前言

隨著城市人口增加以及經(jīng)濟快速發(fā)展,與其伴生而來的生產(chǎn)、生活污水流入內(nèi)河。由于內(nèi)河納污容量有限,在長期接納大量污染物后,水體自凈能力不足,逐漸變黑發(fā)臭成為黑臭水體。20世紀中期,英國的泰晤士河是世界上最早發(fā)生黑臭問題的河流之一;70年代,德國的萊茵河由于流經(jīng)重工業(yè)區(qū),工業(yè)污水排入萊茵河,其污染也達到了頂峰;同時期美國的芝加哥河、特拉華河等,也因為遭到嚴重污染導致水體常年黑臭。

在我國城市化和工業(yè)化進程加快的過程中,由于水污染控制與治理措施滯后,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(yè)、農(nóng)業(yè)及生活廢水的主要排放通道和場所,導致城市水體大面積受污染,引起水體富營養(yǎng)化,形成黑臭水體。我國河流黑臭現(xiàn)象最早出現(xiàn)在上海蘇州河,隨后南京的秦淮河、蘇州的外城河、武漢的黃孝河和寧波的內(nèi)河等,均出現(xiàn)不同程度的黑臭現(xiàn)象。近幾十年來,黑臭水體的范圍和程度不斷加劇,在全國大部分城市河段中,流經(jīng)繁華區(qū)域的水體絕大部分受到不同程度的污染。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。全國水環(huán)境的形勢非常嚴峻:第一,整個地表水受到嚴重污染的劣Ⅴ類水體所占比例較高,全國約10%,有些流域甚至大大超過這個數(shù)。第二,流經(jīng)城鎮(zhèn)的一些河段,城鄉(xiāng)接合部污染普遍比較重,公眾關注度高,不滿意度高。第三,涉及飲水安全的水環(huán)境突發(fā)事件的數(shù)量依然不少。

環(huán)境工程專家、中國工程院院士侯立安認為,中國黑臭水體主要成因在于岸上的點源及面源污染,即黑臭的現(xiàn)象在水里、根源在岸上。

黑臭水體污染物主要來自外源污染及內(nèi)源污染兩大方面,外源污染包括工業(yè)、生活污水不經(jīng)處理直接排放、不達標排放、偷排亂排等造成的點源污染,以及大氣沉降、城市初期雨水徑流對水體產(chǎn)生的面源污染等。河流、湖泊的沉積淤泥所散發(fā)的污染物,岸邊丟入的垃圾,青島海洋及太湖所暴發(fā)的藻類等都屬于內(nèi)源污染。黑臭水體的形成機理中,直接原因是有機物污染。水體發(fā)黑是由于鐵、錳等金屬元素與水體中的硫離子形成硫化物并吸附于懸浮顆粒上所造成的;水體發(fā)臭是由于有機物腐敗分解,外加溶解氧不足,產(chǎn)生無機的氨、硫化氫,有機的甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚等惡臭物質(zhì),黑與臭同步發(fā)生。歸根結(jié)底,水體黑臭的根本原因是污染物含量超過了水體的自凈能力。

中國的水環(huán)境生態(tài)治理問題具有特殊性:極大的人口和產(chǎn)能規(guī)模帶來了巨大的污染負荷,同時不平衡的發(fā)展狀況和資源分布也讓中國不同區(qū)域的水環(huán)境問題各有差異,在此前提下水環(huán)境治理技術往往都存在局限,因此針對性的研究與技術集成應用成了水環(huán)境治理成功的關鍵。

黑臭水體生態(tài)治理的理念是大勢所趨,但由于我國大部分河道治理公司初涉其中,經(jīng)驗不足,容易出現(xiàn)很多誤區(qū)。比如以下方面。①污染源治理與生態(tài)治理不同步:大部分河道水質(zhì)惡化的主要原因是沿線點源和面源的排入。河道生態(tài)治理設計時,有些設計往往只關注生態(tài)措施的應用,而對引起水質(zhì)惡化的源頭未采取措施,污染源治理與生態(tài)治理不同步,治標而不治本,無法體現(xiàn)河道生態(tài)治理的精神和目標。其次,過度強調(diào)陸域景觀設計,有些設計過度強調(diào)陸域景觀設計,將生態(tài)治理的資金大部分用于陸域景觀的建設,將陸域綠化帶設計的主題鮮明,美輪美奐,而忽視水下生態(tài)的構(gòu)建,本末倒置,偏離了河道生態(tài)治理的總目標,把治河做成了搞綠化。陸域景觀園林化和景觀化并不意味著生態(tài)化,思想要從“注重景觀”轉(zhuǎn)變到“生態(tài)與景觀并重”,加強陸域及水域生態(tài)理念的體現(xiàn),特別是要發(fā)揮陸域綠化的生態(tài)攔截緩沖功能。②河道本底調(diào)查不全面,忽視其他生境的構(gòu)建:目前從事河道生態(tài)治理的設計單位大部分是水利行業(yè)的,許多單位尚未配套生態(tài)、環(huán)境專業(yè)方向,或者有從事生態(tài)、環(huán)境設計的人員,對河道生態(tài)治理內(nèi)涵理解不夠深刻,部分設計人員認為河道設置了生態(tài)型護岸就是進行了生態(tài)治理,配上植物治理后就是生態(tài)河道了,其他的均按照規(guī)劃斷面進行設計,忽視其他生境的構(gòu)建。我們知道河道生境包含平面形態(tài)、斷面形式、護岸材料、河底生境等,這些組合在一起才能形成連續(xù)而多樣的生境基底,為水生動植物提供適宜的棲息環(huán)境。生態(tài)護岸只是河道生境構(gòu)建的一部分,重視它的建設而忽視其他與之密切相關的生境的構(gòu)建,達不到生境多樣性的目標,水生動植物生存仍會受到較大限制,制約了生態(tài)系統(tǒng)完整性的構(gòu)建。③生態(tài)護岸與周邊功能定位不符:生態(tài)河道建設中,采用了許多新型建筑材料來替代傳統(tǒng)的水泥和混凝土構(gòu)建護岸或擋墻,在提高河道美觀效果的同時,也增加了水陸系統(tǒng)的交互性,體現(xiàn)了新材料的生態(tài)親和性。親水性材料多種多樣,主要有天然材料(木樁、柳枝、土坡等)、生態(tài)織物(生態(tài)袋、椰殼纖維毯等)、格賓網(wǎng)、土工合成材料(土工格柵、土工網(wǎng)等)、多孔性生態(tài)砌塊等,這些材料外形及特征均不相同。有些設計在河道穿越農(nóng)村段采用較為剛性的護岸材料,使河道看起來較為生硬,與周邊地塊景觀不相容;而在城鎮(zhèn)區(qū)域的護岸中使用柳枝等材料,雖然生態(tài)性較好,但是城鎮(zhèn)人口密集,安全性相對較差。④不根據(jù)水質(zhì)隨意配置水生植物:有些工程設計人員對于同一個地區(qū)內(nèi)的河道,不管生態(tài)系統(tǒng)受損的主要原因,不考慮其水質(zhì)、水生態(tài)現(xiàn)狀的差異和對現(xiàn)有植物的保留及保護,配置的水生植物基本是一致的,無針對性的配置水生植物,無法體現(xiàn)河道生態(tài)治理的特點,不利于植物群落的恢復和生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建。

十八屆三中全會以來,我國政府多次將生態(tài)文明提到更加重要的位置,政府對整個環(huán)境治理方面的重視程度不斷增加。在水環(huán)境治理方面,城市黑臭水體治理則是政府最為關注的領域。可以預見,未來幾年,城市黑臭水體治理的趨勢將會是水環(huán)境治理的重中之重。黑臭水體治理緊迫,必將帶來巨大的市場空間。從黑臭水體治理的投資需求來看,我國要想在2030年消除全部城市建成區(qū)的黑臭水體,對應的投資需求或?qū)⒊^7000億元,其中一半以上與污水處理廠提標改造相關。

本書針對我國目前黑臭水體污染嚴重的現(xiàn)實,研制出太陽能曝氣裝置,并分別研究了曝氣、反應墻工藝、底泥穩(wěn)定技術對黑臭水體的治理效果,以及三種技術的組合對黑臭水體的治理效果。

本書是在河南省自然科學基金、國家自然科學基金等課題研究成果的基礎上,進行提煉、總結(jié)與集成,最后撰寫而成。

限于筆者水平,書中難免存在不足之處,敬請讀者批評指正。

朱慧杰　　　

2020年10月28日于洛陽