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黑臭水體形成原因與治理技術概述

時間: 2018-09-27 10:28:35   點擊:
  隨著我國城市經濟的快速發展,城市污水排放量不斷增加,大量污染物入河,水體中COD、氮、磷等污染物濃度超標,河流水體污染嚴重,水體出現季節性或終年黑臭。城市黑臭水體的生態系統結構嚴重失衡,影響景觀及人類生產和健康,成為目前極其突出的城市水環境問題。疏浚优游用户登录
 
  2015年國務院發布的《水污染防治行動計劃》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,城城市建成區黑臭水體總體得到消除。目前,國內一些城市對黑臭水體的治理進行了有益的探索,但依然存在較多不足與瓶頸。本文基于在黑臭水體方面的研究基礎,對城市黑臭水體產生的原因、形成機理進行了概述,結合案例重點介紹了黑臭水體的治理技術和國內外治理情況,對今后黑臭水體治理思路提出幾點建議,旨在為城市水環境的維護與治理提供參考和依據。
 
  1黑臭水體形成原因及機理
 
  1.1黑臭水體形成原因
 
  1)有機物、氮、磷等外源污染物的排放
 
  大量有機污染物、有機還原氮、磷等外源污染物進入水體后,在氧化分解過程中耗氧速率大于復氧速率,導致水體溶解氧濃度降低,水體轉化成缺氧或厭氧狀態。隨后,厭氧微生物大量繁殖,促進有機物分解、腐敗、發酵,同時產生甲烷、硫化氫發氣等惡臭氣體逸出水面進入大氣,造成水黑發臭。
 
  2)底泥等內源污染物的影響
 
  底泥是排入河流中各種污染的主要歸屬之是城市水體的主要內源污染物。沉積底泥在水體沖刷和人為影響下再懸浮,隨后,吸附在底泥顆粒上的污染物在一系列物理、化學、生物作用下釋放回水體,造成水體二次污染。同時,大量的底泥也是各種微生物繁殖的溫床,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。
 
  3)水動力學條件不足
 
  水動力學條件不足、水循環不暢也是引起水體黑臭的原因之一。河道水量不足、流速低緩導致污泥淤積,污水滯留,垃圾沉淀,水體復氧速率衰減河道的渠道化、硬質化,導致河道系統生態環境異質性降低,污染物積累,水體自浄能力減弱,生態系統退化,最終形成黑臭水體。
 
  4)水體熱污染
 
  水體熱污染通常來源于工業冷卻水及居民生活污水,它不僅影響到水體中動植物的生存和繁殖,而且會促使微生物活動異常,溶解氧濃度大幅度降低,WOOD等指出,當水體溫度低于8℃或高于35℃時,放線菌分解有機污染物的活動受到抑制,水體幾乎不產生黑臭。而在25℃時放線菌的繁殖率最高,水體的黑臭也最嚴重。在較高水溫下,硫酸鹽還原菌活性顯著增強,導致水體中更多的硫酸根被還原成硫化氫,使得水體發臭。
 
  1.2黑臭水體形成機理
 
  1)致黑機理
 
  基于目前國內外研究結果,水體致黑機理大致分為:
 
  ①水體中的Fe、Mn元素在缺氧條件下被還原,與水中的硫化物反應生成的FeS、MnS等帶負電膠體,這些膠體浮于水體表面,使水體呈現黑色;②有機物只要達到一定負荷水平就對水體有致黑作用,尤其是含硫有機物,能使水體在7~13d就變黑,且含硫有機物能使原本黑臭的水體顏色變得更深;③水體中的不溶性物質和溶于水的帶色有機化合物(主要是腐殖類物質)也是造成水體顏色加深的重要因素。
 
  2)致臭機理
 
  ①硫硫化氫、氨:大量有機物在厭氧菌作用下會分解產生硫化氫、氨、硫醇等發臭物質;②硫瞇類物質:腐殖酸、富里酸的水解產物在水體中脫氨基、脫羧酸或在細菌分解作用下會產生游離氨臭氣和具有相當臭味的硫醚類物質;③土臭素和異茨醇:厭氧條件下,厭氧放線菌分泌產生土臭素和異茨醇;④喬司脒和2-二甲基異莰醇:藍藻、硅藻等產生的喬司脒和2-二甲基異莰醇在低濃度下就能導致水體發臭;⑤DMTS:底泥釋放的硫化氫與死亡藻類在缺氧腐敗過程中產生的DMTS具有臭味。
 
  目前對黑臭水體產生的原因及機理的研究已經有了一定的進展,但依然存在較多不足,形成機理還未全面明確。黑臭水體的形成是一個復雜的過程,對具體河道的黑臭原因,應結合具體情況和環境因素進行綜合分析,針對性地確定治理對策。
 
  2黑臭水體治理技術
 
  根據《城市黑臭水體整治工作指南》,城市黑臭水體的治理應該按照“控源截污、內源治理;活水循環、清水補給;水質凈化、生態修復”的基本技術路線具體實施。
 
  2.1控源截污
 
  控源截污是從源頭控制外源污染物進入水體,是黑臭水體整治的基礎和前提。該方法直接有效,但工程量大、投資高、工期長,需同時兼顧點源與面源的污染控制,并結合城市規劃建設統籌考慮。
 
  1)點源控制
 
  點源控制的主要方式是截污納管,即通過沿河道敷設污水截流管線,將污水收集后排放至市政污水管道系統,從而減少直接入河的污水。在條件許可的情況下,城市河道主要采用沿河外側敷設截污管道的方式,施工方便,截污效果最佳。如果遇到河道兩側建筑臨河而建,無空間敷設截污管道,可以考慮在河道內側敷設。
 
  2)面源控制
 
  面源污染指污染物通過地表徑流、土壤侵蝕、農田排水等方式進入水體。城市面源污染主要由初期雨水、禽畜廢水、固體廢棄物等組成。其特征是:污染物以SS、COD和和營養物質為主,且污染呈現出一定的地域性和時間性。
 
  面源污染控制主要從三方面入手:一是對源頭的控制,二是對污染物擴散途徑的控制,三是終端治理。目前在城市面源污染控制中應用較廣泛的工程措施有植被過濾帶、滯留/持留系統、雨水收集處理系統、人工濕地、滲透系統、過濾系統等
 
  2.2內源治理
 
  內源治理除了對水體中的生物殘體、垃圾進行清理,主要指對污染底泥進行處理。
 
  1)清淤疏浚
 
  清淤疏浚是指對懸浮于淤泥表層的污染底泥進行清除,以利于水生生物種群的恢復。但是需注意控制清淤的深度,保護下層底泥不被破壞,避免破壞水體原有生態系統。此外,疏浚底泥的數量大、成分復雜,若處理不善,可能會對周圍的環境造成二次污染川。目前已成功開發高效脫水、制建材、制陶粒等底泥資源化利用技術。
 
  2)底泥原位修復
 
  污染底泥的原位修復技術,是指不通過疏浚,直接在原地進行底泥治理的技術。水體中溶解氧和營養鹽的缺乏導致許多土著微生物對水體的自然凈化過程緩慢。底泥原位修復即是通過向水體投加底質改良劑,在提高土著微生物活性和繁殖能力的同時,引入多種特效微生物及微生物生長所需的營養物質,加速微生物對污染物的分解。
 
  2.3活水循環與清水補給
 
  活水循環與清水補給都是通過改善水體的水動力條件來縮短水體交換周期,修復受損生態系統。目前最直接有效的方法是調水引流。太湖水環境治理實踐證明,科學合理的調水引流增強了太湖流域平原水網的有序流動,顯著提高了水環境容量。但是,此方法的投資較大,持續性不強,對引水水體和引入水體還可能產生負面影響,引起兩水體的生態系統發生變化。
 
  2.4水質凈化與生態修復
 
  1)絮凝沉淀
 
  絮凝沉淀浄化水質的方法包括向水體投加絮凝劑促進懸浮物絮凝、投加鐵鹽促進磷沉淀。這類方法一般不受氣候條件影響,短期內見效快。此方法實際上只實現了污染物的轉移,并沒有將污染物徹底去除。化學藥劑成本較高,對水體的生態環境和生物生長都有一定的影響、容易產生次污染,因此一般只作為應急或輔助措施。
 
  2)岸帶修復
 
  傳統的三面光、不透水的硬質護岸割裂了土壤與水體的滲透關系,破壞了生物多樣性,影響了河流的自凈能力。岸帶修復是指在坡面上所做的各種鋪砌和栽植,將硬質護岸改造成軟質生態護岸,形成水-土ー生物之間良性循環,構建一個平衡多樣的邊坡生態系統,打造秀美岸帶景觀。。常見修復措施包括:以石塊或植被代替硬質駁岸;改變河岸帶的曲度,緩解河岸被過度沖刷的現象;豐富水生植物的種類和數量;減少硬化坡面和直立式護坡,減緩坡度大量種植喬木、草本和灌木植被等。
 
  3)生態凈化
 
  生態凈化即是利用微生物一植物生態系統有效去除水體中的有機物、氮、磷等污染物。主要凈化機理包括以下幾方面:①植物直接吸收水體中的氮、磷作為營養物質;②植物根系對氮、磷和有機物的截留吸附作用;③植物與藻類生長,部分植物還能分泌抑藻物質,在一定程度上抑制了藻類的快速繁殖;④植物根系表面形成的生物膜可以作為生物原生動物的良典、加大分子染物降,⑤植積分泌生化酶有助于有機污染物的降解和轉化。
 
  常用的植物凈化技術有人工濕地、水生植物氧化塘、生態浮床、人工浮島等。水生植物的選擇應該從植物生長期、生存能力、當地環境、經經濟性和景觀性幾方面考慮。盡量選擇繁殖能力強、抗逆性強、根根系發達、易栽培管理和具有觀賞性的當地物種,避免外來物種入侵而導致的生態問題。常見凈化型植物包括挺水植物(如蘆葦、風車草、再力花、菖蒲等)、沉水植物(金魚藻、小茨藻、苦草、輪葉黑藻、竹葉眼子菜等)、浮葉植物(睡蓮、荇菜、大薸、銅錢草等)。研究發現水生植物對黑臭河水中的污染物均有較好的處理能力,但并非投加的植物種類越多去除效果越好,因不同污染物而異。而且,廢水中總磷的去除速度相比氨氮要慢得多,同時吸收氨氮和總磷時的除磷效率要高于單一總磷底物時的除磷效率。水生植物修復技術不僅能有效減輕水體黑臭,而且具有良好的景觀功能,有效增加城市的綠化面積,同時提高水體內部和周圍環境的生物多樣性。與調水引流、清淤疏浚等物理方法相比,成本低,易于管理和維護。
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