城市黑臭水体是如何形成的

2022-08-23 07:26:21 0 双良环境
城市黑臭水体是如何形成的

  我们生活在高速发展的现代化城市,享受着工业化带来的效率和便利的同时,很容易忽视城市化带来的负面问题。一条条城中河,一片片低洼的湿地上,总是能看到流淌着的一道道黑乎乎粘稠发臭的水体。

  这就是我们今天所说的城市黑臭水体,它是在城市里生活的人们反映强烈的水环境问题,不仅损害城市人居环境,也严重影响城市形象。那么黑臭水体到底是如何形成的呢?又需要如何有效防治?

  2017年年底前,地级及以上城市实现河面无大面积漂浮物,河岸无垃圾,无违法排污口,直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体;2020年年底前,地级以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;到2030年,全国城市建成区黑臭水体总体得到消除。

  这是国务院发布的《水污染 防治行动计划》(简称 “水十 条”)对黑臭水体治理提出的明确要求。

  以清溪川为例,清溪川是韩国首尔市中心的一条河流,全长10.84公里,总流域面积59.83平方公里。在二十世纪五六十年代,由于城市经济快速增长及规模急剧扩张,清溪川曾被混凝土路面覆盖,成为城市主干道之下的暗渠,因工业和生活废水排放其中,其水质也变得十分恶劣。

  2003年7月1日,韩国首尔政府启动清溪川修复工程,历时两年竣工。经过多年治理,清溪川已经还清,并成为黑臭河流治理的典型案例!

  治理后的清溪川

  治理黑臭水体的当务之急, 就是要认清其成因并采取有效治理措施,消除黑臭水体。

  黑臭水体是感官性污染常见现象。

  《城市黑臭水体整治工作指南》中对于城市黑臭水体给出了明确定义。一是明确范围为城市建成区内的水体,也就是居民身边的黑臭水体;二是从"黑"和"臭"两个方面界定,即呈现令人不悦的颜色和(或)散发令人不适气味的水体,以百姓的感观判断为主要依据。

  在我国城市化和工业化进程加快的过程中,由于水污染控制与治理措施滞后,或者能力有限与水平低下,一些城市水体尤其是中小城市水体,直接成为工业、农业及生活废水的主要排放通道和场所,导致城市水体大面积受污染,引起水体富营养化,形成黑臭水体。

  我国黑臭水体的治理,最早可以追溯到1996年的上海苏州河环境综合整治。近年来,黑臭水体治理逐渐受到地方政府的高度重视,并已经开展了相关实践。"水十条"将公众身边黑臭水体作为国家战略的重点,体现自下而上的公众诉求,也是自上而下回归水治理本质的重要举措。

  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%。

  目前,普遍接受的观点是:水体中有机污染物含量过高时,在好氧微生物的作用下,有机物分解会大量消耗水中的氧气,使水体转化成缺氧或厌氧状态。在缺氧和厌氧条件下,水体中的铁、锰等金属离子与水中的硫离子形成硫化亚铁、硫化锰等化合物。悬浮颗粒吸附硫化亚铁、硫化锰等,致使水体变黑;有机物腐败、分解,产生氨、硫化氢、硫醇、硫醚、有机胺和有机酸等恶臭物质,致使水体变臭。由此,不难分析出影响水体黑臭的主要因素有:有机污染物浓度、营养物质浓度、污染时间(污染形成后经历的时间)、水力条件、温度条件等。

  国家重大水专项相关研究结果表明:

  当溶解氧降低到2.0mg/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6mg/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。

  具体来说,水体发生黑臭的主因有如下几方面:

  一、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。

  给河蟹池塘增加新的溶氧来源

  二、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,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,而这导致季节性水体黑臭现象并产生极其强烈的腥臭味道。

  河道清淤治理黑臭水体

  三、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。

  在桥下安放水泵对水体推流,促进流动

  关于黑臭水体的治理:

  黑臭水体的处理方法大致分为物理,化学以及生物法。物理法和化学法对于处理黑臭水体存在费用高,并且化学法会存在二次污染的危害。但是目前国外的一些应用表明物理化学方法在一些处理实例中仍然效果良好,对于某些只采用生物法处理效果不达标的污水有较好作用。

  1. 物理修复

  目前主要的物理处理方法包括截污、调水、清淤等水利工程,以及机械除藻、引水稀释、人工造流等.

  环境保护部科技标准司司长熊跃辉表示,河流黑臭问题的本质是污染物输入超过河流水环境容量。在流域尺度上采取污染源工程治理等截污措施,能够大幅度削减入河污染负荷,是消除黑臭问题的首要举措。

  污泥疏浚

  疏浚既清淤能较好的处理水底污泥,对污泥进行再利用。并且随着轻质疏浚材料的发展,以及科学的疏浚方法。疏浚对水体产生的二次环境影响越来越小。

  河道曝气

  河道曝气生态净化系统以水生生物为主体, 辅以适当地人工曝气,建立人工模拟生态处理系统,以高效降解水体中的污染负荷,改善或净化水质,是人工净化与生态净化相结合的工艺。

  2.化学修复

  化学修复主要采用絮凝沉淀技术,该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。

  强化混凝

  化学法常见的有强化混凝、药剂杀藻、活性炭等,其中强化混凝法被美国环保局推荐为最佳去除有机物的方法。自然水体存在的混凝现象对水质转变有十分显著的影响。水体颗粒物及溶解性的毒害物质通过自然混凝沉淀、迁移、转化,逐渐恢复水体健康。混凝过程分为压缩双层、吸附电中和、吸附架桥和沉淀物网捕 4种。

  通过增加混凝剂的投加量来提高有机物去除率的方法即强化混凝技术,相对常规混凝不同,强化混凝可高效地去除有机物污染物、浊度。引起水体黑臭原因分别有腐殖质、硫化铁胶体和悬浮颗粒等。混凝剂通过中和带负电腐殖质,吸附架桥、共沉淀作用,有效去除水中有机物污染和黑臭现象。

  不同的化学混凝剂,胶体脱稳、凝聚或絮凝方式也不同。常见的絮凝剂分为无机、有机高分子、表面活性剂三种,如聚丙烯胺、聚合氯化铝(Polyaluminium Chloride,PAC)。氯化镁较少使用,主要是因为可能引入杂质,但可添加助凝剂石灰、卤素等很好地去除镁离子,并促进混凝沉淀。聚合氯化铝在工业中常用作表面活性剂、润滑剂等,在水处理混凝去除浊度和可溶有机物。往往阳离子水解盐比铝盐或铁盐更有效。因为胶体在自然水体以负电荷的形式存在。强化混凝沉淀能够有效移除有机污染物,但混凝效果与有机物分子量有关,常用于富营养化水体,急性有机物污染,高效且短期效果明显,但混凝剂增加底泥负荷,且不利于生态修复,也易破坏原有的生态系统,适用于水质和水量经常发生变化的河道。

  药剂杀藻

  当水体富营养时,藻类大量繁殖代谢产生嗅味导致水体黑臭严重。藻类是典型的氯化消毒副产物前驱物质,所以控制藻菌可使用杀菌灭藻剂。化学杀菌剂除藻快速高效,但除微囊藻外,其他生物副作用较大且会加速释放藻毒素,造成二次污染也破坏了生态平衡。

  杀菌剂除藻又分氧化型和非氧化型,氧化剂杀菌剂中,液氯最为普遍,次氯酸钠、二氯或三氯异氰尿酸等也有使用。非氧化型杀菌剂主要是金属化合物及重金属制剂,例如铜、汞、锡、铬酸盐等。这些会对鱼类水草等产生一定程度伤害有致死致癌作用,只能作为应急处理。马军等通过高锰酸盐复合药剂预处理藻污染水体,结果显示高锰酸盐复合药剂极大地提高了除藻效率,降低了紫外吸光度。

  化学方法在各种介绍中都带有"见效快、效率高, 但易造成二次污染"类似的字样,让人不禁有些许担忧。城市黑臭水体是群众最容易发现的污染水体,也是地方政府的"脸面工程",治理好黑臭水体从一定程度与政绩挂钩,那么"见效快、效率高"是再适合不过,而引起的二次污染因为短期内看不到闻不到而可能被忽视,而最终仍存安全隐患。

  3.生物修复

  生物修复具有很多优点,包括节约成本,处理效果好,不耗能或者耗能少,另外这种技术不会向水体投放药剂,避免了二次污染。

  现阶段的生物修复技术比较繁多,大致可分为植物修复,动物修复,微生物修复。其中微生物修复技术近几年来发展迅速,己经成为一种经济效益和环境效益俱佳的、解决复杂环境污染问题的有效手段。

  生物修复包括光合细菌法处理黑臭污水(PSB)、生物复合酶处理黑臭污水、微生物群等技术。最为常见的有日本琉球大学比嘉照夫教授研制的EM。包含了10属80多种微生物,其中具有代表性的有光合细菌类、放线菌类、酵母菌类和乳酸菌类。

  另外在大多数实际生物修复工程中都会应用的土著微生物,其原因一方面是由于土著微生物降解污染物的潜力巨大,另一方面也是因为接种的微生物在环境中难以保持较高的活性以及工程菌的应用受到较严格的限制。

  综合以上处理方法,可以看出,其中微生物处理方式以其的巨大优点,成为处理污水最为实用的方式。但是,如果单一投加微生物处理,仍然有DO不足,氮磷效果去除不理想等各种缺点。所以以目前的各种实验综合来看,采用物理、化学和生物处理综合利用,是最为现实并且效果最为理想的方式。而对于某些特殊情况则可以根据处理要求以及经济条件进行适当调整,例如美国等有采用直接在污染底泥上放置覆盖物的方式阻止底泥的二次污染,效果也较为理想。

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