【分析】城市黑臭水體形成機理與評價方法

北極星水處理網訊:城市水體是指位於城市範圍內、與城市功能保持密切相關的水體，包括流經城市的河段、河流溝渠、湖泊和其他景觀水體，是城市生態系統的重要組成部分。城市水體黑臭問題主要由水體中藻類和細菌的新陳代謝以及人類向水體中過度排放汙染物引起的。近年來，隨著我國城市經濟的快速發展，城市規模的日益膨脹，城市環境基礎設施日漸不足，城市汙水排放量不斷增加，大量汙染物入河，水體中化學需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)等汙染物濃度超標，河流水體汙染嚴重，水體出現季節性或終年黑臭。2015年國務院發布的《水汙染防治行動計劃》(簡稱「水十條」)對黑臭水體問題提出明確要求，到2020年，我國地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內;到2030年，城市建成區黑臭水體總體得到消除。城市黑臭水體的生態系統結構嚴重失衡，給群眾帶來了極差的感官體驗，成為目前較為突出的水環境問題，也嚴重影響著我國城市的良好發展。

目前，國內外對城市黑臭水體的概念、機理、產生的原因已經開展研究，但依然存在較多不足與瓶頸，形成機理還未全面明確、評價體系還未統一建立。本文基於眾多學者在黑臭水體方面的研究基礎，對城市黑臭水體形成機理、產生的原因進行了概括，重點在如何對黑臭水體進行判別和界定方面進行總結和評述，並對未來城市黑臭水體研究發展方向進行了討論與展望，以期為後續黑臭水體判別標準的制定及治理提供理論基礎。

1. 黑臭水體內涵與研究回顧

水體黑臭是水體有機汙染的一種極端現象，是對水體極端汙染狀態的一種描述 。所謂「黑臭」，可以從外在視覺感官和內在形成機理兩個方面解釋。在視覺感官上，水體呈黑色或泛黑色，在嗅覺上會有刺激性氣味，引起人們不愉快、噁心或厭惡。從形成機理上，水體發黑髮臭主要是在缺氧或厭氧狀況下，水體內有機汙染物發生系列物理、化學、生物作用的結果。住房和城鄉建設部發布的《城市黑臭水體整治工作指南》中也提及了城市黑臭水體概念，即城市範圍內、呈現令人不悅的顏色和(或)散發令人不適氣味的水體的統稱。

隨著水體汙染問題的日益嚴重以及大眾對黑臭水體問題的不斷關注，科學界對黑臭水體的認識也隨之不斷深入，城市黑臭水體相關研究得到了發展。其過程大體可分為兩個階段：起始階段 與發展階段(圖1)。初始階段主要指出了黑臭水體的存在，提出了黑臭水體的內涵，初步分析了黑臭水體形成機理及原因;發展階段主要針對河流、湖泊、水庫等不同類型水體的黑臭產生原因及機理展開深入研究，同時豐富了黑臭水體治理技術、修複方法等技術研究;關於黑臭水體評價方法、指標體系等研究是近兩年相關研究人員關注的重點。

目前我國在城市黑臭水體評價研究中存在的主要問題有：1)內涵認識不足。城市黑臭水體概念尚無統一、明確的定義;多數概念強調物理或化學等單一屬性，忽略從物理-化學-生物綜合指標進行定義。2)評價方法不統一。國內評價方法主要集中在基於單一化學指標評價，與國外流行的非線性回歸模型評價方法結合不夠。另外，評價指標的科學性與代表性也未能形成統一認識。3)關鍵支撐技術不完善。對於城市黑臭水體評價與治理的關鍵支撐技術關注還不夠，原型觀測與模型等基礎研究需進一步開展。

2. 城市黑臭水體成因及機理

2.1 黑臭水體汙染源

2.1.1 有機汙染物入河有機汙染物入河是造成水體黑臭現象的主要原因之一。隨著城市規模的不斷擴大，城市居住人口激增，人口布局相對集中，造成城市汙水處理能力不足，截汙治汙設施相對落後，加之城市地表徑流汙染負荷較大，造成大量有機汙染物排入水體。有機汙染物主要包括有機碳汙染源(化學需氧量COD、生化需氧量BOD)、有機氮汙染物(氨氮)以及含磷化合物，這些汙染物主要來自廢水、汙水中的糖類、蛋白質、胺基酸、油脂等有機物的分解，在分解過程中消耗大量的溶解氧，造成水體缺氧，厭氧微生物大量繁殖並分解有機物產生大量致黑致臭物質，從而引起水體發黑髮臭。大多數有機物富集在水體表面形成有機物膜會破壞正常水氣界面交換，從而加劇水體發黑髮臭。

2.1.2 底質汙染與底泥再懸浮底泥再懸浮是導致水體黑臭的重要因素之一。底泥作為城市水體的重要內源汙染物，在水力衝刷、人為擾動以及生物活動影響下，引起沉積底泥再懸浮，進而在一系列物理-化學-生物綜合作用下，吸附在底泥顆粒上的汙染物與孔隙水發生交換，從而向水體中釋放汙染物，大量懸浮顆粒漂浮在水中，導致水體發黑、發臭;另外大量底泥為微生物提供良好的生存空間，其中放線菌和藍藻通過代謝作用使得底泥甲烷化、反硝化，導致底泥上浮及水體黑臭。陸桂華等針對太湖地區發生的局部黑臭水體現象，通過實地監測與資料分析，表明局部黑臭水體形成區域分布與太湖底部淤泥集中區域位置基本一致，並進一步指出，湖泊中藻類大量繁殖後發生死亡沉降，藻類有機質的大量堆積是底泥的主要成分，也是形成局部黑臭水體的發生基礎。

2.1.3 水體熱汙染城市水體中往往會有大量較高溫度的工業冷卻水、汙水處理廠退水以及居民日常生活汙水等排入，導致局部甚至整個水體水溫升高。水體中微生物在適宜水溫下發生強烈的活動，致使水體中的大量有機物分解，降低溶解氧，釋放各種發臭物質。水體一般在夏季出現黑臭現象比在冬季顯著增多，主要原因是一方面微生物的活動頻率與溫度表現出顯著正相關性，另一方面水體中的溶解氧含量隨著溫度的升高而降低。Wood等指出，水體溫度低於8℃和高於35℃時，放線菌分解有機物產生致黑致臭物質的活動受到限制，一般不會黑臭，而在25 ℃時放線菌的繁殖量達到最高，水體的黑臭也達到最大。

2.2 水動力學條件

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