（环境工程专业论文）生物生态组合的技术对黑臭河流原位修复的研究.pdf

中文摘要 摘要 随着经济和社会的快速发展，大量的生活、生产废水以及固态垃圾大量排入 河道，造成了河流水体的严重污染，致使水体发黑发臭，在造成生态破坏和经济 损失的同时，严重影响了居民的生活及身体健康。因此，对黑臭河流治理方法的 研究是迫切需要的，也是有重要意义的。本文在收集资料及实地考察的基础上， 以梁滩河为研究对象，提出了以生物修复为核心的“生态护岸+ 曝气充氧+ 悬浮 填料和投加微生物菌剂”的生物生态组合式原位修复技术，并将此技术应用于 梁滩河真武支流黑臭污染的治理中。 导致河流水体发生黑臭变化的因素有很多，确定发生变化的关键影响因子是 至关重要的。本文选取梁滩河某一河段为研究对象，以色阐值( c h ) 为黑臭指 标，选取d o 、c o d 、n h 3 - n 、t p 、总f e 、b o d 和p h 与水体黑臭的相关性进 行了研究分析。结果显示，c h 与d o 、c o d 和n h 3 n 的相关性比较大，其中 与d o 呈负相关，选择d o 、c o d 、n h 3 - n 为影响水体黑臭的重要因子。 生物修复的核心技术为微生物菌剂，本文从自然界水体和底泥中筛选出了对 黑臭水体具有净化作用的1 2 株细菌，其中，1 、2 、4 、5 、7 、1 3 号菌株对c o d 有很高的降解效果，降解率接近或超过6 9 ；1 0 、1 7 、1 8 号菌株对氨氮有较强 的降解能力，降解率接近或超过3 2 ；2 8 、4 0 、4 1 号菌株对t p 有较强的降解能 力，降解率接近或超过6 4 。通过对菌株的形态观察以及1 6 sr d n a 鉴定，1 2 种菌株分别属于b a c i l l u ss u b t i l i s 、c h r y s e o b a c t e r i u ms p 、a c i n e t o b a c t e rs p 、 p s y c h r o b a c t e rs p 、a r c o b a c t e rs p 、p s e u d o m o n a ss p 、s h e w a n e l l as p 、a e r o m o n a ss p 、 r a l s t o n i as p 九个属，有较好的生物多样性。菌株的趋氧性结果显示1 、2 、7 、1 0 、 1 3 、1 7 、4 0 号菌株为好氧菌，4 、5 、1 8 、2 8 、4 1 号菌株为兼氧菌。将1 、2 、4 、 5 、7 、1 3 号菌株组合为c q l ，1 0 、1 7 、1 8 号菌株组合为c q 2 ，2 8 、4 0 、4 1 号 菌株组合为c q 3 ，然后将三种混合菌进行复配并确定其投配比，结果显示 c q l 、c q 2 、c q 3 三种混合菌的组合降解性能最好，三种混合菌的最佳投配 比为：2 ：2 ：1 。 复合菌剂的生长和降解条件研究得知，复合菌剂的最佳生长条件为：温 度2 8 3 4 。c ，初始p h 为7 8 5 ，摇床转速为1 6 0 2 2 0 r m i n ，复合菌剂培养2 5 h 后活菌数到达最大，为最佳接种时间；在实验范围内复合菌剂最优降解条件 为：投配比0 5 ，温度2 5 ，p h 为6 - 9 ，转速1 8 0 r m i n ，c o d 的最适降解 范围是2 0 0 6 0m g l ，n h 3 一n 的最适降解范围是6 0 一1 5m g l ，t p 的最适降解 重庆大学硕士学位论文 范围是1 2 0 3 0m g l 。在此条件下，复合菌剂对黑臭废水的c o d 、n h 3 一n 和 t p 的降解率可达到9 0 、3 6 幂1 j7 6 。底泥降解实验显示，复合菌剂对河道 底泥也有一定的降解能力。 将“生态护岸+ 曝气充氧+ 悬浮填料+ 投加微生物菌剂”的生物生态组合式原 位修复技术应用于梁滩河真武支流黑臭污染的治理中，经过两个月的运行，水体 d o 维持在6 m g l 左右，c o d 、n h 3 - n 和t p 的降解率稳定在3 8 、1 6 和2 7 左右，河道基本消除黑臭。利用生物分子学技术，采用d n a 提取、p c r t g g e 技术对水体修复前后的微生物多样性做了研究，研究结果显示，治理后随着水体 环境质量的提高，河流水体的微生物种群丰富度明显提高。经过预测，将此技术 运用到整条河流后，c o d 、n h 3 - n 和t p 的理论去除率分别为9 9 ，8 3 ，9 6 ， 出水可以达到五类水，水体恢复正常。 关键词：黑臭河流，土著高效降解菌株，复合菌剂，组合式原位生物修复 i i 英文摘要 a b s t r a c t w i t h i n gt h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n ds o c i e t y , al a r g en u m b e ro fs e w a g e ， w a s t e w a t e ra n ds o l i dw a s t ew e r ed i s c h a r g e di n t ot h er i v e r , c a u s i n gt h es e r i o u s p o l l u t i o no fr i v e rw a t e r , r e s u l t i n gi nb l a c ks m e l l yw a t e r i tm a d ee n o r m o u se c o l o g i c a l d e s t r u c t i o na n de c o n o m i cl o s s ，s e r i o u s l ya f f e c t t e dt h el i f ea n dp h y s i c a lh e a l t ho f r e s i d e n t s a c c o r d i n g l y , i ti ss i g n i f i c a n tt h a ts t u d yo fb l a c ka n do d o r o u sr i v e rp o l l u t i o n t r e a t m e n ta n di t sc o n t r o li sv e r yu r g e n t b a s i so nc o l l e c t i n gl i t e r a t u r ed a t aa n d m u l t i p l es i t ei n v e s t i g a t i o n ，i th a sb e e np u tf o w a r dt h a te c o l o g i c a lr e v e t m e n t + a e r a t i o n + s u s p e n s i o nf i l l e r s + d o s i n gm i c r o b i a la g e n t sb i o l o g i c a l - e c o l o g i c a lc o m b i n e di n s i t u r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g yi nw h i c hm i c r o b i a lr e m e d i a t i o ni sk e y , t h et e c h n o l o g yw a s u s e dt h eb l a c k o d o rp o l l u t i o nr i v e r t h e r ea r eal o to ff a c t o r sw h i c hc a u s et h ec h a n g eo fb l a c ks t i n k i n gr i v e r , d e t e r m i n e dt h ek e yi n f l u e n c i n gf a c t o r so fc h a n g ei se s s e n t i a l s e l e c t e dt h el i a n g t a n r i v e ra st h er e s e a r c ho b j e c t ，c o l o ri l l u s t r a t e st h ev a l u eo f ( c h ) f o rb l a c ka n do d o r o u s i n d e x ，d o ，c o d ，n h 3 一n ，t p , f e ，b o da n dp hw e r es t u d i e df o rc o r r e l a t i o no fb l a c k a n do d o r o u sw a t e r t h er e s u l t ss h o wt h a tc ha n dd o ，c o da n dn h 3 nh a v eb e t t e r c o r r e l a t i o n ，w h e r ed on e g a t i v ec o r r e l a t i o n ，d o ，c o da n dn h 3 - na st h ee f f e c to f b l a c ka n do d o r o u sw a t e ri m p o r t a n tf a c t o r m i c r o b i a la g e n t si st h ec o r eo fb i o r e m e d i a t i o nt e c h n o l o g y , t h er e s e a r c hg r o u pg e t 12s t a i n sw h i c hh a se f f i c i e n td e g r a d a t i o no ft h eb l a c k - o d o rw a t e rf r o mt h en a t u r eo f w a t e ra n ds e d i m e n t ，o fw h i c ht h e1 , 2 ，4 ，5 ，7 ，1 3s t r a i n sh a v eah i g hc o dd e g r a d a t i o n e f f e c t s ，d e g r a d a t i o nr a t ec l o s et oo rm o r et h a n6 9 ；10 ，17 ，18s t r a i n st h e r ei sas t r o n g d e g r a d a t i o na b i l i t y o fa m m o n i a ，d e g r a d a t i o nr a t e a p p r o a c h i n g o rm o r et h a n 3 2 ；2 8 ，4 0 ，41s t r a i n sh a v es t r o n gd e g r a d a t i o no ft p , d e g r a d a t i o nr a t eo fc l o s et oo r m o r et h a n6 4 b ym o r p h o l o g i c a lo b s e r v a t i o na n d16 sr d n ai d e n t i f i c a t i o no fs t r a i n s ， 12s t r a i n sb e l o n g i n gt ob a c i l l u ss u b t i l i s ，c h r y s e o b a c t e r i u ms p ，a c i n e t o b a c t e rs p ， p s y c h r o b a c t e rs p ，a r c o b a c t e rs p ，p s e u d o m o n a ss p ，s h e w a n e l l as p ，a e r o m o n a s s p ，a n dr a l s t o n i as p ，e n s u r e dt h ed i v e r s i t yo ft h es p e c i e s t h er e s u l t so fs t r a i n st h e t r e n do fo x y g e ns h o wt h a t1 , 2 ，7 ，1 0 ，1 3 ，1 7 ，4 0s t r a i n si se r o b i cb a c t e r i a , 4 ，5 ，1 8 ，2 8 ，4 1 s t r a i n si sf a c u l t a t i v e b a c t e r i a 1 ，2 ，4 ，5 ，7 ，1 3 s t r a i n sw e r ec o m b i n e dc q l ，1 0 ，1 7 ，1 8 s t r a i n sw e r ec o m b i n e dc q 2 ，2 8 ，4 0 ，41s t r a i n sw e r ec o m b i n e dc q 3 ，a n dt h et h r e e 1 1 1 重庆大学硕士学位论文 m i x e db a c t e r i aw e r ec o m p o u n d e da n dd e t e r m i n e dt h e i rr a t i o ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e c o m b i n a t i o no ft h eb e s td e g r a d a t i o np e r f o r m a n c eo ft h ec q 1 ，c q 2 ，c q 3m i x e d b a c t e r i a , t h eb e s ts t r a i nr a t i oi s2 ：2 ：1 t h ec o n d i t i o n so fg r o w t ha n dd e g r a d a t i o nf o rc o m p o u n db a c t e r i u mw e r es t u d i e d ， t h ec o m p o u n db a c t e r i u mo ft h eb e s tg r o w i n gc o n d i t i o n sa r e t e m p e r a t u r e2 8 3 4 。c ， i n i t i a lp h7 - 8 5 ，s h a k i n gs p e e d16 0 2 2 0 r m i n ，c o m p o u n db a c t e r i u mc u l t u r e2 5 ho f l i v i n gb a c t e r i ar e a c h e dt h em a x i m u m ，a st h eb e s tt i m e o fi n o c u l a t i o n ；b e s t d e g r a d a t i o nc o n d i t i o nf o rc o m p o u n db a c t e r i u mt or e m o v et h ep o l l u t a n t si st h a tr a t i o o f0 5 ，t e m p e r a t u r e2 5 。c ，p h6 - 9 ，s h a k i n gs p e e d18 0 r m i n ，t h eo p t i m a ld e g r a d a t i o n r a n g eo fc o di s2 0 0 - 6 0m g l ，t h eo p t i m a ld e g r a d a t i o nr a n g eo fn h 3 ni s6 0 15 m g l ，t h eo p t i m a ld e g r a d a t i o nr a n g eo ft pi s12 0 30m g l u n d e rt h e s ec o n d i t i o n s ， c o m p o u n db a c t e r i u mt ob l a c k o d o rw a s t e w a t e rc o d ，n h s na n dt pd e g r a d a t i o nr a t e r e a c h e d9 0 ，3 6 a n d7 6 s e d i m e n td e g r a d a t i o ne x p e r i m e n t ss h o w e dt h a t c o m p o u n db a c t e r i u mo nr i v e rs e d i m e n th a sac e r t a i nd e g r a d a t i o na b i l i t y e c o l o g i c a l r e v e t m e n t + a e r a t i o n + s u s p e n s i o nf i l l e r s + d o s i n g m i c r o b i a l a g e n t s ”b i o l o g i c a l 。e c o l o g i c a lc o m b i n e di ns i t ur e m e d i a t i o nt e c h n o l o g yw a sa p p l i e di n l i a n g t a nr i v e ro fz h e n w ut r i b u t a r i e sb l a c k o d o rp o l l u t i o ng o v e r n a n c e a f t e rt w o m o n t h so fo p e r a t i o n ，t h ed oi sm a i n t a i n e di nt h e6 m g l ，t h ed e g r a d a t i o nr a t eo f c o d ，n h 3 - na n dt ps t a b l ea t38 ，16 a n d 2 7 ，t h er i v e re l i m i n a t eb l a c ka n d s t i n k p c r - t g g et e c h n o l o g ya n dd n ae x t r a c t i o nw a sa p p l i e dt o s t u d ym i c r o b i a l d i v e r s i t yf o rt h ew a t e rb e f o r ea n da f t e rt h er e p a i r ，t h er e s u l ts h o w e dt h a tm i c r o b i a l p o p u l a t i o na b u n d a n c eo fr i v e rw a t e ra f t e rt r e a t m e n th a si m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y b y f o r e c a s t i n g ，t h i st e c h n o l o g yw a sa p p l i e dt ot h ew h o l er i v e r ，t h et h e o r e t i c a lr e m o v a l e f f i c i e n c yo fc o d ，n h 3 - na n dt pw e r e9 9 ，8 3 ，9 6 ，t h ee f f l u e n tc a nr e a c ht h e f i v et y p e so fw a t e r ，t h ew a t e rr e t u r n e dt on o r m a l k e y w o r d s ：b l a c ka n do d o r o u s r i v e r , a b o r i g i n a la d v a n t a g ed e g r a d a t i o n b a c t e r i a ，c o m p o u n db a c t e r i u m ，c o m b i n e db i o l o g i c a ls i t ur e p a i rt e c h n o l o g y i v 1 引言 1 引言 1 1 国内河流污染状况 随着社会经济的高速发展，世界各国的河流水质都面临着来自工业、农业、 生活等方面的不同程度的污染。河流污染是当前日益受到关注的环境问题之一， 由于水体中存在大量污染物，使水体中溶解氧浓度降低甚至为零，导致河水黑臭， 鱼虾绝迹。污染的河流不仅失去了资源功能和使用价值，而且严重破坏了周围的 环境景观，甚至危害到河流居民的身体健康。因此，从五六十年代起，美、英、 德等发达国家就开始考虑解决日益严重的河道污染问题。 在我国，很大部分以上的工业废水及生活污水未经有效处理而直接排入水 体，已经造成全国1 3 以上的河流受到污染，9 0 以上的城市水域污染严重，接 近5 0 的重点城镇水源不符合饮用水取水标准【1 1 。目前我国水污染形势相当严峻， 主要江、河、湖、库等水域都受到不同程度的污染。有些水域已经受到严重的有 机物污染，据2 0 0 3 年中国环境状况公报报道，全国七大水系4 0 9 个重点监测断 面中，仅有3 8 1 的河流断面满足i i i i 类水质要求，3 2 2 属于i v 、v 类水质， 2 9 7 属于劣v 类水质【2 1 。全国七大流域中，淮河、太湖、黄河水质最差，均有 7 0 以上的河段受到污染，海河、松辽流域污染也相当严重，污染河段占6 0 以 上。我国9 0 的城市河流、湖泊需要治理。 据重庆市环境科学院2 0 1 0 年调查资料，2 0 0 8 年三峡库区流域内的4 0 条典 型次级河流1 0 0 个监测断面水质监测报告显示，水质为i 类的断面比例为3 ， i i 类断面比例为4 6 ，i i i 类断面比例为2 8 ，i v 类断面比例为1 3 ，v 类断面 比例为2 ，劣v 类断面比例为8 。2 0 0 9 年，重庆市主城区的2 0 条次级河流中， 只有6 条河流水质达到水域功能要求，其余栋梁河、苦溪河、一品河、梁滩河、 花溪河、跳蹬河、大溪河、伏牛溪、璧北河、清水溪、朝阳溪、肖家河、盘溪河、 跳墩河1 4 条河流水质不达标或处于黑臭状态。2 0 11 年，根据重庆市环保局发布 的主城1 4 条综合整治次级河流1 0 月份水质情况，苦溪河、跳蹬河、大溪河、伏 牛溪、盘溪河、清水溪、朝阳溪、肖家河、跳墩河等9 条河流依然呈现黑臭现象。 1 2 黑臭河流的危害 河流是人类生存、发展中离不开的重要组成部分，河流的污染严重阻碍了人 类的正常生活发展。 重庆大学硕士学位论文 1 2 1 影响居民生活，危害人体健康 河流作为生活饮用水最主要的部分，黑臭河流的存在使一部分地区出现了有 水不能用的现象，加剧了我国水资源危机。黑臭水体渗入地下，对地下水也产生 了一定的影响。其次，河流的“黑臭”不仅给人的感官以刺激，使人感到不愉快和 厌恶，而且黑臭的水体散发出的气体成分如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体，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：随着呼吸的变化，会出 现脉搏和血压的变化。长期居住在黑臭的环境里，会使人厌食、恶心甚至呕吐， 进而发展为消化功能衰退。除此以外，严重的黑臭气体还会影响到人的内分泌系 统、神经系统及其精神状态【3 】o 据某黑臭河道附近居民介绍- - n 晚上很多老鼠出 没，经常进入他们的房内，他们平常都是整天紧闭窗户，出门均掩鼻而逃，严重 影响了他们的正常生活。 1 2 2 破坏河流生态系统 黑臭河流内水体溶解氧含量很少，底泥基本处于厌氧状态，水体中有机物质 呈现厌氧分解，在分解过程中会消耗水中溶解的大量氧气，致使水域呈缺氧状态， 影响水体中鱼类以及其他水生生物的正常发育和生长，严重的还会引起鱼类等水 生生物以及需要氧气的微生物缺氧而大量死亡。据资料显示，一些黑臭河流内无 水声植物和动物生存，生物链崩溃。河岸内的大部分生活污水和一些工业用水直 接排放至河道内，造成了一些河段n 、p 含量极大，水质呈富营养化状态。 1 2 3 造成工业、农业、渔业的巨大经济损失 在工业中，使用了受污染的水体后会造成工业产品的质量下降。因此，使许 多对水质要求高的工业受到了很大的限制。另一方面，因水质问题引起的水量短 4 缺又使工业生产减产。农业灌溉过程中使用了水质恶化的水后，会造成粮食减产， 使农作物遭到污染，从而对人畜都存在着潜在的影响。河流受污染的水流到郊外 河流后，使水产遭到污染，造成养殖面积急剧减少。 1 2 4 损害城市景观，影响城市的开发建设 河流除了作为人类饮用水源之外，也是居民生活休息的场所。然而，水体 黑臭严重形象了它的景观价值。河道做为城市的一个标志，它代表着整个城市 的形象。黑臭河道的存在大大损害了城市的景观，影响城市的开发建设 4 1 。 1 3 黑臭河流的成因和形成机理 1 3 1 黑臭河流的成因 水体中的黑臭现象是由于水体中的有机物厌氧分解造成的，从水质方面分 析，发生黑臭是因为水体中c o d 、b o d 、n h 3 一n 等耗氧性污染物含量过高，导 l 引言 致水体严重缺氧。发黑主要是吸附了黑色的f e s 、m n s 等金属硫化物的悬浮颗粒； 发臭则是因为厌氧微生物对水体中有机污染物的转化过程中产生大量硫化氢、硫 醇、氨和胺等气态污染物【5 8 】。 工业废水和生活污水的大量排入 随着经济的高速发展，产生了大量的工业废水和生活污水。然而，我国的污 水处理能力偏低，城市废水集中处理率仅为1 3 4 【9 1 。未经处理的大量废水被直 接排放到河道中，使河道成为了纳污之地。这些废水中含有大量的有机物质以及 重金属，有机物质在氧化过程中消耗了大量的溶解氧致使水体缺氧。水体缺氧导 致水中铁、锰等重金属还原，与水中的硫形成硫化亚铁等，在水体致黑作用中占 主导作用，并且悬浮物质中的锰粒子是重要的致黑因子之一。 垃圾污染 根据调查显示，大部分河流中，两岸的居民向河道倾倒各种生活垃圾和废弃 物以及禽畜粪便的现象十分严重，郊区居民更是将田中杂草、秸杆随便扔入河道。 河道作为“天然垃圾箱”，越扔越脏，越脏越扔，恶性循环，极大影响了河道水 质。 河道淤积 造成河道污染严重的主要原因是因为河道治理总体规划没有形成，雨污混 流，直排河道，成为了“天然的排污管网”。河道淤积造成水流不畅，促使水质 富营养化，造成水生植物疯长，反过来阻碍水流速度，加快水中悬浮物的沉淀， 使水质每况愈下。河道淤积后河床抬高，需水量大幅度减少形成死水，导致水体 黑臭。各个排水闸口一方面因水闸关闭后形成死水，另一方面因汇入各支流、各 排污口水体后，其水质也较容易出现恶化，在高温天变黑发臭。 河道渠化、硬化 河道整治片面追求河岸、河床的硬度，河道被人工化、渠道化，割裂了土壤 与水体的关系，使水体丧失了自净能力，造成河道水质被污染，水体出现黑臭现 象，影响两岸居民的正常生活。 水体食物链严重缺失 由于污染严重和环境条件恶劣，以致水体食物链中最重要、最基础的一环， 即底端腐食群落食物链极度缺损，造成水体自净能力消失殆尽，导致进入水体的 有机污染物无法得到及时有效地分解，从而加剧了污染的累积。 1 3 2 黑臭河流的形成机理 水体在纳入一定的污染物后，在物理、化学和生物等因素的综合作用下，使 污染物浓度及数量降低，使受污染的水体恢复到污染前的状态，恢复其正常的生 态功能，这种现象叫做“水体自净”【l0 1 。然而，当大量的污染物质排入水体后， 重庆大学硕士学位论文 水体自净能力远远小于排入量后，水体便产生黑臭。 水体受污染后，首先是好养微生物将含氮、碳等大分子有机物降解为小分子 有机物，最后转变为水和c 0 2 。随着进一步的降解，水体中的溶解氧进一步被消 耗，当水体趋于厌氧环境后，厌氧微生物大量繁殖。在厌氧环境中，厌氧微生物 将有机物分解产生大量含臭气体，如c h 4 、h 2 s 、n h 3 等其它有异味的气体，这 些气体逸出水面后进入大气，使水体发臭。另外，c h 4 、h 2 s 等在逸出水面过程 中会携带难溶性颗粒物进入水体，从而使水体发黑。厌氧环境会造成水体中的 f e 、m n 等重金属被还原，与s 结合形成f e s 、m n s 等，使水体变黑【l 卜j ，如图 1 1 所示，以下分别从对水体发黑和发臭的原因进行详细的分析。 图1 1 水体污染物转化途径 f i g 1 1t h ee x c h a n g eo fp o l l u t a n ti nw a t e r 致黑 致使水体发黑的物质主要由两部分组成部分，一为以固态或吸附于悬浮颗粒 上存在于水体中的不溶性物质，二是溶于水中带色的有机化合物。在不同类型微 生物的参与下会发生下列反应： 含硫蛋白质半胱氨酸+ h 2 h 2 s + n h 3 + c h 3 c h 2 c o o h + s 0 4 2 + 有机物卜 h 2 s + h 2 0 + c 0 2 f e ( o h ) 3 埘e 付 f e + h 2 孓f e 对 铁( f e ) 在微生物作用下被还原成还原态，当还原态铁随水体扩散时，在硫酸 盐还原菌等作用下，f e 2 + 和h 2 s 反应生成黑色沉积物f e s 。一部分f e s 被水体中 微小的悬浮物质吸附，而另一部分沉积于水底的沉积物中，在厌氧分解产生的气 体或气泡托浮作用下f e s 重新进人水体，再加上其他因素的协同作用，使水体呈 现黑色。微生物分解底泥中的有机物产生臭气的同时，黑色底泥颗粒也被产生的 4 i圳，一 叫一 利 体水常 正 1 引言 气体形成的气泡托浮到达水体表面，对水体也起着致黑的作用。 致臭 致使水体中产生臭味的途径有很多，但主要通过三个方面：一是大量有机物 在厌氧菌作用下发生分解反应，产生了一系列的硫化氢、氨、硫醇等发臭物质产 生，从而引起水体发臭；其次，水体中一些腐殖酸、富里酸通过酸水解反应产生 近2 0 种氨基酸和大量游离氨，这些氨基酸在水体中通过脱氨基作用、脱羧酸作 用以及某些细菌分解含硫氨基酸等3 种分解方式，产了大量的游离氨臭气和具有 相当臭味的胺类、硫化氢以及具有特殊恶臭的硫醇类物质；第三，厌氧微生物在 厌氧条件可分泌产生土臭素和异茨醇，这类发臭物质的浓度在o 0 5 0 1 p g l 时容 易引起强烈的臭味效应。水体中主要可发生以下反应： h c o o c ( n h ：) h c h 2 s + 2 h 2 0 c h 3 c o o h + h c o o h + h 2 s + n h 3 c 6 h 1 2 0 6 卜2 c h 3 c o c o o h + 4 h + 2 c h 3 c h o h c o o h 由上可知，溶解氧是水体发生黑臭的关键性因素，改善水体必须改善水体的 缺氧环境，即使水体耗氧速率 2 m g c 时水体没有黑臭；当d o _ 2m g l ，c o d m n 1 5m g l ，b o d 5 2 0m g l ，n h 3 - n 1 5 时水体出现黑臭，具体黑臭分级情况见表1 2 。 表1 2 黑臭度分级表 t a b l e1 2b l a c k - o d o rd e g r e ec l a s s i f i c a t i o n 重庆大学硕士学位论文 由以上我们可以看出，两种评价办法都有自己的局限性，第一类方法在应 用中简便快捷，指标的选取及单个指标临界判断标准的设定是其关键所在。但在 选择综合临界指标判断水体黑臭时，即使有一部分指标说明水体黑臭，仍然无法 得出该水体是否黑臭。因此，如何在单个指标临界值的基础上建立多个指标的综 合临界标准是需要解决的问题。判别关系式法相对第一种在指标的确定中比较科 学，但也没有完全涉及到影响水体黑臭的因素。另外，判别关系式法既需要大量 的实验数据也需要复杂的数学计算。 1 5 国内外黑臭河流治理与修复技术概述 黑臭河流的修复必须要借鉴水体自净的原理，并辅助人工手段加以强化净化 过程，对排入河流中的污水进行有力的控制，最终将黑臭河流的水质恢复到满足 其规划水体功能的水平。目前，国内外在黑臭河流的治理与修复中最常用的方法 主要有物理方法、化学方法和生物生态方法。 1 5 1 物理方法 截污 河道整治的关键是截污，没有截污不可能从根本上改善水质。河道的污染源 包括内源污染和外源污染两种：内源污染一般来自底泥；外源污染包括生活污水、 工业废水、雨水的排入，生活垃圾、余泥的倾倒等。不截断污染物的排入及清除 河道的内源污染物，河道整治将面临较大的困难幽j 。 河道疏浚、清淤 由于多年的排污积累，河道底泥污染日趋严重，生态系统遭到了破坏，水体 自净修复能力下降，流量较小，河道沉积物较厚，有机污染物沉积严重，急需进 行河道疏浚、清淤。清淤有利于减轻河道发黑发臭和水体污染程度，改善水质状 况，并可增加河道蓄洪量，提高防洪排涝能力【2 。 引水冲污 引水冲污就是使已有效稀释扩散的内河混合液尽量向江心流动，最大限度地 利用自然净化能力来降低污染负荷。对于在当前财力物力不足、城市基础设施( 排 水系统) 落后及污水厂的建设与正常运行较困难的情况，各截污系统截留的污水 先暂时排入城区内河，采用引水冲污，具有投资省、见效快、效果好的特点。对 有剩余的水环境容量或部分治理之后尚有剩余环境容量以及水资源丰富且有地 势条件而建设污水处理设施困难的城区，如经济欠发达或历史文化名城的旧城 区，若实施管网配套较困难，可尽量利用原有的输水渠道或河道，选择水量充足、 水质较好的水源，进行引水灌湖或引水冲污，解决部分城区内河污染的问题，这 1 引言 也是对城市排水体制或方法的一种完善和补充【2 2 1 。 1 5 2 化学方法 投加絮凝沉淀剂 絮凝沉淀技术主要是利用铁铝等无机絮凝剂以及高分子有机絮凝剂的絮凝 沉淀作用，将水体中的一部分悬浮颗粒物及氮磷吸附沉淀，这种方法在短时间内 有较好的效果，但存在二次污染的危斛2 3 1 。 投加重金属固定剂 重金属固定技术主要利用特定化学物质，通过发生化学反应将重金属转化成 盐类、氢氧化物等难溶性物质，从而达到净化水体的作用。 强氧化剂 向水体内投加氧化剂类物质是利用氧化剂的氧化能力对水体的污染物质进 行氧化分解，降低污染物浓度，净化水质。 1 5 3 生物方法 生物修复是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物，从而使 受污染环境能够部分或完全地恢复到原初状态的生物措施。生物修复技术分为原 位生物修复技术和异位生物修复技术，原位生物修复是指原地处理污染物质的一 种处理方式，包括自然修复和工程修复两种，是最常见的生物修复方式【2 4 j 。异 位生物修复指将污染源转移动另一地方处理的生物处理方法。相对物理化学方 法，生物修复技术具有环境友好、生态节能的优点，是最具发展前景的主体修复 技术。目前，国内外用于黑臭河流治理中的生物修复技术主要有以下几种： 微生物强化技术 用于黑臭水体治理的微生物修复主要有三类：一是直接向污染河道水体投加 经过培养筛选的一种或多种微生物菌种；二是向污染河道水体投加微生物促生 剂，促进“土著”微生物的生长；三是生物膜技术。 生物强化技术实际上是外源微生物投放技术，已广泛应用于水产养殖、农业 等领域，向水体中添加一定量的微生物制剂，能够加速水体中污染物降解，增强 水体的自净功能，在我国城市水环境治理中，应用的微生物制剂主要包括美国的 c l e a r - f l o 系列菌剂、l l m o ( l i q u i dl i v em i c r o o r g a n i s m s ) 生物活性液、日本的有效 微生物菌群( e f f e c t i v em i c r o o r g a n i s m ，e m ) 、中国的光合细菌( p h o t os y n t h e s i s b a c t e r i a ，p s b ) 、硝化细菌等，并取得了一定的治理效果。上海市水务部门应用 水底曝氧和投放微生物相结合的办法治理西双泾河道，实现全面消除黑臭。此外 放线菌对皂河黑臭水体也有较好的处理效果【2 5 蹦j 。 在受污染的黑臭水体中含有大量的土著微生物，这些土著微生物是水体的净 化的关键因素。然而，由于水体的环境非常恶劣，生物活性受到抑制，发挥不了 9 重庆大学硕士学位论文 其净化水体的作用。生物促生技术是通过对自然界中污染物降解者一土著微生物 的促生作用，为之创造一个能顺利完成自然降解功能的环境，强化污染环境的自 净能力，加速对有机污染物的分解【2 9 1 。利用生物促生技术已取得上海上澳塘、 随塘河、绥宁河、广州市朝阳涌、古廖涌和上海静安公园、南京总统府公园等多 项城市河湖治理成功案例。 生物膜技术是指使微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水 接触，生物膜上的微生物摄取污水中的有机物作为营养吸收并加以同化，从而使 污水得到净化【3 0 。3 2 1 。综合国内外的具体工程实例来看，生物膜技术在中小河流净 化方面具有较好的净化效果，有接触时间短、减少占地面积节省投资、便于管理 等优点。针对我国目前环保设施建设资金短缺、技术落后，废水处理率低，大部 分城市地区的污废水还是由散流、漫流、渗入或汇入周围水体的现状，生物膜技 术在我国中小河流黑臭的综合整治中具有广阔的应用前景。 底泥生物氧化技术 底泥生物修复是通过靶向给药技术直接将药物或微生物注射到河道底泥表 面，利用微生物、各种电子受体、共代谢底物等生物氧化组合技术，对河道黑臭 底泥进行生物氧化，可有效降低底泥有机物含量和耗氧速率，提高底泥对上覆水 体的生物降解能力，促进底泥微量营养释放和藻类生长【3 3 】。上海玉垒环境生物 技术有限公司使用“东江放线菌”对苏州河底泥进行了修复，效果明显，冯奇秀等 人将底泥生物氧化配方和方法应用于黑臭河流的底泥污染治理，效果显著p 引。 植物修复技术 植物修复是一种应用广泛、环境友好和经济有效的修复污染环境的方法， 是一门新兴起的治理技术【3 5 】。植物净化法是利用水生植物的自然净化原理达到 净化污水降低污染负荷的目的，植物修复的净化机理主要由三个方面构成。1 ) 直接吸收作用：植物从污水中直接吸收有机物，用于合成植物自身的结构组织。2 ) 促进生物降解作用：水生植物可以释放一些酶及有机酸等到受污染水体中，为根 区微生物提供了重要的营养物质，促进了根区微生物的生长和繁殖，刺激了根区 微生物的活性。3 ) 吸附、过滤作用：浮水植物发达的根系与水体接触面积很大， 能够形成一道密集的过滤层，当水流经过时，大颗粒固体及不溶性胶体会被根系 粘附和吸附而沉降下来。水生植物群落的存在，为微生物和微型生物提供了附着 基质和栖息场所，这些生物能大大加速截留在根系周围的有机物的分解矿化。截 留在根系周围的有机物的分解矿化。大自然界可以净化环境的植物有1 0 0 多种， 一般大型水生植物分为沉水植物、挺水植物、漂浮植物和浮叶植物，其中水芹菜、 大藻、水葫芦、香蒲、水葱和藻草等水生植物对河道黑臭具有明显的净化作用。 以水生植物为主要操纵对象的修复技术，目前应用比较多的主要是生态浮床或生 l o l 引言 态浮岛和人工湿地。 生态浮床或生态浮岛是以水生植物为主体，运用无土栽培技术原理，使用可 漂浮于水面的材料为载体和基质，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面 无土种植植物技术。它是应用物种间共生关系和充分利用水体空间生态位和营养 生态位的原则，建立高效的人工生态系统，以削减水体中的污染负荷。浮床上种 植的植物能吸收水中的n 、p 等有机物作为营养物质，通过人工收获植物体的方 式将其带离，对n h 3 n 、t p 和有机物的去除率可达到较高的水平。目前，在国 内已有多处利用生态浮床技术的示范性工程。在福州市白马支河运用生态浮床修 复技术进行治理，昔日的恶臭已基本消失1 3 6 3 8 j 。 人工湿地进行污水净化的研究始于2 0 世纪7 0 年代末，分自由表面流人工 湿地、垂直潜流人工湿地、水平