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上海师范大学硕士学岱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 摘要 黑臭是水体有机污染的一种极端现象。本研究分析探讨了城市水体黑臭的主要 影响因子与评价指标，黑臭水体治理工程的终结条件与技术经济结构( 性价比) ， 总结了黑臭水体治理方法与经验。 综合文献资料和实验结果可知： 黑臭的综合指标是有机污染指数a 值。黑臭水体的谊除与c o d c r ，b o d 5 ， n h 3 - n ，d o 等指标的相关性明显外，与o r p ，s f 的相关性也明显；但当d o 连续为 0 时，d o 与其他水质指标的相关性无法显示。无明显黑臭的水体c h l a 与c o d c r ， n o d 5 ，n h 3 n ，d o 等指标相关性明显。介于黑臭和富营养化之间的水体以上指标 间的相关性都明显。 水体黑臭的主要影响因子是s bo r p 、c h l a 、c o d c r ，分别代表水体的水质指 标、电化学指标、生物学指标、有机污染指标。s f 和0 r p 对黑臭的权重高于a 值， 在d o 为零时仍可定量地表示黑臭程度。 黑臭水体治理工程竣工的标志可为：水温大于2 0 c 时，s f i 9 8 m g l ，a 2 m g l ：c o d m n 去除率多为3 0 4 0 ；c o d c r 去除率约5 5 ；b o d 5 去除率为8 0 左右；n h 3 n 去除率基本可达6 0 以上；t p 去 除率为4 5 8 5 ；单位水量治理费用一般为6 5 7 5 元i n 3 ，最低3 0 元m 3 ，平均约 5 6 7 元；m 3 。 关键词：上海；黑臭水体；影响因子；治理 上海师范大学硕士学位论文 上海城区水体黑臭主要影响园子及治理案倒比较研究 a b s t r a c t b l a c ka n df o u lw a t e ri sar e s u l tf r o mt h es e r i o u so r g a n i cp o l l u t i o n i nt h i ss t u d y ，t h e p r i m a r yi n f l u e n c i n gf a c t o r so nb l a c ka n d f o u lw a t e rp o l l u t i o n ，i n d e x e so fb l a c ka n df o u l w a t e r q u a l i t ye v a l u a t i o n ，c o n d i t i o n st ot e r m i n a t et h e t r e a t m e n te n g i n e e r so nb l a c ka n d f o u lw a t e rp o l l u t i o na n dt h ee v a l u a t i o no ft e c h n i c a le c o n o m y ( p e r f o r m a n c e p r i c er a t i o ) a b o u tb l a c ka n df o u lw a t e rt r e a t m e n tw e r ed i s c u s s e da n da n a l y z e d ，m e t h o d sa n d e x p e r i e n c e so f b l a c ka n df o u lw a t e rt r e a t m e n tw e r es u m m a r i z e d b a s e do nt h el i t e r a t u r e sa n de x p e r i m e n t a lr e s u l t si tc a nb ek n o w nt h a t ： c o m p r e h e n s i v ei n d e xo fb l a c k a n df o u lw a sav a l u e av a l u ew a s s i g n i f i c a n t l y c o r r e l a t e dw i t hc o d e r ，b o d s ，n h 3 一n ，d o ，a l s ow i t ho r p ，s f , e t ci nb l a c ka n df o u l w a t e r , b u tw h e nd ov a l u ew a sc o n s e c u t i v e0 c o r r e l a t i o nb e t w e e nd oa n do t h e rw a t e r q u a l i t yi n d e x e s w a su n a b l et ob ek n o w n t h e r ew a ss i g n i f i c 髓ti j o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e m i nw a t e rw h i c hw a s n tb l a c ka n df o u le n o u g ha n dw a t e rw h o s ew a t e rq u a u t yw a s b e t w e e nb l a c ka n df o u lp o l l u t i o na n de u t r o p h i c a t i o n p r i m a r yi n f l u e n c i n gf a c t o r so f b l a c ka n df o u lw a t e rp o l l u t i o nw e r es f , o r p , c h l a ， c o d e r , d e n o t i n gi n d e x e so fw a t e rq u a l i t y , e l e c t r o c h e m i s t r y , b i o l o g ya n do r g a n i c p o l l u t i o nr e s p e c t i v e l y e i g e n v a l u e o f s f a n d o r p w a s h i g h e r t h a n a v a l u e a n d s f a n d o r p w e r e a b l e t o d e n o t e t h e d e g r e e s o f b l a c ka n d f o u l w a t e r p o l l u t i o n q u a n t i f i c a t i o n a l l y w h e n d 0 v a l u e w a s 0 a b l a c ka n df o u lw a t e rp o l l u t i o nt r e a t m e n tp r o j e c tc o u l db ec o m p l e t eu n d e rt h e c o n d i t i o n s ：w a t e rq u a l i t yw e r ed e t e r m i n e de v e r yw e e kw h e nt h ew a t e rt e m p e r a t u r ew a s h i g h e rt h a n2 0 c ，s f i 9 8 m g ，la 2 m g l ；t h ee l i m i n a t i o nr a t eo f c o d m h w a s 3 0 4 0 。o f c o d c r w a s8 0 ，o f n h 3 - n w a g o v e r 6 0 a n d o f t p 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 w a s 4 5 8 5 ；m o s t o f t h e t r e a t m e n tc o s t o f u n i t w a t e r w a s ￥6 5 7 5 1 m s 。t h e l e a s t w a s3 ( 3 0 0 7 1 m 3a n dt h ea v e r a g ew a s ￥ 5 6 6 6 m 3 k e y w o r d s ：s h a n g h a ic i t y ；b l a c ka n df o u lw a t e r p o l l u t i o n ；i n f l u e n c i n gf a c t o r s ； t r e a t m e n t 二 论文独创性声明 本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中除 了特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或机构已经发表或撰写过的研究 成果。其他同志对本研究的启发和所做的贡献均已在论文中做了明确的声明并表 示了谢意。 作者签名： 朽：芰芳 日期： 丽。毫。 t 论文使用授权声明 本人完全了解上海师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其它手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此 规定 ：么il、 鹕张 聊所 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铡比较研究 1 1 问题的提出 1 1 1 水资源危机 第一章绪论 水是地球上分布最广又十分重要的自然资源，人类和千千万万的物种都要依赖 水资源生存。2 0 世纪以来，由于人口增长、不合理使用和污染，地球“生命之液” 面临严重危机“。地球7 0 8 的面积为水所覆盖，其中仅2 5 是淡水，淡水中8 7 ， 是人类难以利用的两极冰盖、高山冰川和永冻地带的冰雪，人类真正能够利用的 只有江河湖泊及地下水中的一部分，约占地球总水量的0 2 6 。世界上淡水资源分 布极不均匀，约占世界人口总数4 0 的8 0 个国家和地区严重缺水。随着社会和生产 的发展，淡水需求量不断增长存许名千旱和半干旱地区，淡水己成为经济发展的 重要限制因素，部门之间、地区之间和国家之间争夺淡水资源的情况越来越突出。 在水资源较丰富的地区，不同功能用途之间的矛盾和冲突也越来越显著“1 我国淡水资源总量为2 7 万亿立方米，居世界第六位，但人均水量只相当于世界 人均占有量的1 4 ，居世界第1 1 0 位。我国是严重缺水大国，水资源的时空分布不均 衡，与耕地、人口的地区分布也不相适应，农业灌溉需求大，更加剧了淡水资源的 供需矛盾。2 0 世纪末对全国6 4 0 个城市的统计中，有3 0 0 个左右城市不同程度地 缺水，其中严重缺水的城市1 1 4 个，月缺水1 6 0 0 万吨，每年因缺水造成的直接经 济损失达2 0 0 0 亿元。进入2 1 世纪，我国水资源供需矛盾进一步加剧。据预测，2 0 1 0 年全国总供水量为6 2 0 0 6 5 0 0 亿m 3 ，而相应的总需水量将达7 3 0 0 亿m 3 ，供需缺 口近1 0 0 0 亿m 3 。2 0 3 0 年全国将缺水4 0 0 0 4 5 0 0 亿m 3 。 1 1 2 水体污染与黑臭 1 1 2 1 水体污染现状 与淡水资源短缺相对的是水资源的大量浪费和严重污染。农业消耗了全球用水 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 量的7 0 左右，但农业灌溉用水效率普遍较低，许多灌溉系统6 0 * , 以上的水在浇 灌庄稼前就渗漏蒸发掉了，并带来土壤盐渍化。更为严重的是水污染问题。水资源 是量与质的高度统一，水体污染降低了水资源的质量，大大减少了淡水的可供量， 加剧了淡水资源的短缺。大量的无机、有机污染物进入水体，不仅破坏水生生态系 统，而且危害到人体健康，造成水质性缺水，使人们的工农业生产与生活受到影响 美、日、英等国在2 0 世纪7 0 年代末和8 0 年代初发表对未来环境的预测报告，指 出其中一个发展趋势是水的供应和污染问题将进一步扩大。当前水环境污染已成为 世界上重要的问题之一日趋加剧的水污染，己对人类的生存安全构成重大威胁， 成为人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。水环境的保护和水环境污染的 防治成为解决环境问题的重要内容之一。 在我国，河流污染问题普遍存在且日益突出，主要湖泊富营养化严重，流经城 镇的河段污染更加严重，城市污水负荷超过了工业废水污染负荷。据2 0 0 5 年中国 环境状况公报( 国家环境保护总局) ，国家环境监测网七大水系的4 1 1 个地表水监 测断面中，i i 类、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为4 1 、3 2 和2 7 一 。2 8 个国控重点湖( 库) 中，i i 类、i 类、类、v 类、劣v 类水质湖( 库) 数量比例分别为7 ，2 1 ，1 1 - 4 , ，1 8 ，4 3 。1 1 3 个环保重点城市月均监测取 水总量为1 6 1 亿吨，其中达标水量占8 0 ，不达标水量2 0 。河流型主要污染指 标为粪大肠菌群，湖库型主要污染指标为总氮。2 0 0 5 年，全国废水排放总量为5 2 4 5 亿吨( 其中工业废水2 4 3 1 亿吨，生活污水2 8 1 4 亿吨) ；化学需氧量排放量为1 4 1 4 2 万吨( 其中工业排放量5 5 4 8 万吨，生活排放量8 5 9 4 万吨) ；氨氮排放量为1 4 9 8 万吨( 工业排放量5 2 5 万吨，生活排放量9 7 3 万吨) 。随着我国中小城市的快速 发展，城镇人口到2 0 1 0 年将增加到5 6 亿人，城镇排污量也将成倍增长，成为水 体污染的一大隐患o ，。 我国长江三角洲地区水网稠密，湖泊众多，降水充沛，淡水资源非常丰富。但 是，近年来随着该地区经济的高速发展，区内地表水环境迅速趋于恶化，在全区范 围内已普遍出现了质量型缺水现象，严重制约了该区经济的可持续发展。该区工业 废水和生活污水排放量每年都有较大幅度的增长，其中上海市区目均废污水排放量 为5 7 8 万吨，一年排出的废污水己超过年降水产生的径流量。由于我国城市的污水 处理能力相当有限，污水处理率一般仅为2 0 3 0 ，大量污水往往未经处理直接 2 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 排入附近的城市河流中，导致许多河流有机污染严重，出现季节性或终年水体黑臭 现象。其中，以上海的苏州河最为典型。陈振楼等m5 川指出近1 0 年来长江三角洲 地区湖泊氮磷含量逐年增高，中小河流污染突出，城市河流有机污染严重，水体黑 臭现象普遍。 1 1 2 2 水体黑臭 所谓“黑臭”是水体有机污染的一种极端现象，是由于水体缺氧，有机物腐败 而造成的l a z a r o ( 1 9 7 9 ) 指出河流黑臭现象其实是一种生物化学现象水体中 有机物质的厌氧分解。大量有机污染物进入水体，在好氧微生物的生化作用下，消 耗了水体中大量的氧气，使水体转化成缺氧状态，致使厌氧细菌大量繁殖，有机物 腐败、分解、发酵，分解为氨氮、腐殖质、硫化氢、甲烷和硫醇等1 4 0 0 0 多种发臭 物质。此过程引起耗氧大于复氧，造成缺氧环境，产生的有臭气体逸出水面进入大 气，水中铁、锰等重金属被还原，与水中的硫形成硫化亚铁等化合物，形成大量吸 附了f c s 、m n s 的带负电胶体的悬浮颗粒，使水体变黑、变臭。此外水体本身的色 度对黑度也有影响。 目前水体黑臭己成为我国城市水环境中普遍存在的问题之一。黑臭水体的恶臭 对人们的呼吸系统、循环系统、消化系统都有不良影响。城市河流是城市污水和防 洪排涝通道，是城市景观和城市生态环境的重要组成部分，黑臭现象不仅严重影响 城市形象、城市生态环境和市民身体健康，而且直接危及城市饮用水源的水质。黑 臭的河水不能用作城市生活用水，也不能用作农业灌溉和工业用水。上海市黄浦江 市区段水体的黑臭导致自来水厂的主要引水口不断由下游向上游迁移，最终不得不 积极寻找和开发长江口水源嘲。如何尽快解决城市水体黑臭问题已成为城市环境工 作的当务之急。 1 1 2 3 水体主要污染源 ( 1 ) 工业废水：长期以来，城市污水的处理率一直很低，未经处理的工业废 水和生活污水直接排入城市河流是导致河流有机污染严重、普遍出现水体黑臭现象 的主要原因之一 ( 2 ) 生活污水：随着居民生活水平的提高，城市生活污水的排放量呈急剧上 3 上海师范大学硕士学位论文上海城区水体黑臭主要影响园子及治理案例比较研究 升趋势。生活污水中耗氧性有机污染物和氮磷的含量一般远高于工业废水，因此生 活污水排放量的大幅增加不仅掩盖了工业点源污染治理所带来的环境改善成效，而 且进一步加剧了城市河流黑臭程度和湖泊富营养化。 ( 3 ) 畜禽粪便 8 睥代末以来，畜禽养殖业得到了迅速发展，但几乎所有的 畜禽养殖场在建场时均未能投资建造畜禽粪便处理设施，致使畜禽污水未经处理任 意流失，污染附近河流 ( 4 ) 农田化j i i l - 化肥的大量使用在一定程度上加速了地表水体富营养化进程。 太湖苏南地区农田氮肥年均使用量为3 4 5 k g l l m 2 ，磷肥年均使用量为1 8 k g h m 2 施 用的氮肥只有3 0 5 0 被植物吸收，其余的分别进入大气和水环境中。据估算约 有8 的氮和5 的磷进入水体。有关研究表明，通过农田流失进入太湖的氮占入湖 总量的7 2 7 5 ，可见农业面源污染是造成氮污染和富营养化的主要原因之一。 ( 5 ) 底泥污染及其再悬浮作用：底泥是排入河网水系的各种污染物的主要归 宿场所之一。底泥耗氧是河流黑臭的重要原因之一在物理、化学和生物等一系列 作用下，吸附在底泥颗粒上的污染物与孔隙水发生交换，向上覆水体释放污染物质， 可使河流发生二次污染嘲。我国城市黑臭河流大部分已有多年底泥积累，底泥厚度 一般大于1 m ，其污染物含量与释放速率呈显著正相关。底泥还是大量微生物繁殖的 温床，其中放线菌和蓝藻类在有机物参与下可产生黑臭物质，这也是引起河流黑臭 的一大因素。长江三角洲地区湖泊和河流底泥中积蓄了大量的耗氧性有机物、氮磷、 重金属等污染物，成为制约本区地表水质的重要次生污染源“一。 沉积在河床底部的污泥由于水流冲刷、船舶运行、大型工程的建立及生物活动， 能引起底泥再悬浮。悬浮于水流中的底泥颗粒本身对水体也起着致黑作用。有颜色 的物质则参与致黑。应太林等( 1 9 9 7 年) 指出随着扰动速度的增加河流水体黑臭程 度也随之增加m 。 ( 6 ) 水体热污染：城市河流热污染指河流两岸工厂向水体排放高温废水使局 部甚至整个河流的水温上升，威胁到河流中水生生物的繁殖和生存，同时水温是促 进水体发臭的一个重要因素。水体温度低于8 和高于3 5 时，河流一般不产生黑 臭，因为在这个温度段内放线菌分解有机污染物，产生乔司脒的活动受到抑制而 在2 5 时放线茵的繁殖达到最高，相应地河流的黑臭程度也达到最高伽。 ( 7 ) 重金属污染：重金属污染也是城市河流黑臭的一个重要因素，水体悬浮 4 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 物质中的铁、锰是重要的致黑因子之一“1 ( 8 ) 其他因素：航运：垃圾的随意堆放、码头堆物污染、城市暴雨径流、 支流泄水或上游的污水、城市地表径流和排污管道的渗漏等”。1 ；河流的地理位 置、地形地貌、气候、水文，河流周边地区的人口分布等因素”“叮；特殊因素如 卫工河的“黑衬”污染n 1 1 等；河流生态系统的破坏直接导致水质的恶化：护岸植 被破坏会引起水土流失，加剧水体污染；水生生物多样性破坏，水体将失去自净能 力；泥沙沉积和挖掘等破坏底栖生态，水体环境也会跟着进一步恶化。 1 2 本文研究的主要内容 随着经济的发展和城市人口的增加，世界范围内的水环境污染日趋严重，成为 人类健康、经济和社会可持续发展的重大障碍。在我国，由于城市污水处理能力相 当有限，大量污水往往未经处理直接排入附近的城市河流中，致使主要湖泊富营养 化严重，许多城市河流有机污染严重，出现季节性或终年水体黑臭现象。目前水体 黑臭已成为我国城市水环境中普遍存在的问题之一。城市河流是城市景观和城市生 态环境的重要组成部分，河流黑臭现象不仅严重影响城市形象、城市生态环境和市 民身体健康，而且直接危及城市饮用水源的水质。如何尽快解决城市水体黑臭问题 已成为城市环境工作的当务之急 本文在综合大量文献资料和实地调研的基础上，通过实验对上海城区9 条黑臭 河道曹杨环浜，漕溪河，曹家宅，老段浦，旌北界，绥宁河，唐浜，许渔河，薛家 浦的水质指标进行分析，探讨城市黑臭水体的评价指标，确定水体黑臭的主要影响 因子；通过分析比较上述9 条黑臭河道治理工程的成效，探讨城市黑臭河道治理工 程终结的条件；对许渔河，绥宁河支流，陆家浜，长浜，老段浦，向阳河，小浜河 西浜河7 个黑臭河道治理案例进行比较，分析黑臭水体治理的技术经济结构( 性 价比) ；通过探讨黑臭水体的边界条件与治理技术、工程实践、治理成效等，总结 黑臭水体的治理方法与经验，为上海市和其他城市消除水体黑臭，净化水质，美化 环境提供参考资料 5 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 第二章城市污水处理与黑臭水体治理方法 概述 2 1 城市污水处理方法 2 1 1 污水中的污染物质 污水中的污染物质大致可分为以下几类： ( 1 ) 固体污染物：水中的固体污染物主要以悬浮、胶体和溶解状态存在于水 体中。悬浮状态的固体污染物通常称为悬浮物，指杂质、泥沙类的无机物、动植物 体腐败产生的有机质和浮游生物。一般所指的固体污染物即固体悬浮物。 ( 2 ) 有机污染物：指以碳水化合物、蛋白质、脂肪、氨基酸等形式存在的天 然有机物质及其它可生物降解的人工合成的有机物质。有机污染物进入水体后，可 使水体中的物质组成发生变化，破坏原有的物质平衡，引起水质恶化、黑臭。 ( 3 ) 有毒污染物：主要指无机化学有毒物质和有机化学有毒物质无机化学 有毒物质主要指重金属及其化合物。大多数重金属离子及其化合物易于被水中悬浮 颗粒所吸附而沉淀于水底的沉积层中，长期污染水体。有机化学有毒物质主要指酚、 苯、硝基物、有机农药、多氯联苯、多环芳烃、合成洗涤剂等。 ( 4 ) 放射性污染物：是指具有放射性核素的物质这类物质通过自身的衰变 可放射出a 、b 、僭射线。放射性物质进入人体后会继续放出射线，危害机体。 ( 5 ) 生物污染物：生物污染物指有害微生物，如病原菌、炭疽菌、病毒、寄 生性虫卵等。它们在水中会使有机物腐败、发臭，对人和动植物也会引发病害，甚 至造成死亡。 ( 6 ) 营养物质污染：主要指水体中的n ，p ，k 等物质。由于人类的生产生活 活动，大量有机物和化肥中未被作物吸收利用的n ，p ，k 等营养物质进入各种水域， 形成富营养化水体。 6 上海师范大学硕士学位论文上海城区承体黑臭主要影响因子及治理案例比较研究 2 1 2 城市污水处理方法 人们 a 7 0 年代起，就开始探索水环境污染治理方法。传统的城市黑臭河流治理 方法大多采用绿化、驳岸、调水、截污、清淤、底质硬化、明渠覆盏等工程手段。 这些方法属市政工程范围，耗资巨大，见效慢。污水中污染物的成分复杂，控制处 理污水中污染物质的技术有很多，不同的污水水质、水量、处理后接纳水体以及有 否回收利用目的、处理程度等要求都决定所采用的处理方法各不相刚污水处理 技术按照作用原理，可分为物理处理法、化学处理法、生物处理法等。 2 1 2 1 物理法 物理法主要是利用物理作用分离废水中呈悬浮状态的污染物质。主要包括： ( 1 ) 沉淀法( 或重力分离法) ：利用废水中的悬浮物和水的比重不同这一原理， 借沉降( 或上浮) 作用把它从水中分离出来，如沉砂池、沉淀池、隔油池等。 ( 2 ) 过滤法：用过滤介质( 如钢条、筛网、砂、布、塑料、微孔管等) 来截留 废水中的悬浮物。过滤设备有格栅、微滤机、砂滤池、真空过滤机、压滤机等 ( 3 ) 离心分离法：借助离心设备，在离心力作用下使废水中悬浮物与水分离。 ( 4 ) 浮选法( 气浮法) ：把加压的溶气水打入废水中，使废水中细小的悬浮颗 粒粘附在气泡上，随气泡上升至水面，形成浮渣而去除。 ( 5 ) 吸附法：用活性炭、硅藻土等吸附剂吸附去除废水中有机或无机污染物。 ( 6 ) 萃取法：利用有机物在溶剂中的不同溶解度来回收有机物的方法 ( 7 ) 吹脱法；把大量空气通入废水中，使废水中含有的溶解性气体吹入大气。 ( 8 ) 蒸发结晶法：将废水加热蒸发，使溶质浓缩，再冷却结晶去除 ( 9 ) 反渗透法：在一定的压力下，将废水中的水分压过半渗透膜，溶质被截留， 废水得到浓缩，残留的污染物浓缩液可采用焚烧等方法作进一步处理“目 在有机污染废水处理中，物理法往往用于预处理或一级处理，随着研究的不断 深入，也有一些物理方法应用于污水的进一步处理，如高磁度分离技术，膜分离技 术膜分离技术发展非常迅速，在3 0 年代仅仅是微孔过滤，4 哞代出现透析技术， 5 0 年代发展电渗析，6 0 年代出现了反渗透，7 0 年代为液膜分离和微滤，8 0 年代出现 气体分离膜，9 眸代发展到以溶液渗透压为推动力的渗透汽化( 渗透蒸发) 技术。新 7 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 的膜技术如膜蒸馏、膜萃取、亲和膜分离、膜反应等技术仍在继续开发中“对。 2 1 2 2 化学法 化学法常用于工业废水的处理，是利用化学反应原理及方法来分离、回收废水 中各种形态的污染物，或改变污染物的性质，使它从有害变为无害的处理方法。主 要包括： ( 1 ) 化学凝聚法：向水中投加带有相反电荷的电解质( 即凝聚剂) ，使废水中 的胶状物呈电中性，失去稳定性，并在分子引力的作用下，凝聚成大颗粒而下沉， 或用气浮法使其上浮，达到去除污染物的目的。常用的凝聚剂有硫酸铝、硫酸亚铁、 三氯化铁、碱铝、聚铁以、消石灰、明矾等。 ( 2 ) 中和法：酸性废水中可投加碱性物质中和，碱性废水中可吹入含c 0 ：的烟 道气或加入酸中和。 ( 3 ) 氧化还原法：投加氧化剂或还原利，使废水中的污染物发生氧化或还原 反应，转变为无害物。常用的氧化剂有空气( o d 、漂白粉、氯气、臭氧、k m n 0 4 ， h 2 0 2 、c 1 0 2 等。常用的还原剂有铁屑、硫酸亚铁、二氧化硫等。 ( 4 ) 离子交换法：利用树脂进行离子交换，以去除污染物质的方法“ 新的方法也不断涌现。如将传统的活性炭吸附法与其它处理方法联用的臭氧一 活性炭法、混凝一吸附活性炭法、活性炭一硅藻土法等。催化湿式氧化技术( w a o ) 是8 0 年代发展起来的处理有机污水的先进技术，在高温下用空气或氧气直接将污水 中的有机物以及含n ，p 等的物质氧化分解成c 0 2 ，h 2 0 及n 2 等无害物。8 0 年代中期 出现的超临界水氧化技术利用临界水作为介质，通过氧化剂如0 2 ，0 3 等氧化分解 有机物，可在较短时间内将大部分有机物彻底分解成c 0 2 、h 2 0 等简单无机物o 。 各种处理方法的适用范围按所要去除的杂质及污染物粒度尺寸、浓度、物化性 质和生化性质来划分“”实际应用中物理法和化学法常交叉、结合，如化学凝聚常 与沉淀或气浮结合；物理、化学方法相结合的电解法、电渗析法等“3 】 2 1 2 3 生物法 生物处理法是1 9 世纪末出现的污水治理技术，是目前最重要、最常用的污水处 理方法，主要利用微生物的生命活动过程，对废水中呈溶解、胶体状态的有机污染 8 上海师范大学硕士学位论文上海城区水体舄臭主要影响因子及治理案例比较研究 物质进行转移和转化作用，使之转化为稳定的，无害的物质，从而使污水得到净化 i s o 整个过程基本上是在微生物所产生的酶的参与下发生的生物化学反应，因此通 常称为废水生化处理。生物法发展至今，己成为世界各国处理污水的主要手段城 市污水浓度低，水量大，物化处理运行成本较高，当前国内外主要采用生物法进行 处理，而以物化技术为辅。 2 1 2 3 1 生物法类型 生物处理法根据所利用的微生物种类和处理条件的不同、所采用的生化反应器 形式的不同以及所要处理的废水性质的不同，而划分为不同的类型： ( 1 ) 根据生物处理系统中起主要作用的微生物呼吸类型，可把生物处理法分 为好氧处理、厌氧处理和兼性( 缺氧) 处理。活性污泥法是好氧处理的典型代表， 污泥消化法是厌氧处理的代表。各种生物滤膜则具有兼性的特点。活性污泥法和生 物膜法是研究得较多、应用得较早、技术也较为成熟的方法“。“”。 ( 2 ) 按处理系统中微生物存在的状态，可把生物处理法分为悬浮生长系统和 固定膜系统。好氧的活性污泥法、厌氧的甲烷发酵法以及采用厌氧一好氧系统的活 性污泥生物脱氮法、一般的光合细菌法等都属于悬浮生长系统。固定膜系统有生物 滤池( 即洒滴池) 、塔式生物滤池、生物转盘等生物接触氧化等则是悬浮系统与固 定膜系统的结合。氧化塘则是利用藻类一细菌互生作用的生态系统来净化污水。 ( 3 ) 按生化反应器的类型，可根据反应器的形式、单元操作的模型，将其分 为完全混合式生化反应器间歇式反应器，完全推流式反应器、固定填充床反应器 和流化床反应器等 按照日本须藤隆以及耿安朝、张洪林等人( 1 9 9 7 ) 的分类，并根据以上分类原 则可将生物处理方法划分为以下类型( 表2 - 1 ) n 力： 表2 一l 废水生物处理方法的分类 9 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 微生物生长方式 反应器类型 悬浮生长 附着生长 完全混和式 间隙式 推流式 固定床 流化床 活性污泥法 生物滤池 完全混和式曝气池 问隙硝化池 推漉式曝气池 生物滤池 好氧流化床 转盘式生物转盘等 2 1 2 3 2 常用生物法简介 ( 1 ) 好氧生物处理：好氧生物处理是废水生物处理中应用最广的一大类方法， 指在有氧条件下，有机污染物作为好氧微生物的营养基质而被氧化分解。包括： 活性污泥法：利用悬浮生长的微生物絮体处理有机废水的好氧生物处理法 微生物絮体即活性污泥，由好气性微生物( 细菌、真菌、原生动物和后生动物) 及其 代谢和吸附的有机物、无机物组成。该方法最早于1 9 1 4 年由英国人a r d e m 和k i c k e t t 创建，耳前是最成熟并仍在迅速发展的废水生物处理技术之一常用活性污泥法有 推流式活性污泥法( c a s ) 、短时曝气法、阶段曝气法( s a a s ) 、生物吸附法( a b ) 、 完全混合式活性污泥法( c m a s ) 、序批式间歇反应器( s b r ) 、深水曝气活性污泥法、 氧化沟法等。 生物膜法：利用微生物在固体表面的附着生长对废水进行生物处理的技术。 主要用于固定床生物处理技术和流化床生物处理技术中优点是：微生物多样性高， 生物膜中食物链较长，具有较高的脱氮能力，单位处理能力大，系统维护方便，操 作运行稳定等。近年来，生物膜法处理技术在城镇生活污水深度处理特别是硝化和 反硝化研究方面取得了较大的进展“”“1 。 ( 2 ) 厌氧生物处理：当废水中有机物浓度较高，b o d s 超过1 5 0 0 m g l 时，应 采用厌氧处理方法，在厌氧条件下，利用厌氧微生物的代谢活动分解废水中的有机 1 0 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 物，又称厌氧发酵。其优点是：可高效去除有机物，生成有价值的副产品甲烷；剩 余污泥产量低，污泥处置费用少；不需要充氧设备，能量消耗低：所需要的氮磷养 分较少。! 厌氧处理一般只用于废水预处理 厌氧处理的核心是厌氧反应器，常见的有：普通厌氧反应器( a p ) ，厌氧接 触反应器( a c p ) ，上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) ，厌氧生物滤池( s f f ) ， 厌氧流化床反应器( a f b ) ，厌氧生物转盘( r b c ) ，厌氧缓冲反应器等 ( 3 ) 光合细菌法：光合细菌会随生长条件的变化而改变其代谢，能处理高负 荷的有机废水。同时，光合细菌细胞富含蛋白质和b 族维生素，具有巨大的利用价 值。日本f 1 6 0 年代首先开展光合细菌( p s b ) 处理有机废水的研究目前用于废水 处理的菌种主要属于红螺菌科。 ( 4 ) 多单元组合工艺 在实践中，常根据废水性质和处理目标把沉淀、过滤、凝聚等物理、化学处理 与生物处理组合成一个系统，生物处理则作为其中的主体发挥作用。多单元组合工 艺结合了多种技术方法的长处，在处理高浓度有机废水，尤其是生物脱氮除磷方面 取得了比较理想的效果。常见的有：( d a o i 艺：即缺氧一好氧生物处理系统； a 一o ( 或称a 2 0 ) 工艺：即厌氧一缺氧一好氧组合工艺，o u y a a g ( 1 9 9 7 ) 曾将r b c 结合到a - - o i 艺中，在去除城市污水中的有机碳、氮、磷方面效果显著； 单级0 工艺：是o 组合工艺的另一种形式，适于处理碳源不足而以生物脱氮为主 的废水；s b r 法：即序列间歇式活性污泥法，是一种按间歇曝气方式来运行的活 性污泥法处理技术，又称序批式活性污泥法；氧化沟法：又称连续循环曝气池， 是5 0 年代荷兰开发的一种工艺技术，有多种变形，如：卡鲁塞尔式、奥贝尔式、一 体化式等；a b 法：即吸附生物降解法，是德国b o h u k c 于7 0 年代中期开发的一种 新工艺，是在常规活性污泥和两端活性污泥法基础上发展起来的嘲。该工艺对运行 管理有较高的要求，目前国内成功运行的并不多见；m b r 法：即膜生物反应器， 是由膜分离技术和传统的生物技术相结合而产生的一种先进、高效的污水生物处理 技术。g 柚d e r 等( 2 0 0 0 ) 曾对膜生物反应器处理生活污水的能耗作了研究珏订；u e d a 等( 1 9 9 6 ，1 9 9 9 ) 研制的加压浸没式膜生物反应器能耗大大降低汹“1 ；c h i e m c h a i s r i 随 后对曝气的方式加以改进，以增大膜的通量住力；l e c 等( 1 9 9 9 ) 在膜生物反应器中加入 铝盐或沸石，有效降低了膜污染，同时除磷，脱氮效果明显。 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。1 9 8 9 年，美国环境保护局成功地对受石油 污染的a l a s k a 海滩进行了生物修复“。”。另外两个成功的案例是：密执安g r a y l i n g 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b t e x 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( g u h r ) ，s a a r 河， e m s c h e r 筘l 、f u l d a 河等f 英国的泰晤士河；美国的h o m e w o o d 运河、密西西比河等。 日本1 9 7 6 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。1 9 8 9 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 1 2 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( c h ) 及针对水质变化的指标如溶解氧、 化学耗氧量( c o d c r 或c o d m n ) 、5 日生化需氧量( b o d 5 ) 、氨氮( n h 3 n ) ，有机污 染物，水温，p h ，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( d o ) 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d o 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，d o 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d o 是水体黑臭的主要控制指标。d o 4 m g l ，有机 污染物含量一般小于地面水类标准，水体星黄( 灰) 绿无臭状态m 有研究认为水体r p d o 2 0 m g l ，c o d ，b o d s 含量超过类水标准时会出现 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：c h ( 水体黑度) = 2 1 5 ， d o = i 8 m g l ，n ( 还原s 0 4 2 - 产：h 2 s 的细菌数) = 2 0 0 0 + m l ，b o d 5 = 1 4 m g l 。 对海河二道闸以下河段的监测和观察证明，当c o d m n 2 0 m g l ，b o d s 2 0 m g l ， s s 5 时水体出现黑臭“。 c o d c r 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， b o d 5 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( g m 8 3 8 8 趵 选取参数的控制指标意义，c o d e r 和b o d s 主要控制水体有机污染物，防治水体黑 臭；d o 是水体感官指标及保护水生物的基准要求：在g b 3 8 3 8 - 8 8 中虽然没有n h 3 - 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 d o 4 表示水体处于 一 严重黑臭状态“”：上海市水务局阮仁良等( 2 0 0 2 ) 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c o d e r ， b o d s ，n h 3 n ，量化指标有机污染综合指数( a 值) ，黑臭指数，综合指标d o 外， 水体黑臭的另一重要综合评价指标是氧化还原电位( o r p ) 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 ( o r p ) 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o r p 发生波动。如口h 、光照、温度、 ， 生物代谢、生物负荷量、d o ，微生物的代谢活动及代谢产物等。还原性有机物可 降低o r p ，溶解氧的消耗可使o r p 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o