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【分析】城市黑臭水体形成机理与评价方法

北极星水处理网  来源:城市黑臭水体治理产业网    2016/9/27 16:10:24  我要投稿  
所属频道: 水处理  关键词:黑臭水体 生态系统 水污染

北极星水处理网讯:城市水体是指位于城市范围内、与城市功能保持密切相关的水体,包括流经城市的河段、河流沟渠、湖泊和其他景观水体,是城市生态系统的重要组成部分。城市水体黑臭问题主要由水体中藻类和细菌的新陈代谢以及人类向水体中过度排放污染物引起的。近年来,随着我国城市经济的快速发展,城市规模的日益膨胀,城市环境基础设施日渐不足,城市污水排放量不断增加,大量污染物入河,水体中化学需氧量(COD)、氮(N)、磷(P)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。2015年国务院发布的《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,城市建成区黑臭水体总体得到消除。城市黑臭水体的生态系统结构严重失衡,给群众带来了极差的感官体验,成为目前较为突出的水环境问题,也严重影响着我国城市的良好发展。

目前,国内外对城市黑臭水体的概念、机理、产生的原因已经开展研究,但依然存在较多不足与瓶颈,形成机理还未全面明确、评价体系还未统一建立。本文基于众多学者在黑臭水体方面的研究基础,对城市黑臭水体形成机理、产生的原因进行了概括,重点在如何对黑臭水体进行判别和界定方面进行总结和评述,并对未来城市黑臭水体研究发展方向进行了讨论与展望,以期为后续黑臭水体判别标准的制定及治理提供理论基础。

1. 黑臭水体内涵与研究回顾

水体黑臭是水体有机污染的一种极端现象,是对水体极端污染状态的一种描述 。所谓“黑臭”,可以从外在视觉感官和内在形成机理两个方面解释。在视觉感官上,水体呈黑色或泛黑色,在嗅觉上会有刺激性气味,引起人们不愉快、恶心或厌恶。从形成机理上,水体发黑发臭主要是在缺氧或厌氧状况下,水体内有机污染物发生系列物理、化学、生物作用的结果。住房和城乡建设部发布的《城市黑臭水体整治工作指南》中也提及了城市黑臭水体概念,即城市范围内、呈现令人不悦的颜色和(或)散发令人不适气味的水体的统称。

随着水体污染问题的日益严重以及大众对黑臭水体问题的不断关注,科学界对黑臭水体的认识也随之不断深入,城市黑臭水体相关研究得到了发展。其过程大体可分为两个阶段:起始阶段 与发展阶段(图1)。初始阶段主要指出了黑臭水体的存在,提出了黑臭水体的内涵,初步分析了黑臭水体形成机理及原因;发展阶段主要针对河流、湖泊、水库等不同类型水体的黑臭产生原因及机理展开深入研究,同时丰富了黑臭水体治理技术、修复方法等技术研究;关于黑臭水体评价方法、指标体系等研究是近两年相关研究人员关注的重点。

目前我国在城市黑臭水体评价研究中存在的主要问题有:1)内涵认识不足。城市黑臭水体概念尚无统一、明确的定义;多数概念强调物理或化学等单一属性,忽略从物理-化学-生物综合指标进行定义。2)评价方法不统一。国内评价方法主要集中在基于单一化学指标评价,与国外流行的非线性回归模型评价方法结合不够。另外,评价指标的科学性与代表性也未能形成统一认识。3)关键支撑技术不完善。对于城市黑臭水体评价与治理的关键支撑技术关注还不够,原型观测与模型等基础研究需进一步开展。

2. 城市黑臭水体成因及机理

2.1 黑臭水体污染源

2.1.1 有机污染物入河有机污染物入河是造成水体黑臭现象的主要原因之一。随着城市规模的不断扩大,城市居住人口激增,人口布局相对集中,造成城市污水处理能力不足,截污治污设施相对落后,加之城市地表径流污染负荷较大,造成大量有机污染物排入水体。有机污染物主要包括有机碳污染源(化学需氧量COD、生化需氧量BOD)、有机氮污染物(氨氮)以及含磷化合物,这些污染物主要来自废水、污水中的糖类、蛋白质、氨基酸、油脂等有机物的分解,在分解过程中消耗大量的溶解氧,造成水体缺氧,厌氧微生物大量繁殖并分解有机物产生大量致黑致臭物质,从而引起水体发黑发臭。大多数有机物富集在水体表面形成有机物膜会破坏正常水气界面交换,从而加剧水体发黑发臭。

2.1.2 底质污染与底泥再悬浮底泥再悬浮是导致水体黑臭的重要因素之一。底泥作为城市水体的重要内源污染物,在水力冲刷、人为扰动以及生物活动影响下,引起沉积底泥再悬浮,进而在一系列物理-化学-生物综合作用下,吸附在底泥颗粒上的污染物与孔隙水发生交换,从而向水体中释放污染物,大量悬浮颗粒漂浮在水中,导致水体发黑、发臭;另外大量底泥为微生物提供良好的生存空间,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。陆桂华等针对太湖地区发生的局部黑臭水体现象,通过实地监测与资料分析,表明局部黑臭水体形成区域分布与太湖底部淤泥集中区域位置基本一致,并进一步指出,湖泊中藻类大量繁殖后发生死亡沉降,藻类有机质的大量堆积是底泥的主要成分,也是形成局部黑臭水体的发生基础。

2.1.3 水体热污染城市水体中往往会有大量较高温度的工业冷却水、污水处理厂退水以及居民日常生活污水等排入,导致局部甚至整个水体水温升高。水体中微生物在适宜水温下发生强烈的活动,致使水体中的大量有机物分解,降低溶解氧,释放各种发臭物质。水体一般在夏季出现黑臭现象比在冬季显著增多,主要原因是一方面微生物的活动频率与温度表现出显著正相关性,另一方面水体中的溶解氧含量随着温度的升高而降低。Wood等指出,水体温度低于8℃和高于35℃时,放线菌分解有机物产生致黑致臭物质的活动受到限制,一般不会黑臭,而在25 ℃时放线菌的繁殖量达到最高,水体的黑臭也达到最大。

2.2 水动力学条件

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