基流匮乏型城市黑臭河流的治理模式及其主要技术方法——以贾鲁河为例

文／李爱民 梁英 倪天华 谢显传

摘要 基流匮乏的严重污染城市黑臭河流治理是世界性难题。以郑州市贾鲁河为实例，针对城市黑臭河流天然径流少、河道补给水多为生活及工业废水、河流生态功能基本丧失等污染特征，本文提出了基于废水资源化再生利用与水质目标管理结合的基流匮乏型城市黑臭河流的“三级循环、三级控制、三级标准”治理模式；针对水体黑臭问题成因，研发经济有效的污染控制与治理新技术，实现流域排污总量与环境容量的科学衔接，为解决同类型河流水资源短缺与水质目标的达成提供了切实可行的治理模式与途径，并对我国今届黑臭河流治理提供了建议。

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关键词 城市河流；黑臭水体：贾鲁河；治理模式；污染控制

工业企业、城市生活等点源导致河流水体普遍受到耗氧有机物和NH。-N的污染，河流黑臭成为中国河流水环境的首要问题。黑臭河流是河水中污染物厌氧分解释放的“表象”与“味道”，由于水体流动性差、水体缺氧乃至厌氧条件下污染物转化并产生NH3-N、H2S、挥发性有机酸等恶臭物质以及铁、锰硫化物等黑色物质，目前还没有明确的黑臭河流评价体系。根据国家重大水专项相关研究成果，建议其阈值为：DO（溶解氧）1毫克／升、臭阈值100、透明度25厘米、色度20，当其中任意一个指标值超过阈值时，则可判定其为黑臭水体。生态基流是维持河流生态系统运转的基本流量，因河道筑坝、渠道化、硬质化，极端降水事件增多，导致坝下长期无水、河道不能蓄水、河道长期干旱，这些河流为基流匮乏河流，它们主要承接污水处理厂废水、农田尾水与农村生活污水。由于其易污染、水体流动性弱、环境容量小、自净能力差等特点，很容易导致水体溶解氧的大量消耗，造成了水体缺氧而呈黑臭状态。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，已成为我国许多大、中城市共同存在的污染问题，严重影响居民生活、城市形象和生态环境。

2015年4月，国务院发布的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）对黑臭水体的治理提出明确要求：到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除。目前国内外黑臭河流的治理模式，多采用直接治理技术，主要针对河流本身的问题，采取物理法、化学法、生物一生态或新组合工艺等进行治理。国内外对黑臭河流的治理研究已有了一定的成效，并且建立了相关的水质指数关系式以及预测模型等基础理论研究。

根据国家重大水专项“十一五”淮河项目研究成果，本文以淮河流域的郑州重污染城市河流——贾鲁河为例，探讨基流匮乏型城市黑臭河流治理模式及其主要技术方法。

贾鲁河水体污染状况

淮河是国家“九五”开始重点治理的“三河三湖”之首，曾因水污染事故频发而引发国内外广泛关注。2014年国家环境质量状况公报数据表明，淮河干流水质全年都在Ⅳ类以上，但以黑臭河流为主的劣V类水体超过23%。以河南省为例，60条河流中，除5条断流外，其余55条有34条河流已经丧失了城市一般景观功能，已经成为或即将成为“黑臭”河流，位于淮河上游基流匮乏的二级支流贾鲁河为其中的典型代表。

贾鲁河全长246千米，流域面积5896平方千米，占淮河流域的1／49，而污染负荷却占1/9，是淮河流域面积最大、污染最重的河流之一，素有“欲治淮河，必先治贾鲁河”之说。受自然因素所限，贾鲁河天然径流缺乏，多年平均径流量4. 518亿立方米，多年平均流速14.6立方米／秒，年最大径流量15. 72亿立方米，年最小径流量1. 512亿立方米，河道补给水基本为郑州、开封及下辖区县排放的污水，占河流总水量的80%; 2007年污水处理率仅67.5%，废水回用率不足5%，自净能力差，大多数控制断面水质为劣V类，无法达到水功能区划和河流生态所要求的水质标准；2008年贾鲁河陈桥断面的COD为75.4毫克／升，NH3-N为30.0毫克／升，水生态系统完全崩溃，是名副其实的“黑臭河流”，成为制约淮河流域水质整体改善的重大瓶颈。

贾鲁河的“三级循环、三级控制、三级标准”治理模式

贾鲁河流域一方面集中反映了淮河污染的严重性；另一方面作为淮河上游最发达地区，经济发展与环境保护的矛盾日益突出。2005年以来，其水污染控制工作得到了国家、河南省及郑州市的高度重视，通过提高城市污水处理厂处理能力和出水水质要求，深化工业污染防治等措施，使贾鲁河流域水质得到一定程度的改善，但依然不能满足《河南省水环境功能区划》Ⅳ类水体要求。在现有废水处理工艺技术水平下，流域内城市污水和工业企业废水全部达标排放，也很难保障贾鲁河水质达标。

国家水专项“十一五”课题“贾鲁河流域废水处理与回用关键技术研究与示范”提出了基于废水资源化再生利用与水质目标管理结合的基流匮乏型重污染河流治理的“三级循环、三级控制、三级标准”模式（图1），该模式通过工业与工业园区废水处理与资源化、能源化利用，形成点源一区域一流域的“三级控制”；并以“行业间接排放标准、区域排污标准、流域排污标准”的“三级标准”为管控手段，使工业废水和城市污水逐级净化处理与资源化能源化利用；通过构建“工业园区（企业）内部废水循环利用一区域污水再生利用一流域水资源生态利用”的水资源“三级循环”再生利用技术体系，实现废水资源最大限度的再生利用，维持了河流的基本生态流量，保障河流水体达到水生态功能区划的水质目标，实现流域环境容量与排污总量的科学衔接。

基流匮乏型黑臭河流治理的主要技术方法

基流匮乏型重污染黑臭河流治理是世界性难题，技术减排仍是黑臭河流治理的重要手段。针对贾鲁河流域污染的特点，以“点一线一面一管”相结合的原则，建立了支撑“三级控制”的典型行业水污染控制、城市混合污水深度处理和尾水生态净化处理与修复等关键技术体系，覆盖了流域典型行业、城镇生活和区域尾水等主要污染源的控源减排。

典型行业水污染控制方面，研究并应用了基于两级分离内循环厌氧为核心的生物制药废水处理技术、生物制药废水双膜(UF+RO)深度处理分质回用技术、毒害污染物识别与处置技术、工业园区综合废水生物强化处理技术、工业园区污水厂生化尾水深度处理与回用技术、工业园区先进管理技术。采用基于两级分离内循环厌氧为核心的生物制药废水处理技术、生物制药废水双膜(UF+RO)深度处理分质回用技术，为高浓度生物发酵制药有机废水的能源化、资源化处理提供系统集成创新技术。针对一般性工业园区典型污控技术、工艺以及设施应用效果及运行管理现状，基于重点污染物总量减排、特征因子达标排放和生态健康风险控制要求，通过“物化一生化一物化”技术集成优化，构建“生化预处理、生物强化处理、尾水深度净化”技术体系，显著提高了污水厂主体处理系统的纳污能力、抗冲击能力和应急处理能力；通过增加特征污染物排放标准和引入生物毒性评价标准，形成了以“接管企业间接排放标准、园区污水厂综合排放标准、工业卫生再生利用标准”为核心的长效管理和评估体系。

城市混合污水深度处理方面，研究并应用了混合型城市污水高效脱氮除磷集成技术和城市污水达Ⅳ类水质深度处理集成技术。针对贾鲁河流域生化尾水COD、TN、TP难以稳定达到一级A标准，采用“水解酸化+氧化沟十新型混凝过滤”深度净化技术集成以实现强化脱氮除磷，增强对工业废水复杂污染物的适应能力和抗冲击能力，保障出水稳定达到一级A标准。针对贾鲁河流域高质量再生水的要求，采用以新型磁性微球树脂为核心的脱色技术及强化混凝过滤为核心的除浊技术；通过对城市污水生化尾水进行树脂吸附处理，实现对尾水的高效脱色；通过强化混凝，可实现浊度的有效去除，通过调节混凝条件，满足不同浊度要求。经新型磁性微球树脂及强化混凝过滤的集成深度处理与回用技术处理后，出水主要指标不仅达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级A标准、《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921-2002)要求，主要指标还满足地表水Ⅳ类水质标准要求，拓展了再生水的应用范围。

尾水生态净化处理与修复方面，突破了高效稳定人工湿地技术、表流型和潜流型人工湿地处理系统的耦联技术、近自然河道污染生态削减技术、近自然人工滩地一土壤侧渗联合净化技术。基流匮乏型黑臭河流主要来水为经过深度处理的城镇污水和工业废水、COD和NH3-N的浓度远高于地表水V类水质、难以通过一般的地表生态净化处理手段达到水功能区划要求等特点，需要构建重污染河道水体净化的强化与修复技术。高效稳定人工湿地技术将铁屑与湿地基质（粉煤灰、炉渣、碎石）等常用人工湿地基质混合，形成内电解微循环，促进城市与工业尾水中难降解污染物降解、转化，使得COD、NH3-N去除率比对照高出30%以上，TP去除率高出20%以上。表流型和潜流型人工湿地处理系统的耦联技术将潜流型、表流型的人工湿地系统进行串、并联，运用间歇式进水的方式将两种类型人工湿地系统进行优化组合，发挥了单项技术的优势，实现了互补，达到提高COD、TN和TP综合去除的效果，也有效地减少湿地的堵塞。

“三三三”流域治污模式应用实例及实践成效

经过5年多的实践，在“三级控制”方面，通过上述关键技术的研发与示范推广，建成了河南拓洋制药废水处理、五龙口混合型城市污水深度处理与回用、贾鲁河生态净化工程等5项示范工程。在“三级标准”应用方面，基于水质目标管理，建立了环境容量与总量控制相结合的小流域间接排放标准，并在贾鲁河、双洎河等子流域得到推广应用；制定了发酵、制药等流域重污染典型行业污水排放标准，并初步探索了基于河流生态健康保障的流域功能与生态健康标准。在“三级循环”应用方面，实现企业内部中水循环利用、区域尺度尾水综合利用，流域范围河道生态补给利用。

通过“三三三”模式的综合应用，在贾鲁河流域削减COD l.1万吨／年和NH3-N 1000余吨／年，相关技术在流域内近20家企业得到推广应用，直接经济效益2500余万元／年；建成贾鲁河生态净化工程18.5千米，处理水量20万立方米／天，削减COD 49%、NH3-N 76%和TP 36%，透明度增加85%，河流出现黄河鲤鱼等土著种，水生态质量显著好转。实现大王庄主控断面2014年COD 23. 37毫克／升和NH3-N 2.05毫克／升，基本达到了“水清岸绿、鸟鸣鱼戏、人水和谐”的景观。2015年6月5日（世界环境日），中央电视台财经频道“经济半小时”栏目对贾鲁河的水质改善作了专题报道。“三三三”流域治污模式也从侧面被实践证明了是根治黑臭河流切实可行的系统治污模式。

基流匮乏型黑臭河流治理建议

加强河流黑臭评价标准研究

水体黑臭评价作为一种特殊的水质评价，目前在国内外尚无确定性的专门评价方法和标准，直接影响到黑臭河流的治理工作。比对国际标准，现行的水质Ⅳ类、V类标准缺少透明度、嗅殊、叶绿素、特征污染物等评价指标。在水质常规指标中，DO作为单一临界指标法中使用的判别指标，是判别水体黑臭的关键指标。但由于导致水体发黑发臭的因素很多，其值受到河流地理位置、水文水利条件、周边物理环境以及物理化学性质的影响，因此加强黑臭河流评价的综合指标体系研究，可为更科学的提出治理措施提供理论依据。

加强控源减排严格控制各种污染源

黑臭河道整治的关键是截污治污，否则不能从根本上改善水质。解决水体黑臭、提高DO的主要技术途径包括河流水文条件改善、COD控制、NH3-N控制。其中NH3-N已成为各大流域主要耗氧污染物，是未来河流水质的重点控制指标。完善与推广基于流域水质目标管理的基流匮乏型重污染河流“三三三”治污模式，抓住城市生活污水、典型工业行业、农业面源污染等重点污染源，形成基流匮乏型黑臭河流“控源减排”成套技术。加强市政污水管网建设，尽可能地将污水纳管后经污水处理厂处理后再排放，严格控制进入河道的各种污染源。

提高废水深度处理与回用

水的流动性差是基流匮乏型黑臭河流形成的关键原因。城市污水通过净化作为缺水城市水源补充是一个主流方向。基流匮乏型河流一方面受河流自然净化能力不足影响，另一方面农灌及河道补水需求旺盛也是造成其基流匮乏的原因。进一步提高废水处理深度、提高水的处理率与回用率、加强生态净化是解决基流匮乏型河流水资源短缺问题、实现污染减排与水质达标的必要措施。应该加强基流匮乏型河流“生态调水”和“尾水深度净化”，并以河流环境容量推算污染物受纳总量、污染物排放限值等控制标准，利用再生水作为河道补水并构筑生态水系改善河流水文条件。

加强流域生态风险评价研究

基流匮乏型河流其生物毒性及安全性越来越受到关注。健康的生态系统是稳定的和可持续的，在时间和空间上，能够维持它的组织结构和系统内部的调节。生态风险评价是评估由于一种或多种外界因素导致可能发生或正在发生的不利生态影响的过程。城市工业混合尾水对斑马鱼有显著的内分泌干扰毒性和遗传毒性，经生态净化处理能有效削减水体中30%～40%的内分泌干扰毒性和40%～60%的遗传毒性。需加强重点行业企业和集中式污水处理厂有毒有害物质排放的生态风险评价，同时加强生物修复技术使用的区域环境生态风险评估方法、评价标准和评价体系研究。

强化水质目标管理建立长效管理机制

流域当前水环境管理普遍存在“流域排放达标一水质达标”与“区域总量控制一水质达标”的“双脱节”现象，水资源与水环境管理缺乏统筹考虑，难以满足新形势下流域水质目标管理需求。2015年4月国务院发布的“水十条”表明，向水污染宣战的枪声已经打响。这是一场需要持之以恒、全力以赴的战役。对于这场战役来说，要想取胜，最重要的是以水质目标管理为导向，以创新治污模式为统领，关键技术为支撑，并贯彻落实到地方的水环境保护工作实践之中去。在黑臭河道治理过程中要多方联动，多措并举，形成工作合力。建立长效管理机制，回归河道自然本色：水清、水通、水美。

（李爱民系南京大学环境学院副院长、教授，国家“十二五”水体污染控制与治理重大专项淮河项目负责人；梁英，南京大学环境学院；倪天华、谢显传，南京大学水科学研究中心）