前言

随着城市人口增加以及经济快速发展,与其伴生而来的生产、生活污水流入内河。由于内河纳污容量有限,在长期接纳大量污染物后,水体自净能力不足,逐渐变黑发臭成为黑臭水体。20世纪中期,英国的泰晤士河是世界上最早发生黑臭问题的河流之一;70年代,德国的莱茵河由于流经重工业区,工业污水排入莱茵河,其污染也达到了顶峰;同时期美国的芝加哥河、特拉华河等,也因为遭到严重污染导致水体常年黑臭。

在我国城市化和工业化进程加快的过程中,由于水污染控制与治理措施滞后,或者能力有限与水平低下,一些城市水体尤其是中小城市水体,直接成为工业、农业及生活废水的主要排放通道和场所,导致城市水体大面积受污染,引起水体富营养化,形成黑臭水体。我国河流黑臭现象最早出现在上海苏州河,随后南京的秦淮河、苏州的外城河、武汉的黄孝河和宁波的内河等,均出现不同程度的黑臭现象。近几十年来,黑臭水体的范围和程度不断加剧,在全国大部分城市河段中,流经繁华区域的水体绝大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二级与三级支流的黑臭问题更加突出,且劣化程度逐年提高。全国水环境的形势非常严峻:第一,整个地表水受到严重污染的劣Ⅴ类水体所占比例较高,全国约10%,有些流域甚至大大超过这个数。第二,流经城镇的一些河段,城乡接合部污染普遍比较重,公众关注度高,不满意度高。第三,涉及饮水安全的水环境突发事件的数量依然不少。

环境工程专家、中国工程院院士侯立安认为,中国黑臭水体主要成因在于岸上的点源及面源污染,即黑臭的现象在水里、根源在岸上。

黑臭水体污染物主要来自外源污染及内源污染两大方面,外源污染包括工业、生活污水不经处理直接排放、不达标排放、偷排乱排等造成的点源污染,以及大气沉降、城市初期雨水径流对水体产生的面源污染等。河流、湖泊的沉积淤泥所散发的污染物,岸边丢入的垃圾,青岛海洋及太湖所暴发的藻类等都属于内源污染。黑臭水体的形成机理中,直接原因是有机物污染。水体发黑是由于铁、锰等金属元素与水体中的硫离子形成硫化物并吸附于悬浮颗粒上所造成的;水体发臭是由于有机物腐败分解,外加溶解氧不足,产生无机的氨、硫化氢,有机的甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚等恶臭物质,黑与臭同步发生。归根结底,水体黑臭的根本原因是污染物含量超过了水体的自净能力。

中国的水环境生态治理问题具有特殊性:极大的人口和产能规模带来了巨大的污染负荷,同时不平衡的发展状况和资源分布也让中国不同区域的水环境问题各有差异,在此前提下水环境治理技术往往都存在局限,因此针对性的研究与技术集成应用成了水环境治理成功的关键。

黑臭水体生态治理的理念是大势所趋,但由于我国大部分河道治理公司初涉其中,经验不足,容易出现很多误区。比如以下方面。①污染源治理与生态治理不同步:大部分河道水质恶化的主要原因是沿线点源和面源的排入。河道生态治理设计时,有些设计往往只关注生态措施的应用,而对引起水质恶化的源头未采取措施,污染源治理与生态治理不同步,治标而不治本,无法体现河道生态治理的精神和目标。其次,过度强调陆域景观设计,有些设计过度强调陆域景观设计,将生态治理的资金大部分用于陆域景观的建设,将陆域绿化带设计的主题鲜明,美轮美奂,而忽视水下生态的构建,本末倒置,偏离了河道生态治理的总目标,把治河做成了搞绿化。陆域景观园林化和景观化并不意味着生态化,思想要从“注重景观”转变到“生态与景观并重”,加强陆域及水域生态理念的体现,特别是要发挥陆域绿化的生态拦截缓冲功能。②河道本底调查不全面,忽视其他生境的构建:目前从事河道生态治理的设计单位大部分是水利行业的,许多单位尚未配套生态、环境专业方向,或者有从事生态、环境设计的人员,对河道生态治理内涵理解不够深刻,部分设计人员认为河道设置了生态型护岸就是进行了生态治理,配上植物治理后就是生态河道了,其他的均按照规划断面进行设计,忽视其他生境的构建。我们知道河道生境包含平面形态、断面形式、护岸材料、河底生境等,这些组合在一起才能形成连续而多样的生境基底,为水生动植物提供适宜的栖息环境。生态护岸只是河道生境构建的一部分,重视它的建设而忽视其他与之密切相关的生境的构建,达不到生境多样性的目标,水生动植物生存仍会受到较大限制,制约了生态系统完整性的构建。③生态护岸与周边功能定位不符:生态河道建设中,采用了许多新型建筑材料来替代传统的水泥和混凝土构建护岸或挡墙,在提高河道美观效果的同时,也增加了水陆系统的交互性,体现了新材料的生态亲和性。亲水性材料多种多样,主要有天然材料(木桩、柳枝、土坡等)、生态织物(生态袋、椰壳纤维毯等)、格宾网、土工合成材料(土工格栅、土工网等)、多孔性生态砌块等,这些材料外形及特征均不相同。有些设计在河道穿越农村段采用较为刚性的护岸材料,使河道看起来较为生硬,与周边地块景观不相容;而在城镇区域的护岸中使用柳枝等材料,虽然生态性较好,但是城镇人口密集,安全性相对较差。④不根据水质随意配置水生植物:有些工程设计人员对于同一个地区内的河道,不管生态系统受损的主要原因,不考虑其水质、水生态现状的差异和对现有植物的保留及保护,配置的水生植物基本是一致的,无针对性的配置水生植物,无法体现河道生态治理的特点,不利于植物群落的恢复和生态系统的构建。

十八届三中全会以来,我国政府多次将生态文明提到更加重要的位置,政府对整个环境治理方面的重视程度不断增加。在水环境治理方面,城市黑臭水体治理则是政府最为关注的领域。可以预见,未来几年,城市黑臭水体治理的趋势将会是水环境治理的重中之重。黑臭水体治理紧迫,必将带来巨大的市场空间。从黑臭水体治理的投资需求来看,我国要想在2030年消除全部城市建成区的黑臭水体,对应的投资需求或将超过7000亿元,其中一半以上与污水处理厂提标改造相关。

本书针对我国目前黑臭水体污染严重的现实,研制出太阳能曝气装置,并分别研究了曝气、反应墙工艺、底泥稳定技术对黑臭水体的治理效果,以及三种技术的组合对黑臭水体的治理效果。

本书是在河南省自然科学基金、国家自然科学基金等课题研究成果的基础上,进行提炼、总结与集成,最后撰写而成。

限于笔者水平,书中难免存在不足之处,敬请读者批评指正。

朱慧杰　　　

2020年10月28日于洛阳