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黑臭水体的成因及治理技术

摘自《环境工程》
来源:http://www.360doc.com/content/16/0531/01/31139789_563680654.shtml

  所谓“黑臭”,主要属于环境景观、物理指标范畴。是指在视觉上河流水体呈现因污染而产生的明显异常颜色(通常是黑色或泛黑色),同时产生在嗅觉上引起人们感觉不适甚至厌恶的气味,是水体感官性污染最常见的一种现象。
  我国河流黑臭现象最早出现在上海苏州河,随后南京的秦淮河、苏州的外城河、武汉的黄孝河和宁波的内河等,均出现不同程度的黑臭现象。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。如淮河,2014年国家环境质量状况公报数据表明,干流水质全年都在Ⅳ类水以上,但主要支流的劣Ⅴ类水体超过23%;在各大水系中海河的劣Ⅴ类水质程度最高,国控断面监测数据表明,干流劣Ⅴ类达37%、支流劣Ⅴ类达44%。
  水体黑臭主要是水体缺氧造成的,同时也与水体富营养化和底泥沉积有关。国家重大水专项相关研究结果表明,当溶解氧降低到2.0 mg/L时,水体将处于缺氧状态。当溶解氧为3mg/L~5mg/L时,水体中有机污染物和氨氮含量一般也会超过地表水Ⅴ类标准,呈现有色有味状态,但有水生生物存在;当溶解氧大于6 mg/L 时,水体处于有氧状态,有机物降解和氨氧化速率显著增加,水体开始具有自净能力。在以污水处理厂为主要水源的地区,比如海河流域,来水中部分生物为难以降解的有机物,BOD接近零,COD和氨氮即使通过自净,也难以达到地表水Ⅴ类标准的要求。
  具体来说,水体发生黑臭的主因有如下几方面:
  一是外源有机物和氨氮消耗水中氧气。城市水体一旦超量受纳外源性有机物以及一些动植物的腐殖质,如居民生活污水、畜禽粪便、农产品加工污染物等,水中的溶解氧就会被快速消耗。当溶解氧下降到一个过低水平时,大量有机物在厌氧菌的作用下进一步分解,产生硫化氢、胺、氨和其他带异味易挥发的小分子化合物,从而散发出臭味。同时,厌氧条件下,沉积物中产生的甲烷、氮气、硫化氢等难溶于水的气体,在上升过程中携带污泥进入水相,使水体发黑。
  二是内源底泥中释放污染。当水体被污染后,部分污染物日积月累,通过沉降作用或随颗粒物吸附作用进入到水体底泥中。在酸性、还原条件下,污染物和氨氮从底泥中释放,厌氧发酵产生的甲烷及氮气导致底泥上浮也是水体黑臭的重要原因之一。有研究指出,在一些污染水体中,底泥中污染物的释放量与外源污染的总量相当。此外,由于城市河道中有大量营养物质,导致河道中藻类过量繁殖。这些藻类在生长初期给水体补充氧气,在死亡后分解矿化形成耗氧有机物和氨氮,导致季节性水体黑臭现象并产生极其强烈的腥臭味道。
  三是不流动和水温升高的影响。丧失生态功能的水体,往往流动性降低或完全消失,直接导致水体复氧能力衰退,局部水域或水层亏氧问题严重,形成适宜蓝绿藻快速繁殖的水动力条件,增加水华暴发风险,引发水体水质恶化。此外,水温的升高将加快水体中的微生物和藻类残体分解有机物及氨氮速度,加速溶解氧消耗,加剧水体黑臭。
  黑臭水体治理的技术路线
  城市河道的黑臭治理遵循“外源减排、内源清淤、水质净化、清水补给、生态恢复”的技术路线。其中外源减排和内源清淤是基础与前提,水质净化是阶段性手段,水动力改善技术和生态恢复是长效保障措施。
  一是外源阻断技术。外源阻断包括城市截污纳管和面源控制两种情况。针对缺乏完善污水收集系统的水体,通过建设和改造水体沿岸的污水管道,将污水截流纳入污水收集和处理系统,从源头上削减污染物的直接排放。针对目前尚无条件进行截污纳管的污水,可在原位采用高效一级强化污水处理技术或工艺,快速高效去除水中的污染物,避免污水直排对水体的污染。
  城市面源污染主要来源于雨水径流中含有的污染物,其控制技术主要包括各种城市低影响开发(如海绵城市)技术、初期雨水控制技术和生态护岸技术等。城市水体周边的垃圾等是面源污染物的重要来源,因此水体周边垃圾的清理是面源污染控制的重要措施。
  二是内源控制技术。清淤疏浚技术通常有两种:一种是抽干湖/河水后清淤;另一种是用挖泥船直接从水中清除淤泥。后者的应用范围较广,江河湖库都可用之。清淤疏浚能相对快速地改善水质,但清淤过程因扰动易导致污染物大量进入水体,影响到水体生态系统的稳定,因而具有一定的生态风险性,不能作为一种污染水体的长效治理措施。
  三是水质净化技术。城市黑臭水体的水质净化技术主要包括:人工曝气充氧(通入空气、纯氧或臭氧等),可以提高水体溶解氧浓度和氧化还原电位,缓解水体黑臭状况。德国萨尔河、英国泰晤士河、澳大利亚天鹅河、中国的苏州河等治理中都采用了曝气增氧的方法。絮凝沉淀技术是指向城市污染河流的水体中投加铁盐、钙盐、铝盐等药剂,使之与水体中溶解态磷酸盐形成不溶性固体沉淀至河床底泥中。但需要注意的是,化学絮凝法的费用较高,并且产生较多沉积物,某些化学药剂具有一定毒性,在环境条件改变时会形成二次污染。人工湿地技术是利用土壤—微生物—植物生态系统对营养盐进行去除的技术,多采用表面流湿地或潜流湿地,湿地植物可选择沉水植物或挺水植物。生态浮岛是一种经过人工设计建造、漂浮于水面上供动植物和微生物生长、繁衍、栖息的生物生态设施,通过构建水域生态系统对水体中的污染物摄食、消化、降解等,实现水质净化。稳定塘是一种人工强化措施与自然净化功能相结合的水质净化技术,如多水塘技术和水生植物塘技术等。可利用水体沿岸多个天然水塘或人工水塘对污染水体进行净化。
  四是水动力改善技术。调水不仅可借助大量清洁水源稀释黑臭水体中污染物的浓度,而且可加强污染物的扩散、净化和输出,对于纳污负荷高、水动力不足、环境容量低的城市黑臭水体治理效果明显。但调用清洁水来改善河水水质是对水资源的浪费,应尽量采用非常规水源,如再生水和雨洪利用。同时在调水的过程中要防止引入新的污染源。
  五是生态恢复技术。水体黑臭现象往往是由于水中氮磷浓度较高引起藻类暴发等次生问题,造成水质恶化、藻毒素问题和其他水生生物的大量死亡,继而导致黑臭复发。城市河道富营养化控制的关键是磷的控制,目前污水处理厂出水标准中磷的指标限值远高于地表水标准限值。因此,在有条件的地方实行区域限磷或提高污水总磷排放标准是十分有效的措施。进入水体的磷大多以磷酸盐形式沉淀在底泥中,因此保持水—泥界面弱碱性、有氧状态是河道富营养化控制的主要举措。藻类生长人工控制技术包括各种物理、化学和生物技术。物理控制技术包括藻类直接收集和紫外线杀藻等,化学控制技术包括投加无机或有机抑(杀)藻剂,生物控制技术包括种植抑藻水生植物或投放食藻鱼类等。这些措施一般在应急时采用。水生态修复包括水生植物和水生动物(如鱼类、底栖动物等)食物链的修复与水文生态系统构建。利用生态学原理构建的食物链,可以持续去除城市水体中污染物和营养物,改善水体生境。

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