是導(dǎo)致城市河道黑臭的最普遍和最主要的污染源。其他污染源還有：生活垃圾、有機工業(yè)廢水、合流制管網(wǎng)溢流污水、污水廠尾水、畜禽養(yǎng)殖場糞便污水等。消除城市河道黑臭、改善城市水環(huán)境質(zhì)量，對保障城市人居健康、促進社會和諧與經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實意義 [3-4] 。
1.2 河流黑臭的危害
黑臭河道的危害很多，如影響居民生活，危害人體健康；破壞河流生態(tài)系統(tǒng)；損害城市景觀 [5] 。因此消除黑臭、改善感觀，美化城市，已是城市河流治理中首要解決的問題 [2] 。
2 國內(nèi)外治理河流黑臭的主要技術(shù)和方法
為了恢復(fù)河流的景觀功能，對黑臭河流的治理大概包括物理法、化學(xué)法、生物法和新的組合工藝等 [6] 。
2.1 物理法
物理方法主要包括截污、調(diào)水、清淤等水利工程，以及機械除藻、引水稀釋、人工造流等。經(jīng)過物理法治理的河流因為河床加深，挖去嚴重污染的淤泥，會對減輕河流的臭味起到良好的作用，截彎取直會增強河流的沖污能力。但是物理法方法需要建造大型的構(gòu)筑物，費用較高，也受到當(dāng)?shù)厮臈l件的限制，適應(yīng)性比較差，而且物理法并不能夠從根本上解決河水黑臭的問題 [6] 。
2.2 河道曝氣
河道曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)以水生生物為主體，輔以適當(dāng)?shù)厝斯て貧�，建立人工模擬生態(tài)處理系統(tǒng)，以高效降解水體中的污染負荷，改善或凈化水質(zhì)，是人工凈化與生態(tài)凈化相結(jié)合的工藝 [6-8] 。
同濟大學(xué)的諶偉等以受污染河道的黑臭水體為研究對象，比較了三種曝氣方式 ( 低強度連續(xù)曝氣、間歇曝氣和高強度連續(xù)曝氣 ) 對水體的修復(fù)效果，分析了低強度曝氣技術(shù)的可行性 [1] 。結(jié)果表明，對于流量較小的緩速滯流河道，長期采用低強度曝氣可達到降低污染負荷、消除水體黑臭的效果；以氨氮去除率達 98 ％為控制指標，低強度曝氣能耗僅為高強度連續(xù)曝氣的 6.25 ％和間歇曝氣的 17.24 ％，大大降低了曝氣經(jīng)濟成本。 
1982年，西班牙Murcia市采用純氧曝氣技術(shù)，對受到嚴重污染的Secura河實施了消除“黑臭”工程[6]。該工程采用了2套MixFlo設(shè)備，純氧利用效率達到95％以上。
2.3 化學(xué)法
化學(xué)方法如化學(xué)試劑除藻，加入鐵鹽促進磷的沉淀，加入石灰脫氮等方法。但由于化學(xué)試劑的投加量大，成本較高，此種方法在黑臭河流治理的應(yīng)用中并不多見。
2.4 生物法
生物方法在河流黑臭治理中的應(yīng)用十分廣泛，主要有人工濕地處理、水生植物恢復(fù)、生物修復(fù)等 [6] 。
其中生物修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)外黑臭河流治理中的應(yīng)用最為廣泛。生物修復(fù)就是利用特定的生物 ( 包括土著或外源微生物以及植物等 ) 在一定的條件下進行消除或富集環(huán)境污染物，從而達到對被污染的環(huán)境進行恢復(fù)的生物過程。由于生物修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好、生態(tài)節(jié)能的優(yōu)點，是一種低投資、高效益、運行操作方便靈活的水體污染治理技術(shù)，因此生物修復(fù)是最具發(fā)展前景的黑臭河流主體修復(fù)技術(shù) [4 ， 9] 。
為了進一步探索華南地區(qū)高負荷污水流量和潮汐狀況下的黑臭河涌生物治理技術(shù)，劉軍等在廣州市白云區(qū)朝陽涌進行了黑臭水體生物修復(fù)試驗，在預(yù)處理后，試驗分三個階段進行，分別包括底泥生物氧化，水體生物修復(fù)，河涌生態(tài)恢復(fù) [10] 。通過生物治理，消除了上游預(yù)處理河段水體黑臭現(xiàn)象，使中下游自然潮汐狀況下水體潔凈好氧。
2.5 新型工藝
治理河流黑臭的新工藝如底泥的生物氧化、懸浮填料移動床、組合生物修復(fù)技術(shù)、生態(tài)浮床等。新技術(shù)其實是原有物理、化學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展、組合和延伸。這些方法各有利弊，要根據(jù)具體情況，特別是水體污染狀況及污染物的種類加以選擇利用，發(fā)揮各種方法的長處，才能取得較好效果 [5] 。
3 國內(nèi)外河流黑臭現(xiàn)有研究成果
3.1 建立水質(zhì)黑臭指數(shù)關(guān)系式
方宇翹和裘祖楠等通過對上海地區(qū)蘇州河出現(xiàn)的黑臭現(xiàn)象進行研究應(yīng)用嗅闊值和主要環(huán)境因素的相關(guān)分析，提出城市河流的黑臭是 COD 、 NH3-N 、 DO 與水溫等多因素引起的 [2] 。應(yīng)用多因子參數(shù)，建立的水質(zhì)黑臭指數(shù)關(guān)系式，能判別城市河流中黃 ( 灰 ) 綠無臭、藏褐微臭、黑臭、深黑惡臭 4 個類型級別。應(yīng)用建立的黑臭指數(shù)關(guān)系式，對上海地區(qū)河流進行了實測檢驗，正確率達 97% 。
3.2 影響生物修復(fù)的因素
（ 1 ）污染物的可利用性 污染環(huán)境中的污染物的種類、濃度、存在形式等都是影響微生物降解性能的重要因素。不同的污染物對微生物來說具有不同的可利用性，例如自然界中存在的絕大多數(shù)有機污染物都可以被微生物利用并降解，而大部分人工合成的大分子有機污染物不能夠被微生物利用并降解。重金屬在污染環(huán)境中往往以不同的形式存在，其不同的化學(xué)形態(tài)對微生物的轉(zhuǎn)化和固定都會產(chǎn)生很大的影響 [9] 。
（ 2 ）環(huán)境因素 影響微生物降解性能的環(huán)境因素主要有營養(yǎng)物質(zhì)和電子受體。在土壤和水體修復(fù)中，氮、磷是限制微生物活性的重要因素。因此，為了達到有機污染物的完全降解，適當(dāng)添加營養(yǎng)鹽，增加污染環(huán)境中微生物所需要的微量無素、維生素和有機酸等成分，可促使土著微生物迅速增長，同時還具有緩沖 pH 值的作用，可使污染環(huán)境修復(fù)過程縮短。
污染物氧化分解的最終電子受體的種類和濃度是影響污染物降解的另一個重要因素。這些電子受體包括溶解氧、有機物分解的中間產(chǎn)物和無機酸根，如硝酸根、硫酸根和碳酸根等。應(yīng)用硝酸鹽作為電子受體時，由于硝酸鹽本身就是一種污染物質(zhì)，因此，需要格外注意限制硝酸鹽的濃度 [9] 。
3.3 預(yù)防水體黑臭的水質(zhì)指標
南開大學(xué)的胡國臣和王忠等選擇了與水體黑臭生化過程有關(guān)的一些參數(shù)，進行了現(xiàn)場和模擬試驗測定研究，結(jié)果證明 DO 、 BOD5 、硫酸還原菌數(shù)等，與水體黑臭具有較好的相關(guān)性 [11] 。水體黑臭與不黑臭的臨界指標為： CH=21.5 ， DO=1.8mg ／ L ， N=2000 個／ ml ， BOD5=14mg ／ L 。
4 發(fā)展趨勢和研究前景
4.1 曝氣／微生物／人工濕地組合工藝處理黑臭河水
原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)作為一種高效、經(jīng)濟、實用的治理方法近年來被廣泛應(yīng)用于受污染河流的治理。受污染河流的原位生態(tài)修復(fù)技術(shù)包括曝氣充氧、微生物修復(fù)、原生動物修復(fù)、植物修復(fù)及人工濕地修復(fù)。單一修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用研究已經(jīng)較為廣泛和深入，但將這些修復(fù)技術(shù)綜合起來用于受污染河流治理的研究尚不多見。
李捍東、朱健等結(jié)合河北省東部某黑臭河流治理工程開展了原位生態(tài)修復(fù)中試研究，通過 2 個月的運行 (2008 年 7 月 10 日 —9 月 10 日 ) ，取得了組合工治理黑臭河流的翔實數(shù)據(jù) [12] 。組合工藝對 COD 的去除效果穩(wěn)定而良好，在穩(wěn)定運行階段進水 COD 變化很大 (396 ～ 610mg ／ L) ，但最終出水的 COD<40mg ／ L ，對 COD 的去除率約為 90 ％，曝氣／微生物／人工濕地中試系統(tǒng)的出水 NH3 一 N<2mg ／ L ， TP<0.4mg ／ L ，滿足《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》中 V 類水質(zhì)的要求。
4.2 組合生物技術(shù)對黑臭水體凈化修復(fù)
目前，黑臭水體主要有物理修復(fù)技術(shù) ( 如載污、疏浚、曝氣充氧等 ) 、生物修復(fù)和生態(tài)恢復(fù)。物理修復(fù)技術(shù)可以為生物修復(fù)或生態(tài)恢復(fù)創(chuàng)造先決條件，而生物修復(fù)或生態(tài)重建時又往往以微生物及耐污型水生植物、底棲動物為先鋒生物先行應(yīng)用。
金承祥、孫建軍等在 2005 年通過將曝氣充氧、功能性微生物菌劑和耐污型先鋒水生植物及生物促生劑進行組合，應(yīng)用于上海市中心城區(qū)典型黑臭水體凈化與生態(tài)恢復(fù)小試實驗 [13] 。
研究結(jié)果表明，組合技術(shù)對黑臭水體污染凈化和生態(tài)修復(fù)的效果明顯優(yōu)于單一技術(shù)，最佳的組合方案為 “ 曝氣充氧 + 投加功能性微生物菌劑 + 投加生物促生液 + 放養(yǎng)水生值物 ” ， 10d 后水體的主要污染物含量大大降低， COD 、 BOD 、 NH3-N 和 TP 的凈化率分別可達 77% 、 91% 、 93% 和 76% 。同時，浮游藻類生物量降低而多樣性指數(shù)顯著升高，微生物生態(tài)向清潔水體型演替。在組合技術(shù)應(yīng)用過程中，各種單項技術(shù)在發(fā)揮了各自功效的同時獲得了協(xié)調(diào)、共生。曝氣充氧可以快速地提高水體的溶解氧，水體中污染物的凈化過程由厭氧發(fā)酵轉(zhuǎn)化為好氧礦化，導(dǎo)致黑臭的二次污染物濃度隨之降低，投加功能性微生物菌劑則使這一凈化作用得到進一步強化。以上研究結(jié)果對工程化應(yīng)用具有一定的實際指導(dǎo)意義。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
4.3 生物凈化槽在黑臭河流中的應(yīng)用
高尚等人將人工濕地技術(shù)與生物接觸氧化法相組合的生物凈化槽應(yīng)用于上海市中心城區(qū)黑臭河水凈化 [14] 。試驗結(jié)果表明，生物凈化槽對系統(tǒng)中 BOD5 、 COD 、 NH3-N 和 TP 的平均去除率分別為 37.0 ％， 34.8 ％， 34.7 ％， 26.7 ％，去除率高于單一的填料凈化槽。
5 結(jié)論
目前我國大部分城市地表水由于污染日趨嚴重已經(jīng)演變成黑臭水體。主要治理河流黑臭的技術(shù)和方法包括物理法、化學(xué)法和生物法，其中由于生物修復(fù)具有環(huán)境友好、生態(tài)節(jié)能等優(yōu)點，在黑臭河流的治理中得到了廣泛的應(yīng)用。另外，在原有物理、化學(xué)和生物技術(shù)的基礎(chǔ)發(fā)展、組合和延伸一系列新技術(shù)也有著廣闊的發(fā)展前景。國內(nèi)外對黑臭河流的治理研究已有了一定的成效，并且建立了相關(guān)的水質(zhì)指數(shù)關(guān)系式以及預(yù)測模型。今后，黑臭河流的治理以及組合技術(shù)的推廣將擁有更加廣闊的前景
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