黑臭水体治理技术研究进展.doc

环境污染与防治 网络版 第7期 2008年7月黑臭水体治理技术研究进展阮宇鹰第一作者：阮宇鹰，女，1982年生，硕士研究生，研究方向为废水生物处理和环境修复。 黄民生（华东师范大学环境科学系，上海 200062）摘要 黑臭水体的治理已引起人们广泛关注。综述了近年来国内外对黑臭水体的治理技术的研究和应用现状，评述了黑臭水体修复的发展方向，再次基础上建议在修复黑臭水体时，需要综合运用生物、物理和化学等诸多修复方法。同时，黑臭水体的修复必须从水体的功能定位、污染整治的目标和水体生态系统平衡的建立等多方面入手，才能维护水体的良性循环和可持续发展，取得良好的环境效益和社会效益。关键词 黑臭水体 生物修复 治理 净化Recent advances of the technology for black and odorous water treatment Ruan Yuying，Huang Minsheng. (Department of Environmental Science, East China Normal University, Shanghai 200062)Abstract: The treatment of black and odorous water have attracted peoples attention. The study and application situations for black and odorous water both in and outside China were summarized. And the development in this field was illustrated.Keywords: black and odorous water；bioremediation；treatment；clean河流为城市提供饮用水源，调节气候，对城市的景观生态及经济发展起着非常重要的作用。然而，城市河流历来被人们误视为城市雨水和生活污水的主要排污通道和排污场所。随着上海城市化步伐的加快和工业化程度的提高，其赖以生存的母亲河已遭到日益严重的污染，水体出现季节性或终年性黑臭。徐祖信等1采用综合水质标识指数法对上海市苏州河水体进行监测分析，数据显示苏州河水体的黑臭状况在20世纪90年代十分严重。发生黑臭的水体耗氧性污染物含量很高，水体严重缺氧。从水质特点分析，水体发黑主要是由于吸附了黑色FeS、MnS等金属硫化物的悬浮颗粒所致；水体发臭则是因为厌氧微生物对有机污染物的转化过程中产生了大量H2S、硫醇、氨和胺等气态污染物。黑臭水体的治理方法概括起来有物理法、化学法和生物法。物理法有截污、调水、清淤等。化学法有投加化学絮凝剂等。生物法即生物修复技术，是利用特定的生物(植物、微生物或原生动物)吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态效应恢复的生物措施2。1 物理法1.1 截 污河流污染的污染源一般来自工业、农业、生活、畜禽饲养业等，在这些生产和生活过程中产生的污染物，通过管道直接被排到河道中或者通过雨水管道形成雨污合流排放到河流中，导致水体污染。通过河道截污控制污染物的排放，是防止水体污染恶化十分有效的方法。河道截污的关键是根据污染物量合理设计排污管直径、材料以及泵站能力，并将这些污染源产生的污染物集中起来，送到污水处理厂进行处理。1.2 调 水调水就是想办法让河道水体有序的流动起来，加快河道水体的更新速度，尽量避免因水体静止不动而引发的河道黑臭。例如上海市在嘉宝北片、蕴南片、淀北片、青松片及浦东片内，以水利片为单位，充分利用外河(主要指黄浦江、苏州河等)的潮汐动力和清水来源，通过对群闸的统一指挥，科学调度，使各水利片内河水体有序流动，加快水体更新速度，最终实现了改善内河水体水质的目标3。1.3 清 淤河道清淤的目的是恢复污染河道的泄洪，排涝，供水等设计标准和功能，但更为关注的是河道清淤后不再重新回淤，以充分发挥工程效益，最终实现根治的目的4。目前，解决的主要措施有虹吸清淤、挖泥船清淤、气力泵清淤等5。2 化学法化学法包括絮凝沉淀和化学氧化，絮凝沉淀可以改变污染物的存在形式，主要用于去除溶解于水中的小颗粒；化学氧化通过电性改变、交联架桥等形式，使污染物成为大的颗粒沉淀分离出来6。王曙光等利用化学强化一级处理（CEPT）技术对深圳市受污染的龙岗河、观兰河、燕川河、大茅河河水进行了处理试验研究。结果表明，该工艺对浊度、COD、SS、TP去除效果较好，对TN、重金属等也有一定的去除效果，且药剂用量少7，但该方法易造成二次污染。3 生物修复技术3.1 生物修复技术的特点生物修复技术是新发展起来的一项清洁环境的新兴技术，它利用特定生物对水体中污染物的吸收、转化或降解，达到减缓或最终消除水体污染、恢复水体生态功能的生物措施，这一过程是受控或自发的8。与传统的物理化学修复技术相比，生物修复技术具有以下优点：费用省；环境影响小；可最大限度降低污染物浓度；可用于处理常规污染治理技术难以应用的场地9，10。3.2 黑臭水体生物修复关键技术3.2.1 人工曝气生态净化技术曝气生态净化系统是以水生生物为主体，辅以适当的人工曝气，建立的人工模拟生态处理系统，以高效降解水体中的污染负荷、改善或净化水质，恢复水生态的一种污水处理工艺。其对黑臭河流的净化机理主要包括：对黑臭河流进行人工曝气，可加速水体的复氧过程，迅速氧化有机物厌氧降解时产生的H2S及FeS等致黑臭物质，有效地改善或缓解黑臭现象；能使河道的上层底泥中还原性物质得到氧化或好氧生物的降解，不会形成H2S，没有臭味；同时，它会形成Fe(OH)3沉降，在底泥表层形成一个密实的“沉积层”，可防止上层的底泥上浮，并防止底泥中的化学物质进入到水体中11；人工曝气使黑臭河道在内形成了一种多种微生物和水生动植物共存的复杂生态系统，有细菌、真菌、霉菌、藻类、原生动物、后生动物、底栖动物、水生动植物等存在。它们通过物理吸附、生物吸收和生物降解等作用以及各类微生物和水生生物间功能上相辅相成的协同作用去除污染物，并形成食物链网，以达去除污染物目的；人工曝气还能及时将氧气输送到根区附近，保证水生根区周围的好氧环境，以发挥生态净化系统的最大净化功能。3.2.2 水生植物修复技术目前,水生植物修复技术因其低廉的投资管理费用、稳定的净化效果、种类繁多、潜力巨大、无二次污染等优点而日益引起关注。该技术利用植物自身与周围微生物、环境共同作用来处理受污染水体。水生植物对黑臭水体的净化作用主要通过以下途径来实现：水生植物的根区为微生物提供了附着生长表面和借以进行生命活动的中间媒介，可形成一定厚度的生物膜，并含有大量的有机质和微生物，对吸附和降解污水中的污染物起重要作用；水生植物能通过吸收和代谢部分氮、磷等无机营养物质、被微生物氧化分解出来的部分小分子有机物以及重金属等有毒有害物质，并最终随着作物收获而将它们从水体中去除。据文献资料显示，水生植物能吸收10%20%的磷等营养物质12；水生植物特别是维管束植物可从大气中吸收氧气并输送到根区附近，形成根区周围的好氧环境，维持水生根区附近微生物的正常活动，有利于有机物的降解和氨氮的硝化，以及有害细菌和病毒的环境不适而自然死亡；水生植物的繁茂枝叶为水面遮挡阳光的照射，避免了因藻类的大量生长而影响出水水质，有利于SS的去除和防止底泥上浮。人工浮床是水生植物修复技术的新发展，又称人工浮岛，是一种经过人工设计、构建并漂浮在水面上的人工生态系统。该技术的核心是构建生态浮床，植物是浮床生物群落及其净化水质的主体，并配以曝气复氧、网格栅和生物膜等多种手段，达到修复水质的目的13。生态浮床仅适用于总水量一定、水流速度平缓且适于搭建浮床的中小河道。它的作用是净化水质和美化环境，因此选择的植物品种以既具很强耐污能力，又具有较大的水质净化潜能并兼有较好景观效果的普通草本植物为主，如美人蕉、黑麦草等。3.2.3 高效生物膜技术高效生物膜技术的核心是向河道中搭建高效生物膜，这种生物膜的特点是其内表面积是一般生物膜的几十倍甚至上百倍，它能最大限度地为微生物提供适宜的生存环境，使膜上固着大量微生物个体，并保持很高的生物多样性。该技术对水体的净化较彻底，对NH3-N、TN、TP和有机物的去除率都较高14，可应用于各类有机污染较严重的河道。实施该技术时，常结合曝气复氧，既可提升DO水平，也可用作推动水流的动力，使得污染物充分与膜上的微生物结合作用。此外，还可应用生物液促生，促进微生物的繁殖和生长。3.2.4 底泥生物氧化底泥耗氧是河道黑臭的重要原因之一。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，改善河道微生物区系，提高其生物多样性，建立良性生态平衡，并在河道养护过程中不断强化土著微生物活性，提高自净能力，才能从根本上解决河涌黑臭的污染问题15。4 结 语由于黑臭水体受污染情况复杂，用单一的修复方法往往不能达到理想的效果。因此，在修复黑臭水体时，需要综合运用生物、物理和化学等诸多修复方法。同时，黑臭水体的修复是一个牵涉到污染治理、环境生态和水利水文等多学科的系统工程，必须从水体的功能定位、污染整治的目标和水体生态系统平衡的建立等多方面入手，才能维护水体的良性循环和可持续发展，取得良好的环境效益和社会效益。参考文献1 徐祖信,尹海龙.城市河流水质常规评价技术研究J.环境污染与防治,2005，27(7):515-518.2 杨磊,林逢凯,胥峥,等.城市富营养化河道复合酶原位生物修复技术研究J.环境污染与防治,2005，27(8):607-610.3 杜晓舜,王春树.上海市引清调水工作研究J.水资源保护,2006,22(3):92-94.4 程宝国.平原复式河道的清淤治理J.海河水利,1998（2）:30-31.5 向文英，李晓红，程光均，等.浅谈河道与水库清淤的新工艺J.环境工程，2005，23(2):77-78.6 张捷鑫,吴纯德,陈维平,等.污染河道治理技术研究进展J.生态科学,2005,24(2):178-181.7 王曙光,栾兆坤,宫小燕，等.CEPT技术处理污染河水的研究J.中国给水排水,2001,17(4):16-18.8 MADSEN E L. Determining in situ biodegradation:Facts and challengesJ. Environ. Sci. Technol.，1991，25(10):1663-1672.9 徐亚同,史家墚，张明.污染控制微生物工程M.北京:化学工业出版社,2001.10 RANALD M A. Bioremediation of petroleum biodegradationJ. Bio. Sci.，1995,45(5):332-338.11 熊万永,李玉林.人工曝气生态净化系统治理黑臭河流的原理及应用J.四川环境,2004,23(2):34-36.12 王国祥,濮培民,张圣照,等.人工复合生态净化系统对太湖局部水域水质的净化作用J.中国环境科学,1998,18(5):412-414.13 武林慧，吴林林，黄民生，等.人工浮床及其在污染水体治理中应用进展J.净水技术,2006，25(4):8-9.14 王荣昌,文湘华，钱易.悬浮载体生物膜反应