污染河道治理与修复技术综述论文

'污染河道治理与修复技术综述论文水污染控制理论与技术课程论文简介本次课程我共提交了两篇论文一篇《污染河道治理与修复技术综述》是根据上课内容和自己查找资料总结撰写的综述性文章另一篇《单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究》是根据我所做过的一个项目写的研究型论文主要为学姐撰写我也参与其中现已发表其中若有不妥指出还请老师不吝指教目录污染河道治理与修复技术综述1单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究9 污染河道治理与修复技术综述摘要对河流治理与修复技术进行了综述将其归纳为物理化学生物修复技术三大类物理技术包括截污治污引水冲污底泥疏浚曝气复氧该法治标不治本化学技术包括化学除藻化学絮凝重金属固定易造成产生二次污染生物修复技术包括植物修复动物修复和微生物修复对每种技术的研究现状进行了简介和评价并对三类技术进行了比较发现生物修复技术尤其是微生物技术具有较显著的优势关键词河道修复技术物理化学生物河流是人类文明的摇篮为人类提供饮用水源和交通之利同时也是生态系统的重要组成部分由于污染物的大量排放及不合理的土地利用致使许多河流受到污染呈现出以好氧有机物为主要污染物以水体黑臭为主要特征的污染现象严重影响着居民生活和工农业生产此外随着经济的快速发展城市的扩张和人民生活水平的不断提高水资源的需求量也越来越大对河流的水质要求也越来越高因此河流污染治理迫在眉睫治理污染河流是一项复杂的系统工程目前国内外已在使用的或已试验的河道污水治理技术主要可分为物理化学和生物三类方法1物理方法11截污治污截污治污是将原本直接排入城市河道的污水收集到污水厂处理后再排放目的是削减排入受纳水体的污染物总量为进一步净化水质创造条件特点截污是从根本上解决河道水污染的关键只有污染物从源头上得到控制才能真正使河道水质得到改善[1]局限性实施起来较难需要法律和行政手段的协助12引水冲污 引水冲污主要是引清洁的江河水对城市河道进行冲刷缓解其水质污染状况提高河道自净能力其过程主要是通过河闸和抽水泵房等水利枢纽工程来实现让上游清洁的外水源往下游流动形成换水[2]如上海苏州河的综合调水工程[3]福州内河的引水冲污工程[4]特点加大了污染河道的水量加速河水流动促进污水的稀释使河水在河道中的停留时间缩短污染河水不易在河道中滞留而导致黑臭同时调水时河道水动力学条件的改善使水体复氧量增加有利于河道自净能力的提高[5]局限性方法的实质是通过清洁水的大幅增加使污染物得到稀释未减少河道的污染物总量治标不治本河道引水冲污工程本身不能产生经济效益启动抽水泵站的运行费昂贵必须考虑当地经济承受能力需要提高水利枢纽的质量和疏浚河道增加冲污效果[34]13底泥疏浚底泥疏浚是解决河流内源污染的重要措施主要是通过底泥的疏挖清除污染水体的内源减少底泥污染物向水体的释放[6]目前最先进的环保式底泥疏浚方式是绞吸式挖泥船这种方式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这类疏浚船上安装自动控制和监视系统大大提高了疏浚精度[7]我国太湖五里湖安徽巢湖昆明滇池就采用这种疏浚方式特点底泥疏浚因能将污染底泥永久性去除有效减少内源污染改善河道水体水质河道水动力学条件和环境景观较多用于湖泊和小型河流[45] 局限性一是工程量大耗资巨大二是疏浚河道工程的环境后效存在很大的不确定性可能会将深层底泥中富集的重金属等污染物质暴露出来而二次污染上覆水体而且由于淤泥清除过多把大量的底栖生物水生植物同时清除出水体破坏已有的生物链系统还有淤泥的处置是一大难题[45]14曝气复氧曝气复氧技术是根据河流污染缺氧的特点在适当的位置向河水进行人工复氧提高水体的溶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[8]应用形式主要有固定式充氧站和移动式充氧平台两种主要应用于过渡性措施使用和对付突发性河道污染使用[9]美国的Hamewood运河口韩国的釜山港湾德国的Beriln河以及我国在1990年89月北京亚运会期间在清河段都采用了此人工曝气技术并都取得了水质净化臭味消减的效果[11]特点设备简单易于操作被许多国家优先选用净化中小型河流[6]也有利于液体混合和污泥絮凝局限性固定式充氧的每个曝气点服务面积小尤其对于相对封闭基本不流动的水体不能充分发挥其作用移动式则避免了两者的缺点[10]2化学方法主要是通过投加化学制剂与水中的污染物质发生化学反应破坏其生物活性或溶解状态从而达到消除污染物的目的21化学除藻一方面通过金属离子抑制藻类的正常代谢而达到杀灭藻类的目的纳米级是很好的藻类抑制剂可吸附并抑制单细胞原核蓝藻铜绿微囊藻大型变种的生长[13]另一方面则通过金属离子的絮凝作用沉降藻类而达到去除藻类的目的特点化学除藻快速有效可作为严重富营养化河流的应急措施操作简单可在短时间内取得明显的除藻效果提高水体透明度[4] 局限性该法不能将氮磷等营养物质清除出水体不能从根本上解决水体的富营养化除藻剂的生物富集和生物放大作用对水生生态系统可能会产生负面影响经常投加灭藻剂会使藻类产生抗药性从可持续的角度来看其危害也是显而易见的[47]22化学絮凝化学絮凝技术是一种通过投加化学药剂一般为混凝剂去除水体中污染物改善水质的处理技术较适用于污染严重较为封闭的地表水体[14]常用药剂有硫酸亚铁氯化亚铁硫酸铝碱式氯化铝明矾聚丙烯酞胺聚丙烯酸等特点对于控制污染河流内源磷负荷特别是河流底泥的磷释放有一定的效果[5]局限性该法不能将氮磷等营养物质清除出水体不能从根本上解决水体的富营养化对水体环境要求较高例如在除磷时若水底缺氧底泥中有机物被厌氧分解产生的酸环境会使沉淀的磷重新溶解进入水中造成二次污染[4]23重金属的化学固定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如石灰调高河流的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[5]常用的碱性物质有石灰硅酸钙炉渣钥渣等特点见效快方法简单可有效抑制重金属以溶解态进入水体[5]局限性施用量不应太多否则会对水生生态系统产生不良的影响[5]3生物方法 生态系统在长期的适应过程中形成了完整的结构高效的功能和良好的种间关系当外来的干扰超过生态系统的弹性限度时生态系统的结构和功能就会被破坏系统稳定性和生物多样性就会降低生物方法就是通过人为调控水中动物植物微生物的数量优化其与环境之间的关系使受损害的生态系统恢复到受干扰前的自然状况提高河流的自净能力从而降低污染改善水质[5]主要分为以下三类31植物修复一方面可以利用庞大的根系吸收NP等营养物质用以合成自身的组织结构另一方面可以将对水生生物有毒害作用的某些重金属和有机物在脱毒后储存于体内或在体内被降解自然界可以净化环境的植物有100多种常见的水生植物有水葫芦浮萍芦苇灯心草香蒲和凤眼莲等[7]特点具有利用太阳能安全成本低生态协调及环境美化功能等特点常常也被称之为绿色修复[5]具体工程中应该对水生植物的品种进行时间空间上的组合从而构成一个在时间与空间上立体交叉的人工生态系统最终达到解决富营养化景观水内源污染的问题[7]局限性植物生长具有明显的季节性有些水生植物如水葫芦繁殖速度太快当打捞速度跟不上其生长速度时易使大面积水面受其覆盖阻止了水体复氧降低水体的自净能力植物生长过密引起蚊虫孽生未打捞的水生植物腐烂物还会对水体形成二次污染如果污染物在植物体内累积而不能降解会导致植物的后处理发生困难[57]32动物修复在水体中适当放养原生动物后生动物鱼等可有效去除水体中的污染物特点水体中的原生动物可直接吸食有机颗粒物细菌藻类等同时可刺激细菌和藻类生长从而促进有机物的分解加速水体中的物质和能量循环适当放养经过选择的鱼类及浮游动物可以有效控制藻类和其他水生植物繁殖[4]局限性放养外来生物如鱼类如果处理不当可能破坏有益的水生植物改变原有的动物或植物群落等造成生态失衡 33微生物修复微生物修复主要是利用微生物的代谢反应和合成产物对环境污染进行监测评价及修复的单一或综合性的现代化人工技术系统用于污染水体治理的微生物技术主要有两类一类是直接向污染水体中投加经过培养筛选的一种或多种微生物菌种最常投放的微生物有光合细菌PSB和高效微生物群EM各种微生物菌群在其生长过程中产生的有用物质成为各自或相互生长的基质和原料通过相互间的共生关系形成一个复杂而稳定的微生态系统发挥多种功能[10]另一类是生物促生技术即通过向污染河流投放解毒剂减轻环境中的毒性或投加降解污染物的多种酶营养物质电子受体等对自然界中污染物降解土著微生物起到促生作用为之创造一个能顺利完成其自然降解功能的环境强化污染环境的自净能力加速对有机污染物的分解[10]特点净化费用低环境影响小污染物降解效果好无二次污染局限性微生物的繁殖速度惊人一方面难以控制其数量另一方面每一次繁殖都会产生一些变异品种导致微生物处理水质能力下降微生物的活性受温度酸碱性等环境条件的影响较大微生物的分解物会造成藻类的大量繁殖再次导致水质变坏[47]4方法比较各种河流治污方法的比较详见表1-1表1-1各种河流治污方法比较表[418-20]分类技术名称适用类型主要机理设备成本运行成本效果维持时间物理 方法截污治污点源污染削减污染物排入总量高高明显长期有效引水冲污富营养化直接改善河流水质一般高需大量洁净外源不确定依补水量而定不确定底泥疏浚严重底泥污染移出河道内源污染物高很高一般会破坏水体生态系统较长时间曝气复氧严重有机污染促进有机污染物降解高较高明显不长需长期曝气化学方法化学除藻富营养化直接杀死藻类较高循环设备一般耗电较明显短加药装置药剂费用化学絮凝磷污染将溶解态转化成固态较高循环设备一般耗电较明显短加药装置药剂费用重金属化学固定重金属污染抑制重金属从底泥溶出较高较高较明显短生物方法植物修复富营养化提高河流生态系统稳定性需引种适合的水生生物极低显著长期有效动物修复富营养化人为控制生物数量与密度需引种适合动植物不高较明显长期有效微生物修复有毒有害难降解物质投加高效菌种或生物促生剂无需较高菌种费较明显不长总体来说物理修复方法虽然方法简单见效快但是工程量大耗财耗力而且只是暂时性的治标不治本不是最理想的修复方法 添加化学试剂虽然短期效果明显但存在处理成本高可能对河流生态产生长期负面影响等问题而且只是改变污染物的存在形态从水相转移到另一种物相但并未从根本上消除污染物所以仅适用于特殊的应急处理难以成为河流水质净化的常规技术与其他技术相比生物技术具有显著的优越性生物技术遵循河流生态系统的自然规律在增强河道自净能力治理河流污染的同时有助于河流生态的修复并且生物技术因其净化费用低环境影响小污染物降解效果好在污水处理中倍受青睐其中高效无二次污染的微生物处理技术尤其是对具有特殊分解能力菌种的培养和筛选将成为河流防治技术的发展趋势随着研究的深入及技术产品的产业化微生物技术将在河流的污染防治以及生态恢复中发挥重要的作用成为河道曝气底泥疏浚等现有防治技术的有益补充为维护生态平衡保持流域的可持续发展做出重大贡献参考文献[1]邹丛阳张维佳李欣华李大鹏城市河道水质恢复技术及发展趋势[J]环境科学与技术200730899～101．[2]苏冬艳崔俊华晁聪张建辉王培宁污染河流治理与修复技术现状及展望[J]河北工程大学学报自然科学版200825456～63．[3]徐贵泉褚君达2001上海市引清调水改善水环境探讨[J]水资源保护326-32[4]熊万永2000福州内河引水冲污工程的实践与认识[J]中国给水排水16726-28[5]嵇晓燕崔广柏河流健康修复方法综述[J]三峡大学学报自然科学版200830193～95．[6]徐海娟冯本秀河流污染治理与生态恢复技术研究进展[J] 广东化工2008357123～125．[7]金相灿荆一风刘文生等．湖泊污染底泥疏浚工程技术滇池草海底泥疏挖及处置[J]．环境科学研究1999125912．[8]孙厚均．水体增氧技术是改善城市河流湖泊水质的有效措施[J]．北京水利2002435～36．[9]孙从军张明旭．河道曝气技术在河流污染治理中的应用[J]．环境保护2001412～15．[10]张捷鑫吴纯德陈维平陈利军贺明和．污染河道治理技术研究进展[J]．生态科学2005242178～181．[11]王诚信．污染河流的纯氧曝气复氧[J]．上海环境科学1999189411413．[12]王璨夏文林．某市内河采用曝气辅助治理方案探讨[J]．公用工程设计2008105760．[13]陆长梅．纳米级抑制微囊藻生长的实验研究[J]．城市环境与城市生态200215413～15．[14]邱慎初．化学强化一级处理CEPT技术[J]．中国给水排水200016126～29．[15]章营军孙从军2001浅谈污染河道水体治理[J]造船工业建设434-39[16]RobertL2003Indiacleansuppollutedlakesandrivers[J]WaterandWastewaterInternational18314[17]曾宇秦松2000光合细菌法在水处理中的应用[J]城市环境与城市生态13629-31[18]徐亚同2000上澳塘水体生物修复试验[J]上海环境科学1910 480-484[19]刘延恺陆苏孟振全1994河道曝气法适合我国国情的环境污水处理工艺[J]环境污染与防治16122-25[20]凌晖1999纯氧曝气在污水处理和河道复氧中的应用[J]中国给排水15849-51 单一直接投加微生物修复技术在城市重污染河流治理中的应用研究庄景1谢悦波23宗绪成2吴霞231河海大学水利水电学院江苏南京2100982水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心Theapplicationstudyonsingledirectlyadding-microbialremediationtechnologyusedinheavilypollutedurbanstreamwatertreatment1CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineeringHohaiUniversityNanjing210098China2NationalEngineeringResearchCenterofWaterResourcesEfficientUtilizationandEngineeringSafetyNanjing210098China3CollegeofHydrologyandWaterResourcesHohaiUniversityNanjing210098ChinaAbstractThispaperstudiesondirectlyaddingmicrobialremediationtechnologyusedinheavilypollutedurbanstreamwatertreatmentwhichaddsCNMbacteriumintothestreamwaterandsedimentsintheshapeofplumundertheconditionsofnosewageinterceptionandsiltdisplacementAfterthisexperimentDOofthestreamwasincreasedinto2mgLandratioofCODeliminationis43ratioofTPeliminationis56ratioofNH3-Neliminationis58Theresultsshowthatsingledirectlyadding-microbialremediationtechnologyusedinheavilypollutedurbanstreamcanpreliminarilyeliminatetheblack-odorphenomenonofthestreamandrecoverythewaterqualityKeywordsurbanheavypollutionstreammicrobialremediationmicrobial agentWuxicity周边生活污水从而导致水质污染和水体发黑发臭透明度溶解氧CODTPNH3-Ncmmgmgmgmg16320121100951362浒溪桥18020021120581123锡山新村桥16820031290921384五爱路箱涵16610031391101585小木桥1661001142117164注数据皆来自无锡市环境监测中心2微生物修复实验方法21实验材料及器材本源微生物菌剂由深圳博生生物有限公司生产经过毒理实验测试对人体无毒培养基促进剂水泵100kg带盖塑料桶水管及PVC管等22实验过程1扩大化培养将本源微生物菌剂培养基及河水按照127的配比在1000kg塑料桶在河岸就地进行扩大化培养并进行搅拌将其交替地置于好氧和厌氧的状态培养好氧厌氧及兼氧微生物当培养后的菌液pH值为3左右表面布满白色半透明生物膜时即菌剂培养完成2直接投菌法 微生物接种是指把一些与土著微生物群落有关的具有独特或专性代谢功能的微生物引入污染处理现场的过程是微生物修复的重要环节[9]本实验实施微生物接种采用直接投菌法即直接向遭受污染的河流投入外源的微生物菌剂同时提供这些微生物生长所需的营养包括常量营养元素和微量营养元素常量营养元素包括氮磷硫钾钙镁铁锰等[10]许多研究者对生物修复的最佳生态条件建议指出C∶N∶P最佳比值为100∶10∶1[9]由于该河水主要受生活污水污染故氮和磷含量很丰富需补充少许常量营养元素如硫钾钙镁铁锰等故配置相应的促进剂促进微生物的生长将培养后的微生物菌剂含有的活菌数＞30×109mL用河水按照15的比例稀释并按11000配加促进剂后用泵将稀释后的微生物菌剂采用梅花式接种法见图2注入河道底泥及河水中从河段的上游开始接种微生物菌种接种点上游段间距平均约04米停留时间平均约30秒在下游段相隔平均约05米停留时间平均约30秒在污泥较深处接种间距适当减小停留时间适当增长图2梅花式接种法示意图分冬夏两季于2008年11月及2009年6月对河段进行微生物接种及补充菌种结束后于2009年8月底对河段进行监测23采样点布置及监测指标分别在小桥头浒溪桥锡山新村桥五爱路箱涵和小木桥处共5处设立监测采样点见图1并依次设为1～5采样点主要监测溶解氧CODTPNH3-N4项水质指标测试方法如下溶解氧采用电化学探头法透明度采用塞氏盘法高锰酸钾指数采用GB11892-89测试TP采用流动注射方法氨氮采用纳氏试剂比色法总氮采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法3结果与讨论31DO的变化与分析由图3可以看出实验后全河道的溶解氧均≥2mgl已达Ⅴ类水溶解氧标准背景值1采样点至2采样点的溶解氧急剧下降的原因是由于1采样点至2采样点河段属于河湾处流速小停留时间长水体中的有机物反应较完全溶解氧消耗大 图3DO浓度变化32CODMn的变化与分析由图4可以看出背景值COD浓度随水流方向呈平缓上升趋势工程后COD浓度先下降后上升而后再下降在2点有个转折点去除率也随水流方向上升在河流下游段5采样点河流出水处COD去除率可达43％以上5采样点CODMn为803mgl＜10mgl已达到Ⅳ类地表水高锰酸钾指数标准在1采样点实验后比背景值要高这与温度有关图4CODMn浓度变化33TP的变化与分析由图5可以看出背景值TP浓度总体随水流方向呈上升趋势1采样点至2采样点TP浓度下降可能与流速有关1采样点至2采样点段为河湾河流流速小于泥沙启动流速所以河流底泥不会受到冲刷或者悬浮河流底泥释放磷较少[11]且水力停留时间较长微生物有足够反应时间故TP浓度较低实验后TP浓度逐渐下降在5采样点其降解率达到56％以上2采样点实验后TP浓度反而高是由于监测时的温度比背景值监测时高这可能与温度有关张智等[12]在通过双龙湖底泥磷释放模拟正交实验测定分析发现底泥释磷强度随温度升高而增加实验后监测温度比实验前监测温度高可能导致实验后TP浓度较实验前高图5TP浓度变化34NH3-N的变化与分析NH3-N的变化如图6所示背景值NH3-N浓度随河水流动呈上升趋势实验后浓度在3采样点之前上升之后开始下降平均降解率接近30％5采样点处的NH3-N去除率达到58％以上NH3-N去除率也随着水流方向整体基本呈上升趋势实验后NH3-N浓度变化在3点出现转折是由于3采样点之后污染物排入少的缘故图6NH3-N浓度变化 35小结1实验后高锰酸钾指数总磷和氨氮浓度均整体下降且河道出水处的降解率分别可高达4356和58总磷和氨氮与其它的类似的实验[3]比较具有较高的去除率2实验后高锰酸钾指数总磷和氨氮的去除率随水流均呈上升趋势在河道后段达到最高这说明河道已成为一天然的污水净化厂直接投加的微生物菌剂并没有完全随水流损失掉而是附着在河底淤泥上生长繁殖并随着河底淤泥的移动充满整个河道尤其在河道的下游聚集较多使得在河道下游去除率最高3实验后整个河道溶解氧均在2mgL以上高锰酸钾指数均在13mgL以下DO2mgLCODCr≤40mgL认为该河道污染水体已初步消除黑臭[1]4实验后高锰酸钾指数总磷和氨氮浓度均在3采样点发生转变3采样点为处理的中段该河道主要的污染物排入口均在3采样点之前故与污染物排入量较少有重大关系4结论实验应用结果说明单一的直接投加微生物修复技术在治理相对滞留的城市重污染河道中可以初步消除河道的黑臭现象修复水质无需彻底截污和清除内源且操作简单见效时间短对氮磷均有较高的去除率适应当下城市治理河道资金不足不能立刻实现彻底截污收集城市生活污水修建污水处理厂的现状但是单一的微生物修复还不能完全修复河流水质表现在溶解氧不充足从而导致氨氮的实验后的去除率虽然较高但其水质依然处于劣Ⅴ的状态应在实验的初期采用曝气来增加溶解氧提高氮的去除率另外磷是典型的沉积型循环物质不存在任何气体形式的化合物所以 刘贵云姜佩华河道底泥资源化的意义及其途径研究东华大学学报自然科学版第一作者介绍庄景1985女湖南张家界人硕士主要从事水环境治理方面研究E-mailzhuangjingszgmailcom-1-'