城市黑臭水體是如何形成的

2022-08-23 07:26:21 0 雙良環(huán)境

　　我們生活在高速發(fā)展的現(xiàn)代化城市，享受著工業(yè)化帶來的效率和便利的同時，很容易忽視城市化帶來的負面問題。一條條城中河，一片片低洼的濕地上，總是能看到流淌著的一道道黑乎乎粘稠發(fā)臭的水體。

　　這就是我們今天所說的城市黑臭水體，它是在城市里生活的人們反映強烈的水環(huán)境問題，不僅損害城市人居環(huán)境，也嚴重影響城市形象。那么黑臭水體到底是如何形成的呢?又需要如何有效防治?

　　2017年年底前，地級及以上城市實現(xiàn)河面無大面積漂浮物，河岸無垃圾，無違法排污口，直轄市、省會城市、計劃單列市建成區(qū)基本消除黑臭水體;2020年年底前，地級以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內;到2030年，全國城市建成區(qū)黑臭水體總體得到消除。

　　這是國務院發(fā)布的《水污染防治行動計劃》(簡稱 “水十條”)對黑臭水體治理提出的明確要求。

　　以清溪川為例，清溪川是韓國首爾市中心的一條河流，全長10.84公里，總流域面積59.83平方公里。在二十世紀五六十年代，由于城市經濟快速增長及規(guī)模急劇擴張，清溪川曾被混凝土路面覆蓋，成為城市主干道之下的暗渠，因工業(yè)和生活廢水排放其中，其水質也變得十分惡劣。

　　2003年7月1日，韓國首爾政府啟動清溪川修復工程，歷時兩年竣工。經過多年治理，清溪川已經還清，并成為黑臭河流治理的典型案例!

　　治理后的清溪川

　　治理黑臭水體的當務之急，就是要認清其成因并采取有效治理措施，消除黑臭水體。

　　黑臭水體是感官性污染常見現(xiàn)象。

　　《城市黑臭水體整治工作指南》中對于城市黑臭水體給出了明確定義。一是明確范圍為城市建成區(qū)內的水體，也就是居民身邊的黑臭水體;二是從"黑"和"臭"兩個方面界定，即呈現(xiàn)令人不悅的顏色和(或)散發(fā)令人不適氣味的水體，以百姓的感觀判斷為主要依據。

　　在我國城市化和工業(yè)化進程加快的過程中，由于水污染控制與治理措施滯后，或者能力有限與水平低下，一些城市水體尤其是中小城市水體，直接成為工業(yè)、農業(yè)及生活廢水的主要排放通道和場所，導致城市水體大面積受污染，引起水體富營養(yǎng)化，形成黑臭水體。

　　我國黑臭水體的治理，最早可以追溯到1996年的上海蘇州河環(huán)境綜合整治。近年來，黑臭水體治理逐漸受到地方政府的高度重視，并已經開展了相關實踐。"水十條"將公眾身邊黑臭水體作為國家戰(zhàn)略的重點，體現(xiàn)自下而上的公眾訴求，也是自上而下回歸水治理本質的重要舉措。

　　近幾十年來，黑臭水體的范圍和程度不斷加劇，在全國大部分城市河段中，流經繁華區(qū)域的水體絕大部分受到不同程度的污染。尤其是各大流域的二級與三級支流的黑臭問題更加突出，且劣化程度逐年提高。如淮河，2014 年國家環(huán)境質量狀況公報數據表明，干流水質全年都在Ⅳ類水以上，但主要支流的劣Ⅴ類水體超過23%;

　　在各大水系中海河的劣Ⅴ類水質程度最高，國控斷面監(jiān)測數據表明，干流劣Ⅴ類達37%、支流劣Ⅴ類達44%。

　　目前，普遍接受的觀點是：水體中有機污染物含量過高時，在好氧微生物的作用下，有機物分解會大量消耗水中的氧氣，使水體轉化成缺氧或厭氧狀態(tài)。在缺氧和厭氧條件下，水體中的鐵、錳等金屬離子與水中的硫離子形成硫化亞鐵、硫化錳等化合物。懸浮顆粒吸附硫化亞鐵、硫化錳等，致使水體變黑;有機物腐敗、分解，產生氨、硫化氫、硫醇、硫醚、有機胺和有機酸等惡臭物質，致使水體變臭。由此，不難分析出影響水體黑臭的主要因素有：有機污染物濃度、營養(yǎng)物質濃度、污染時間(污染形成后經歷的時間)、水力條件、溫度條件等。

　　國家重大水專項相關研究結果表明：

　　當溶解氧降低到2.0mg/L 時，水體將處于缺氧狀態(tài);

　　當溶解氧為3mg/L～5mg/L 時，水體中有機污染物和氨氮含量一般也會超過地表水Ⅴ類標準，呈現(xiàn)有色有味狀態(tài)，但有水生生物存在;

　　當溶解氧大于6mg/L 時，水體處于有氧狀態(tài)，有機物降解和氨氧化速率顯著增加，水體開始具有自凈能力。

　　具體來說，水體發(fā)生黑臭的主因有如下幾方面：

　　一、外源有機物和氨氮消耗水中氧氣

　　城市水體一旦超量受納外源性有機物以及一些動植物的腐殖質，如居民生活污水、畜禽糞便、農產品加工污染物等，水中的溶解氧就會被快速消耗。當溶解氧下降到一個過低水平時，大量有機物在厭氧菌的作用下進一步分解，產生硫化氫、胺、氨和其他帶異味易揮發(fā)的小分子化合物，從而散發(fā)出臭味。同時，厭氧條件下，沉積物中產生的烷、氮氣、硫化氫等難溶于水的氣體，在上升過程中攜帶污泥進入水相，使水體發(fā)黑。

　　給河蟹池塘增加新的溶氧來源

　　二、內源底泥中釋放污染

　　當水體被污染后，部分污染物日積月累，通過沉降作用或隨顆粒物吸附作用進入到水體底泥中。在酸性、還原條件下，污染物和氨氮從底泥中釋放，厭氧發(fā)酵產生的甲烷及氮氣導致底泥上浮也是水體黑臭的重要原因之一。有研究指出，在一些污染水體中，底泥中污染物的釋放量與外源污染的總量相當。此外，城市河道中有大量營養(yǎng)物質，導致河道中藻類過量繁殖。這些藻類在生長初期給水體補充氧氣，在死亡后分解礦化形成耗氧有機物和氨氮，而這導致季節(jié)性水體黑臭現(xiàn)象并產生極其強烈的腥臭味道。

　　河道清淤治理黑臭水體

　　三、不流動和水溫升高的影響

　　喪失生態(tài)功能的水體，往往流動性降低或完全消失，直接導致水體復氧能力衰退，局部水域或水層虧氧問題嚴重，形成適宜藍綠藻快速繁殖的水動力條件，增加水華暴發(fā)風險，引發(fā)水體水質惡化。此外，水溫的升高將加快水體中的微生物和藻類殘體分解有機物及氨氮速度，加速溶解氧消耗，加劇水體黑臭。

　　在橋下安放水泵對水體推流，促進流動

　　關于黑臭水體的治理：

　　黑臭水體的處理方法大致分為物理，化學以及生物法。物理法和化學法對于處理黑臭水體存在費用高，并且化學法會存在二次污染的危害。但是目前國外的一些應用表明物理化學方法在一些處理實例中仍然效果良好，對于某些只采用生物法處理效果不達標的污水有較好作用。

　　1. 物理修復

　　目前主要的物理處理方法包括截污、調水、清淤等水利工程，以及機械除藻、引水稀釋、人工造流等.

　　環(huán)境保護部科技標準司司長熊躍輝表示，河流黑臭問題的本質是污染物輸入超過河流水環(huán)境容量。在流域尺度上采取污染源工程治理等截污措施，能夠大幅度削減入河污染負荷，是消除黑臭問題的首要舉措。

　　污泥疏浚

　　疏浚既清淤能較好的處理水底污泥，對污泥進行再利用。并且隨著輕質疏浚材料的發(fā)展，以及科學的疏浚方法。疏浚對水體產生的二次環(huán)境影響越來越小。

　　河道曝氣

　　河道曝氣生態(tài)凈化系統(tǒng)以水生生物為主體，輔以適當地人工曝氣，建立人工模擬生態(tài)處理系統(tǒng)，以高效降解水體中的污染負荷，改善或凈化水質，是人工凈化與生態(tài)凈化相結合的工藝。

　　2.化學修復

　　化學修復主要采用絮凝沉淀技術，該技術是指向城市污染河流的水體中投加鐵鹽、鈣鹽、鋁鹽等藥劑，使之與水體中溶解態(tài)磷酸鹽形成不溶性固體沉淀至河床底泥中。但需要注意的是，化學絮凝法的費用較高，并且產生較多沉積物，某些化學藥劑具有一定毒性，在環(huán)境條件改變時會形成二次污染。

　　強化混凝

　　化學法常見的有強化混凝、藥劑殺藻、活性炭等，其中強化混凝法被美國環(huán)保局推薦為最佳去除有機物的方法。自然水體存在的混凝現(xiàn)象對水質轉變有十分顯著的影響。水體顆粒物及溶解性的毒害物質通過自然混凝沉淀、遷移、轉化，逐漸恢復水體健康?；炷^程分為壓縮雙層、吸附電中和、吸附架橋和沉淀物網捕 4種。

　　通過增加混凝劑的投加量來提高有機物去除率的方法即強化混凝技術，相對常規(guī)混凝不同，強化混凝可高效地去除有機物污染物、濁度。引起水體黑臭原因分別有腐殖質、硫化鐵膠體和懸浮顆粒等?；炷齽┩ㄟ^中和帶負電腐殖質，吸附架橋、共沉淀作用，有效去除水中有機物污染和黑臭現(xiàn)象。

　　不同的化學混凝劑，膠體脫穩(wěn)、凝聚或絮凝方式也不同。常見的絮凝劑分為無機、有機高分子、表面活性劑三種，如聚丙烯胺、聚合氯化鋁(Polyaluminium Chloride，PAC)。氯化鎂較少使用，主要是因為可能引入雜質，但可添加助凝劑石灰、鹵素等很好地去除鎂離子，并促進混凝沉淀。聚合氯化鋁在工業(yè)中常用作表面活性劑、潤滑劑等，在水處理混凝去除濁度和可溶有機物。往往陽離子水解鹽比鋁鹽或鐵鹽更有效。因為膠體在自然水體以負電荷的形式存在。強化混凝沉淀能夠有效移除有機污染物，但混凝效果與有機物分子量有關，常用于富營養(yǎng)化水體，急性有機物污染，高效且短期效果明顯，但混凝劑增加底泥負荷，且不利于生態(tài)修復，也易破壞原有的生態(tài)系統(tǒng)，適用于水質和水量經常發(fā)生變化的河道。

　　藥劑殺藻

　　當水體富營養(yǎng)時，藻類大量繁殖代謝產生嗅味導致水體黑臭嚴重。藻類是典型的氯化消毒副產物前驅物質，所以控制藻菌可使用殺菌滅藻劑?；瘜W殺菌劑除藻快速高效，但除微囊藻外，其他生物副作用較大且會加速釋放藻毒素，造成二次污染也破壞了生態(tài)平衡。

　　殺菌劑除藻又分氧化型和非氧化型，氧化劑殺菌劑中，液氯最為普遍，次氯酸鈉、二氯或三氯異氰尿酸等也有使用。非氧化型殺菌劑主要是金屬化合物及重金屬制劑，例如銅、汞、錫、鉻酸鹽等。這些會對魚類水草等產生一定程度傷害有致死致癌作用，只能作為應急處理。馬軍等通過高錳酸鹽復合藥劑預處理藻污染水體，結果顯示高錳酸鹽復合藥劑極大地提高了除藻效率，降低了紫外吸光度。

　　化學方法在各種介紹中都帶有"見效快、效率高, 但易造成二次污染"類似的字樣，讓人不禁有些許擔憂。城市黑臭水體是群眾最容易發(fā)現(xiàn)的污染水體，也是地方政府的"臉面工程"，治理好黑臭水體從一定程度與政績掛鉤，那么"見效快、效率高"是再適合不過，而引起的二次污染因為短期內看不到聞不到而可能被忽視，而最終仍存安全隱患。

　　3.生物修復

　　生物修復具有很多優(yōu)點，包括節(jié)約成本，處理效果好，不耗能或者耗能少，另外這種技術不會向水體投放藥劑，避免了二次污染。

　　現(xiàn)階段的生物修復技術比較繁多，大致可分為植物修復，動物修復，微生物修復。其中微生物修復技術近幾年來發(fā)展迅速，己經成為一種經濟效益和環(huán)境效益俱佳的、解決復雜環(huán)境污染問題的有效手段。

　　生物修復包括光合細菌法處理黑臭污水(PSB)、生物復合酶處理黑臭污水、微生物群等技術。最為常見的有日本琉球大學比嘉照夫教授研制的EM。包含了10屬80多種微生物,其中具有代表性的有光合細菌類、放線菌類、酵母菌類和乳酸菌類。

　　另外在大多數實際生物修復工程中都會應用的土著微生物，其原因一方面是由于土著微生物降解污染物的潛力巨大，另一方面也是因為接種的微生物在環(huán)境中難以保持較高的活性以及工程菌的應用受到較嚴格的限制。

　　綜合以上處理方法，可以看出，其中微生物處理方式以其的巨大優(yōu)點，成為處理污水最為實用的方式。但是，如果單一投加微生物處理，仍然有DO不足，氮磷效果去除不理想等各種缺點。所以以目前的各種實驗綜合來看，采用物理、化學和生物處理綜合利用，是最為現(xiàn)實并且效果最為理想的方式。而對于某些特殊情況則可以根據處理要求以及經濟條件進行適當調整，例如美國等有采用直接在污染底泥上放置覆蓋物的方式阻止底泥的二次污染，效果也較為理想。