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城市河流水污染治理及修复技术
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2014-11-14
 

城市的社会经济系统依赖于城市河流所提供的各种功能,例如受纳功能、生态功能、景观与美化功能等,因此,健康的城市水环境是城市可持续发展的重要保障。但随着我国经济的快速发展,以及人民生活水平的不断提高,工农业废水和生活污水的排放量逐年增加,使得城市河流受到了严重的污染。据有关资料统计,在2011 年我国十大水系干流的469 个国控断面中,劣V 类水质的断面占13.7%。城市河流严重污染带来的水环境恶化问题不仅影响着城市的正常发展,对城市居民的健康和城市生态安全也构成了严重威胁。解决城市河流水质污染问题,恢复河流的生态功能和社会功能,已成为确保城市可持续发展的关键。本文分析了城市河流污染的原因,综述了城市河流水污染治理及修复技术的研究进展,以期为我国城市河流治理及修复提供借鉴。

1 城市河流污染产生的原因

城市河流污染主要来源于生活污水、工业废水、农业废水及雨水 4 个方面。

(1)随着城市人口的增加,城市生活污水排放量逐年增加,如安徽省2010 年生活污水排放量为11.373 亿t,2011 年为17.238 亿t,增加了51.57%,生活污水COD 排放量占总排放量的30.08%。而污水处理率并没有同步增加,导致大量生活污水排入城市河流,严重影响了城市河流的水质,破坏了城市的生态环境,威胁了居民的健康。

(2)工业废水是城市河流最主要的污染源,工业水污染一方面来自于造纸、冶金、化学工业以及采矿等行业的排水,另一方面来自于以其它形式排放最终进入水体的污染,如大气污染导致的酸雨。这些废水中除含有大量有机污染物外,往往还含有大量有毒有害重金属及污染物,如果不经处理直接排放到自然水体中,将会对生态环境造成不可估量的危害。虽然大型企业、工业园区对废水采取了有效的治理,国家也对污染严重的工业企业采取了关停、搬迁等措施,但由于一些中小型企业和乡镇企业的废水处理设施不完善,超标排放现象仍时有发生,导致河流受污染严重。

(3)随着畜禽养殖业的规模化发展,畜禽粪便排放量急剧增加,已成为城市河流的主要污染来源之一,目前我国畜禽粪便还田率仅为30% ~ 50%,未经安全处理的畜禽粪便直接排放会造成氮、磷污染,导致水体富营养化;另一方面,农药化肥的使用也会造成城市河流的污染,我国单位耕地面积农药化肥的投放量为发达国家的10 倍左右,大量的农药化肥经冲刷后进入城市河流,严重污染了城市河流的水质。

(4)雨水污染主要是指初期雨水污染,初期雨水淋洗大气后,再经冲刷道路、建筑物以及废弃物等,常含有NOx、重金属、有机物以及病原体等污染物,径流至水体,会加重城市河流的污染。

2 城市河流污染的治理及修复技术

治理污染河流是一项复杂的系统工程,目前国内外在使用的或已经过试验验证的污染河流治理技术主要有以下几种:

2.1 物理法治理河流技术

(1)截污分流。截污是治理城市河流污染的重要方法之一,其原理是通过建设雨、污水管网,将原本直接排入城市河流的污水收集至城市污水处理厂或者人工湿地,经处理达标后再排放,从而削减了排入河流的污染物总量。截污分流法可以从根本上解决城市河流水污染的问题,但实施难度较大,涉及到水利、市政、道路等多个部门,因此一般需要通过行政手段辅助。

(2)引水冲污。引水冲污实际上是通过清洁江河水置换河道的污染河水,将原污染河道中的污染物稀释或带入下游,从而降低河道的污染负荷,提高河水的自净能力。我国在2000 ~ 2003 年通过“引江济太”工程改善了太湖水质。高程程等构建了一维河网水动力水质模型,结果表明通过东大盈泵站增加排水动力能有效解决上海市青松水利片的污染问题。但引水冲污只能稀释或转移污染物,不能从根本上降低污染物总量,在当地水源不足时,需要外购清净水,成本较高。

(3)底泥疏浚。底泥是河流污染的内源因素之一,底泥中的有机物在细菌作用下发生分解,会降低水中的溶解氧浓度,同时产生硫化氢、磷化氢等恶臭气体,使河水变黑变臭。底泥疏浚是通过底泥的疏挖减少底泥中污染物向水体的释放。目前最先进的环保式底泥疏浚设备是绞吸式挖泥船,该设备是直接由管道在泥泵的作用下吸起表层沉积物并远距离输送到陆地上的堆场,疏浚船上安装自动控制和监视系统,大大提高了疏浚精度。

底泥疏浚能永久去除底泥中的污染物,有效减少内源污染,对改善河流水质有较好的作用,但该法工程量大,而且淤泥清除力度过大,会将大量的底栖生物、水生植物同时带出水体,破坏原有的生物链系统。而且疏浚过程中会产生大量的淤泥,如处理不善,会造成严重的二次污染。

(4)曝气复氧。曝气复氧技术主要用于应对河道的突发污染,即在适当的位置针对河水进行人工复氧,提高水体的溶解氧水平,恢复水体中好氧生物的活力,使水体自净能力增强,从而改善河流的水质状况。

曝气复氧法操作简单,有利于污泥絮凝和水质混合,但该过程无法迁出、转移、输出污染物的分解产物,可能导致河水中有机污染物浓度的反弹。

2.2 化学法治理河流技术

(1)化学除藻。化学除藻是通过投加化学药品破坏水体中的胶原体,从而达到除藻的目的,根据添加剂的不同可分为除藻剂除藻、混凝沉淀剂除藻、化学氧化剂除藻。常用的除藻剂有铜盐、高锰酸钾、纳米TiO2等;常用的混凝沉淀剂有聚合三氯化铝、聚合三氯化铁等,最近几年天然絮凝剂也得到广泛研究;用于除藻的化学氧化剂有O3、H2O2、氯气、二氧化氯等。

化学除藻的工艺简单,除藻速度快,可操作性强,但添加剂的使用量对除藻效果影响较大,如控制不当,会导致严重的二次污染。

(2)重金属的化学固定。河流底泥中的重金属在一定条件下会以离子态或某种结合态进入水体,但通过加入碱性物质,调高河水的pH 值,重金属会形成硅酸盐、碳酸盐、氢氧化物等难溶性沉淀物,固定在底泥中。常用的碱性物质有石灰、硅酸钙炉渣等。该法见效快,操作简单,可有效抑制重金属以溶解态进入水体,但施用量不应太多,否则会对水生生态系统产生不良的影响。

2.3 生物法治理、修复河流技术

(1)生物接触氧化。生物接触氧化工艺主要依据天然河床、人工填充滤料等载体上附着的生物膜,在人工辅助曝气或者直接利用水中溶解氧的条件下,通过吸附、降解及过滤作用去除河水中的污染物。生物接触氧化法具有有机负荷高、载体比表面积大、处理效率高等特点。王曼等用砾石和火山岩填料作微生物载体,对模拟河道污水进行生物接触氧化处理,结果表明该法对有机物和总氮有较好的去除效果。

(2)生态修复。河流生态修复是指利用生态系统原理,采取各种方法修复受损的水体生态系统,恢复河流中生态群体及结构,使河流生态系统具有合理的组织结构和良好的运转功能,在长期或突发的扰动下能保持稳定。一般通过岸线工程和水体系统中生物多样性的修复来实现。

河流岸线的设计应在确保河道安全的前提下,采取生态系统修复和人工辅助相结合的措施,使城市河流在保持河岸生态系统合理的内部结构和良好的生态功能的同时,也能满足景观要求。吴健等研究了百慕大、杞柳、女贞的不同配置模式,构建了上海市青浦区东风港滨岸缓冲带试验基地,研究结果表明,百慕大、杞柳、女贞的合理配置能够有效提高滨岸缓冲带抗面源污染能力和土壤的抗侵蚀能力。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

河流的生态修复包括生态系统的恢复和重建,主要利用培育的动植物对河流水体中的污染物进行转移、转化和降解,从而使水体得到净化,目前使用最为广泛的河流生态修复技术是人工湿地技术,该技术可以提高河水的自净能力,同时对污水中的污染物,尤其是COD、总氮和总磷有着良好的处理效果。

3 结论

城市河流治理及修复是个复杂的工程,涉及到水利、环境、生态等多个学科,修复过程受到河流流量、污染物成分及含量、环境条件等多因素影响,且治理、修复工艺均有一定的使用范围。在实际工程中需统筹考虑、合理配置以实现城市河流的治理及修复。对于污染严重的城市河流,需结合物理法、化学法对其水质进行改善,然后以生物法进行水质净化,恢复其中的生态系统,最终实现对该河流的治理及修复。

 

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