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黑臭水體治理技術
 
1、我國黑臭水體污染現狀及成因
 
1.1黑臭水體污染現狀——形勢嚴峻
近年來,隨著我國經濟地快速發展,城鎮化進程加快,城市排污量不斷增加,再加之城市水體自身環境容量小等原因,許多城市水體已受到嚴重污染,黑臭問題現象突出。
在全國295座地級及以上城市中,有超過七成的城市存在黑臭水體,黑臭水體總數1861個。在全部黑臭水體中,河流數量占比最高,達85.7%;重度污染水體數量占比達到33.5%。從黑臭水體地域分布情況來看,經濟發達且水系更多的中東部地區的黑臭水體數量占比較大,中南區域和華東區域合計占比達71.0%。
(數據來源:住建部和環保部聯合公布第一輪全國黑臭水體摸底排查結果,截至2016年2月16日)
 
【城市黑臭水體網絡監督信息發布】
自2016年2月18日“城市水環境公眾參與”微信公眾號開通以來,全國通過該微信公眾號累計收到監督舉報信息共1223條,地方主管部門已辦結1062條,逾期未回復75條(住房和城鄉建設部與環境保護部聯合發布,截至5月1日)。
各省公眾監督及回復情況統計表(單位:條)
1.2 黑臭水體污染成因
水體黑臭主要是水體缺氧造成的,同時也與水體富營養化和底泥沉積有關。
 
成因1:外源有機物和氨氮的耗氧 
·水體超量受納外源有機物及一些動植物腐殖質,如生活污水、畜禽糞便等,水中DO被快速消耗。
·DO下降到一個過低水平時,大量有機物在厭氧菌的作用下進一步分解,產生硫化氫、胺、氨和其它帶異味易揮發的小分子化合物,從而散發臭味。
·河道中大量營養物質促使藻類繁殖,這些藻類在死亡后分解礦化形成耗氧有機物及氨氮,導致季節性水體黑臭現象。
 
成因2:內源底泥的釋放污染
在酸性、還原條件下,污染物和氨氮從底泥中釋放,沉積物中產生的CH4和N2、H2S等難溶于水的氣體在上升過程攜帶污泥進入水相,使水體發黑。外源污染被阻斷后,河道底泥內的有機物、氮、磷及重金屬隨水體活動而釋放出來。
 
成因3:水體流動性變差和水溫升高
喪失生態功能的水體的流動性往往較差,直接導致水體復氧能力的衰退,局部水域或水層虧氧,形成適宜藍綠藻快速繁殖的水動力條件,增加水華暴發風險。此外,水溫升高將加快水體中微生物和藻類殘體分解有機物及氨氮速度,加快DO的消耗,加劇水體黑臭。
 
2、黑臭水體治理技術簡介
 
2.1 我國黑臭水體治理技術的發展歷程
我國水體污染治理理念和技術相對都比較滯后。在近30年的不斷探索中,借鑒國外水體整治和管理經驗,我國水體污染控制與治理經歷從單純注重水資源開發、水體安全功能到治理水體環境、維護景觀多樣性,到重點建設水體生態系統等三個發展階段,相應的水體治理技術也在不斷發展。
第一階段:20世紀80年代-20世紀90年代
水利治河階段。以提高防洪排游、蓄水航運為目的,利用防洪工程、排污工程和灌溉工程等措施控制污染并改善水質。
第二階段:20世紀90年代-21世紀初
環境保護與綜合治理階段。全國開展了混合污水截流管道的修建和優化、興建集中污水處理設施、氧化塘等為城市水體污染控源截污,開展底泥疏浚、引清調水等水體整治技術。
第三階段:21世紀初以來
水體生態修復階段。“十五”科技專項以及“十一五”期間,水專項在多個城市水體污染控制與治理中的實施與示范,多自然型水體修復技術的理論研究與應用推廣在國內得到快速發展
 
2.2 黑臭水體治理技術路線
城市河道的黑臭治理要遵循“外源減排、內源清淤、水質凈化、清水補給、生態恢復”的技術路線。
2.3黑臭水體治理技術
(1)外源阻斷(或控源截污)技術
①截污納管:針對缺乏完善污水收集系統的水體,通過建設和改造水體沿岸的污水管道,將污水截留納入污水收集和處理系統,從源頭削減污染物排放。對于目前尚無條件進行截污納管的污水,可在原位采用高效一級強化污水處理技術或工藝,快速高效去除污染物。
②面源控制:城市面源污染主要來源于雨水徑流中含有的污染物,其控制技術主要包括各種城市低影響開發(如海綿城市)技術、初期雨水控制技術和生態護岸技術等。農村的面源主要來自農業、養殖、農村生活等。
技術缺陷與不足:
工程量大,工程系統性強,周期長,實施難度大等
(2)內源控制技術
清淤疏浚一般有兩種方式:干湖疏浚和帶水疏浚
◆干湖疏浚  將水抽干,然后使用排干疏浚設備,如推土機和刮泥機等。該法應用有限。
◆帶水疏浚  用挖泥船直接從水中清除淤泥,清淤過程要根據污染物特征采取相應措施,盡量減少開挖時污染物在水中擴散形成二次污染。該法應用廣泛。
技術缺陷與不足:
治理費用昂貴,疏浚精度和準確度要求較高,
淤泥處理問題等
(3)水質凈化技術
①物理法:人工曝氣復氧
②化學法:強化絮凝劑、殺藻藥劑等
③生物與生態法:植物凈化技術(人工濕地、生態護岸、人工浮島)、微生物強化技術、生物膜法、生物柵修復技術等
水質凈化技術—生物與生態法
★植物凈化:
水生植物的根際吸附等作用可吸收去除一些有機污染物和重金屬等物質。植物凈化技術中常用的水生植物主要有沉水植物、挺水植物、浮葉植物和漂浮植物四類,由于黑臭水體的透明度較低,不適宜沉水植物生長,因此,用于治理修復黑臭水體的水生植物主要是后三類。
★微生物強化技術:
在受污染水體中,人為投加高效微生物/酶制劑或其它改善微生物生存環境的物質(生物共代謝基質及輔助營養物質),可較好地提升土著微生物生長代謝能力,快速分解去除污染物。
★生物膜法:添加濾料或載體的形式使微生物絮凝在一起形成生物膜,通過膜表面上的原生動物等降解高濃度 。
★生物柵修復技術:利用微生物、植物、水生動物和底棲動物等要素的協同作用,根據水質強化凈化要求構建而成的一種近自然型生態修復裝置。生物柵系統具有巨大的由植物根系和組合填料形成的表面積,對固體污染物和NH3-N等有一定的沉降、攔截和吸附作用。
水質凈化技術—物理法
天然能源曝氣,由天然能源—風光互補供電系統和水下微孔曝氣管構成。
(4)生態恢復技術
·宜把河流從上游至下游整體納入生態修復范圍。
·遵從河流自身的功能、形態與生態定位。
·河道水質凈化是河道生態修復的前提條件。
·河道生態修復規劃應將維護管理納入其中。
河道生態修復技術主要有岸坡生境修復、河道緩沖帶修復、河道生物多樣性修復。
河道基底、岸坡及緩沖帶范圍區分示意圖
 
岸坡生境修復技術
岸坡生境修復工程設計需確定生態護岸工程的設計要求、穩定計算、結構型式等內容,并應滿足相關規范的規定。
·生態護岸設計應滿足結構材料的自然性、結構的軟質化及岸坡自然形態的保持等要求;
·生態護岸工程結構設計除滿足生態效果的設計要求外,尚應滿足護岸設計的穩定安全要求;
·生態護岸應按持久狀況、短暫狀況和偶然(地震)狀況設計;
·護岸結構型式應根據河道斷面型式、沿線岸坡擋土高度、工程地質等自然條件、施工條件等環境條件來設計。
 
生態護岸構造形式
岸坡帶植被修復設計
(1)原則:生態學原則、景觀性原則、親水性原則
(2)植物栽種時間
·一般陸生植物、球宿根植物的最佳種植時間為植物休眠期。
水生濕地植物種植的最佳時間一般是春夏或初夏,
·耐水性差的種類宜在生長期種植,耐寒性強的種類一般可在休眠期種
·低溫或高海拔地區宜在生長期種植
(3)水生植物的栽種水深
河道生態多樣性修復技術
水生植物群落多樣性修復技術
水生動物群落多樣性修復技術
水生植物群落多樣性修復技術
(1)適用范圍:流速緩慢、河岸帶緩坡、水深>1m、岸線復雜性高
(2)設計要求:
設計以挺水植被為主、沉水植被為輔,結合少量漂浮植被的全系列生態系統修復模式。
挺水植物選擇河流所在區域常見植物,種植面積占2km河流岸帶恢復區的水面20%,以2-10叢/㎡密度種植;
沉水植物選擇不同季相的種類來恢復疏浚后的河流生態系統,約占恢復河段水面的10%,以30-100株/㎡的密度種植
水生動物群落多樣性修復技術
(1)適用范圍:流速緩慢、河岸帶緩坡、水深>1m、岸線復雜性高
(2)設計要求:當水體沉水植物生態修復和多樣性恢復后,開展水系現存物種調查,首先選擇修復水生昆蟲、螺類、貝類、雜食性蝦類和小型雜食性蟹類;待群落穩定后,引入本地肉食性的兇猛魚類。
底棲動物選擇河流所在區域常見動物,投放面積占2km河流岸帶恢復區的水面10%,動物選擇不同季相的種類,水生昆蟲、螺類、貝類一般以50~100個/㎡,雜食性蝦類和小型雜食性蟹類以5~30個/m³的密度投放。
 
(5)其它
·在有條件的地方,實行區域限磷或提高污水總磷排放標準。
·人工控制藻類生長,物理控制技術有藻類直接收集和紫外線殺藻等,化學控制技術包括投加無機或有機抑(殺)藻劑,生物控制技術包括種植抑藻水生植物或投放食藻魚類等。
·徹底清除沿河垃圾,嚴控有色有味污染源的直排,構建岸邊綠化帶
 
2.4 一些黑臭水體治理新技術簡介
(1)超磁透析保護+原位生態修復
超磁分離水體凈化技術,把不帶磁性的污染物賦予磁性,然后通過超磁分離設備進行固液分離,使水體凈化。
利用高效物化分離與原位生態修復方法相結合,超磁透析保護結合原位生態修復,高效水質凈化。
提高降解能力和占地面積限制的不足,短期見效快,長期易保持。
(2)超磁分離+組裝式接觸氧化
“超磁分離+組裝式接觸氧化”復合技術工藝是針對于黑臭地表水凈化的技術工藝。超磁分離可高效削減黑臭水體中的懸浮物、TP、COD等污染負荷,與組裝式的接觸氧化技術相結合,去除氨氮等污染物,短時間內提升河湖水質。
占地面積小、可移動性、可現場組裝拆卸、無需復雜土建、易操作管理、自動化程度高等優勢,適于城市黑臭河道土地資源匱乏,需求緊迫的地區。


(3)SMBR分散點源一元化處理技術
SMBR分散點源一元化處理技術裝備是一種集膜生物反應器(MBR)和序批式活性污泥技術(SBR)于一體的撬裝式污水處理技術裝備。
·可根據需求設計為地埋、半地埋、地面3種設備結構形式。
·可根據河湖黑臭點源進出水水質不同需求適當添加預處理工藝環節。
·可實現河湖黑臭污水的高效凈化,在適當投資運行成本的條件下,達到河湖景觀回用的標準。
工藝流程圖:
(4)微生物菌劑
以多孔性材料為培養基的載體化微生物,兼具好氧,厭氧通用的特征。改善底質,實現生物清淤;降低N,P,水質凈化及底泥改良。
EPSB工程菌直投技術,
優點:只需播撒,凈化時間長,后期無需管理;低氧情況下,無需使用曝氣設備;庫存時間長,簡單方便。

(5)粉綠狐尾藻+底層微曝氣技術
水面布設30%-60%粉綠狐尾藻,結合底層微曝氣技術,吸收、吸附、轉化降解水中污染物,抑制底泥污染物釋放,消除河道黑臭現象,改善水質。
河底布設微曝氣頭(1個曝氣頭/10m),在多排污口岸段構建生態礫石床,粉綠狐尾藻下布設人工介質。
(6)高效生態浮島工藝
生態浮島下掛碳素纖維生態草技術。生態浮島利用漂浮栽培技術種植挺水植物和陸生植物,碳纖維生態草是對水草的一種仿生產品,將碳素纖維草和生態浮島結合起來,在浮島浮體下懸掛碳素纖維生態草作為生物填料供微生物附著,從而擴大生物膜生長面積。
生態浮島
2.5 黑臭水體治理整體解決方案
案例一
(1)水體水質不容樂觀
水體水質屬劣Ⅴ類水體,水體呈黑臭。污水收集系統不完善、管網滯后,直排。
(2)水系功能嚴重退化
未疏浚,底泥淤積,水體原有的生態系統破壞。
(3)堤岸人工化,缺乏景觀性
石砌水泥勾縫硬質直立駁岸,沿岸水生植物喪失,自凈能力差。
(4)引水、活水設施匱乏
不流動狀態,加速惡化。
(5)全民環保意識有待進一步提高
以生物強化治理、生態恢復為主要手段,通過現狀分析,采用多種技術集成措施對該河道水體進行修復治理,從而修復河道生態鏈,重建水生態系統;提高水體自凈能力,增加河道環境容量;構建優美和諧的生態型河道景觀。
 
案例二
(1)水體水質較差 ,水體呈黑臭。
(2)水系功能嚴重退化 ,底泥淤積,水體原有的生態系統破壞。
(3)硬質堤岸,缺乏水生植物喪失,自凈能力差。
(4)水體不流動,加速惡化。
采用多元生態構建、河道充氧造流、底泥污染控制、河水快速凈化、水力調配控制等技術,提出了針對斷頭浜污染的組合技術方案,分應急、過渡、水質改善、生態恢復等不同階段,明確各項技術實施要點的差異,最終形成斷頭浜水質凈化與生態修復集成技術。
 
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