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「黑臭水体治理」城市黑臭河道治理方法研究进展

作者: 必源环保 编辑: 来源:必源环保官网 发布日期:2019-04-28 10:19:25
信息摘要:
城市因水而生、因水而兴,然而随着经济的快速发展和城市化进程的加快,我国许多城市河流水质污染和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…
  城市“因水而生、因水而兴”,然而随着经济的快速发展和城市化进程的加快,我国许多城市河流水质污染和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。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任务之一。今天对国内外城市黑臭河道治理技术进行了评价,为我国的城市黑臭河道治理与修复进程提供了一定的参考依据。
  城市河流作为城市的命脉,不仅有水体循环、水土保持、贮水调洪、水质涵养等功能,而且还能调节温湿度、改善城市小气候,健康的城市水体环境是城市可持续发展的重要保障。
  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;同时,城市河流由于长期的滞流,大量含有有机物、氮、磷、重金属等污染物质的底泥沉积也形成了内源污染。
  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,这就人为地割断了河流的自然生态链,使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技术主要可分为物理、化学和生物- 生态法三类方法。
  1.物理方法
  黑臭河道治理的物理方法包括人工曝气、底泥疏浚和调水等。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)和污染源特征(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- 扩散曝气增氧、水面转刷曝气增氧、射流曝气增氧和船载移动曝气增氧等。
  底泥是河道中污染物的“汇”与“源”,所以底泥疏浚是被广泛应用的一种黑臭河道治理技术,常用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,目的在于较大程度地控制内源污染、增加河道槽蓄量、提高水体泄洪和自净功能。研究结果表明:底泥疏浚可以使水体的有机质、磷、总悬浮物、叶绿素a 以及水体透明度有明显下降,是缓解水体黑臭和富营养化的有效手段。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以及是否对底栖生境产生负面影响。另外,大量疏浚底泥需要妥善处置,避免造成二次污染。
  调水的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。黎坤等对珠海市前山河水力排污冲淤联合调度的效果进行分析,结果表明由于大量干净水源的稀释和交换,前山河总体水质明显改善,达到预期效果;其他类似的调水案例还有很多,如上海苏州河的综合调水工程、福州内河的引水冲污工程等。
  2. 化学方法
  黑臭河道治理的化学方法主要包括强化絮凝、化学氧化和化学沉淀等。所使用的化学药剂主要有铁盐和铝盐等混凝剂、双氧水等氧化剂和生石灰等沉淀剂,目的在于去除水中目标污染物(悬浮物、溶解态磷和氮等),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而大幅度消减污染负荷,使污染河道得到有效治理。2003 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强化混凝实验,发现污染河水水质对混凝效果有显著影响。
  总之,应用于黑臭河道治理的物理方法和化学方法一般不受气候条件影响,处理效果较明显和稳定,但往往治标不治本且治理费用高昂,同时易对环境产生二次污染,因此难以长期持续应用。
「黑臭水体治理」城市黑臭河道治理方法研究进展
  3. 生物—生态方法
  黑臭河道水生态恢复是重现河道“水清草茂”自然本色的必经之路,也是长效和稳定改善水环境质量的重要手段。黑臭河道治理的生物- 生态方法可以从根本上恢复河流系统的生态功能,是国内外近年来发展很快的一种技术。主要包括微生物强化技术、生物膜技术、植物净化技术和生物- 生态净化技术。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,改善河流水质,同时构建具有完整营养级结构的水生态系统,从根本上恢复河流系统的健康。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、运行成本低廉、可与绿化环境及景观改善相结合等特点,但其处理效果易受水文和气候等外部条件的影响,同时系统地有效后续管理维护是生物- 生态法应用过程中急需解决的重要问题。对于污染河道的治理,发达国家都会以“高强度治污- 自然生态修复”的方法为主,例如日本的坂川古崎净化场已经运行了17 年,运行状态良好。作为上海世博会唯一一个露天的城市最佳实践区展馆,成都活水公园案例因为其去除效率高、运行稳定、低能耗和良好的景观效应为生物- 生态技术在我国的进一步发展提供了可靠的依据。
  城市黑臭河道治理是一项十分复杂的系统工程,任何单一技术都不是治理黑臭河道的一劳永逸的药方,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- 生态方法有效结合起来,使黑臭河道治理的有效性、长效性、经济性和生态相容性统一起来,开发出适合我国国情的高效低耗黑臭河道治理共性技术。在确定技术方案时,三类技术可供同时考虑、分步实施。例如可将近期的物理方法与远期的生物- 生态方法相结合,随着河道两岸污水截流工程的逐步完善以及体系生态系统的恢复与建立,生物- 生态技术将占主导地位,长期有效地改善河道水质,达到河流污染控制的长期保持。
  3.1 微生物强化技术
  黑臭河道净化主要依靠微生物对污染物的降解作用来实现。当河流污染严重而又缺乏有效的微生物作用时,需要人为创造条件来强化微生物对污染物的降解作用。目前采用途径主要有两类:一是直接向黑臭河道投加微生物菌剂或酶制剂;二是直接向黑臭河道投加微生物促生剂,促进“土著”微生物的生长。目前应用于黑臭河道治理的微生物菌剂主要包括美国的Clear- Flo系列菌剂、LLMO(Liquid livemicroorganisms)生物活性液、日本的有效微生物菌群(Effective microorganism,EM)、光合细菌(Photo-synthesis bacteria,PSB)、硝化细菌等。赵志萍等将EM富集液和复合菌投加到黑臭河水中进行降解试验,取得了一定的治理效果。吴光前等将湖北科亮生物工程有限公司研制的“科利尔”活菌净水剂固定在具有特殊结构的生物带上,配合水体曝气复氧技术进行黑臭水体治理研究,底泥厚度可降低80%以上,底泥COD 去除率达到93%、上清液COD 去除率达到70%、上清液NH3- N 去除率达到95%。
  3.2 生物膜技术
  生物膜技术是一种“附着生长型”污水处理方法,它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,生物膜上的微生物能有效截留、吸附、降解污染物,从而使污水得到净化。生物膜法治理黑臭河道的实质是对天然河流中所发生的生物过程的一种强化。近年来,利用生物膜技术治理污染河道得到了重视,主要有砾石接触氧化法、排水沟(渠)的接触氧化法等。日本在江户川的河滩地下建设古崎净化场,利用卵石接触氧化法对支流坂川污染水质进行净化。主体结构是高4.5 m、长28 m 的地下矩形廊道,内部放置直径为15~40 cm的卵石,水流在卵石间流动时与卵石上附着的生物膜相接触,通过接触沉淀、吸附、氧化分解等作用可快速去除水中的污染物,其中BOD5的去除率达到75%,水质有明显的改善。采用蜂窝陶瓷载体生物膜反应器对受污染的城市河道水进行生物修复,实现氨氮和COD 较好的去除。曹蓉等利用一种软性填料处理受污染河道河水,并成功挂膜,取得了一定的处理效国内外的具体工程实例来看,生物膜技术在中小河流的净化方面具有净化效果好、便于管理等优点。
  3.3 植物净化技术
  水生植物是河流水体自净系统的重要组成部分,其主要作用表现在以下几个方面:① 光合作用为植物净化作用提供能量来源;② 植物庞大的根系为微生物和其他生物提供了栖息场所;③ 植物能直接吸收吸附水体可利用的营养物质,富集重金属及一些毒害物质;④ 根际效应,包括泌氧功能、根际分泌物的化感作用等。然而,水生植物有着其自身的耐污极限,水质过度恶化超过极限则水生植物不能生存。因此,在黑臭河道治理中,选择的植物往往需
  要一定的预培养试验,且选择的先锋植物具有繁殖能量强、抗逆能力强、根系发达、易栽培管理、可资源化利用和具有观赏性等特点。一般大型水生植物分为挺水植物、沉水植物、漂浮植物和浮叶植物,与此对应的植物净化技术有人工湿地、水生植物氧化塘、生态浮床或人工浮岛等。
  人工湿地通常指人为地将石、沙、土壤、煤渣等材料按一定比例组成基质,并栽种经过选择的水生、湿生植物,组成类似于自然湿地状态的工程化的湿地状系统。人工湿地对污水的净化是物理、化学及生物共同作用的结果,其中水生植物在人工湿地污水生态处理系统中发挥着十分重要的作用。水生植物能否发挥其最大的净化及应用潜力,关键在于植物种类的选择和植物物种间的搭配,特别是通过试验选择耐污性强、净化效果好、适宜其生存环境的
  植物种类是一项优先考虑的工作。目前人工湿地已被广泛应用于黑臭河道治理的工程实践中。日本渡良濑蓄水池修建的人工芦苇湿地不仅使蓄水池水质得到明显改善,而且水体生物多样性也有所恢复。加拿大潜流芦苇床湿地系统在植物生长旺季中的总氮平均去除率为60%,总凯氏氮为53%,总磷为73%,磷酸盐平均去除率为94%。余志敏等采用两种复合人工湿地系统处理昆明市城市污染河流,为期1 年的运行结果表明,两种复合人工湿地系统对城市河流污水均具有良好的污染物去除性能,其中垂直上行流复合人工湿地系统性能更优于垂直上行流与水平流复合人工湿地系统。HE Sheng- Bing等在对上海交大闵行校区富营养化河水进行治理时,采用了沸石、砾石以及粉煤灰为基质的人工湿地技术,结果表明,人工湿地技术不仅可以成功去除有机物、氮、磷,同时还可以降低河水中的氨臭味。
「黑臭水体治理」城市黑臭河道治理方法研究进展
  水生植物氧化塘技术是利用重力沉淀、微生物分解和水生动植物的吸收作用对污染河水进行净化的。用于黑臭河道治理的氧化塘可以利用河道附近的洼地、鱼塘经适当改建而成;对于中小河流还可以直接在河道上筑坝拦水,成为河道滞留塘(或称前置库)。水生植物氧化塘技术往往作为预处理方法,结合底泥生物氧化、水体增氧、水体生态恢复等技术手段,或构建串联结构的多级氧化塘,对黑臭河道进行治理,能有效地消除水体黑臭、提高河涌水体自净能力。
  生态浮床又称人工浮岛,是以水生植物群落为主体,应用物种间共生关系,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。常用的生态浮床生物载体结构,大多是以木料、毛竹、泡沫板等为材料组成的框架。生态浮床对水生生态系统的改善途径主要有:
  ① 遮蔽作用:生态浮床能够有效遮蔽阳光,改变水体的光照强度,控制浮游藻类的光合作用;
  ②物化感作用:通过植物化感作用原理影响其他生物,许多植物如狐尾藻、凤眼莲、水蕹菜、金鱼藻、石菖蒲、芦苇等能够分泌克藻化学物质等,抑制浮游藻类的生长繁殖;
  ③ 栖息地作用:生态浮床可为高等水生动植物及鸟类提供良好的栖息地,有利于增加水体生物多样性。
  生态浮床整体美观,可以集生物修复和景观于一体,水面载体的应用方便了水生植物的收集,即用船只将框架单元和放养的水生植物拖至岸边,人工打捞收集。
  3展望
  城市黑臭河道的治理,就其本身而言,是一个系统而又复杂的过程。加上我国小城镇河道污染程度比较严重,对于黑臭河道的治理,在借鉴国外成功治理经验的基础上,要把握好因地制宜和因时制宜的原则。要根据水体受污的实际情况,不能完全依赖物理、化学处理这样瞬间见效快的方法,要在此基础上,强化生物修复措施,使黑臭河道修复可以长期持久地进行下去,达到最佳的效果。
   
「黑臭河道治理」黑臭河道治理协助海绵城市建设
 
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