上海城区水体黑臭主要影响因子及治理案例比较研究 - 图文 

上海师范大学硕士学位论文上海城区水体黑臭主要影响因子及治理案例比较研究２．１．２．３．３生物修复技术生物修复技术是传统生物处理法的延伸，被人称之为生物处理技术的一个里程碑。生物修复技术主要利用天然存在的或特别培养的微生物，在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质，从而修复被污染的环境或消除环境中污染物的一个受控或白发进行的过程。与传统的理化修复技术相比，生物修复技术具有可原地进行，耗时短，投资省，操作简便，对周围环境干扰小；人类直接暴露在污染物下的机会少；不产生二次污染；可与理化法结合使用等优点．目前生物修复技术还不完善，有效性和安全性评价成为生物修复主要涉及的两大问题，但是该技术发展极为迅速，已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。欧洲国家在生物修复方面的研究以对传统废物处理系统的强化和改进为主，处理特定的化学污染物并提高降解能力，美国则侧重于不同污染地土壤和水体的整治和修复，尤其是外源有机污染物的治理。１９８９年，美国环境保护局成功地对受石油污染的Ａｌａｓｋａ海滩进行了生物修复∞“。”。另外两个成功的案例是：密执安Ｇｒａｙｌｉｎｇ一个空军基地柴油贮罐管道破裂造成深层土壤和水体高浓度污染的治理工程；对二氯乙烯、三氯乙烯、四氯乙烯和ＢＴＥＸ污染的土壤、地下水的生物修复工程。对于含重金属的工业废水和含农药的有机废水，生物修复也起到很显著的作用ｏ。“”。生物修复在黑臭河道治理中的应用起源于二十世纪五十年代，英、美、日等国采用河道曝气复氧措旄解决日益严重的河道污染，像德国的鲁尔河（ｇｕｈｒ），Ｓａａｒ河，Ｅｍｓｃｈｅｒ筘ｌ、Ｆｕｌｄａ河等ｆ英国的泰晤士河；美国的Ｈｏｍｅｗｏｏｄ运河、密西西比河等。日本１９７６年开始利用生物修复技术在各地开展河流、湖泊的直接净化试验。１９８９年苏州河治理中我国生物修复在黑臭河道治理中的大规模试验开始，在此基础上形成了一整套具有中国特色的黑臭河道生物修复技术，并取得了上海张家滨、上澳塘、江苏周庄等多条城市黑臭河道生物治理的成功。生物修复作用方式的不同产生了许多不同的技术名称。根据修复环境溶解氧的可利用程度分为好氧生物修复、厌氧生物修复和好氧一厌氧组合生物修复；根据被修复对象的移动性分为原位修复、易位修复和原位一易位组合修复；根据修复过程中人为参与的程度可以分为自然生态修复和工程生态修复。由于物理法和化学法不能够从根本上解决水体黑臭的问题，随着环保要求的提高和环境生物技术的不断发１２上海师范大学硕士学位论文上海城区水体黑臭主要影响因子及治理案倒比较研究展，生物修复作为一种低投资、高效益、运行操作方便灵活的水体污染治理技术日益得到重视和发展。２．２城市黑臭水体治理方法２．２．１水体黑臭的指标与评价水环境质量评价就是通过一定的数理方法和其他手段，对水环境素质的优劣进行定量描述（或将量变、质变换为评语）的过程。水环境质量评价必须以监测资料为基础，经过数理统计得出统计量（特征数值）及环境的各种代表值，然后依据水环境质量评价方法及水环境质量分级分类标准进行环境质量评价。我国河流水质污染指标主要有两类：一是有机污染指标，包括溶解氧、氨氮、高锰酸盐指数、五日生化需氧量；二是富营养化指标（即总磷）…１。水体黑臭评价作为一种特殊的水质评价，目前在国内外尚无确定性的专门评价方法和标准．水体黑臭的指标是研究水体黑臭威因，判断黑臭程度，科学合理地管理水体的重要依据。水体黑臭指标不仅要反映水体黑臭的表观现状和黑臭产生的过程，更重要的是能够对黑臭产生后水质状况质的改变定性和定量地说明，即能够而且应该反映水体黑臭的本质特征。我国城市河流黑臭指标分为两类：一是单项指标，分为针对黑臭本身的气味定量测定如臭闽值（１＇ｏ）和色度测定色阈值（ｃＨ）及针对水质变化的指标如溶解氧、化学耗氧量（ＣＯＤｃｒ或ＣＯＤＭｎ）、５日生化需氧量（ＢＯＤ５）、氨氮（ＮＨ３．Ｎ），有机污染物，水温，ｐＨ，硫酸还原菌数，总磷等，其中前四项是目前国内外常用的有机污染指标，与水体黑臭有较好的相关性啪““’棚；二是综合指标，如黑臭指数（Ｉ，共有四类）和有机污染系数（Ａ值）。溶解氧（ＤＯ）是溶解在水体中的氧的含量。天然水系中最强的氧化剂是氧，水中含氧量是判断水环境性质的重要指标。水体黑臭的一个主要原因是缺氧。清洁水体正常情况下ＤＯ接近饱和状态，受到有机污染时有机物氧化耗氧，污染严重时水体来不及从空气中吸收充足的氧补充氧化耗氧，ＤＯ不断减少，甚至接近零。氧的缺乏不仅阻碍了水体中好氧过程对污染物的分解，降低了水体自净能力，更使水上海师范大学硕士学位论文上海城区水体黑臭主要影响因子及治理案例比较研究体环境转化为缺氧甚至厌氧状态，致使厌氧微生物成为污染物分解的主体，生成黑臭物质，因此ＤＯ是水体黑臭的主要控制指标。ＤＯ＜ｌｍｇ／Ｌ，能促使厌氧菌繁殖，有机物极易降解成Ｈ２Ｓ、ＮＩ－－１３、ＣＩ－ｈ、ＲＳＨ等，水质表观为深黑恶臭。ＤＯ＝ｌ～４ｍｇ／Ｌ，为好氧条件，但有机污染物浓度均超过Ⅲ类地面水标准，：由于有机碳与有机氨污染物的养分供给，致使放线菌大量繁殖，排放出发臭物质．具体又可分为两种情况：ＤＯ＝ｌ～２ｍｇ／Ｌ，水体有机污染物含量较高，呈黑臭状态；Ｄ０＝３～４ｍｇ／Ｌ，水体有机污染物含量接近Ⅲ类地面水标准，呈灰褐微臭状态。ＤＯ＞４ｍｇ／Ｌ，有机污染物含量一般小于地面水Ⅲ类标准，水体星黄（灰）绿无臭状态Ｍ．有研究认为水体ｒＰＤＯ＜２．０ｍｇ／Ｌ，ＣＯＤ，ＢＯＤｓ含量超过Ⅳ类水标准时会出现黑臭现象汹１。胡国臣等提出水体黑臭与不黑臭的临界指标为：ＣＨ（水体黑度）＝２１．５，ＤＯ＝Ｉ．８ｍｇ／Ｌ，Ｎ（还原Ｓ０４２－产：Ｈ２Ｓ的细菌数）＝２０００＋／ｍｌ，ＢＯＤ５＝１４ｍｇ／Ｌ…。对海河二道闸以下河段的监测和观察证明，当ＣＯＤＭｎ＜２０ｍｇ／Ｌ，ＢＯＤｓ＜２０ｍｇ／Ｌ，ＳＳ＜２０ｍｇ／Ｌ的情况下，水体不会产生黑臭现象“”。氨氮（ＮＨ３＿Ｎ）含量高易生成氨等有臭气体。ＮＨ３．Ｎ主要来源于农业化肥、生‘活污水和化学工业废水。水体中的有机氮很不稳定，有氧存在时，在微生物作用下经氨化作用、硝化作用成为硝酸盐类无机氮化物，整个转化过程需消耗水体中大量的氧气，使水质变坏，发黑发臭，故ＮＨ３．Ｎ也是引起水体黑臭的重要因子。据汾江河的水质监测数据分析，黑臭污染指数＝氨氮含量实测值（ｍｇ／Ｌ）／（溶解氧饱和率＋０．４），黑臭污染指数＞５时水体出现黑臭““。ＣＯＤｃｒ是指水体中能被氧化的物质在一定条件下被氧化时所消耗的氧的量，ＢＯＤ５是指由于好氧微生物的作用使水体中有机物完全氧化所需的水中溶解氧的量，二者均为衡量水体污染程度的指标．根据《地面水环境质量标准（Ｇｍ８３８．８趵》选取参数的控制指标意义，ＣＯＤｅｒ和ＢＯＤｓ主要控制水体有机污染物，防治水体黑臭；ＤＯ是水体感官指标及保护水生物的基准要求：在ＧＢ３８３８－８８中虽然没有ＮＨ３－Ｎ指标，但选用了凯氏氮、非离子氨等多项指标来分析评价。研究表明。当水体中ＤＯ＜２．０ｍｇｒＬ，ＣＯＤｅｒ，ＢＯＤｓ含量超过Ⅳ类水质标准时水体会出现黑臭现象。可见，上述四项有机污染指标是黑臭评价中最为常用和可靠的指标．适宜的温度能促进水体中微生物的生长繁殖，加速水体中各种生化反应．当河流受到有机物污染且水温适宜时，微生物强烈的活动会使水体中的有机物大量分１４上海师范大学硬士学位论文上海城区水体黑臭主要影响因子及治理案例比较研究解，生成各种发臭物质，从而引起河流出现不同程度的黑臭。上海地区河流在５～１０月问，平均水温高于２３。Ｃ，极易形成水体黑臭ｍ“蜘．ｐＨ为水体生化反应提供条件，对水体黑臭也有影响。ｐｎ会明显地影响到有机污染物在水环境中的生物降解速度。如汾江河水体ｐＨ值为６．５～７．０时为有机污染物提供了酸性降解条件［３ｓ１．此外ｐＨ值对水解速率、吸附过程等都有一定的影响嘲。感官要求是河流达到景观要求的基本指标。在景观用水水质标准中，除了色、嗅、漂浮物、沉积物、水生生物外，还规定了透明度标准。黑臭指数这一概念是上海自来水公司提出的，用于反映水体黑臭程度。当指数≥５时，水体即处于黑臭状态‰圳．方宇翘（１９９３）以臭阈值（ＴＯ）为主要指标，建立其与ＣＯＤ，ＢＯＤ、ＮＨ３．Ｎ、溶解氧和水温对河水黑臭影响定量关系，并应用多因子系数，建立水质黑臭指数关系公式。经实测验证表明：应用所建立的黑臭指数关系式对苏州河整治工程水质进行评价，能判别城市河流中黄、灰绿无臭，灰褐微臭，黑臭，深黑恶臭４个级别（见表２－２）．对上海地区河流进行实测检验，正确率达９７％。．ｆ表２—２水质黑臭评价（Ｉ）戴树桂（１９９４）以色阙值（ＣＨ）为主要指标，多数指标随时间的变化与黑臭色度的变化存在较好的同步过程．对黑度交化响应性较强的指标有ＢＯＤ５、水体中活性还原物质（ＡＲＳ）、中等还原物质（ＭＲＳ）和硫化物（ＳＦ）等．在统计分析中没有显示生物量指标的显著影响，主要原因还是生境条件不稳定造成的。在指标上海师范大学硕士学位论文上海城区水体黑臭主要影响因子及治理案例比较研究随时问变化的曲线中，ＤｏＪ咆和率、ＴＰ、ＮＨ３．Ｎ、ＯＲＰ表现出与黑臭明显的相关性，前三者是正相关，ＯＲＰ是负相关。底质指标存在不同程度的累积滞后现象，这种现象是造成底质内负荷增加的原因。有机污染指数评价法见王华东‘水环境污染概论》（１９８４）。巢亚萍（２００１）使用该法评价常州运河黑臭情况。该法的水质评价标准采用ＧＨＺＢｌ．１９９９《地表水环境质量标准》中Ⅳ类标准，有机污染程度分级标准采用上海黄浦江有机污染程度分级标准。在苏州河环境综合整治中，有研究者提出有机污染综合评价法是水质黑臭评价的最佳方法，认为苏州河黑臭的评价可选用ＤＯ，ＢＯＤ５、ＣＯＤｅｒ、ＮＨ３－Ｎ四项指标，并采用有机污染综合评价法（Ａ值法）进行评价，有机污染指标Ａ值为２～３表明黑臭开始出现，Ａ值为３～４表示水体处于黑臭状态，Ａ值＞４表示水体处于一严重黑臭状态“”：上海市水务局阮仁良等（２００２）的研究结果表明：采用有机污染综合评价法能有效地评估苏州河水质的黑臭变化，可以定量评估消除黑臭的情况。除上述表征指标臭阈值，水体黑度，硫化物，硫酸盐还原菌，成因指标ＣＯＤｅｒ，ＢＯＤｓ，ＮＨ３．Ｎ，量化指标有机污染综合指数（Ａ值），黑臭指数，综合指标ＤＯ外，水体黑臭的另一重要综合评价指标是氧化还原电位（ＯＲＰ）．水体中往往存在多种氧化还原对，构成复杂的氧化还原体系，其氧化还原电位（ＯＲＰ）是多种氧化物与还原物质发生氧化还原反应的综合结果，是还原剂和氧化剂之间的电位差，反映水体氧化还原能力的量度。因此氧化还原电位是反映水体的一个综合性指标。影响水体氧化还原电位值的因素很多，有可能导致氧化剂、还原剂及氢离子浓度变化的活动或过程都将导致ＯＲＰ发生波动。如口Ｈ、光照、温度、，生物代谢、生物负荷量、ＤＯ，微生物的代谢活动及代谢产物等。还原性有机物可降低ＯＲＰ，溶解氧的消耗可使ＯＲＰ值下降。厌氧环境的主要标志是低的氧化还原电位，其值应为负值．一般情况下氧的溶入是引起厌氧系统的ＯＲＰ升高的最主要最直接的原因．此外，其他一些氧化剂或氧化态物质也能使水体ＯＲＰ升高潍“’删．２．２．２城市黑臭水体的类型在不同的水质改善阶段采取何种水质改善技术，以及水质改善的程度和时间ｔ都取决于对水体污染特征的深入了解．根据污染特征城市黑臭河道类型有：１６