（分析化学专业论文）污水处理厂达标外排水对受纳水体及修复植物的影响研究.pdf

污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究中文摘要 中文摘要中又捅要 随着我国经济与人口的快速增加，污水排放总量也在迅速增加，为遏制其造 成的生态环境污染，近年来，我国加大了城市污水与工业废水的集中处理率。排 放自然水体是污水的自然归宿，也是目前我国污水最主要的出路。对于已建成的 污水处理厂，其纳污水体也就是一定的。自然水体对接纳废水具有一定的稀释与 净化能力，但这个稀释与净化能力是一定的。随着污水排放量的增加，会加剧废 水对纳污水体带来冲击和负面影响。而且对于作为纳污水体的河流，在修复过程 中，其接纳废水量必然会对修复植物的生长产生影响。因此，研究污水处理厂的 废水排放量对受纳水体本身和其修复植物的影响，对水环境的保护和水体修复， 具有重要的理论与实际意义。 本文通过对自然水体、废水排放量等条件的模拟，通过大量实验，取得以下 重要结论： 污水处理厂外排水对受纳水体中的有机物有明显的影响。实验结果表明，水 中有机物与叶绿素都随接纳水量而增加，c o d 除3 # l g 对照低3 2 外，2 、4 和5 拌 中c o d 分别比对照高9 3 、4 6 和4 6 ，叶绿素除3 存比对照低5 1 7 p 1 ，2 、4 和5 撑中叶绿素分别比对照高1 2 9 9 、1 0 6 5 和8 1 8 。这说明排水促进了水体藻 类初级生产者的演替过程；也说明浮游植物是水体c o d 的主要贡献者。 外排水对受纳水体氮磷也有显著的影响。总氮随接纳水量的增加而显著增加， 与总氮相比，而水中总磷与接纳废水量的关系并不显著。按照湖泊n 、p 限制性因 素的r e d f i e l d 比值判断，对照体系l 群的氮磷相对平衡，而接纳水量最少的2 存系统 n 起限制作用，随着接纳水量的进一步增加，磷则成为主要的限制性因素。 外排水对受纳水体溶解性无机盐的积累贡献明显。污水处理厂达标外排废水 能显著地增加受纳水体的溶解性盐，可能会导致水生生态系统的退化或增加水体 修复的难度，这在干旱地区的水体可能会更加明显。 外排水对受纳水体底泥有机质的影响也十分显著，接纳水中的有机物水体中 有机物的沉降与积聚，反而促进了底泥中有机物的矿质化过程。 在用修复植物修复已退化的水体时，作为污水处理厂尾水的受纳水体，采用 伊乐藻作为修复植物，可以取得比采用水网藻作为修复植物更好的修复效果。一 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究中文摘要 定量的尾水会对植物的生长环境产生某种胁迫作用，而伊乐藻对这种胁迫的抵抗 能力较强，在胁迫条件下，也可以较好的生存。 在设计污水处理厂及选址时，最好能将污水处理厂废水的排放量与受纳水体 水量的比例控制在l ：1 0 0 以下。在该比例条件下，尾水对受纳水体及其修复植物 影响较小，可将纳污水体的c o d 、t n 、t p 控制在一个相对较低的水平上，且修 复植物受到的环境胁迫也较少，能够很好的生长。 关键词：外排水：受纳水体；生态效应；修复；实验模拟 i i 作者：陈玲 指导老师：刘德启教授 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究英文摘要 s t u d y o nt h ee f f e c t0 fe f f l u e n tm e tt h es t a n d a r df r o m s e w a g et r e a t m e n tp l a n to nt h er e c e i v i n gw a t e r sa n d s u b s e q u e n tr e p a i rp l a n t l -jl a b s t r a c t a sc h i n a se c o n o m ya n dt h ep o p u l a t i o nr a p i di n c r e a s e d ，t h ee f f l u e n ti sa l s o i n c r e a s eg r e a t l y i no r d e rt oc u r bi te c o l o g i c a la n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，o u rc o u n t r y h a si n c r e a s e dt h er a t eo ft h ee i t ys e w a g ea n di n d u s t r i a lw a s t e w a t e rt r e a t m e n ti nr e c e n t y e a r s e m i s s i o n st on a t u r a lw a t e ra r et h en a t u r a ld e s t i n a t i o no fe f f l u e n t ，a n di ti st h e m o s ti m p o r t a n tw a yi no u rc o u n t r y t ot h es e w a g et r e a t m e n tp l a n tw h i c hh a v eb e e nc o m p l e t e d ，a n di t sr e c e i v i n gw a t e r s a r ed e f i n i t e n a t u r a lw a t e r sh a v et h ea b i l i t yt od i l u t i o na n dp u r i f i c a t i o nt h ew a s t e w a t e r w h a ti ta c c e p t e d ，b u tt h i sc a p a c i t yi sl i m i t e d w i t ht h ee f f l u e n t si n c r e a s e d ，i tw i l l a g g r a v a t et h ee f f l u e n tt or e c e i v i n gw a t e r a n di ta l s oh a v ei m p a c to nt h er e p a i rp r o c e s s ， t h ee f f l u e n tm a yh a v ea ni m p a c to nt h eg r o w t ho fp l a n t s t h e r e f o r e ，s t u d yo nt h ee f f e c t o fe f f l u e n tm e tt h es t a n d a r df r o ms e w a g et r e a t m e n tp l a n to nt h er e c e i v i n gw a t e r sa n d s u b s e q u e n tr e p a i rp l a n t ，w h i c hh a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e t h i sa r t i c l ea n a l y z e sf a c t o r sl i k en a t u r a lw a t e r t h ea m o u n to fe f f l u e n ta n de t ，w e o b t a i n e df o l l o w i n gi m p o r t a n tc o n c l u s i o n ： t h ee f f e c to fe f f l u e n to no r g a n i cm a t t e rc o n t e n to ft h er e c e i v i n gw a t e rw a sv e r y s i g n i f i c a n t t h er e s u l t ss h o wt h a to r g a n i cm a t t e ra n dc h l o r o p h y l l si nt h ew a t e ri n c r e a s e s a l o n gw i m + t h ea c c e p tw a t e r c o m p a r e d 谢t 1 1t h ec o n t r o ls y s t e m ，t h ec o do ft h e3 拌 s y s t e ml o w e d3 2 ，2 群、4 拌、5 拌s y s t e mc o di n c r e a s e d9 3 ，4 6 a n d4 6 ；t h e c h l o r o p h y l l so f3 # s y s t e ml o w e d51 7 ，2 襻、4 撑a n d5 撑s y s t e mc h l o r o p h y l l si n c r e a s e d 1 2 9 9 、1 0 6 5 a n d8 1 8 ；i tm e a n st h a tt h ee f f l u e n ta c c e l e r a t et h es u c c e s s i o no f p r i m a r yp r o d u c e r s ；t h i sa l s os h o w st h a tt h ea l g a ea r et h em a i nc o m p o n e n t st oc o d w i t ht h ee f f l u e n ti n c r e a s i n g ，t h et o t a ln i t r o g e ni nt h ew a t e ri n c r e a s e dg r e a t l y ，b u t t h es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw a sn o tf o u n db e t w e e nt o t a lp h o s p h o r u sa n dd r a i n a g ew a t e r i 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究英文摘要 a c c o r d i n g t ot h er e d f i e l dr a t i o ，n i t r o g e na n dp h o s p h o f i si nt h ec o n t r o ls y s t e m1 5 fk e e p r e l a t i v eb a l a n c e ，w h i l en i t r o g e ni nt h ec o n t r o ls y s t e m2 撑w h i c hh a st h ef e w e s tr e c e i v i n g w a t e rp l a y st h er o l eo fr e s t r i c t i o n w i t haf u r t h e ri n c r e a s ei nt h er e c e i v i n gw a t e r ， p h o s p h o r u sb e c a m eam a j o rl i m i t i n gf a c t o r t h ee f f e c to fe f f l u e n to nt s so ft h er e c e i v i n gw a t e rw a sv e r ys i g n i f i c a n tt o o t h e e f f l u e n tc a nr a i s et h es o l u b l ei n o r g a n i cs a l tn o t a b l y ；i tm a yc o n t r i b u t et ot h e a c c u m u l a t i o no fi n o r g a n i cs a l t si nt h en a t u r a lw a t e r , a n dm a yr e s u l ti na q u a t i c e c o s y s t e md e g r a d a t i o no ri n c r e a s et h ed i f f i c u l t yo fr e p a i r i n gp r o c e s s ，w h i c hm a y b e c o m em o r ep r o n o u n c e di na r i da r e a s t h ee f f e c to fe f f l u e n to nc o d 、t n 、t pi ns u r f a c es e d i m e n to ft h er e c e i v i n gw a t e r w a sv e r ys i g n i f i c a n t t h ee f f l u e n td o s en o tc a u s ea c c u m u l a t i o na n ds e t t l e m e n to fc o d 、 t na n dt pi nt h es e d i m e n t ，b u tp r o m o t em i n e r a l i z a t i o nt h eo r g a n i cm a t t e rm i n e r a li n t h es e d i m e n ta n dn i t r o g e na n dp h o s p h o r u sr e l e a s e d 啦r h e nr e s t o r a t i o no fd e g r a d e dr i v e r 、i t l lp l a n t ，a st h er e c e i v i n gw a t e r so fs e w a g e t r e a t m e n tp l a n t s ，u s e dt h ew a t e r w e e da sar e p a i rp l a n t s ，c a nb ea c h i e v e dab e t t e re f f e c t t h a nh y d r o d i c t y o n ac e r t a i na m o u n to fe f f l u e n tc a nh a v es o m ef o r mo fc o e r c i o no n t h eg r o w t ho fp l a n t s ，w a t e r w e e dh a v es t r o n g e rr e s i s t a n c et ot h i ss t r e s sa n ds u r v i v e b e t t e r w h e na d d r e s s e do rd e s i g nt h es e w a g et r e a t m e n tp l a n t ，i ti sb e s tt oc o n t r o l l et h e r a t i oo fe f f l u e n ta n dr e c e i v i n gw a t e rv o l u m ea r o u n dl ：10 0 ，i nt h ep r o p o r t i o n ，t h ee f f e c t o fe f f l u e n tm e tt h es t a n d a r df r o ms e w a g et r e a t m e n tp l a n to nt h er e c e i v i n gw a t e r sa n d s u b s e q u e n tr e p a i rp l a n ta r er e l a t i v e l ys m a l l ，c o d ，t n ，t po ft h er e c e i v i n gw a t e rc a n c o n t r o la tar e l a t i v e l yl o wl e v e l ，a n dr e p a i rp l a n tc a l ls u r v i v e dw e l l k e y w o r d s ：e f f l u e n t ；t h er e c e i v i n gw a t e r ；e c o l o g i c a le f f e c t s ；r e s t o r a t i o n ： e x p e r i m e n t a ls i m u l a t i o n i v w r i t t e nb yc h e nl i n g s u p e r v i s e db yl i ud e q i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，。本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生签名：醢煎日期：蔓忙 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论 文合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论 文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论 文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的 保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的 全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名：醢旌 日 期：业l g 导师签名：舭，期：芦，争 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究第一章 第一章前言 1 1 废水的处理与排放 1 1 1 废水的产生与分类 随着我国经济与人口的快速增加，污水排放总量也在迅速增加，从2 0 0 0 年的 4 1 5 2 亿吨增力n n 2 0 0 5 年的5 2 4 5 亿吨，2 0 0 6 年达至u 5 3 6 8 亿吨，同比增加2 - 3 1 1 - 2 1 。 为遏制其造成的生态环境污染，近年来我国加大了城市污水与工业废水的集中处 理率。以北京市为例，2 0 0 8 年城市污水处理率达到9 0 以上。 城市污水厂实际上是各种城市污水的会合地。进入城市污水处理厂的废水包 括：城市生活污水、工业废水等。一般情况下，生活污水的组成比较固定，其主 要成分是有机物与氮和磷等。而工业废水组成比较复杂，按工业废水中所含主要 污染物的化学性质分类，含无机污染物为主的为无机废水，含有机污染物为主的 为有机废水。例如电镀废水和矿物加工过程的废水，是无机废水；食品或石油加 工过程的废水，是有机废水。若按工业企业的产品和加工对象分类，又可分为如 冶金废水、造纸废水、炼焦煤气废水、金属酸洗废水、化学肥料废水、纺织印染 废水、染料废水、制革废水、农药废水、电站废水等。也有人按废水中所含污染 物的主要成分进行分类，如酸性废水、碱性废水、含氰废水、含铬废水、含镉废 水、含汞废水、含酚废水、含醛废水、含油废水、含硫废水、含有机磷废水和放 射性废水等。 1 1 2 废水的处理方法 污水处理就是采用各种技术与手段，将污水中所含的污染物质分离去除、回 收利用，或将其转化为无害物质，使水得到净化1 3 1 。根据使用技术措施的作用原理 和去除对象，废水处理法可分为物理处理法、化学处理法、物理化学处理法和生 物处理法四类。 废水的物理处理法利用物理作用进行废水处理，主要目的是分离去除废水中 不溶性的悬浮颗粒物。主要工艺有调节、过滤、沉淀、离心分离、除油等。 废水的化学处理法是通过某些化学反应将污染物从原水中移除。主要方法有 酸碱中和法、化学沉淀法、氧化还原法等。 物理化学处理法是通过物理、化学相结合的方法来去除废水中的某些污染物。 圬水处理厂选标外排水对受蚺水体后续修复植物的蟮响研究 第一章 主要方法包括混凝、气浮、吸附、离子交换、膜分离法等。 废水的生物处理法主要是利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物进 行转移和转化，从而使废水得到净化的处理方法。由于生物处理法具有投资少、 运转费用低等优点，越来越受到人们的重视，在废水处理上已被广泛应用，是目 前应用最广泛的水处理技术。其基本流程见下图： 骂曰量匡博 图1 生物处理法基本流程 f i 9 1t h e b a s i c f l o wo f b i o l o g i c p r o c e s s 生物处理法的目的是通过微生物的代谢活动使废水中的有机污染物转化为无 害产物，即利用活性污泥或生物膜上的微生物将废水中的有机物作为它们代谢活 动所必需的能源物质，将其转化为代谢最终产物c 0 2 和水，而使废水得到净化。 根据微生物生长对氧环境的要求不同，生物处理法可分为好氧生物处理和厌 氧生物处理两大类。好氧生物处理法是在提供游离氧的前提下，以好氧微生物为 主，使有机物降解、稳定的无害化处理方法。废水中以胶体状态和溶解状态存在 的有机物，可作为微生物营养源。这些高能位的有机物经过一系列的生化反应过 程，逐级释放能量，最终以低自位的简单无机物稳定下来，达到无害化的要求。 厌氧生物处理法是指在没有游离氧的情况下，以厌氧微生物为主对废水中的有机 物进行降解、稳定的处理方法。在厌氧生物处理过程中，复杂的有机物被降解， 转化为简单、稳定的化合物，同时释放能量。在此过程中，有机物的转化分为三 部分进行：部分转化为甲烷气体，可回收利用；部分被分解为c 0 2 、水、氨气、硫 化氢等无机物，并为合成细胞提供能量；同时，仅少量有机物转化合成为新的细 胞组成部分。 现阶段应用较多的生物处理法包括活性污泥法、生物膜法、厌氧生物处理法 等。从目前运行的水处理系统上，世界上超过8 0 的城市生活污水都采用活性污泥 法吼和物化法相比，活性污泥法降解能力强，处理程度高，在我国有很多种变种 【4 】，是近年水处理中最普遍应用的方法。 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究 第一章 但是由于废水组成的复杂性，有时候单靠一种方法是很难达到目前国家所规 定的排放标准的，通常需要采用几种方法的优化组合所形成的废水处理工艺，才 能完成对不同性质污染物的处理，达到净化的目的与排放的标准。对于一个污水 处理厂长期以来建立的运行稳定的废水处理工艺来说，这些物理、化学方法既是 一种针对具有不同物理与化学性质的污染物有显著效果的处理单元，同时它们也 是一种为后续生化处理做水质调节、整理的必备辅助单元；生物处理法此时则起 着废水处理工艺的主体控制技术单元，担当废水达标的主要任务，因此它决定了 污水处理厂排放水的化学组成和污染物的含量。 1 1 3 废水排放标准与达标排放 根据城镇污水处理厂排入地表水域环境功能和保护目标，以及污水处理厂的 处理工艺，将基本控制项目的常规污染物标准值分为一级标准、二级标准、三级 标准。一级标准分为a 标准和b 标准。一类重金属污染物和选择控制项目不分级。 一级标准的a 标准是城镇污水处理厂出水作为回用水的基本要求。当污水处 理厂出水引入稀释能力较小的河湖作为城镇景观用水和一般回用水等用途时，执 行一级标准的a 标准。 城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半 封闭水域时，执行一级标准的a 标准，排入g b3 8 3 8 地表水i i i 类功能水域( 划定 的饮用水源保护区和游泳区除外) 、g b3 0 9 7 海水二类功能水域时，执行一级标准 的b 标准。 城镇污水处理厂出水排入g b 3 8 3 8 地表水、v 类功能水域或g b 3 0 9 7 海水 三、四类功能海域，执行二级标准。 非重点控制流域和非水源保护区的建制镇的污水处理厂，根据当地经济条件 和水污染控制要求，采用一级强化处理工艺时，执行三级标准。但必须预留二级 处理设施的位置，分期达n - 级标准。 污水处理厂主要污染物的排放标准见下表( 日均值，单位m g l ) 。 3 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究第一章 表1 一些主要污染物的排放标准 t a b 1 t h ed i s c h a r g es t a n d e do fs o m em a jo rc o n t a m i n a t i o n 序 基本控制项目 一级标准 二级标三级标 准准 号 a 标准b 标准 1化学需氧量( c o d )5 0 6 0 1 0 01 2 0 2 生化需氧量( b o d 5 ) 1 0 2 03 0 6 0 3悬浮物( s s )1 02 03 0 5 0 4 动植物油 1352 0 5石油类1351 5 6阴离子表面活性剂0 5 1 25 7总氮( 以n 计)1 52 0 8氨氮( 以n 计) 5 ( 8 )8 ( 1 5 )2 5 ( 3 0 ) 总磷 2 0 0 5 年1 2 月3 1 日前建 11 535 9( 以p 设的 计) 2 0 0 6 年1 月1 日起建设的 o 5l35 1 0色度( 稀释倍数)3 0 3 0 4 05 0 1 1 p h 6 9 1 2 粪大肠菌群数( 个l ) 1 0 3 1 0 4 1 0 4 2 0 0 5 年和2 0 0 6 年，国家环境保护总局先后以司发文和发布公告的方式，要 求城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封 闭水域时，执行城镇污水处理厂污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 - 2 0 0 2 ) 的一级标 准a 标准。2 0 0 7 年5 月，太湖流域发生无锡供水危机和蓝藻爆发重大水污染事件 之后，太湖流域所在省( 市) 全面加强水污染的治理工作，环境保护部门要求太 城镇污水处理厂严格执行g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 的一级a 标准，并由此全面推动了太湖 流域城镇污水处理厂的一级a 提标改造和扩建、新建工作。 城市污水经过污水处理厂净化处理后，达到一定的排放标准，再排放到受纳 水体中或改作其它用途。经污水处理厂处理过的污水，其出路一般有三【3 】：其一是 排放水体，作为水体的补给水；其二是灌溉田地；其三是重复使用。 4 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究 第一章 排放水体是污水的自然归宿。由于水体具有一定的稀释与净化能力，使污水 得到进一步的净化，因此是最常采用的出路，同时也可能造成水体遭受污染的原 因之一。从目前的形势来看，污水处理厂处理过的城市污水的最主要出路是排放 到自然水体中。灌溉田地可使污水得到充分利用，但必须符合灌溉的有关规定； 使土壤与农作物免遭污染。重复使用是最合理的出路。水资源短缺是我国2 1 世纪 所面临的严峻问题。城市污水处理厂的出水经过适当深度处理工艺后再利用，是 开发新的水资源、解决水污染、改善生态环境和解决城市水资源短缺的有效手段【5 】。 1 2 达标排放水的生态毒性 1 2 1 达标排放水的性质变化 城市污水厂实际上是各种城市污水的会合地。进入城市污水处理厂的废水包 括：城市生活污水、工业废水等。随着科学技术的进步、工农业生产的发展，人 类合成了越来越多的化学品。自然水环境作为工农业废水的最终排放点，污染现 象越来越严重。 从污水处理厂的处理侧重点来看，目前城市污水处理厂主要致力于降低污水 中的c o d 、b o d 、s s 、t n 以及t p 等，对一些难降解的有机物和细菌、微生物等作 用较小。而进入城市污水处理厂的污水中工业污水约占5 0 ，存在着多氯联苯、甲 苯、苯酚、硝基苯等有机有毒污染物【6 】。生活污水一般不经过预处理直接排入污水 处理厂，含有很高浓度的有机污染物和大量的细菌，微生物，且生活污水中含有 的内分泌干扰物质要高于综合污水。 越来越多的研究表明，有机污染物综合指标( b o d 、c o d 等) 已不足以说明环 境问题的严重性，更不能客观地反映环境质量状况。许多有毒有机微污染物，例 如有机氯农药( o c p s ) 、多环芳烃( p a n s ) 和酚类污染物等，虽然在环境中残留水平 很低，对综合指标b o d 、c o d 和t o c 等的贡献极小，但危害却很大，具有潜在 生态和健康威胁性【刀。酚类污染物中五氯酚、双酚a 和烷基酚等被世界野生动物 组织归类为已知和怀疑具有生殖和内分泌干扰效应的广泛分布的内分泌干扰物。 我国水中优先控制污染物黑名单中有6 种酚类化合物【8 】。这些有毒有机微污染物在 我国城市污水中均有检出【9 】。目前国内外均未制定污水处理厂出水中环境内分泌干 扰物质的控制标准，但是有关毒理学的研究结果表明其导致最低观察效应的浓度 低于n g l 。 从运行的废水处理系统上看，生物化学法，尤其好氧微生物法是目前应用最 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究第一章 广泛的水处理技术【l o l 。但在生化法处理系统的出水中存在一些次生、可溶微生物 产物( s m p ) ，这包括与利用相关的产物( u a p ) 矛n 与生物量相关的产物( b a p ) 两大类。 从化学组成上看s m p 包括蛋白质、糖类、核酸、酯质物和腐殖质组成【l o 1 l 】。由于 s m p 不仅影响废水的达标排放与后续处理工艺的选择和操作，且会对废水回用产 生深刻的影响【1 2 。5 1 。因此，以往的研究主要关注s m p 在废水生化处理系统中的形 成及其影响因素与其对微生物群落结构及功能的影响等方面【l5 1 9 1 ，而有关污水处 理厂排放水中s m p 对受纳水体生态影响的研究却很少。目前对经过不同工艺处理 后废水潜在危害的评价更多是借助于监测理化指标的浓度及其与相关标准的对比 上；但这反映的只是废水中某一种类( 例如c o d ) 污染物的浓度水平，并不能反 映出废水的综合毒性特征。由于排放水中污染物的种类很多且含量低，不可能逐 一对每种污染物进行分析与定量，一些相关研究者又结合生物毒性测试法来评价 废水的综合毒性。 1 2 2 排放水的毒性研究方法 随着科学和近代工业的发展，废水对生态系统及人类安全的影响日益严重。 污水处理厂的排水虽经某种方法处理达到了一定水质的理化性质要求，但对环境 仍具有一定的生态风险性。因此，排放废水的毒性评价和监测工作日益受到世界 各国的普遍重视。目前我国排水的监督和管理主要采用理化监测方法，根据理化 指标进行评价，计算污染物的等标污染负荷，进行总量控制。但是，理化方法所 反映的只是废水中某一污染物容度水平及贡献量，并不能反映出废水综合毒性的 大小。目前用来研究排放废水毒性的主要方法主要包括生物毒性测试、发光细菌 法及生物标记物法等。生物毒性测试以水蚤、藻类或者鱼等为受试对象；发光细 菌法以发光细菌为受试研究对象，来研究排放废水的生态毒性；生物标记物法是 近年来应用较多的来研究废水生态毒性的方法，它是以某种生物标记物为研究对 象( j t i ：i s o d 、m d a ) ，来研究环境对生物的胁迫作用。 早期r a p p a p o r t 【2 0 】通过a m e s 试验，发现废水处理系统的二级出水比一级出水具 有更高的致突变活性；后来又有大量相关研究的报道，如我m w a n gz i j i a n 2 1 】利用 a m e s n 试判断在给水系统是否存在具有“三致”效应的物质。马梅等【2 2 】贝l j 通过利用 发光菌测试方法评价水体的污染；董玉瑛等四】利用发光细菌法测定了多个行业废 水经过不同技术处理后的综合毒性。因此，生物毒性测试法便成为理化分析在排 放水潜在综合毒性评价方面的一个重要补充手段。近年来美国环保局利用藻、蚤 6 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究第一章 和鱼等作为毒性测试的模型生物，通过对半致死浓度、无影响浓度测定；鱼类胚 胎幼鱼的存活与致畸、致死特性分析及统计比较；藻类的生长、繁殖实验指标等 测定来预测有毒排放物质对纳污水体的生态影响【2 4 彩】。 由于排放水所造成的水体污染是多种污染物的复合污染，生物暴露在这种环 境中，每一污染物及污染物之间的相互促进拮抗作用也很难用理化分析逐一的辨 别【2 6 1 。为了对污染物的影响做出更精确的生物毒理学预报和早期预警，1 9 8 7 年美 国国家科学院提出了生物标志物( b i o m a r k e r ) ，并将它定义为环境胁迫引起的任何生 物化学、组织学或生理学的变化或表现【2 7 1 。因为与污染物的简单理化测定相比， 生物标志物能提供更复杂、更丰富的污染物对生物健康影响的生物学相关信息， 尤其是能对生态系统中存在更低浓度的污染物进行早期的诊州2 & 3 0 1 ，以弥补化学 分析和毒理学实验的不足。而多生物标志物方法也许是识别水体复合污染的有效 方法【3 1 。3 5 1 ，目前已在水生态毒理学中得到应用并迅速发展起来【3 6 1 。分子生物学认 为在生物系统中，细胞正常代谢或受到逆境胁迫，都能产生活性氧自由基( r o s ) ， 如氧负离子( 0 2 一) 、过氧化氢( h 2 0 2 ) 、羟基自由基( o h ) 、脂质烷氧基自由基( l o ) 以及氮氧自由基( n o ) 等。r o s 对组织和细胞组分的潜在性损伤，称为氧化胁迫【3 7 】。 为了减少r o s 的毒副作用，生物体在进化过程中发展并完善了抗氧化防御系统， 包括酶( 如超氧岐化酶s o d 、过氧化氢酶c a t 、过氧化物酶p o d ，谷光苷肽过氧化 酶g p x 与还原酶g r 及乙酰胆碱酯酶a c h e 等) 和非酶( 如v i t a m i n sc 与e ，谷光苷肽 g s h ，胡萝卜素及金属硫蛋白m t s 等) 。抗氧化防御系统能阻止氧化胁迫，一方面 也能作为氧化胁迫的生物标志物【3 8 。3 9 1 。 1 2 3 排放水对受纳水体的影响 几乎所有的物质，排入水体后都有产生污染的可能性，各种物质的污染程度 虽有差别，但超过某一浓度后会产生危害。例如： ( 1 ) 。无毒物质的有机废水和无机废水的污染。有些污染物质本身虽无毒性， 但由于量大或浓度高而对水体有害。例如排入水体的有机物，超过允许量时，水 体会出现厌氧腐败现象；大量的无机物流入时，会使水体内盐类浓度增高，造成 渗透压改变，对生物( 动植物和微生物) 造成不良的影响。 ( 2 )含有毒物质的有机废水和无机废水的污染。例如含氰、酚等急性有毒 物质、重金属等慢性有毒物质及致癌物质等造成的污染。致毒方式有接触中毒、 食物中毒，糜烂性毒害等。 7 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究第一章 ( 3 )含有大量不溶性悬浮物废水的污染。例如纸浆、纤维工业等纤维素， 选矿、选煤工业等排放的微细粉尘，陶瓷采石工业排出的灰砂等。这些物质沉积 水底有的形成“毒泥”，发生毒害事件的例子很多。如果是有机物，则会发生腐败， 是水体呈厌氧状态。这些物质在水中还会阻塞鱼类的腮，导致呼吸困难，并破坏 产卵场所。 ( 4 )含油废水产生的污染。油漂浮在水面上即损美观又会散发出令人厌恶 的气味。燃点低的油类还有引起火灾的危险。动植物的油脂具有腐败性，消耗水 体中的溶解氧。 ( 5 )废水的浊度和高色度往往可引起光通量不足，影响生物的生长繁殖。 ( 6 )酸或碱性废水引起的污染。除对生物有危害作用外，还会损坏设备和 器材。 ( 7 )含有多种污染物质废水产生的污染。各种物质之间会产生化学反应， 或在自然光和氧的作用下产生化学反应并生成有害物质。例如，硫化钠和硫酸产 生硫化氢，亚铁氰盐经光分解产生氰等。 ( 8 )含有氮、磷等废水产生的污染。对湖泊等封闭型水域，由于含氮、磷 物质的废水流入，会使藻类及其它水生生物异样繁殖，使水体产生富营养化。 自然水体对接纳废水具有一定的稀释与净化能力，但这个稀释与净化能力是 一定的。对于已建成的污水处理厂，其纳污水体也就是一定的，也就是说存在着 一个环境容量的问题。水环境容量是指在满足水环境质量标准的条件下，水体所 能接纳的最大污染物负荷量，又称水体纳污能力。水环境容量一般包括两部分： 差值容量与同化容量，水体稀释作用属于差值容量，生化作用的去污容量称为同 化容量。 城市污水排入污水厂集中处理后，直接排入自然水体。直排区内大、小河道 受区内水环境容量限制以及部分地区存在超标排放的问题，导致直排区内水系水 体呈恶化趋势。近年来对太湖蓝藻这样事件的关注，太湖流域的废水处理率以达 到1 0 0 。因此污水处理厂的排水作为一种最主要的营养元素输入源，其排放量对 受纳水体的影响不容忽视。 经济持续发展和人口持续增加，大量消耗各类资源，污水处理厂的规模和数 量都将扩大，作为污水处理厂尾水接纳者的自然水环境，接纳的废水量也会不断 增加。随着污水排放量的增加，会加剧对纳污水体带来冲击和负面影响。如果废 8 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究 第一章 水的排放量超过了接纳水体所能承受的范围，我们就必须采取一定的措施，来减 轻排水对环境的冲击作用，比如尾水导流等。尾水导流，是指为保护重点湖库或 河段的需要，将沿线尾水调离敏感水域，集中输送至自净能力较大的江河湖海， 进行最终处置的一项水污染控制措施。由于水污染的蔓延，即使对城市污水进行 一定处理之后排放，城市区域周边水环境往往也已不堪重负，因此，世界不少国 家和地区都逐渐将尾水导流处理或直接排江排湖排海，作为最终解决区域尾水污 染问题的一条出路。 1 3 退化水体的生态修复 生态修复是利用生态学原理，采取各种修复手段重建受损伤的水生态系统的 生物群落结构，并强化水体生态系统的主要功能。使生态系统实现整体协调，自 我维持、自我演替的良性循环。 1 3 1 自然水体生态修复的原则 1 ) 河流自我调节原则 城市河流修复的目的是为了恢复和强化河流在受到破坏之前的自净和生态功 能，使河流能够通过自我调节达到自我维持的状态。在这一原则的指导下我们可 以根据不同地区的不同情况，因地制宜的采取不同方式达到这一目的。构建当地 人与河流和谐共处的环境。 2 ) 优先恢复河流自净功能 城市河流具有多种功能，如航运、输水防洪、生态、污染物自净、景观娱乐 等功能。由于目前城市河流污染状况严重，我们应该优先恢复河流的自净功能。 3 ) 多功能协调原则 由于城市河流是多功能的载体，在优先恢复水体自净功能的同时，还应该适 当兼顾河流的其他功能的保存和优化。尤其在城市这样一个人类文明聚集的地方， 还应注重河流的美化功能。 4 ) 生物多样性原则 生物多样性是河流生态系统健康和平衡的基础。这会提高河流的缓冲性能。 5 ) 分时段、分河段原则 城市河流是个复杂的生态环境，其生态系统的恢复需要长期的努力。我们应 根据河流的具体污染情况，分时段制定不同的修复计划，规划合理的修复进程。 另外，同一条河流的不同河道的污染状况和生态环境也有可能有差别，因此应分 9 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究第一章 河段制定不同的修复策略【4 们。 1 3 2 水体修复的方法 1 控制城市河流的外源污染 实现流域内工业废水的达标排放，生活污水集中处理。从根本上截断外部输 入源，使水体失去污染物质的来源【4 1 1 。为城市河流建设污染缓冲带【4 2 4 3 1 。缓冲带 是指河道与陆地的交接区域，又叫河岸区。在这一区域种植植被可起到阻挡污染 物进入河流的最后一道屏障的作用。表现为使溶解的和颗粒状的营养物生物群落 消耗或转化。 2 内源性污染物质的控制方法 内源性污染物质的控制方法主要有： 物理工程方法包括底泥疏浚、引水冲污、水体曝气、底泥覆盖、水力调度技 术等。底泥疏浚是清除水底淤泥，可削减水体内源性污染物的释放量，同时还可 达到增大环境容量的目的 4 4 4 6 1 。引水冲污是一种湖泊净化技术，在湖泊富营养化 治理中有应用实例【4 7 棚】，对于污染严重且流动缓慢的城市河流也可考虑采用。用 较清洁的水稀释或完全替换污染较严重的水，以降低水体中的污染物浓度。水体 曝气：有机污染严重的河流由于有机物分解耗氧，河流会变成缺氧或者无氧状态， 此时河流水质恶化，自净能力下降，正常的水生生态系统遭到严重破坏。采用人 工方式向水体中充氧，加速水体的复氧过程，提高水中好氧微生物的活力，增强 河流自净能力，以改善水质；此外曝气还可以减缓底泥释放磷的速度【5 1 1 。人工 增氧在英国的泰晤士河、德国的b e r l i n 河、北京的清河、上海的绥宁河和福州的 白马支河【珐5 4 1 都曾采用。底泥覆盖是通过在底泥表面敷设渗透性小的塑料膜或卵 石，削减波浪扰动时的底泥翻滚，有效抑制底泥营养盐的释放，提高湖水透明度， 促进沉水植物的生长。但存在治标不治本、成本高、难以大面积使用等缺点。而 且影响湖体固有的生态与环境【5 5 】。水力调度技术是根据水体条件不同，生物体在 水中可表现为3 种状态：自由态、增长、增殖状态和抑制状态。水力调度技术是 根据生命体的生态水力特性，营造出特定的水流环境和水生生物所需要的环境， 抑制藻类大量繁殖【5 6 5 3 1 。采取水系连通等方式。遵循“湖程取长、渠程取短，的 原则。但应注意防洪、防涝、防沙、防螺、防污染迁移和防内源释放。 化学方法包括投加除藻剂、絮凝沉淀、重金属的化学固定等。投加除藻剂是 一种简便、应急的控制水华的办法，短期效果明显，常用的除藻剂有硫酸铜、西 1 0 污水处理厂达标外排水对受纳水体及后续修复植物的影响研究 第一章 玛三嗪等。当除藻剂与絮凝剂联合使用时，可加速藻类聚集沉淀。值得注意的是， 除藻剂具有副作用，应根据水体的功能要求慎重使用【5 弘6 0 j 。 絮凝沉淀是向水体投加铝盐、铁盐、钙盐等药剂，使之与河水中溶解态磷形 成不溶性固体转移到底泥中【6 1 - 6 2 。常采用的沉磷化学药剂有三氯化铁、碳酸钙、 明矾等。河流底泥的磷释放除了与磷的存在形态有关，还与温度、微生物活动、 d o 、p h 、泥水界面的扰动状况密切相关。有研究表明升高温度、厌氧状态、酸性 或碱性环境能促进底泥磷释放【6 3 1 。化