（环境工程专业论文）曝气复氧条件下黑臭河道底泥内源氮的迁移转化行为研究.pdf

b e h a v i o ro f e n d o g e n o u sn i t r o g e nf r o m m a l o d o r o u sr i v e rs e d i m e n tw i t ha e r a t i o n d e p a r t m e n t ： s p e c i a l i t y ： e n v i r o n m e n t a lsc i e n c e e n v l r o n m e n t a le n g l n e e n n g d i r e c t i o n ：t e c h n o l o g yo f w a t e r t r e a t m e n t s u p e r v i s o r ： s u p e r v i s o r ： c a n d i d a t e ： p r o f m i n s h e n gh u a n g o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 一 一 l e c 砀nh e c h e n 鼢x i a m a y ，2 0 1 1 m 0m 6 表示谢意。 大学学位论文原创性声明 曝气复氧条件下黑臭河道底泥内源氮的迁移转化行为 士( 请勾选) 学位期间，在导师的指导下进行的研究 明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或 重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并 作者签名：瞌垂益日期：少t1 年月罗7 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 曝气复氧条件下黑臭河道底泥内源氮的迁移转化行为研究系本人在华东师范大学攻 读学位期间在导师指导下完成的碌彰博士( 请勾选) 学位论文，本论文的研究成果归华东师 l 范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学位论文，并向主管部门和 相关机构如国家图书馆、中信所和“知网”送交学位论文的印刷版和电子版；允许学位论文 进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学校将学位论文加入全国博士、硕士 学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或 者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部”或“涉密”学位论文奎，于年 月日解密，解密后适用上述授权。 ， ( u2 不保密，适用上述授权。 导师签名 本人签名呈筮玉蜜 2 口n 年 月弓1 日 幸“涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位论文( 需附 获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上述部门审定的学位论文 均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用上述授权) 。 匿玉霞一硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 i ，久急与 敞报 复生久分 主席 足撂棣蔹缓 勿李斤彩久告 弧勘烈理上磨理上膀 名纨刚翮宄定中国环衍隐 随振槌旅绽甏冬槽幻蛾 摘要 要 河道黑臭是我国城市环境污染和生态破坏的代表性恶果和亟待解决的重要问题，其中氮 超标是目前许多城市黑臭河道中急需解决的突出问题。在外源输入有效控制后，从底泥中释 放的内源氮将成为水体氮污染的主要来源，人工曝气复氧虽然是治理河道黑臭的有效技术， 但目前的曝气工程运行模式比较粗放，曝气复氧的扰动对表层底泥氮转化及释放影响作用尚 未定论。为此，本论文拟采用表征液体流态的雷诺数来定量表征曝气扰动对底泥上覆水的影 响，并系统研究上覆水曝气复氧条件下表层底泥的氮迁移转化等行为特征。试验目的旨在确 定优化的曝气运行边界条件，为有效解决黑臭河道氮超标治理难题提供科学依据，并为曝气 复氧治理工程的优化实施提供技术支撑。研究结果表明： 在流速分为0 2 4 7m s 、0 2 8 8m s 、0 3 2 0r n s 、0 3 7 2m s ，对应的温度分别为 1 9 1 ，2 5 6 ，2 8 9 ，1 6 5 时，装置中流态和流场的分布情况不一样，但是对称位置的流 速基本相同，其流态和流场的分布情况极为相似。离曝气转刷位置较近的断面流速较大，水 流的紊流状态较激烈，雷诺数较大，而离曝气转刷位置较远的断面流速相对较缓，流态平缓， 雷诺数较小。流速越大，雷诺数越大，温度越高，水的动力粘度越小，雷诺数就越大。 不同曝气条件下，装置中d o 和s o d 的分布情况不一样，d o 受曝气和温度等方面的影 响，曝气越大，扰动越大，曝气有利于d o 的穿透深度，温度也对d o 韵增加有很大的作用， 另外装置中可能存在少量的藻类，温度高，光合作用强，也为d o 的增加提供帮助，另外， 相同水质，s o d 的值大小基本一致，河道流速是影响底泥耗氧速率的一个主要因素，底泥耗 氧速率随流速增大而增大。 硝化和反硝化作用是水沉积物界面氮迁移和交换的主要形式。上覆水中的氨氮发生硝 化作用生成亚硝氮，硝氮。底泥中包括无机氮和有机氮，易降解的有机氮在异养微生物作用 下降解、铵化，生成的氨氮，可以被粘土矿物所吸附而成为可交换态氨氮，进入间隙水，扩散 至浮泥层，浮泥层中的氨氮一部分发生硝化作用生成亚硝氮，进而氧化成硝酸氮，另一部分 氨氮可能扩散到上覆水中，增加了水体的氮的营养水平。黑泥层向浮泥层释放大量的亚硝氮， 上覆水硝氮向浮泥层硝氮扩散，进而向黑泥层扩散。而不同的是，在曝气条件下，上覆水和 浮泥层相互进行了硝氮的交换，浮泥层也向上覆水中释放硝氮，另外浮泥层向上覆水中释放 了大量的亚硝氮，由于搅拌的作用，导致黑泥层中可能存在有少量氧气，亚硝化发生氧化作 用可能生成硝氮。 羊囊毒币藐走号2 0 1 1 届硕士学位论文摘要 流场中紊流的强度的不同，对内源氮的行为特征有着不同的影响，主要通过影响d o 的 梯度的分布，来影响内源氮的行为。 在流速为0 2 8 8 - - 0 3 2 0m s 时，r e 为1 8 1 0 2 1 1 3 ，d o 平均值为5 0 8 7 5m g l ，s o d 为 一0 0 8 0 0 0 3m g ( m 2 d ) ，上覆水中的氮的变化效果较好。 采用灰色关联度分析方法对比研究s o d ，d o ，r e 与曝气复氧条件下上覆水，浮泥层和 黑泥层中氨氮，硝氮，亚硝氮和总氮的变化之间的关系。结果表明：r e 与上覆水、浮泥层 n h 4 + - n 变化性能的关联程度是所有因素中最大的，而s o d 与黑泥层n h 4 + - n 变化性能的关 联程度是所有因素中最大的。r e 与上覆水n 0 3 - - n 变化性能的关联程度是所有因素中最大的， d o 与浮泥层中n 0 3 - n 变化性能关联程度是所有因素中最大的，s o d 与黑泥层n 0 3 - n 变化 性能的关联程度是所有因素中最大的。s o d 与上覆水中n o z - - n 变化性能的关联程度是所有 因素中最大的。r e 与浮泥层中n 0 2 - n 变化性能的关联程度是所有因素中最大。s o d 与黑泥 层中n 0 2 - - n 变化性能的关联程度是所有因素中最大的。r e 与上覆水中t n 变化性能的关联 程度是所有因素中最大的。r e 与浮泥层中t n 变化性能的关联程度是所有因素中最大的。s o d 与黑泥层中t n 变化性能的关联程度是所有因素中最大的。 关键词：d o ，底泥耗氧速率，雷诺数，内源氮，曝气复氧，流速 i i n u m b e r ( r e ) w a si n t r o d u c e dt oq u a n t i t a t i v e l yc h a r a c t e r i z e dt h ee f f e c to fa e r a t i o no nt h eo v e r l y i n g w a t e rd i s t u r b a n c e a n dt h en i t r o g e nm i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o nc h a r a c t e r i s t i c si ns u r f a c e s e d i m e n tw e r ea l s oi n v e s t i g a t e du n d e rd i f f e r e n ta e r a t i o nc o n d i t i o n s r e s u l t so fo u rs t u d yw e r ea i m t od e t e r m i n et h eo p t i m i z e da e r a t i o no p e r a t i o nc o n d i t i o n s ，w h i c hc o u l dp r o v i d eb a s i cd a t af o r t r e a t m e n to ft h eo v e r c a p a c i t yn i t r o g e na n do f f e rt e c h n i c a lr e f e r e n c e st ot h eo p t i m i z a t i o no p e r a t i o n o fa e r a t i o ne n g i n e e r i n g r e s u l t ss h o w e dt h a t ： w h e nw a t e rf l o wv e l o c i t yw e r e0 2 4 7 m s ，0 2 8 8m s ，0 3 2 0m s ，0 3 7 2m s ，t h ec o r r e s p o n d i n g t e m p e r a t u r e sw e r e1 9 1 ，2 5 60 c ，2 8 90 c ，1 6 50 c u n d e rt h i sc o n d i t i o n s ，d i s t r i b u t i o no ff l o w p a t t e r na n df l o wf i e l da r ed i f f e r e n ti nt h ee q u i p m e n t ，b u tv e l o c i t yo fs y m m e t r i c a lp o s i t i o ni s i d e n t i c a lw i t ht h ed i s t r i b u t i o no ff l o wp a t t e r na n df l o wf i e l d t h ec r o s s - s e c t i o nc l o s i n gt oa e r a t i o n r o t a r yb r u s hh a v eal a r g ev e l o c i t ya n dr e y n o l d sn u m b e r ，a sw e l la sf i e r c et u r b u l e n tf l u i d f l o w c o n d i t i o n s o nt h ec o n t r a r y ，t h ec r o s s s e c t i o nf a r i n gf r o ma e r a t i o nr o t a r yb r u s hh a v ear e l a t i v e l y m o d e r a t ev e l o c i t ya n df l o wp a t t e r n ，a sw e l la sr e y n o l d sn u m b e r t h e r e f o r e ，t h eg r e a t e rt h ev e l o c i t y ， t h eg r e a t e rt h er e y n o l d sn u m b e r ，t h eh i g h e rt h et e m p e r a t u r e ，t h es m a l l e rt h ed y n a m i cv i s c o s i t yo f w a t e l - u n d e rd i f f e r e n ta e r a t i o nc o n d i t i o n s ，d i s t r i b u t i o no fd oa n ds o da r ed i f f e r e n ti nt h ee q u i p m e n t a e r a t i o na n dt e m p e r a t u r ew h i c hb e n e f i t e df o rp e n e t r a t i o nd e p t ho fd oh a v ea ni m p a c to nd o s p e c i f i c a l l y ，t h eg r e a t e rt h ea e r a t i o n ，t h eg r e a t e rt h ed i s t u r b a n c e i na d d i t i o n ，t h ee q u i p m e n tm a y e x i s ti nas m a l la m o u n to fa l g a eo nh i g ht e m p e r a t u r e ，w h i c hh a v eap o w e r f u lp h o t o s y n t h e s i sw i t h i n c r e a s i n gd oc o n c e n t r a t i o n u n d e rt h es a m ew a t e rq u a l i t y ，s o dv a l u e sk e e pb a s i c a l l yc o n s t a n t f l o wv e l o c i t yo ft h er i v e ri sa m a j o rf a c t o ri m p a c t e do ns e d i m e n to x y g e nd e m a n d ，w h i c hi n c r e a s e d w i t hi n c r e a s i n gv e l o c i t yi nt h ew a t e r n i t r i f i c a t i o na n dd e r t i t r i f i c a t i o na r et h em a i nf o r m so fn i t r o g e nt r a n s p o r t a t i o na n d e x c h a n g e i nt h ew a t e r - s e d i m e n ti n t e r f a c e a m m o n i ai nt h eu p p e rl a y e rw a t e ra r et r a n s f o r m e di n t on i t r a t ea n d i i i e x c h a n g e a b l ea m m o n i an i t r o g e na sar e s u l to ft h ea d s o r p t i o no fc l a ym i n e r a l s o n ep a r to ft h e a m m o n i an i t r o g e ni nt h ef l u i dm u dl a y e ri sc o n v e r t e di n t on i t r i t ea sar e s u l to fn i t r i f i c a t i o na n dt h e n n i t r a t eb yo x i d a t i o n ，w h i l et h eo t h e rp a r ti sd i f f u s i n gi n t ot h eu p p e rl a y e rw a t e rt oi n c r e a s et h e c o n c e n t r a t i o no fn u t r i e n t al a r g ea m o u n to fn i t r i t ea r ed i f f u s i n gf r o mt h ef l u i dm u dl a y e ri n t ot h e b l a c km u dl a y e r a tt h es a m et i m e ，n i t r a t ei nt h eu p p e rl a y e rw a t e ra r ed i f f u s i n gi n t ot h ef l u i dm u d l a y e r b u ti nt h ec o n d i t i o n so fa e r a t i o n ，t h e r ew i l lb ea ne x c h a n g eo fn i t r a t eb e t w e e nt h ef l u i dm u d l a y e ra n dt h eu p p e rl a y e r a tt h es a n l et i m et h ef l u i dm u dl a y e ra l s or e l e a s e dt h en i t r a t ei n t ot h e u p p e rl a y e r , i na d d i t i o n ，t h ef l u i dm u dl a y e rr e l e a s e dal a r g en u m b e ro fn i t r i t ea st h er e s u l to ft h e m i x i n g t h e r ew i l lb eas m a l la m o u n to fo x y g e ne x i s ti nt h eb l a c km u dl a y e r a n dn i t r a t ea r e t h e r e f o r ep r o b a b l yg e n e r a t e db yo x i d a t i o n t h ed i f f e r e n ti n t e n s i t yo ff l o wf i e l di nt h et u r b u l e n th a v ed i f f e r e n te f f e c tf o rb e h a v i o r a l c h a r a c t e r i s t i c so fe n d o g e n o u sn i t r o g e n ，a c c o r d i n gt oi n f l u e n c et h eg r a d i e n td i s t r i b u t i o no fd o ，i t i n f l u e n c et h eb e h a v i o ro fe n d o g e n o u sn i t r o g e n w h e nt h ef l o wr a t ei sb e t w e e n0 2 8 8a n d0 3 2 0m s ， t h ev a l u eo fr ei s1 8 1 0 - 2 1 1 3 ，t h ea v e r a g eo fd oi s5 0 8 7 5m e r l e ，t h ev a l u eo fs o di s 0 0 8 一 一o 0 0 3m e , ( m 2 d ) a n dt h er e m o v a lo fn i t r o g e ni st h eb e s ti nt h eu p p e rl a y e rw a t e r g r e yc o r r e l a t i o na n a l y s i sw a sa p p l i e dt os t u d yt h er e l a t i o n sb e t w e e nt h ea m o u n t so fs o d ，d o ， r ea n dt h ea m o u n t so fn h 4 + - n ，n 0 3 。n ，n 0 2 - na n dt n r e s p e c t i v e l yi nt h eo v e r l y i n gw a t e r , f l u i d m u da n db l a c km u du n d e rt h ec o n d i t i o n so fa e r a t i o n t h er e s u l t ss h o wt h a t ，i ti st h er et h a th a st h e l a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo fn h 4 + - ni nt h eo v e r l y i n gw a t e ra n df l u i dm u d ， b u ti ti st h es o dt h a th a st h el a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo fn h 4 + - ni nt h e b l a c km u d i ti st h er et h a th a st h el a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo fn 0 3 - n i nt h e o v e r l y i n gw a t e r , b u ti ti st h ed ot h a th a st h el a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo f n 0 3 一ni nt h ef l u i dm u d ；i ti st h es o d t h a th a st h el a r g e s tc o r r e l a t i o nw i 也t h ec h a n g ep e r f o r m a n c e o fn 0 3 - ni nt h eb l a c km u d i nt h eo v e r l y i n gw a t e ra n db l a c km u d ，i ti st h es o dt h a th a st h el a r g e s t c o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo fn 0 2 。一n ：i nt h ef l u i dm u di ti st h er et h a th a st h el a r g e s t c o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo fn 0 2 一n i ti st h er et h a th a st h el a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t h t h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo ft ni nt h eo v e r l y i n gw a t e ra n df l u i dm u d ，w h i l ei ti st h es o dt h a th a st h e l a r g e s tc o r r e l a t i o nw i t ht h ec h a n g ep e r f o r m a n c eo ft ni nt h eb l a c km u d i v a b s t r a c t v es o u r c eo fn i t r o g e n ， 车囊币箢太擘2 0 1 1 届硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目j i 乏 第1 章绪论。1 1 1 城市黑臭河道治理技术评述1 1 1 1 物理方法1 1 1 2 化学方法2 1 1 3 生物生态方法3 1 2 底泥污染控制技术研究进展一3 1 2 1 底泥污染易位控制技术3 1 2 2 底泥污染原位控制技术4 1 3 底泥内源氮释放与水体污染7 1 3 1 底泥内源氮的释放与水质变化7 1 3 2 底泥内源氮释放的影响因素：8 1 3 3 底泥内源氮的迁移转化过程10 1 4 问题的提出与研究意义1 1 第2 章研究背景、研究内容、实验方法。1 4 2 1 研究背景1 4 2 2 研究内容1 4 2 2 1 研究对象1 4 2 2 2 研究方案1 5 2 2 3 技术路线16 2 3 实验材料17 2 3 1 实验装置- 1 7 2 3 2 实验用水18 2 3 3 实验污泥18 2 4 分析方法1 9 2 4 1 常规指标的测定1 9 2 4 2 数据统计方法1 9 第3 章不同曝气复氧条件下黑臭河道中流态和流场分布特征研究2 1 3 1 研究思路2 1 3 2 流态的分析计算2 1 3 2 1 雷诺数简介2 1 3 2 2 雷诺数( r e y n o l d sn u m b e r , r e ) 的计算2 2 3 3 不同曝气复氧条件下模拟黑臭河道中流态( r e ) 分布2 4 3 4 流场分析计算2 4 3 4 1 流体力学特性研究及水力计算2 4 3 5 不同曝气复氧条件下黑臭河道中流场分布2 6 3 6 本章小结2 8 第4 章不同曝气复氧条件下黑臭河道中上覆水d o 和s o d 研究3 0 4 1 不同曝气复氧条件下黑臭河道中d o 分布3 0 4 1 1 工况0 的d o 分布情况3 0 4 1 2 工况1 的d o 分布情况3 1 4 1 3 工况2 的d o 分布情况3 2 i v 军囊睇箢大学2 0 1 1 届硕士学位论文 目录 4 1 4 工况3 的d o 分布情况3 3 4 1 5 工况4 的d o 分布情况3 4 4 2 不同曝气复氧条件下黑臭河道中s o d 计算3 5 4 2 1s o d ( 底泥耗氧速率) 的组成及耗氧过程3 5 4 2 2s o d 的测定方法一3 5 4 2 3s o d 的计算方法3 6 4 3 不同曝气复氧条件下黑臭河道中s o d 分布3 7 4 4 本章小结3 8 第5 章不同曝气复氧条件下黑臭河道中内源氮迁移转化规律一3 9 5 1 底泥中氨氮释放规律分析3 9 5 1 1 不同曝气条件下上覆水中n i - h + - n 的变化3 9 5 1 2 不同曝气条件下浮泥层间隙水中n i - h + - n 的变化4 0 5 1 3 不同曝气条件下黑泥层间隙水中n i - h + - h i 的变化4 1 5 2 底泥中亚硝氮释放规律分析4 1 5 2 1 不同曝气条件下上覆水中n 0 2 - n 的变化。4 2 5 2 2 不同曝气条件下浮泥层间隙水中n 0 2 - n 的变化一：4 2 5 2 3 不同曝气条件下黑泥层间隙水中n 0 2 - n 的变化4 3 5 3 底泥中硝氮释放规律分析4 3 5 3 1 不同曝气条件下上覆水中n 0 3 - n 的变化一4 3 5 3 2 不同曝气条件下浮泥层间隙水中n 0 3 - n 的变化一4 4 5 - 3 3 不同曝气条件下黑泥层间隙水中n o f - n 的变化一4 5 5 4 底泥中t n 释放规律分析4 5 5 4 1 不同曝气条件下上覆水中t n 的变化一4 6 5 4 2 不同曝气条件下浮泥层间隙水中t n 的变化4 7 5 4 - 3 不同曝气条件下黑泥层间隙水中t n 的变化4 7 5 5 同一工况中底泥中不同形态氮的相关性分析：4 8 5 6 关于流场分布特征与内源氮行为特征的相关性分析5 7 5 7 本章小结5 7 第6 章d o ，r e ，s o d 与黑臭河道底泥内源氮释放行为之间的关系5 9 6 1 灰色关联度基本理论、计算_ 一5 9 6 1 1 灰色关联度基本理论一5 9 6 1 2 灰色关联度的计算5 9 6 2d o ，r e ，s o d 与上覆水和间隙水中不同形态氮含量动态变化的相关性分析6 1 6 4 本章小结7 1 第7 章结论与展望7 3 7 1 论文结论一7 3 7 2 论文创新7 4 7 3 研究展望7 4 参考文献。7 6 硕士期间学术成果一8 1 j l 虹谓十8 2 v 车囊邮箢大学2 。届硕士学位论文 i 百雨r 虿虿一 随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快，我国许多城市 第1 章绪论 河流水质污染河生态退化 问题十分突出，耗氧性有机污染物和氮磷营养盐含量居高不下，甚至出现了季节性和常年性 水体黑臭现象，加速了河道水生态退化。因此，解决城市河流的污染、恢复河流的生态和社 会功能问题，仍然是许多城市可持续发展过程中亟待解决的关键问题之一。结合课题研究内 容，本章对国内外城市黑臭河道治理技术进行评价，同时概述了底泥污染控制技术研究进展 和利用供氧技术控制底泥污染物释放的研究进展。 1 1 城市黑臭河道治理技术评述 城市河流是城市文明的发源地，是城市水资源的重要组成部分，不仅有水体循环、水土 保持、水质涵养等功能，还能调节温湿度、改善城市气候等，为居民提供多种生态服务功能 【l 】。由于长期的外源污染输入，尤其是合流制系统雨天溢流、分流制系统雨污混接及降雨初 期污染径流等重要的外源污染，底质生境恶化，生态系统退化，无法完成污染物的输出、转 移和净化作用，导致污染物严重积累且恶性循环、水质恶化并产生黑臭现象。另外，城市河 流特别是中心城区河道沿岸人水争地、人绿争地使得河流渠道化，自然护岸逐步退化为硬化 和直立的防汛墙，这就人为割断了河流的自然生态链，使得滨岸带在污染截留和控制等方面 的重要功能几乎消失殆尽，进一步加剧了城市河流的环境恶化。 城市河流环境恶化对城市居民的健康和城市生态安全构成了严重的威胁，河流水质净化 与生态修复日益成为人们关注的焦点和热点。目前国内外采用的黑臭河道治理与修复技术主 要分为物理、化学和生物生态法三类方法。 1 1 1 物理方法 黑臭河道治理的物理方法主要有截污、底泥疏浚、调水、人工曝气等。截污是从根本上 解决河湖污染的源头，减少进入水体的污染物数量，使河湖水质状况得到改善。底泥作为污 染物的“汇 与“源”，底泥疏浚是被广泛应用的一种黑臭河道治理技术，常见的底泥疏浚主 要有干床清挖、船载抓斗清挖和水力冲挖等方式，目的在于最大程度地控制内源污染、清除 污染底泥、增加河道槽蓄量、提高水体泄洪和自净功能。但是，目前在底泥疏浚治理黑臭河 道的效果问题上国内外争议颇大，尤其是疏浚能否对河道污染物具有长效的控制和其对底栖 生境的负面影响。另外，大量疏浚底泥需要妥善处理，避免造成二次污染。 调水可借助于河流的潮汐规律完成，也可以通过泵闸进行人工控制调水，其目的是通过 水利设施( 如闸门、泵站) 的调控引入污染河道上游或附近的清洁水源以改善河流的水动力 1 年囊断笼太学2 0 1 l 届硕士学位论文第1 章绪论 学条件，增强水中污染物的扩散、净化和输出，能够快速缓解水体黑臭，但不能实现黑臭河 道水质的长期稳定改善，如上海苏州河的综合调水工程，另外环境调水并不适用所有城市河 流，它需要有一定的具有清洁水质的水量可供利用。 水体供氧和耗氧失衡是引起水体发生黑臭的主要原因之一。曝气复氧被认为是治理河道 污染的一种有效措施，可以提高水体中的溶解氧含量，强化水体的自净功能，促进水体生态 系统的恢复，目前已在工程实践中得以应用。根据治理黑臭河道条件( 包括水深、流速、河 道断面形状、周边环境条件等) 、污染源特征( 如长期污染负荷、冲击污染负荷等) 的不同， 河道曝气复氧的主要方式有鼓风一扩散曝气、水面转刷曝气、射流曝气和船载移动曝气等， 其目的在于提高污水的d o 浓度，加快水中污染物的分解、净化。英国的t h a m e s 河、德国的 r u h r 河、美国h o m e w o o d 的河等在治理中都先后利用曝气复氧作为快速改善城市河流生境、 启动河流污染物净化的必要手段【2 】o 1 1 2 化学方法 黑臭河道治理的化学方法主要有化学絮凝、化学氧化、化学除藻、化学沉淀等。所使用 的化学药剂主要有铁盐和铝盐等混凝剂、双氧水等氧化剂、二氧化氯和硫酸铜等杀菌、藻剂、 生石灰等沉淀剂，目的在于去除水中污染物( 悬浮颗粒、溶解态磷等) 、促进污染物( 有机物、 氮、磷等) 的快速净化、杀灭或控制蓝藻滋生、提高水体透明度。但是以上所采用的化学药剂 是否会改变生境，并造成对生物生长的影响等都需要进一步研究。 强化絮凝技术是在一级处理工艺基础上，通过投加化学絮凝剂，强化去除水中各种胶体 物质及细小的悬浮物质，可以在短时间内以较少的投资和较低运行费用却能大幅度削减污染 负荷，使污染河道能够得到有效处理【3 1 。但是目前国内水处理剂的研究开发滞后于污水和废 水处理的市场需求，而且成本较高，且单独使用不能完成满足排放的要求，如2 0 0 3 年在上海 苏州河，以改性硅藻土为混凝剂进行三条污染特征不同的污染河水的强化混凝实验，发现污 染河水水质对混凝效果有显著影响。当河水c o d o d 、于8 0m g l 时，处理出水可达到地表水 环境质量标准g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) ) 五类水质指标；但当c o d c ，大于1 0 0m g l 时，仅靠强化混凝工艺 不能达到上海市中小河道水质c o d c r 小于5 0m l 的标准【4 1 。总之，利用化学方法治理黑臭水 体，具有操作简单、迅速有效等优点，但由于需要投加大量化学剂，费用高，同时所加入的 化学药剂在治理时也容易引起二次污染，对水体的整个生态环境也会有一定的影响，此外， 化学法用于富营养化水体的治理通常不具有可持续性，并没有解决问题的根本。因此化学方 法只能作为一种辅助的措施。 2 第1 章绪论 ( e c o l o g i c a lf l o a t i n g 物净化与修复、人工 湿地净化、生物膜净化以及组合生物净化与修复、稳定塘净化等，它利用培育的植物或培养、 接种的微生物的代谢活动，对水体中的污染物进行转移、转化和降解，使水体得到净化。生 物生态法应用于黑臭河道的治理，具有稳定有效、安全持久、工程造价较低、运行成本较低 等特点，但其处理效果易受水文和气候等外部条件的影响，同时系统的有效管护及生物资源 ( 动植物) 的综合利用也是生物生态法应用过程中需解决的重要问题。 城市黑臭河道治理是一项十分复杂的系统工程，在黑臭河道治理的具体实践中要根据具 体情况，特别是水体污染状况及污染物的种类，将物理、化学和生物一生态方法有效结合起来， 但由于黑臭河道的高污染特征，尤其河道底泥呈油黑色烂泥状，直接采用生物一生态方法难以 解决，植物难以存活，曝气是黑臭河道治理的重要技术。 1 2 底泥污染控制技术研究进展 底泥一般是指江河湖海的沉积物，是各种营养盐和污染物等的主要蓄积场所，水中的部 分污染物会通过沉积或者颗粒物吸附而蓄存于底泥中，它是水域生态系统物质、能量循环的 重要环节。底泥作为地表水体巨大的潜在污染源，在一定条件下，如微生物分解作用，底泥 扰动，底泥中污染物会重新释放出来，称为二次污染源，特别是外源输入有效控制后，底泥 就会成为水体重要的污染源。如果不对污染底泥加以控制，即使外源污染得到有效控制后， 内源的释放仍然会使上覆水污染物浓度保持在一个较高的水平【5 】。为此，许多国家都纷纷展 开底泥污染控制技术的研究工作。总的来说，底泥的污染控制技术主要分为两大类：底泥污 染易位控制技术和底泥污染原位控制技术6 ，7 1 。 1 2 1 底泥污染易位控制技术 底泥易位控制技术主要包括底泥疏浚( 又称环境疏浚) 和底泥疏浚底泥的处理处置，其主 要是通过挖除污染底泥，