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黑臭水体形成原因与治理技术概述

时间: 2018-09-27 10:28:35   点击:
  随着我国城市经济的快速发展,城市污水排放量不断增加,大量污染物入河,水体中COD、氮、磷等污染物浓度超标,河流水体污染严重,水体出现季节性或终年黑臭。城市黑臭水体的生态系统结构严重失衡,影响景观及人类生产和健康,成为目前极其突出的城市水环境问题。疏浚浮体
 
  2015年国务院发布的《水污染防治行动计划》对黑臭水体问题提出明确要求,到2020年,我国地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;到2030年,城城市建成区黑臭水体总体得到消除。目前,国内一些城市对黑臭水体的治理进行了有益的探索,但依然存在较多不足与瓶颈。本文基于在黑臭水体方面的研究基础,对城市黑臭水体产生的原因、形成机理进行了概述,结合案例重点介绍了黑臭水体的治理技术和国内外治理情况,对今后黑臭水体治理思路提出几点建议,旨在为城市水环境的维护与治理提供参考和依据。
 
  1黑臭水体形成原因及机理
 
  1.1黑臭水体形成原因
 
  1)有机物、氮、磷等外源污染物的排放
 
  大量有机污染物、有机还原氮、磷等外源污染物进入水体后,在氧化分解过程中耗氧速率大于复氧速率,导致水体溶解氧浓度降低,水体转化成缺氧或厌氧状态。随后,厌氧微生物大量繁殖,促进有机物分解、腐败、发酵,同时产生甲烷、硫化氢发气等恶臭气体逸出水面进入大气,造成水黑发臭。
 
  2)底泥等内源污染物的影响
 
  底泥是排入河流中各种污染的主要归属之是城市水体的主要内源污染物。沉积底泥在水体冲刷和人为影响下再悬浮,随后,吸附在底泥颗粒上的污染物在一系列物理、化学、生物作用下释放回水体,造成水体二次污染。同时,大量的底泥也是各种微生物繁殖的温床,其中,放线菌和蓝藻通过代谢作用使得底泥甲烷化、反硝化,导致底泥上浮及水体黑臭。
 
  3)水动力学条件不足
 
  水动力学条件不足、水循环不畅也是引起水体黑臭的原因之一。河道水量不足、流速低缓导致污泥淤积,污水滞留,垃圾沉淀,水体复氧速率衰减河道的渠道化、硬质化,导致河道系统生态环境异质性降低,污染物积累,水体自浄能力减弱,生态系统退化,最终形成黑臭水体。
 
  4)水体热污染
 
  水体热污染通常来源于工业冷却水及居民生活污水,它不仅影响到水体中动植物的生存和繁殖,而且会促使微生物活动异常,溶解氧浓度大幅度降低,WOOD等指出,当水体温度低于8℃或高于35℃时,放线菌分解有机污染物的活动受到抑制,水体几乎不产生黑臭。而在25℃时放线菌的繁殖率最高,水体的黑臭也最严重。在较高水温下,硫酸盐还原菌活性显著增强,导致水体中更多的硫酸根被还原成硫化氢,使得水体发臭。
 
  1.2黑臭水体形成机理
 
  1)致黑机理
 
  基于目前国内外研究结果,水体致黑机理大致分为:
 
  ①水体中的Fe、Mn元素在缺氧条件下被还原,与水中的硫化物反应生成的FeS、MnS等带负电胶体,这些胶体浮于水体表面,使水体呈现黑色;②有机物只要达到一定负荷水平就对水体有致黑作用,尤其是含硫有机物,能使水体在7~13d就变黑,且含硫有机物能使原本黑臭的水体颜色变得更深;③水体中的不溶性物质和溶于水的带色有机化合物(主要是腐殖类物质)也是造成水体颜色加深的重要因素。
 
  2)致臭机理
 
  ①硫硫化氢、氨:大量有机物在厌氧菌作用下会分解产生硫化氢、氨、硫醇等发臭物质;②硫瞇类物质:腐殖酸、富里酸的水解产物在水体中脱氨基、脱羧酸或在细菌分解作用下会产生游离氨臭气和具有相当臭味的硫醚类物质;③土臭素和异茨醇:厌氧条件下,厌氧放线菌分泌产生土臭素和异茨醇;④乔司脒和2-二甲基异莰醇:蓝藻、硅藻等产生的乔司脒和2-二甲基异莰醇在低浓度下就能导致水体发臭;⑤DMTS:底泥释放的硫化氢与死亡藻类在缺氧腐败过程中产生的DMTS具有臭味。
 
  目前对黑臭水体产生的原因及机理的研究已经有了一定的进展,但依然存在较多不足,形成机理还未全面明确。黑臭水体的形成是一个复杂的过程,对具体河道的黑臭原因,应结合具体情况和环境因素进行综合分析,针对性地确定治理对策。
 
  2黑臭水体治理技术
 
  根据《城市黑臭水体整治工作指南》,城市黑臭水体的治理应该按照“控源截污、内源治理;活水循环、清水补给;水质净化、生态修复”的基本技术路线具体实施。
 
  2.1控源截污
 
  控源截污是从源头控制外源污染物进入水体,是黑臭水体整治的基础和前提。该方法直接有效,但工程量大、投资高、工期长,需同时兼顾点源与面源的污染控制,并结合城市规划建设统筹考虑。
 
  1)点源控制
 
  点源控制的主要方式是截污纳管,即通过沿河道敷设污水截流管线,将污水收集后排放至市政污水管道系统,从而减少直接入河的污水。在条件许可的情况下,城市河道主要采用沿河外侧敷设截污管道的方式,施工方便,截污效果最佳。如果遇到河道两侧建筑临河而建,无空间敷设截污管道,可以考虑在河道内侧敷设。
 
  2)面源控制
 
  面源污染指污染物通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水等方式进入水体。城市面源污染主要由初期雨水、禽畜废水、固体废弃物等组成。其特征是:污染物以SS、COD和和营养物质为主,且污染呈现出一定的地域性和时间性。
 
  面源污染控制主要从三方面入手:一是对源头的控制,二是对污染物扩散途径的控制,三是终端治理。目前在城市面源污染控制中应用较广泛的工程措施有植被过滤带、滞留/持留系统、雨水收集处理系统、人工湿地、渗透系统、过滤系统等
 
  2.2内源治理
 
  内源治理除了对水体中的生物残体、垃圾进行清理,主要指对污染底泥进行处理。
 
  1)清淤疏浚
 
  清淤疏浚是指对悬浮于淤泥表层的污染底泥进行清除,以利于水生生物种群的恢复。但是需注意控制清淤的深度,保护下层底泥不被破坏,避免破坏水体原有生态系统。此外,疏浚底泥的数量大、成分复杂,若处理不善,可能会对周围的环境造成二次污染川。目前已成功开发高效脱水、制建材、制陶粒等底泥资源化利用技术。
 
  2)底泥原位修复
 
  污染底泥的原位修复技术,是指不通过疏浚,直接在原地进行底泥治理的技术。水体中溶解氧和营养盐的缺乏导致许多土著微生物对水体的自然净化过程缓慢。底泥原位修复即是通过向水体投加底质改良剂,在提高土著微生物活性和繁殖能力的同时,引入多种特效微生物及微生物生长所需的营养物质,加速微生物对污染物的分解。
 
  2.3活水循环与清水补给
 
  活水循环与清水补给都是通过改善水体的水动力条件来缩短水体交换周期,修复受损生态系统。目前最直接有效的方法是调水引流。太湖水环境治理实践证明,科学合理的调水引流增强了太湖流域平原水网的有序流动,显著提高了水环境容量。但是,此方法的投资较大,持续性不强,对引水水体和引入水体还可能产生负面影响,引起两水体的生态系统发生变化。
 
  2.4水质净化与生态修复
 
  1)絮凝沉淀
 
  絮凝沉淀浄化水质的方法包括向水体投加絮凝剂促进悬浮物絮凝、投加铁盐促进磷沉淀。这类方法一般不受气候条件影响,短期内见效快。此方法实际上只实现了污染物的转移,并没有将污染物彻底去除。化学药剂成本较高,对水体的生态环境和生物生长都有一定的影响、容易产生次污染,因此一般只作为应急或辅助措施。
 
  2)岸带修复
 
  传统的三面光、不透水的硬质护岸割裂了土壤与水体的渗透关系,破坏了生物多样性,影响了河流的自净能力。岸带修复是指在坡面上所做的各种铺砌和栽植,将硬质护岸改造成软质生态护岸,形成水-土ー生物之间良性循环,构建一个平衡多样的边坡生态系统,打造秀美岸带景观。。常见修复措施包括:以石块或植被代替硬质驳岸;改变河岸带的曲度,缓解河岸被过度冲刷的现象;丰富水生植物的种类和数量;减少硬化坡面和直立式护坡,减缓坡度大量种植乔木、草本和灌木植被等。
 
  3)生态净化
 
  生态净化即是利用微生物一植物生态系统有效去除水体中的有机物、氮、磷等污染物。主要净化机理包括以下几方面:①植物直接吸收水体中的氮、磷作为营养物质;②植物根系对氮、磷和有机物的截留吸附作用;③植物与藻类生长,部分植物还能分泌抑藻物质,在一定程度上抑制了藻类的快速繁殖;④植物根系表面形成的生物膜可以作为生物原生动物的良典、加大分子染物降,⑤植积分泌生化酶有助于有机污染物的降解和转化。
 
  常用的植物净化技术有人工湿地、水生植物氧化塘、生态浮床、人工浮岛等。水生植物的选择应该从植物生长期、生存能力、当地环境、经经济性和景观性几方面考虑。尽量选择繁殖能力强、抗逆性强、根根系发达、易栽培管理和具有观赏性的当地物种,避免外来物种入侵而导致的生态问题。常见净化型植物包括挺水植物(如芦苇、风车草、再力花、菖蒲等)、沉水植物(金鱼藻、小茨藻、苦草、轮叶黑藻、竹叶眼子菜等)、浮叶植物(睡莲、荇菜、大薸、铜钱草等)。研究发现水生植物对黑臭河水中的污染物均有较好的处理能力,但并非投加的植物种类越多去除效果越好,因不同污染物而异。而且,废水中总磷的去除速度相比氨氮要慢得多,同时吸收氨氮和总磷时的除磷效率要高于单一总磷底物时的除磷效率。水生植物修复技术不仅能有效减轻水体黑臭,而且具有良好的景观功能,有效增加城市的绿化面积,同时提高水体内部和周围环境的生物多样性。与调水引流、清淤疏浚等物理方法相比,成本低,易于管理和维护。
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