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河道黑臭水体成因与治理关键技术探析

发布时间:2020-03-18 10:53所属分类:工程管理浏览:144次

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摘    要: 水质影响着地区的经济发展和人们的生活,消除黑臭现象对环境保护具有重要意义。论文分析了河道黑臭水体产生的原因,从物理、化学、生物3个方面总结了常用的治理措施,并结合项目列举了除黑除臭技术措施的工程应用。

河道黑臭水体成因与治理关键技术探析

  关键词: 河道黑臭水体治理; 技术措施; 工程实际应用;

  Abstract: Water quality affects regional economic development and people's lives. Eliminating black odor is of great significance to environmental protection. This paper analyzes the causes of the black and smelly water in river, summarizes the commonly used treatment measures from physical, chemical and biological aspects, and lists the engineering application of the black and smelly technology measures in combination with the project.

  Keyword: treatment of black and smelly water of river; technical measures; engineering application;

  1、 引言

  近年来,尤其是党的十九大以后,社会各界更加关注生态文明建设,过去的以牺牲环境换取生产发展的模式已经被彻底淘汰。作为一个地区生态系统的重要组成部分的河道水体,不仅直接影响该地区的自然环境,还在很大程度上影响着该地区居民的身心健康,其受污染与否及受污染程度得到了极大的关注。

  当某一地区的水体内垃圾沉淀物含量超过水体的自净能力后,会使原本清澈的水体产生不同程度的黑臭现象。2016年2月,国务院住房和城乡建设部联合生态环境部发布了我国第一轮各大城市黑臭水体排查情况,参与排查的295座地级及以上城市中,仅有79座城市没有发现黑臭水体,其余216座城市中共排查出黑臭水体1861个,结果触目惊心。因此,探究城市黑臭水体现象的成因并提出有针对性的改善水体质量的措施,具有重要的现实意义。

  本文结合近年来的污水处理经验,在详细分析河道黑臭水体成因的基础上,总结了目前国内常见的黑臭水体治理技术,结合工程经验列举了某河道黑臭水体治理的工程措施,以期为国内同类工程治理项目提供理论和经验的参考。

  2、 河道黑臭水体成因探究

  黑臭水体源于水质污染,一般指水体中污染物排放过量导致含氧量低于2.0mg/L,引发水体含氧量减少导致透明度降低变黑、硫酸性物质被硫酸盐还原菌还原成硫化氢从而发臭的现象[1];或者,当某一地区的水质低于地表水环境质量标准V级时,也可归为该类水体。

  2.1、 根本原因

  黑臭水体产生的根本原因在于水中微生物和藻类残体分解有机物、氨氮化合物的速度加快,使水体含氧量减少、硫酸氢含量增多,最终导致河道内水体变黑变臭。这一现象受水体温度影响较为显着,水温升高后,微生物活性增强,无论是耗氧量还是硫化氢转化量都大量增加,易使水体变黑发臭。因此,夏季水体黑臭现象会比冬季明显。研究表明,水温达到25℃时,水体的黑臭现象最为严重。这一现象也使污染物沉积、复氧能力衰退,从而更容易变黑、发臭。

  2.2、 直接原因

  黑臭水体产生的一个直接原因在于环境污染。具体来讲,各类污水排放是罪魁祸首,如生活污水、工业废水等,虽然会经过污水处理站的处理,但是常有处理不到位或不达标而蓄意偷排现象,有些地区排水管网设计不合理,管道存在堵塞、变形、破损等缺陷,加之排污系统与雨水利用系统混接、乱接、错接,污水处理厂事故排放等,导致污水与地下水甚至河道水双向渗漏,从而导致各类污物进入河道水体,产生黑臭现象。合流制溢流污染也是产生黑臭水体的一个重要因素,虽然合流制排水系统目前已改为截流式合流制,但受资金及施工技术的限制,很多合流制的截流系数并不高,甚至有部分工程降到了零点,一旦遭遇雨水冲袭,会连带引发管道沉积物、地表径流污染等进入河道,产生黑臭现象。

  黑臭水体产生的另一个直接原因在于水体自净能力的下降,又称为内源污染。水体内各类生物代谢产物及死亡后尸体的腐败积累会形成有机物污染,长期沉积的淤泥、污物受到扰动再次悬浮会产生大量颗粒悬浮物,都会很大程度上降低河道水体的自净能力,长期这样会引发水体黑臭现象。

  3、 河道黑臭水体治理的关键技术措施

  各类河道黑臭水体治理的根本原则可以概括为“截污控源、减少污染,活水循环、清水补给,水质净化、生态修复”[2],在此基础上,结合当地河道的地形地质特点、自然环境和生态特征,系统分析引起黑臭的原因后因地制宜确定科学合理的水体整治和长效保持的技术措施。

  目前,针对河道黑臭水体的治理,可以划分为物理疏浚法、化学降解法以及生物修复法3类,每类方法都有独特的优缺点和使用范围,在实际中可以考虑综合使用。

  3.1、 物理疏浚法

  物理疏浚法主要是通过各种机械、人力等手段清理水中的污染物,或者降低污染物含量,从而消除黑臭现象。其中,最简单的措施是利用各种机械装置或引入活水冲击,定期清理、冲刷水体中沉积的生物残体、动植物漂浮物、淤泥等,并及时清除河道沿岸的各类垃圾。在清污、清淤之前,要对水体的污染和水生植物的生长情况进行详细的调查,根据调查结果制定实施方案,并结合季节、气候等因素明确疏浚的范围及深度,安排好污物、污泥的运输与处置,避免二次污染。这种措施一方面需要投入大量的资金和人力作保障,另一方面需要各类行政部门加强管理和监督。

  为了达到减少污染物排放的目的,还可以采用截污纳管技术。具体来说,可以沿着河道走向铺设排污管和节流管,在适当位置修建污水处理站或提升泵房,提高污水收集和处理的效率;可以对雨水污水合流管网进行改造,在资金允许的情况下重新铺设管道、实现两类管道的分离,在排污与排水量不大的情况下,可以通过增设止回阀减少雨水倒灌的风险。这类方法一次投资大,但是可以长期使用,并且需要从市政发展和长远发展的角度进行科学合理的规划,对设计与施工水平要求较高,但是,辅助以各类高科技水体、水质传感分析仪器,可以达到事半功倍的效果。

  为了提高水体自净能力,可以在河道适当位置对水体进行人工曝气充氧。具体来说,即利用喷泉、跌水、射流等曝气形式对水体注入氧气,提升水体中溶解氧的含量,从而增强水体中微生物的活性,提高对各类污物的分解净化能力。该技术可以提高河水的可生化性,在较短时间内快速促进有机质的氧化降解,在初期建设成本低、见效快,但是并不利于悬浮物沉积,需要与其他方法联合使用,以取得最佳效果。

  3.2、 化学降解法

  化学降解法主要是向河道中黑臭水体区域投放化学药剂,利用药剂与污染物发生的凝聚、分解或沉淀作用,使污染物从水中分离,或降解成无毒、无味的物质,或沉积到河道底部降低黑臭现象。常用的化学药剂主要有石灰、氢氧化钙(Ca(OH)2)、过氧化钙(CaO2)等。

  化学降解法对黑臭水体中的有机污染物、重金属离子(如As5+、Fe2+、Mn2+等)具有较好的处理效果,在短时间内快速降低水体中污染物含量方面有较好的效果,但是不易于保持水体水质的长期活性稳定性,容易造成黑臭现象反弹,同时,化学物质反应后可能会对水环境造成二次生态污染,不能从根本上保障污染治理的效果。

  3.3、 生物治理法

  生物治理法是通过增加水体中的微生物、活性酶制剂的含量或水生植物的数量,利用这些生物体的新陈代谢作用对水体中过量的污染物进行降解或转化,进而改善水质,同时,构建具有完整营养结构的水生生态系统,从根本上改进或恢复水体的净化功能。需要说明的是,投入水体中的水生植物应选择以水中污染物作为营养物质的物种,这样在降解或消除污染物的同时还可以促进自身繁殖,实现良性循环。

  这是近年来一门新兴技术,具有条件温和、安全高效、稳定持久、绿化环境、改善景观的特点,但是有些生物体生长较慢、反应时间长、受水温和外来菌体影响大,很难起到立竿见影的治理效果。

  4、 河道黑臭水体综合治理工程应用举例分析

  随着我国地区经济水平的快速发展和人口数量的增长,污水排放量持续增长,污水直接排入河道和溢流入河的现象仍时有发生,尤其是雨季持续时间增长,工农业生产产生的面源污染随雨水汇入河流,导致部分河道河水水体变黑变臭,下面以某长度为8.7km的污染非常严重的河道为例进行分析。

  4.1、 工程概况

  据调查统计,该河道的污染源既有生活污水,又有工业废水,水质较差,在该河道黑臭现象最严重的A、B两段进行实测,水质主要评判指标,如化学需氧量(COD)、氨氮、总磷(TP)、悬浮物(SS)的含量.

  针对以上河道黑臭水体情况,在A、B段分别拟设计A、B2座污水处理站,其中,A站污水处理能力为10 000t/d,B站污水处理能力为30 000t/d,经处理后出水水质透明度应有明显提高,有效降低臭味,污染物排入量符合国家地表水功能区划要求和监测断面水质要求。本工程项目选取悬浮物(SS)、总磷(TP)、化学需氧量(CODcr)、氨氮含量指标(NH3-N)4项指标作为主控指标。

  4.2、 工程技术方案

  针对该河道现状,本工程项目综合使用物理、化学和生物方法,并引进新技术治理黑臭现象。具体来说,本工程采用超磁分离处理技术和气浮池去除河道黑臭水体中的颗粒性污染物,辅助以催化氧化设备利用羟基自由基的氧化作用去除水体中的溶解性污染物,从而达到水体净化、消除黑臭的目标。

  4.2.1、 磁分离装置

  磁分离技术通过在水体中注入磁种,利用磁种增大污染物颗粒间的比表面积,增加其相互之间的碰撞概率,形成絮凝,从而快速沉降,有效去除水中的微粒污染物、微生物和重金属污染物(如COD、BOD、SS、TP)等。超磁分离系统由混合系统、沉淀系统、磁回收系统、污泥系统及加药系统组成。超磁分离系统通过泵站将河道黑臭水体输送到混凝反应池中,与加药机投加的絮凝剂、改性磁种和助凝剂进行反应;混合完全的污水进入澄清池进行高效的固液分离;改性磁种通过污泥回流和磁种回收系统进行循环利用;剩余污泥通过磁种回收系统的污泥排放系统,排至厂区污泥处理系统进一步处理。超磁分离系统组成框架和技术原理。

  4.2.2、 气浮装置

  气浮装置是在水中通入或产生大量的微细气泡,使空气以高度分散的微小气泡形式附着在悬浮物颗粒上,造成密度小于水的状态,利用浮力原理使其浮在水面,从而实现固-液分离的水处理设备。

  气浮法净水是在高压的情况下,使水溶入大量的气体为工作液体,在骤然减压时,释放出无数微细气泡与经过混合反应后的水中杂质粘结在一起,使其比重小于1,而浮在液面上,形成泡沫(气、水颗粒)混合体,从而使污染物从废水中分离出来,达到净化效果。

  气浮装置在分离水中杂质的同时,还伴随着对水的曝气、充氧,对微污染及臭味明显的原水,更显示出其特有的效果。

  与超磁分离设备相比,气浮装置不必投加磁种,可以在一定程度上降低加药成本,但由于增加了溶气设备,需要增加少量的电费消耗。此外,超磁分离设备运行故障时,可能出现磁种泄露,反而对河道水体造成短时间的严重污染,气浮池可以很好地避免此现象发生。

  本工程项目所采用的气浮装置。

  4.2.3、 催化氧化设备

  本工程辅助以高效羟基自由基发生器和高效纳米催化反应装置,强化水体除黑臭和自净化效果。该设备具有强大的羟基自由基生产能力,由于羟基自由基氧化作用的无选择性,既可以氧化氨氮等物质,又可以氧化COD等,从而进一步去除水中污染物,增强去污效果。

  4.3、 工程处理效果

  该处河道采用以上技术措施进行处理,3个月之后进行现场勘测,可以发现该河道水体透明度明显提高,不再有可见垃圾及臭味,且不再有污染源排放入河道内;采用分析仪进行元素测量后,各项指标均在标准范围之内,水质状况改善明显,基本消除了黑臭现象。

  5、 结语

  河道黑臭水体治理直接制约着当地社会和经济的发展,直接影响着人们的生活水平,是一项集技术、资金于一体的复杂系统工程。引起河道水体黑臭现象的原因多种多样,治理方法也有多种,在实际工程中要结合具体情况,多手段联用,尽量做到“一河一策”,同时,科学考虑当地生态景观和可持续发展,在提高河道水质的同时实现水环境安全和河道河域的长治久清,为经济发展和人民幸福生活提供强力保障。

  参考文献

  [1]康得军,王乐豪,吴端炜,等.城市黑臭水体综合治理[C]//《环境工程》编辑部.《环境工程》2019年全国学术年会.北京:《工业建筑》杂志社有限公司,2019.
  [2]杨传忠,牛瑞胜,廖庆花,等.城市黑臭水体治理技术及其发展趋势[J].再生资源与循环经济,2019(9):38-41.

田国.针对河道黑臭水体治理的措施研究[J].工程建设与设计,2020(04):152-154.

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