（环境科学专业论文）干旱地区市区性河流黑臭问题研究.pdf

查堕望! ：厶堂堡竺塑尘! ：笪丝茎 ( 1 ) 在收集研究河段支流及排污口资料的基础上，针对河流自然结 构和排污口分布特点设置监测断面，对河流水质进行了长期j j 测和实验 室分析工作。以现状监测为基础，进行河流水质评价，反映了汾河太原 城区南段水环境现状，揭示了研究河段水质变化规律。 ( 2 ) 依据监测结果，应用综合污染指数法和污染负荷比，分析了影 响黑臭的主要因子及各因子的权重，进一步指出各支流及排污口对黑臭 的贡献率，揭示了污染因子及各支流对黑臭的影响。 ( 3 ) 通过各监测因素对黑臭影响分析，筛选确定汾河太原城区南段 黑臭主要影响因素。按照河臭与多因素相关特点，选择确定多元线性回 归模型，借助于m a t l a b 计算机技术实现多元线性回归分析，确定模型 参数，进行模型检验，建立了适合太原城区南段的河流黑臭指数模型。 通过模型计算，定量地反映出了汾河太原城区段的黑臭程度，分析了太 原城区南段河流黑臭历时变化规律和空间分布。结合实际调查对太原城 区南段河流进行了黑臭成因分析，并提出了治理建议。 关键字：干旱地区，市区性河流，河流黑臭，黑臭指数模型，m a t l a b l i 太原理i ：人学硕1 ：研究生学似论文 t h es t u d yo ft h eb l a c ka n ds t i n k l na r l du r b a nr i v e r a b s t r a c t a l o n gw i t ht h es w i rd e v e l o p m e n to fu r b a ne c o n o m ya n dt h ei n c r e a s i n g u r b a ne x p a n s i o n ，t h ed i s c h a r g i n ga m o u n t so fu r b a ns e w a g ew a t e ri n c r e a s e d c e a s e l e s s l y a sa ni m p o r t a n tr e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tc a r r i e r ，t h eu r b a n d i s t r i c tr i v e r sh a v er e c e i v e dt h es e r i o u sp o l l u t i o n ，q u i t eaf e wr i v e r s b l a c k a n ds t i n ki s s u ea r ev e r yp r o m i n e n ta n dt h e s ei s s u ei nt h ea r i da r e au r b a na r e e x t r e m e l ys e r i o u s b u tt h er e l a t e dr e s e a r c h e so fu r b a nd i s t r i c tr i v e r s b l a c k a n ds t i n ki s s u em a i n l yc o n c e n t r a t e si nt h es o u t hc o a s tr i v e r i n e a r e a ，t h e r e s e a r c h e so rr e p o r t so ft h ea d da r e au r b a nd i s t r i c tr i v e r s b l a c ka n ds t i n k i s s u ea r el e s s t h e r e f o r e ，t h es t u d yo nt h eb l a c ka n ds t i n ki na r i du r b a nr i v e r h a sr e a l i s t i cs i g n i f i c a n c e t h i sp a p e rt a k e st h ef e n h er i v e r ss o u t hs e g m e n ti nt a i y u a nc i t ya s s t u d yo b j e c t ，b a s e so nt h et h o u g h ta n dt e c h n i q u eo fs y s t e m se n g i n e e r i n g ，i t h a sc a r r i e do nl o n g t e r ma n dt h eh i g hf r e q u e n c yw a t e rq u a l i t ym o n i t o r si nt h e s t u d i e ds e c t i o no f r i v e rv a r i o u sb r a n c h e sa n dt h ec o n t r o lc r o s ss e c t i o n i tt a k e s t h em a t e r i a lo fa c t u a lw a t e rq u a l i t ya sab a s e ，a p p l i e ss i n g l ep o l l u t i o ni n d e x ， c o m p r e h e n s i v ep o l l u t i o ni n d e xt og i v et h es t u d i e dr i v e raw a t e rq u a l i t y e v a l u a t i o n a p p l y i n gt h er a t eo fp o l l u t i o nl o a d s ，i ta n a l y z e st h em a i nf a c t o r s c a u s i n gt h er i v e rb l a c ka n ds t i n ka n dc o n t r i b u t er a t eo fv a r i o u sb r a n c h e st o p o l l u t i o n b a s e do nt h em o n i t o rr e s u l ta n dt h ep o l l u t e df a c t o r sa n a l y s i s ，t h e m a i ne n v i r o n m e n tf a c t o r so fe f i e c to nb l a c ka n ds t i n ka r ea s c e r t a i n e da n dt h e l i i 太原理i ：人学硕十研究生学位论文 m u l t i p l e l i n e a r r e g r e s s i o n s i n d e xm o d e lo fr i v e r s b l a c ka n ds t i n ki s e s t a b l i s h e d u s i n gt h et e c h n i co fm a t t a bp r o g r a m m ef o rm u l t i p l el i n e a r r e g r e s s i o n s ，i td e t e r m i n e st h ep a r a m e t e r so ft h er i v e r s b l a c ka n ds t i n ki n d e x m o d e l a c c o r d i n gt ot h er a t i o ng r a d u a t i o no f b l a c ka n ds t i n k sd e g r e e s ，i tu s e s m e a s u r e dd a t at oc o n f i r mt h em o d e la n de s t a b l i s h e sas u i t a b l eb l a c ka n ds t i n k i n d e xm o d e lo f t h ef e n h er i v e r ss o u t hs e g m e n ti nt a i y u a nc i t y b a s e do nt h e b l a c k - o d o rm o d e lo ff e n h er i v e r ss o u t hs e g m e n ti nt a i y u a nc i t y i td o e s q u a n t i t a t i v er e s e a r c h e so nt h et i m ea n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no fb l a c ka n ds t i n k ， a n a l y z e st h ec a u s e so fb l a c k - o d o r , p r o p o s e st h eg o v e r n m e n tp l a n s t h er e s u l t so f t h er e s e a r c hm a i n l yi nt h ef o l l o w i n gt h r e e a s p e c t s ： ( 1 ) b yc o l l e c t i n gt h ed a t u mo ft r i b u t a r i e sa n dt h ed r a i n so fr i v e ra n d s e t t i n gt h em o n i t o r i n gc r o s s - s e c t i o na c c o r d i n gt ot h er i v e r sn a t u r a ls t r u c t u r e ， t h el o n g t e r mm o n i t o rt ot h ew a t e rq u a l i t yi sc a r r i e do u ta n da n a l y z e di nt h e l a b o r a t o r y t om o n i t o rt h es t a t u sq u oa st h eb a s i sf o rr i v e rw a t e rq u a l i t y a s s e s s m e n t ，i tr e f l e c t st h es o u t h e r ns e g m e n to ft a i y u a nc i t yf e n h er i v e r s w a t e re n v i r o n m e n t ( 2 ) a c c o r d i n gt o t h em o n i t o r i n gr e s u l t sa n da p p l y i n gt h ei n t e g r a t e d p o l l u t i o ni n d e xa n dp o l l u t i o nl o a dr a t i o ，i ta n a l y z e st h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n g t h eb l a c ka n ds t i n kf a c t o rw e i g h t s ，f u r t h e rp o i n t so u tt h ec o n t r i b u t i o nr a t i o no n t h et r i b u t a r i e sa n dt h ed r a i n so ft h er i v e r ，a n dr e v e a l st h e i m p a c to ft h e p o l l u t i o nf a c t o r s t r i b u t a r i e s ( 3 ) t h r o u g ha n a l y z i n gt h em o n i t o r i n gf a c t o r s i m p a c to nt h ew a t e r b l a c ka n ds t i n k ，i td e t e r m i n e st h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r so ft h eb l a c ka n d s t i n ki nt h es o u t h e ms e g m e n to ft a i y u a nc i t yf e n h er i v e r c o n s i d e r i n g v a r i o u se n v i r o n m e n t a lf a c t o r s w h i c hh a v ea ne f f e c to nt h eb l a c ka n ds t i n k ，i t s e l e c t st h em u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o n sm o d e l i tu s e s c o m p u t e rs c i e n c eo f m a t l a bt oa c t u a l i z et h em u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i s ，d e t e r m i n et h e l v 太原理i ：人学顶1 ：研究! i = 学能论文 p a r a m e t e r so f t h em o d e la n dc o n f i r mt h em o d e l i te s t a b l i s h e sa s u i t a b l eb l a c k a n ds t i n ki n d e xm o d e lo ft h ef e n h er i v e r ss o u t hs e g m e n ti nt a i y u a nc i t y a c c o r d i n gt ot h em o d e l ，i tp u t sf o r w a r dt h ec l a s s i f i e ds t a n d a r d so ft h eb l a c k a n ds t i n k sd e g r e ea n dq u a n t i t a t i v e l yr e f l e c t st h eb l a c ka n ds t i n k sd e g r e eo f r i v e r i nv i e wo ft h ea r i da r e ar i v e r s g r e a ts e a s o n a lc h a n g ec h a r a c t e r i s t i ca n d r e s t i n go nt h er i v e r sb l a c ka n ds t i n ki n d e xm o d e l ，i ts t u d i e st h eb l a c ks m e l l y s p a c ea n dt i m ec h a n g er u l e ，a n a l y z e st h eb l a c ks m e l l yo r i g i na n dp u t sf o r w a r d t h eg o v e r n m e n tp r o p o s a l k e yw o r d s ：a r i da r e a s ，u r b a nr i v e r ，t h eb l a c k - o d o ro fr i v e r ，t h eb l a c ka n d s t i n ki n d e xm o d e l ，m a t l a b v 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：煎日期：主皇：l 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) 。 签名：查壅： 导师签名：砬 太原理一i ：人学硕+ 研究生学化论文 1 1 引言 第1 章绪论 尽管我国水资源总量居世界i i i i y 0 ，但水资源分伽不均匀且人均棚有量偏低，使之 成为全球1 3 个人均水资源最贫乏的旧家之一。随着社会和经济的发展，特别足围民 经济“十五”计划中提出加快城镇化建设以来， 城市建设和工业生产不断扩大，用水 量剧增，污水排放量也急刷增加。许多水体遭到工业污水、生活污水的污染，全因j l f f 测的1 2 0 0 多条河流有8 5 0 条受到不同程度的污染，并且有不断加巫的趋势l 】。据2 0 0 5 年中国环境状况公报报道，2 0 0 5 年七大水系的4 11 个地表水监测断而中，lr i l l 类、 v 类和劣v 类水质的断面比例分别为4 1 、3 2 和2 7 。其中，珠江、长江水 质较好，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河污染，z 重。主要污染指标为氨氮、 五日生化需氧量、高锰酸盐指数和石油类。水污染成为我囡严重的环境问题。 水体污染引发河流黑臭，而河流黑臭已是我国市区性河流的一种普遍现象，大多 数城市中的河流都出现季节性或常年性的黑奥，深圳的川i 吉河和观澜河、宁波的内河、 苏州的外城河、南京的秦淮河等，黑臭现象十分突出。 作为重要资源和环境载体的市区性河流，关系到城市的生存，制约着城市的发展， 是影响城市风格和美化城市环境的重要囚素。而河流黑臭却对城市的环境造成极其，z 重的影响，不但影响城市容貌，更是影响周边居民的生活和健康。因此河流的水质黑 臭问题已经成为环境研究中的一个重要课题。 1 2 河流黑臭综述 河流水体的黑臭从视觉上辨认为颜色偏黑色或者泛黑色，从嗅觉上辨认水体直接 刺激人们的嗅觉器官。它的致黑机理以及生态危害已引起人们的关注。 1 2 1 河流黑臭机理 当水体遭受严重有机污染时，有机物的好氧分解使水体中耗氧速率大于复氧速 太原理_ i ：人学硕十研究! 七学位论文 率，造成水体缺氧；缺氧水体中的有机污染物与悬浮物在适当的水动力条件下，发生 沉淀作用，在河床底部积累大蹙的沉淀物；沉淀物中的厌氧微生物火量繁殖，f ：分解彳丁 机物产生难溶于水的彳臭气休( 如h 2 s 、胺、n h 3 h 、c h 4 等) ，臭气逸j i j 水而进入大 气，使水体发臭。沉淀物中产生的臭气难溶于水，在其上升过程中携带泥污进入水相， 使水体发黑；同时，水体缺氧导致水中的f e 、m n 等重金属还原，与水i 】的硫形成硫 化亚铁等物质，致使水体发黑。 纵观国内外主要城市河流污染及黑臭状况，导致城市河流黑臭的主要原闪无：1 有以下几个方面： ( 1 ) 水体有机污染 全世界很多城市依河而筑，城市河流不仅供水，同时也已成为城市工业废水、居 民生活污水的主要排放场所。随着工业废水和生活污水的大量排放，河流巾有机碳污 染物、有机氮污染物以及含磷化合物负荷不断加大。 有机物中含有的大量死菌体中的蛋白质和其他物质耗氧分解形成丰富的碳，为 厌氧微生物繁殖提供了充足的营养源，在厌氧微生物作用下有机物厌氧发酵，产生水 体黑臭。 水体中可发生下列反应： h c o o c ( n h 2 ) h c h 2 s h + 2 h 2 0 呻c h 3 c o o h + h c o o h + n h 3 + h 2 s ( 1 - 1 ) c 6 h 1 2 06 - 一2 c h 3 c o c o o h + 4 h 2 c h 3 c h o h c o o h ( 1 2 ) 生成的氨、硫化氢、低碳脂肪酸等均会发臭。因此，水体中有机污染物发生生物 化学作用是发生黑臭主要因素之一。 ( 2 ) 底泥污染 城市河流污染的特点就是不仅其水质受到严重污染，其底泥的污染也非常严重。 大量污染物沉淀并累积在河流底泥中，某种意义上，底泥是排入河流中各种污染的主 要归属之一，而污染了的底泥还会对河流造成二次污染 2 1 。底泥的污染大体是由底泥 的再悬浮作用、吸附解析作用和微生物作用形成。 沉积在河床底部的污泥，出于水流的冲刷、人为扰动，大型工程的建设以及生物 活动，均能引起底泥再悬浮。悬浮于水流中的底泥颗粒本身对水体也起着致黑的作用。 荆治严3 l 、应太林等研究得出悬浮颗粒物中主要致黑成分为易被氧化的硫化亚铁和 硫化亚锰，即本身有颜色的参与致黑。应太林等在1 9 9 7 年还对不同扰动下底泥再悬浮 太原理l ：人学硕十研究生学化沦文 对苏州河黑臭的影i 哪研究一i j 得出随着扰动速度的增加呵以加删河流水质的黑贝桃度 ( 见表1 1 ) 。 表i 1 不同搅拌速度下底泥再悬浮对河流水质黑臭的影响1 4 1 t a b l el ir e s u s p e n d e ds e d i m e n te f f e c t i n go f fb l a c ka n ds t i n ko fr i v e rq u a l i t y u n d e rt h ed i f f e r e n tr a t eo f s t i r r i n g 搅拌述立 d d n h 3 - nc ( ) d a t 亭 瞄 底泥搅动状况黑臭指数 ( r m m ) c r a g 1 )( m g o( m g oc r a g “1 )( m g o 5 0 0无悬浮泥粒3 83 8 33 0 41 5 38 44 5 7 5 0 细颗粒开始悬浮 3 i4 2 14 6 71 8 51 0 15 5 1 0 0 0 部分搅起 2 74 8 75 0 10 11 1 46 8 1 2 0 0底沈全部搅起2 15 2 35 8 32 4 3 6 1 3 1 8 0 15 0 0 底泥全部搅起 1 86 0 26 1 22 9 5l5 29 8 污泥由有机物和无机物这两部分组成，有机物是指污水中的有机悬浮物及在厌 氧条件下发酵形成的有机污泥；无机物是指硫化物和铁( 包括河床中的铁) 在厌氧条 件下形成的硫化亚铁黑泥，这种黑泥因硫化亚铁的水解作用而具有明显的恶臭气味， 硫化亚铁的自身黑色使污泥办呈黑色1 3 1 。在物理、化学和生物等一系歹0 作用下，吸附 在底泥颗粒上的污染物与孔隙水发生交换，从而向河流中释放污染物质， - 3 i 起水体中 的有机污染物含量增加，使河流发生二次污染，导致河流黑臭。 底泥还是大量微生物繁殖的温床，其中放线菌和蓝藻类对水体黑臭的贡献最大， 这与它们在有机物参与下产生乔司脒有关。因此，在合适环境条件下，底泥中放线菌 的大量繁殖是引起河流黑臭的一大因素。 ( 3 ) 水体热污染 城市河流热污染指河流两岸工厂向水体排放的高温废水，如电站的冷却水，它不 仅能威胁到河流中水生生物的繁殖和生存，同时它使局部甚至整个河流的水温上升， 而较高的水温是促进水体发臭的一个重要因素。w o o dst 【5 l j 旨出：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n 扛i j ；i j 0 。而在2 5 时放线菌的繁娥达到最高，河流的黑爽也达到 最大。囚此当河流受到有机物污染且水温适n ：的情况下，微生物强烈的活动会使水体 中的有机物质大量分解，生成各利，发臭物质，从而引起河流i j 5 现不同程度的熙奥。 太原理i ：人学硕十研究生学位论文 ( 4 ) 其他因素 重会屈污染：重i ；：屈污染也足城市河流污染类型的- * e p ，它刈河流黑臭的贡献 主要在于水休q 1 铁锰的含量，如i 讨所述，悬浮物质中的饮锰是重耍f 内致黑冈子之一。 航运：城市河流的主要功能之一就是航运。船舶污染是一种综合性的污染，但总体来 说主要和运输货物的性质、船上的生活污水、垃圾、粪便以及废汕的排放有关。而航 运对河流产生黑臭还有一大贡献就是它会导致河流沉积物发生再悬浮。此外，生活、 工业垃圾的随意堆放、城市暴雨径流、支流泄水或上游的污水等刘河流的黑臭均具有 不同程度的贡献。 1 2 2 河流黑臭污染的生态危害 河流黑臭污染破坏河流周围的生态环境。恶臭气体在空中扩散，危害到河流周边 居民的身体健康；水质的下降使水体中鱼类等水生生物受到毒害，使河流失去资源功 能；黑臭污染还严重地破坏了周暖的环境景观。 ( 1 ) 危害人体健康 河流黑臭不仅给人以感官的刺激，使人感到不愉快和厌恶，而且黑臭的水体散发 出的气体成份如h 2 s 、n h 3 等可直接危害人体的健康，如人们闻到恶臭的气味，会不 同程度地产生反射性的抑制呼吸，使呼吸次数减少，深度变浅，严重时甚至完全停止 呼吸，出现“闭气”现象；长期居住在黑臭的环境旱，会使人厌食、恶心甚至呕吐，进 而发展为消化功能衰退。如果黑臭现象得不到及时治理，恶臭物质经直接接触、呼吸、 随饮用水及食物等途径进入体内5 t 4 1 ；于血液、母乳等体液及器官中，不仅损害直接受 害者，还可损害他人及后代，会严重威胁到人类的健康。 ( 2 ) 破坏河流生态系统 城市河流黑臭使水体中鱼类及其他水生生物以及需要氧气的微生物因缺氧而大 量死亡。尤其一些来自化工厂、药厂、造纸厂、印染厂和制革厂，以及建筑装修、干 洗行业、化学洗剂、农用杀虫剂、除草剂等带有有机化学药品和毒性的废水，当其进 入河流时会毒害或者毒死水中生物，造成生念破坏。以英国泰晤士河为例，1 8 世纪 的泰晤士河是世界著名的鱼产地，自1 9 世纪以来水质迅速恶化，水质恶臭，河中水 生生物和鸟类基本绝迹，成为世界上污染最严重的城市河流之- - 1 6 1 。可见，河流黑奥 对生念环境产生了很大的危害。 4 太原理f ：人学硕十研究g ：学位沦文 ( 3 ) 损害城市景观 河流熙臭还严重损密城市的景观，以f f i 1 i ：! 市水文资源勘测局2 0 0 0 年对沂水、孝 妇河、淄河、乌河、泠河等市管河通进行抽查为例，发现所有河道污染严重，照奥现 织突 l = l 。结果表明，以上5 条主要河道中，c o d 在范阳* 河段q | 达到5 1 4 3 m 妒，超 出国家污水综合排放标玳的1 0 倍；在沂河上游斫j 小店段，原木消澈的河水已被严巫 污染，污水在沙滩上流过时留下黑色的沉淀物，一重损害了i f i 似_ 1 r 的1 1 t 内景观i7 1 。再 以2 0l j = 纪9 0 年代初期上海苏州河为例，每到夏零，浮萍从_ i ，水兜热天，严重影l 响 了上海作为一个国际大都市的整体形象。依河而建的城市，大都有着良好的旅游发展 资源，但河流黑臭对其造成的直接影响确实不可低估。可见，河流黑臭污染对自然环 境和人文环境造成的影响已经刻不容缓。 i 3 国内外河流黑臭问题的研究 河流的黑臭问题国内外郁有研究。国外的研究偏重于机理方而，尤t 对致黑微生 物进行了大量的研究。而国内的研究则更偏重于分析引起黑臭的污染物，并建立适合 当地河流的黑臾模型对黑臭程度进行定量化的研究。 i 3 i 国外河流黑臭问题的研究 有关河流黑臭特性的研究国外较早，一些学者对发生黑奥的机理进行了较深入的 研究。近年来固外研究多集中在： ( 1 ) 特定污染物恶奥问题的研究1 8 9 , t o i i ；如n e l ed e f o e d 8 i 较好地揭示了固体废 弃物的堆肥臭气浓度与总挥发性有机化合物( v o c ) 含量( r 2 = o 9 7 ，n = 1 6 ) 以及与酯类和 酮的浓度( r 2 = o 9 ，n = 1 9 ) 之间的线性关系。而有机硫化物的浓度也能很好地出反映臭 气浓度( r 2 = o 9 4 ，n = 8 ) 。研究的结果表明，化学物质与臭气浓度之删的关系是依具体 物质而言的，无法片面的概括。 ( 2 ) 特殊生产企业恶臭问题的研究 i l t 2 1 3 1 。如b o r d a d o ，j c m 1 1 2 】对从葡萄牙牛 皮纸制造厂释放不可浓缩臭气( n c g ) 进行了较全i 曲n 采样分析，以此作为对n c g 的收 集和处罱的参考。 同时考虑多利呻亏染物、特别是黑奥多l h 素问题报逝极少。 有关河流熙臭f 内原因，l a z a r o i ”1 ( 1 9 7 9 ) 指出河流黑臭现缘j e 实足一利t 生物化学现 太原理i ：人学硕十研究生学能论文 象，水体中有机物质的厌氧分解。他认为水体中的有机物质在分解过程中j 毛氧大于复 氧，造成缺氧环境，厌氧微生物分解有机物产生大量的臭味气体逸出水研进入大气， 致使水体黑臭。 r o m m a n o i h l 在1 9 6 3 年指出表征水体黑臭的指示物质是山放线菌在有机污染物存 在下所产生的乔司脒 g e o s m i n ( 萘烷醇类) 】和2 - m i b ( 冰片烷酡类) ，而乔司脒的含 量可以定量描述水体黑臭的程度。乔司脒与水质的关系见表1 2 。 表i - 2 乔司脒与水质的关系i ”1 t a b l e 卜2g e o s m i na n dw a t e rq u a l i t yr e l a t i o n s 1 9 8 3 年w o o ds t 1 5 1 指出，碳氢化合物在2 7 8 x 1 0 m o l l ，氮化合物在1 o 1 0 - 2 m o l l 时，发臭物质乔司脒的含量最大。他同时也指出，水温低于8 ，放线菌分解有机污 染物，产生乔司脒的活动受到抑制；大于2 0 时，活动最活跃，最易发生黑臭，而 在2 5 放线菌的繁殖达到最高，河流的黑臭也达到最大。 有关引起黑臭的环境因素影响研究，国外只是分别讨论，同时考虑多因素影响的 报道很少。 污染物在底质与流动水体中的浓度不平衡是经常存在的，尤其当水质提高后，必 然发生液相和固柏之问化学污染物质浓度再分配过程。底质中的生化反应和化学反 应，以及它和水体的交换吸附分配过程，使底质中污染物质的形态和含量发生变化。 除底质中可溶解性污染物质直接溶入水体外，由于水流作用使底质悬浮；底质扩散到 6 太原耻i ：人学硕一 ：研究生学位论文 间隙水中的污染物质，以及底质细粒表, j f f 贩附n 勺污染物质，通过底质、水界而向上复 水扩般，从而再次影响流动水体水质i = 6 1 7 1 。 地表水体d o 主要来源于大气复氧和光合作用产氧等。而耗氰过程则包抓，j i 化衙 氧( b o d ) 、底泥耗氧( s o 功、氨的硝化、及浮游批物年l i 动物的嘲败等。s o d 足反l 吠表 层底泥耗氧的综合指标。有些研究人员指 l l ，s o d 约占河流i ll 总j ；t 毓f f j 4 0 一5 0 眦9 j 。底泥耗氯包括生物过程和化学过程，j 训、表层底泥1 1 1 钉机物生物i 峁解和氨的硝 化过程是s o d 的主要构成1 2 0 1 ，5 3 # 1 - ，底泥q ，的铁、锰、硫化物等的化学氧化也可能对 s o d 有重要作用1 2 ”。有资料表明铁在还原状态下主要以亚铁形式存在1 2 2 1 ，f e s 氧化反 应方程式如下1 2 3 1 ： f e s + l ，5 1 1 2 0 + 2 2 5 0 2 = f e o o h + h 岱0 4 ( 1 - 3 ) 1 3 2 国内河流黑臭问题的研究 在国内，城市河流黑臭现象已成为我网许多大中城市共同存在的污染问题，河流 黑臭报道已有很多，研究主要方面：( 1 ) 河流水体黑臭成因及致黑作用污染物分析研 究；( 2 ) 河流水体黑臭指数研究；( 3 ) 河流恶臭治理研究。其研究对缘主要针对水 量充沛的、近海城市河流及河网，研究内容多集巾在影i 响河流黑臭污染物分析研究之 上，而针对干旱少雨地区、纳污严重的市区性河流水体黑臭的研究较少。 国内对河流黑臭的研究最初是从上海的苏州河治理丌始。黑臭的表征方法一黑臭 指数这一概念是由上海自来水公司提出的。黑臭是有机污染的一种极端现象，主要为 有机物的腐败，底泥中大量放线菌的繁娥及热污染造成。 大量研究表明发生黑臭的机理基本一样：当水体遭受严重的有机污染时，好氧分 解使水体中的耗氧速率 复氧速率，造成水体缺氧。在缺氧的水体中，有机物无氧分 解产生h 2 s 、胺、n h 3 i 其它带臭味易挥发的小分子化合物，因而散发出臭味。同时， 沉淀物中产生的c 4 h 、n 2 、h 2 s 等难溶于水的气体，在上升过程中携带污泥进入水相， 使水体发黑i ”】。 目前国内外常用的指标为：化学耗氧量( c o d c r 或c o d m 。) 、5 同生化需氧量 ( b o d s ) 、溶解氧( d 0 ) 、氨氮( n h 3 一n ) 。d o 是指溶解在水体1 1 1 的氧f 内含量，清沽的水 在正常情况下所含d o 接近饱和状态，当水体受到有机污染而丌始有机物的氧化耗氧 时，水体的d o 逐步减少，当污染严重时氧化作用进行得很快，水体来不及从空气中 7 太原理i ：人学硕十研究生学位论文 吸收充足的氧米补充水体中的氧，水体中的d 0 不断减少，甚至接近零，在这种1 1 况 下，厌氧荫大量繁航，有机物发生腐败作厂玎，水体就会发黑发臭，囚i i e d o 足水休照 臭的主要控制指标。c o d c ，足指水休中能被氧化的物质在一定条件下被氧化时所消耗 的d o 的量，而b o d 5 足指山于好气性微! j 三物的作用使水体有机物完全氧化所需的水 中的d o 的量，二者均是衡量水体被污染程度的指标。n h 3 - n 主要来源于农业化肥、 生活污水和一些化学工业废水，排入水体中的有机氮很不稳定，有氧存在时，在微生 物的作用下继续转化，成为无机氮化物，褴个转化过程需消耗水中大量的氧气，使水 质变坏，发黑发臭，故n h 3 - n 也认为是引起水体黑臭的重要污染因子。 以上指标也是地面水环境质遣标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ) ) 中必测的脆测项目。d o 是 水体感官指标及保护水生物的基准要求，如鱼类生存要求等；c o d c ，年1 1 b o d 5 主要控 制水体有机污染物，防治水体黑臭；在g b 3 8 3 8 2 0 0 2 中也有n h a - n 指标来分析评价含 氮有机物。不少学者认为，上述四项有机污染指标是黑臭评价中常用和较可靠的指标。 国内学者对河流黑臭问题也进行了一些比较深入的研究。在致黑方i n i 研究中，罗 纪旦1 1 5 1 认为河流水体的黑臭与存在的腐殖质有关，硫化亚铁是其中的主要致黑物质。 应太林 4 1 等1 9 9 7 年在苏州河水体黑臭机理及底质再悬浮对水体的影响文章中，探讨 了苏卅i 河水体黑臭现象，证实了水体发黑主要与存在吸附了的带负电胶体悬浮颗粒有 关，且腐殖质是吸附物或络合物的主要组成。水体发臭为含硫、氮等有机物降解时逸 出等所致。作者用1 1 1 类地面水对典型污染断面的底质进行了反复搅拌清沈试验。结果 表明，随着清沈次数的增加，水体的黑臭指数下降最终可不黑臭。底泥再悬浮对水质 的影响试验表明，搅拌速度增加，各项指标恶化，黑臭加剧。 有关河流黑臭定量化的表示上除了数学模型外，也有学者对黑度和表征黑臭指标 做了一些研究。1 9 9 4 年戴树柱【2 4 l 等报道水体黑臭的黑度阈值为2 1 ，5 ，此后胡国斟7 1 等对水体的现场观察和对试验数据分析，证明此闽值符合实际。 1 9 9 9 年南开大学的胡国臣 2 5 1 等，选用与水体发生黑臭有关的尘化指标d o 、 b o d 5 、细菌总数、沉积物和水中h 2 s 产生菌数、沉积物脱氢酶活性等，进行测定和 分析，结果表明：d o 、b o d 5 、和水相中s 0 4 厶还原菌数，与水体黑臭有较好的相关 性。其研究表明，以水体自变量d o 。b o d 5 、还原s 0 4 2 产生的h 2 s 细菌数及水体因 变量c h 作为控制水体黑臭的水质指标是可行的，水体黑臭与不黑臭的临界指标为： c h = 2 1 5 ，d o = i 8 m e d l ，n = 2 0 0 0 ，b o d 5 = 1 4 m g l 。 囡内对河流黑臭原囚分析也有诸多报道。珠江广州河段水体巾b o d j 不高而d o 8 太原理l ：人学硕十研究生学诬论文 较低的特征，1 0 多年来没有改变，甚至发展到局部水质【f i 现发熙发臭的现缘。在影 i 咖珠江广州河段局部水体黑臾的主要原闪俐析一文- p ，作栉从污染物耗氧、污染物降 解能力、水休氧平衡毋j 水文条什等方丽剂析这种水质污染的原因，进而捉解决广州 河段水污染控制的有效途径。文章指出珠江广州河段d o 低，局部水体发黑发爽的主 要原因是水体中n h 3 n 太多，大量 i j 耗水1 1 j 的d o 所致。据氨氮耗讯实验结果，广 州河段研究断面氨氮3 f 均耗氧系数为3 3 。因此，日l 】 的河水要增加l m g 的d o ，就 必须减少o 3 0 3 m g 的n h 3 - n 。可见降低n h 3 n 的含量对提粥河水的d o 至关重要1 2 6 1 。 在沈阳市卫工河黑臭现缘分析1 2 7 】一文中，作者分析了导致卫工河黑臭的几个主要 原因：有机污染负荷大、河流底泥污染、水体热污染及其它因素；提出了综合治理卫 工河的技术路线；特别提到了地下水中的铁、镭超标非常普遍，而悬浮物中的饮、镭 粒子是重要的致黑因子。 在佛山汾江水体恶臭的化学因素特征研究1 2 8 】中。为了探索汾江河流水体黑臭与水 质化学特征的关系，研究人员初步测定了汾江河水巾氧化还原电位、溶解氧、化学耗 氧量、总氮、氨氮、硫化物、气相硫化氢、生化需氧量、嗅闽值、有机酸、有机碱等 与水质黑臭有关的项目，分析了d o 与河水发生恶臭的组合关系，捉出恶臭指数为客 观衡量恶臭程度和状况提供了一个定量依据。 有研究1 2 9 】表明，河流底泥对上覆水体的影响是巨大的。底泥污染物含量与) 释放 速率呈显著正相关，底泥污染物释放后，河水c p c o d c ，浓度将超过v 类水标准消淤虽 然能除去部分已污染的底泥，但我国城市黑臭河流大部分已有十多年、甚至几十年的 底泥积累，底泥厚度一般有1 1 1 3 以上，受工程条件限制，不可能将全都污泥清掉，清 淤后的底泥仍为新的污染源，而且清出的底泥容易形成第2 次污染。仅通过截污、清 淤、冲水，即使短期内能解决黑臭问题，但由于其好氧洁净生念系统还未建立起来， 本身自净能力有限，一旦河流纳污很快又恢复到黑臭状况；投放微生物虽然能解决部 分问题，但由于外源微生物很难进入自然生态系中，其作用也十分有限。只有激活土 著微生物，改善河流微生物区系，提高其生物多样性，建立良性生态平衡，并在河流 养护过程中不断强化土著微生物活性，保持其生念平街，捉高自净能力，才能从根本 上解决河流黑臭的污染问题。有试验结果表明，在没有完全械污的情况下，通过底泥 生物氧化和水体生物修复，配合河流生念恢复技术，能有效地淌除水体黑臭，逐步建 立河流沽净好氧生态系统，延长河流生物链，增加水体生物多样性，提高水体i ，j 净能 9 太原理 人学硕十研究生学像论文 力。底泥生物氧化是城市黑臭河流治理不可或缺的措施，也是河流生态治理的重要组 成部分，在浦淤、驳岸、截污、绿化等城市河流整治工程丛硎 上别黑爽河流进行生态 治理并长期保养，以改穆城市河网景观，捉升城市形琢。优化城市投资环境，) e 社会 效益不可估量。 1 9 9 8 年，挪威政府资助上海市环境科学研究院、n i v a 和i c i 丌展苏州河环境治理 研究1 3 0 1 ，以期为苏卅i 河治理工程提供科学依据。该项目研究内容包括苏州河曝气复氧 可行性研究，底泥污染研究等内容。 1 。3 3 河流黑臭模型的研究 为了更加深入的研究河流黑臭问题，学者们在定性研究的基础上，逐步通过模型 来定量化研究黑臭。通过定量化地研究，可以较确切地拙述熙臭的程度。 国内研究河流黑臭指数模型的大多为南方地区。这些地区经济发展快。工业化程 度高，河流接纳的生活污水和工业废水多。很多学者对这些地区的河流进行了黑臭指 数的研究。但不同的河流建立的黑臭指数模型都不相同，这反映了每个地区有每个地 区的特点。 表1 3 列出了长江三角洲地区部分城市河流黑臭指数模型，从表中可以看出，针 对不同的河流黑臭判别模型的各不相同。 0 太原理j ：人中硕17 研究生学位论文 表i - 3 长江三角洲地区部分市区性河流的黑臭指教模型l 。3 2 j ” t a b l e1 - 3b l a c ka n d s t i n ke x p o n e n tv a l u eo f r i v e rt ns e v e r a lc i t yo f c h a n g j i a n gr i v e rd e l i a 总结近几十年来学者们研究水体黑臭建立伯指数模型，常用的模型可以概括为以 下三利- ：黑臭单因子污染指数模型、有机污染指数指数模型和黑臭多因子加权指数模 型。 ( 1 ) 黑臭单因子污染指数模型( 1 ) 黑臭单因子污染指数模型i 是1 9 8 6 年出上海自来水公司提出，其表达式为： ：型2 二型0 - 4 ) d o , e a + 0 4 式中坊小r