[摘要] 我国许多城市河流水质污染和生态退化问题十分突出，本文对国内外城市黑臭河道治理技术进行了评价，为我国的城市黑臭河道治理与修复进程提供了一定的参考依据。
城市河流环境恶化对城市居民的健康和城市生 态安全构成了严重的威胁，河流水质净化与生态修复日益成为人们关注的焦点和热点。 目前国内外采用的黑臭河道治理技术主要可分为物理、化学和生物- 生态法三类方法。
1.物理方法
黑臭河道治理的物理方法包括人工曝气、底泥疏浚和调水等。水体供氧和耗氧失衡是引起水体发生黑臭的主要原因之一。曝气复氧被认为是治理河道污染的一种有效措施，可以提高水体中的溶解氧含量，强化水体的自净功能，促进水体生态系统的恢复，目前已在工程实践中得以应用。根据治理黑臭河道条件(包括水深、流速、河道断面形状、周边环境条件等)和污染源特征(如长期污染负荷、冲击污染负荷等) 的不同，河道曝气复氧的主要方式有
鼓风- 扩散曝气增氧、水面转刷曝气增氧、射流曝气增氧和船载移动曝气增氧等。英国的Thames 河、德国的Ruhr 河和澳大利亚的Swan 河等治理中都先后利用曝气复氧作为快速改善城市河流生境、启动河流污染物净化的必要手段。1988 年，德国利用纯氧曝气船对Saar 进行人工曝气，以提高水中的溶解氧含量，有效地去除了河道内水体的臭味。1989 年，美国在Homewood 运河河口处安装了曝气设备进行曝气治理。结果证明，即使很小的曝气装置也能够使底层水温和溶解氧得到增加，并能够增加河道生物量;美国1987 年和1988 年在密西西比河明尼苏达码头附近的河道安装了曝气设备，有效地控制了臭味的产生和藻类的过量繁殖。
底泥是河道中污染物的“汇”与“源”，所以底泥疏浚是被广泛应用的一种黑臭河道治理技术，常用的底泥疏浚主要有干床清挖、船载抓斗清挖和水力冲挖等方式，目的在于较大程度地控制内源污染、增加河道槽蓄量、提高水体泄洪和自净功能。研究结果表明：底泥疏浚可以使水体的有机质、磷、总悬浮物、叶绿素a 以及水体透明度有明显下降，是缓解水体黑臭和富营养化的有效手段。但是，目前在底泥疏浚治理黑臭河道的效果问题上国内外争议颇大，尤其是疏浚能否对河道污染物具有长效的控制以及是否对底栖生境产生负面影响。另外，大量疏浚底泥需要妥善处置，避免造成二次污染。
调水的目的是通过水利设施(如闸门、泵站)的调控引入污染河道上游或附近的清洁水源以改善河流的水动力学条件，增强水中污染物的扩散、净化和输出，能够快速缓解水体黑臭，但不能实现黑臭河道水质的长期稳定改善。黎坤等对珠海市前山河水力排污冲淤联合调度的效果进行分析，结果表明由于大量干净水源的稀释和交换，前山河总体水质明显改善，达到预期效果;其他类似的调水案例还有很多，如上海苏州河的综合调水工程、福州内河的引水冲污工程等。
2. 化学方法
黑臭河道治理的化学方法主要包括强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等。所使用的化学药剂主要有铁盐和铝盐等混凝剂、双氧水等氧化剂和生石灰等沉淀剂，目的在于去除水中目标污染物(悬浮物、溶解态磷和氮等)，提高水体透明度。但是，以上所采用的化学药剂是否会改变生境，并造成对生物生长的影响等都需进一步研究。
强化絮凝技术是在一级处理工艺基础上，通过投加化学絮凝剂，强化去除水中各种胶体物质及细小的悬浮物质，可以在短时间内以较少的投资和较低运行费用而大幅度消减污染负荷，使污染河道得到有效治理。2003 年在上海苏州河，以改性硅藻土为混凝剂进行三条污染特征不同的污染河水强化混凝实验，发现污染河水水质对混凝效果有显著影响。当河水CODcr<80 mg/L时，处理出水可达到《地表水环境质量标准GB3838- 2002》V 类水质指标;但当CODcr>100 mg/L 时，仅靠强化混凝工艺不能达到上海市中小河道水质CODcr<50 mg/L 的标准。
总之，应用于黑臭河道治理的物理方法和化学方法一般不受气候条件影响，处理效果较明显和稳定，但往往治标不治本且治理费用高昂，同时易对环境产生二次污染，因此难以长期持续应用。
3. 生物—生态方法
黑臭河道水生态恢复是重现河道“水清草茂”自然本色的必经之路，也是长效和稳定改善水环境质量的重要手段。黑臭河道治理的生物- 生态方法可以从根本上恢复河流系统的生态功能，是国内外近年来发展很快的一种技术。主要包括微生物强化技术、生物膜技术、植物净化技术和生物- 生态净化技术。它利用培育的植物或培养、接种的微生物的代谢活动，对水体中的污染物进行转移、转化和降解，改善河流水质，同时构建具有完整营养级结构的水生态系统，从根本上恢复河流系统的健康。生物- 生态法应用于黑臭河道的治理，具有稳定有效、安全持久、工程造价较低、运行成本低廉、可与绿化环境及景观改善相结合等特点，但其处理效果易受水文和气候等外部条件的影响，同时系统地有效后续管理维护是生物- 生态法应用过程中急需解决的重要问题。对于污染河道的治理，发达国家都会以“高强度治污- 自然生态修复”的方法为主，例如日本的坂川古崎净化场已经运行了17 年，运行状态良好。作为上海世博会唯一一个露天的城市最佳实践区展馆，成都活水公园案例因为其去除效率高、运行稳定、低能耗和良好的景观效应为生物- 生态技术在我国的进一步发展提供了可靠的依据。
城市黑臭河道治理是一项十分复杂的系统工程，任何单一技术都不是治理黑臭河道的一劳永逸的药方，在黑臭河道治理的具体实践中，要根据具体情况，特别是水体污染状况及污染物的种类，将物理、化学和生物- 生态方法有效结合起来，使黑臭河道治理的有效性、长效性、经济性和生态相容性统一起来，开发出适合我国国情的高效低耗黑臭河道治理共性技术。在确定技术方案时，三类技术可供同时考虑、分步实施。例如可将近期的物理方法与远期的生物- 生态方法相结合，随着河道两岸污水截流工程的逐步完善以及体系生态系统的恢复与建立，生物- 生态技术将占主导地位，长期有效地改善河道水质，达到河流污染控制的长期保持。
3.1 微生物强化技术
黑臭河道净化主要依靠微生物对污染物的降解作用来实现。当河流污染严重而又缺乏有效的微生物作用时，需要人为创造条件来强化微生物对污染物的降解作用。目前采用途径主要有两类：一是直接向黑臭河道投加微生物菌剂或酶制剂;二是直接向黑臭河道投加微生物促生剂，促进“土著”微生物的生长。目前应用于黑臭河道治理的微生物菌剂主要包括美国的Clear- Flo系列菌剂、LLMO(Liquid livemicroorganisms)生物活性液、日本的有效微生物菌群(Effective microorganism，EM)、光合细菌(Photo-synthesis bacteria，PSB)、硝化细菌等。赵志萍等将EM富集液和复合菌投加到黑臭河水中进行降解试验，取得了一定的治理效果。吴光前等将湖北科亮生物工程有限公司研制的“科利尔”活菌净水剂固定在具有特殊结构的生物带上，配合水体曝气复氧技术进行黑臭水体治理研究，底泥厚度可降低80%以上，底泥COD 去除率达到93%、上清液COD 去除率达到70%、上清液NH3- N 去除率达到95%。上海市水务部门采用水底曝氧和投放微生物相结合的办法治理西双泾河道，实现全面消除黑臭。汪红军等用生物复合酶污水净化剂对黑臭水体进行修复实验，其对水体致黑臭污染物等有较高的去除率，并能提高水体的复氧功能，消除水体黑臭。微生物促生剂的投加是通过对治理河道中土著微生物的促生作用，为之创造一个能顺利完成自然降解功能的环境，强化污染环境的自净能力，加速对有机污染物的分解。投加微生物促生剂法主要是指
营养物激活剂刺激水体中的微生物，加速河道修复，华东师范大学环境科学系与上海徐汇区环保局应用美国Probidic Solution 公司的生物促生剂在徐汇区上澳塘的一段河道内进行试验，结果表明：投放微生物促生剂对消除水体黑臭、增加水体溶解氧作用显著且迅速，水体的BOD5、CODcr迅速下降，主要微生物类群由厌氧型向好氧型演替，水体的生物多样性
不断增加;投加表面活性剂，增强憎水性化合物的亲水性和生物可利用性，从而有助于提高环境中微生物的数量和有机污染物的降解速率，强化污染水体的生物修复，Levy 和Rehcard就是利用一种有机和无机污染物控制的还原剂，从而提高水体中微生物的活性和数量，来增加水中含油物质的处理能力;投加电子受体或共代谢基质的强化水体修复技术，在人工曝气难以实现对污染物的分解氧化时，向厌氧水体中投加电子受体暂时改变水环境的厌氧状态，使好氧微生物可以对水体中的污染物进行氧化分解。随着现代生物技术的进步，将会有越来越多的更为高效经济的生物促生剂被开发并应用于河流污染治理中。
3.2 生物膜技术
生物膜技术是一种“附着生长型”污水处理方法，它是指使微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物能有效截留、吸附、降解污染物，从而使污水得到净化。生物膜法治理黑臭河道的实质是对天然河流中所发生的生物过程的一种强化。近年来，利用生物膜技术治理污染河道得到了重视，主要有砾石接触氧化法、排水沟(渠)的接触氧化法等。日本在江户川的河滩地下建设古崎净化场，利用卵石接触氧化法对支流坂川污染水质进行净化。主体结构是高4.5 m、长28 m 的地下矩形廊道，内部放置直径为15~40 cm的卵石，水流在卵石间流动时与卵石上附着的生物膜相接触，通过接触沉淀、吸附、氧化分解等作用可快速去除水中的污染物，其中BOD5的去除率达到75%，水质有明显的改善。胡一珍等采用蜂窝陶瓷载体生物膜反应器对受污染的城市河道水进行生物修复，实现氨氮和COD 较好的去除。曹蓉等利用一种软性填料处理受污染河道河水，并成功挂膜，取得了一定的处理效国内外的具体工程实例来看，生物膜技术在中小河流的净化方面具有净化效果好、便于管理等优点。
3.3 植物净化技术
水生植物是河流水体自净系统的重要组成部分，其主要作用表现在以下几个方面：① 光合作用为植物净化作用提供能量来源;② 植物庞大的根系为微生物和其他生物提供了栖息场所;③ 植物能直接吸收吸附水体可利用的营养物质，富集重金属及一些毒害物质;④ 根际效应，包括泌氧功能、根际分泌物的化感作用等。然而，水生植物有着其自身的耐污极限，水质过度恶化超过极限则水生植物不能生存。因此，在黑臭河道治理中，选择的植物往往需
要一定的预培养试验，且选择的先锋植物具有繁殖能量强、抗逆能力强、根系发达、易栽培管理、可资源化利用和具有观赏性等特点。一般大型水生植物分为挺水植物、沉水植物、漂浮植物和浮叶植物，与此对应的植物净化技术有人工湿地、水生植物氧化塘、生态浮床或人工浮岛等。
人工湿地通常指人为地将石、沙、土壤、煤渣等材料按一定比例组成基质，并栽种经过选择的水生、湿生植物，组成类似于自然湿地状态的工程化的湿地状系统。人工湿地对污水的净化是物理、化学及生物共同作用的结果，其中水生植物在人工湿地污水生态处理系统中发挥着十分重要的作用。水生植物能否发挥其最大的净化及应用潜力，关键在于植物种类的选择和植物物种间的搭配，特别是通过试验选择耐污性强、净化效果好、适宜其生存环境的
植物种类是一项优先考虑的工作。目前人工湿地已被广泛应用于黑臭河道治理的工程实践中。日本渡良濑蓄水池修建的人工芦苇湿地不仅使蓄水池水质得到明显改善，而且水体生物多样性也有所恢复。加拿大潜流芦苇床湿地系统在植物生长旺季中的总氮平均去除率为60%，总凯氏氮为53%，总磷为73%，磷酸盐平均去除率为94%。余志敏等采用两种复合人工湿地系统处理昆明市城市污染河流，为期1 年的运行结果表明，两种复合人工湿地系统对城市河流污水均具有良好的污染物去除性能，其中垂直上行流复合人工湿地系统性能更优于垂直上行流与水平流复合人工湿地系统。HE Sheng- Bing等在对上海交大闵行校区富营养化河水进行治理时，采用了沸石、砾石以及粉煤灰为基质的人工湿地技术，结果表明，人工湿地技术不仅可以成功去除有机物、氮、磷，同时还可以降低河水中的氨臭味。
水生植物氧化塘技术是利用重力沉淀、微生物分解和水生动植物的吸收作用对污染河水进行净化的。用于黑臭河道治理的氧化塘可以利用河道附近的洼地、鱼塘经适当改建而成;对于中小河流还可以直接在河道上筑坝拦水，成为河道滞留塘(或称前置库)。郝达平等在新沂河北偏泓采用完全储存塘和连续出水塘两种模式对污染河道开展净化试验研究，结果表明完全储存状态下的去污率优于连续出水状态下的去污率。水生植物氧化塘技术往往作为预处理方法，结合底泥生物氧化、水体增氧、水体生态恢复等技术手段，或构建串联结构的多级氧化塘，对黑臭河道进行治理，能有效地消除水体黑臭、提高河涌水体自净能力。
生态浮床又称人工浮岛，是以水生植物群落为主体，应用物种间共生关系，充分利用水体空间生态位和营养生态位的原则，建立高效的人工生态系统，以削减水体中的污染负荷。常用的生态浮床生物载体结构，大多是以木料、毛竹、泡沫板等为材料组成的框架。生态浮床对水生生态系统的改善途径主要有：① 遮蔽作用：生态浮床能够有效遮蔽阳光，改变水体的光照强度，控制浮游藻类的光合作用;②物化感作用：通过植物化感作用原理影响其他生物，许多植物如狐尾藻、凤眼莲、水蕹菜、金鱼藻、石菖蒲、芦苇等能够分泌克藻化学物质等，抑制浮游藻类的生长繁殖;③ 栖息地作用：生态浮床可为高等水生动植物及鸟类提供良好的栖息地，有利于增加水体生物多样性。生态浮床整体美观，可以集生物修复和景观于一体，水面载体的应用方便了水生植物的收集，即用船只将框架单元和放养的水生植物拖至岸边，人工打捞收集。目前，在国内已有多处利用生态浮床技术的示范性工程。井艳文等利用美人蕉和旱伞草浮床对罗道庄桥- 永定河引水渠段进行净化试验表明，试验区封闭水体TN、TP 含量呈逐渐下降趋势，浮床植物具有较好的氮磷去除效果，两个月从水体中去除的氮、磷总量分别为86.0 kg 和10.8 kg。杨婷婷等采用原位围隔高羊茅草坪浮床来净化重污染
河道水体，研究表明该浮床具有极强的氮、磷、COD去除能力，并能有效提高水体透明度。操家顺等采用浮床无土栽培种植水蕹菜以控制重污染河道水体水质，研究表明，水蕹菜是对重污染河道净化处理的优良生物材料之一。周晓红等分别以美人蕉、绿萝、马丽安等3 种景观植物为试材制成生态浮床处理城市污染水体，结果表明3 种植物对污染水体均有很好的净化效果和一定的景观价值，可作为城市河道污染水体治理的优良物种而推广使用。还有Miao Li 等选用空心菜作为生态浮床植物，对于富营养化水体进行了脱氮治理，同样也取得了一定的效果。
3.4 生物- 生态净化技术
近年来随着人们对黑臭河道治理的不断深入研究和实践，根据治理与修复要求对各种单项技术进行优化筛选并开展了系统集成，已成为国内外水体治理的主流思想，生物- 生态净化技术在诸多的工程实践中得到了成功应用，而且往往辅以适当的人工曝气。金承翔等组合曝气充氧技术、微生物技术、植物净化技术以及生物促生技术进行了黑臭河道的治理，取得了良好效果，并实现了黑臭水体生态系统的快速恢复。刘福兴等采用生态浮床为核心，辅以微曝气复氧、纳污减污栅和人工介质等多项技术，对上海市汇丰河黑臭水体进行治理，水体透明度由原来的平均小于20 cm 增加到平均50 cm 以上，主要水质指标NH3- N、TP、COD 的最大去除率分别平均达到了69.9%、80.7%和63.5%，河道生物多样性显著提高。李捍东等开展了曝气/ 微生物/ 人工湿地组合工艺处理黑臭河水的中试研究，经过两个月的运行，COD、NH3- N、TP 分别从519、11.5、6.5 mg/L 下降到33、1.5、0.25 mg/L，出水水质达到了《地表水环境质量标准》中的Ⅴ类水质标准。单纯的生态浮床系统一般的处理效果特别是脱氮效果相对较低，LianpengSun等运用生态浮床辅之以人工增氧曝气和投加反硝化菌取得了良好的净化效果。生物净化槽是集成生物接触氧化技术与人工湿地技术于一体的新型污水净化技术，是人工净化与天然生态净化相结合的工艺。高尚、黄民生、吴林林等采用海寿构建的生物净化槽进行处理黑臭河水的实验研究，取得了较好的净化效果，BOD5、CODCr、
NH3- N 和TP 的平均去除率分别为37.0%，34.8%，34.7%和26.7%。由于城市黑臭水体属于重污染型水体，其生物修复中选取的水生植物种类特性是决定其污染治理效果的关键，加强高效水生植物物种的筛选是该领域中的一项重要任务。
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