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污染防治論文:奎河污染防治策略

2023年09月27日

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本文作者:熊代群1汪群慧2李繼武1蔣菊生1作者單位:1海南省農墾科學院2北京科技大學
水體污染控制原理
1污染源控制
1)工業污染源。工業污染源是所有污染源中危害最大圖1河流污染控制流程的源頭,必須要嚴格控制。根據污水性質不同所造成的污染類型,可分由有機物造成的有機污染,由營養元素氮、磷造成的富營養化污染,由重金屬造成的重金屬污染,由含毒物質造成的生物毒性污染,還有其他熱污染、高鹽污染等。工業污染源危害巨大,但也是最好控制的,所以歷來環境污染控制中,工業污染源都成為眾矢之的。工業污染控制已經有相當長的歷史,形成了比較完整的思路和體系,主要考慮政策層面的強制執行和技術層面的末端控制。(1)技術層面。迄今,已經出現了許多針對各種工業廢水的處理工藝,但由於工業廢水的複雜性,工藝應用的可複製性比較差,某些廢水所含污染物質極難處理,處理成本極高。主流的生物處理工藝成本低,但需要連續運行,可控制性差,不滿足企業間斷生產的要求,造成了許多企業的污水處理廠都成了擺設。相比而言,物化處理工藝更有應用前景,如電化學、高級氧化、濕式氧化、芬頓氧化等在處理難降解有機物質方面運用前景巨大,即使在可生化廢水處理領域,由於物化法的可控運行優點,其應用也逐漸增多。(2)政策層面。政策層面需要幾個基礎,首先需要有健全的法律法規體系,其次需要完善的監測、監察、執法體制。政策的武器,一是法律強制性,強制企業進行水處理建設和運行;二是資金和技術支持,提供一定的資金扶持;三是提倡清潔生產,促進資源循環利用,建立可持續發展的產業鏈,最大化利用資源,從生產環節減少污染源。
2)生活污染源。生活污染源主要針對城市生活污水,其控制難點在於截污管網的建設,污水管網鋪設施工困難,工程量大,工期長,對城市安全和交通市秩序影響大,需要大量的人力、財力、物力。在許多城市,由於截污管網建設的不健全,生活污水以點源形式偷排、漏排,生活污水對河流的污染甚至大於工業污染源,對於城市納污河流更是如此。截污管網不健全表現在,老舊城區截污管網空白,以及為了節省費用採用雨污合流的截污形式。末端控制工程是一個城市基礎設施建設的集中表現,其核心問題是基礎建設投資。在新城區鋪設排污管網,對老舊城區超負荷、陳舊管網進行改造,在此基礎上才能發揮末端控制工程建設的效率。
3)面源污染。面源污染主要包括農業面源污染、河流沿岸居民生活污水污染、大氣污染物質沉降帶來的污染等。面源污染對河流污染貢獻最小,但治理難度也最大,非常不易控制,尤其在河流後期治理階段,將成為重點。對面源污染無法實現污染物質的集中收集和處理,即無法實現末端控制,所以面源污染的治理重在前端控制和過程控制,如從源頭控制農用化肥、農藥的使用,推廣生態農業,探索更科學的農業方法和技術。(1)農業面源污染。農業污染根源在於農業結構和落後的農業技術,農業產業結構、化肥使用、畜禽養殖業發展、農田土壤肥力變化等與農業面源污染密切相關。我國是一個農業大國,農村面積廣大,農民受教育程度低,難以管理,農業技術落後。表現在不科學使用化肥,違禁使用農藥,農藥化肥能長期存在於環境,並逐漸累積,加劇農村環境污染。農用地膜的使用也造成環境污染,我國農用地膜使用量大,農民又缺乏回收和處理的意識,隨處丟棄,使得地膜污染稱為我國農村新的污染源。畜禽、漁業養殖是農民重要的經濟來源,也是農村水體污染的主要原因。在農村為了發展經濟,河流、池塘通常都以合同形式承包給個體經營畜禽、漁業養殖等。由於缺乏科學指導和管理,水體污染嚴重。儘管多數地方採用了養魚、養鴨、糞便還田的循環農業模式,增大了經濟產出,但也加重了水體污染,過去能洗衣服、游泳的池塘現在都不復存在,這也是存在於農村經濟與環境之間的矛盾。(2)村民生活污染。我國農村區域遼闊,村落零星分布,村民生活污染物很難集中處理和控制。農村生活污染集中體現在生活垃圾污染、生活污水污染和燃料問題引起的污染。在河流污染方面,很多河流沿岸成了村民的垃圾堆放點,生活污水直接排入河流。農村人口膨脹、村落規模增大是農村污染的根源,而農村基礎設施落後和村民環保意識不足是農村污染的主要原因。
2水體自凈能力
水體的自凈能力是很有限的,如果污染物質排入量超出了水體自凈能力,就會造成水體污染。一定水體所能容納污染物質的最大負荷被稱為水環境容量,即某水域所能承擔外加的某種污染物質的最大允許負荷量[5]。水體污染治理就是基於水體自凈機理進行治理的,水體污染治理的前提是有效的污水末端治理,只有有效控制了污染源的輸入,對水體的污染治理才是經濟有效的。水體的自凈作用按其凈化機理可分為物理凈化過程、化學凈化過程和生物凈化過程。物理凈化機理是天然水體的稀釋、擴散、沉澱和揮發作用,使污染物質的濃度降低;化學凈化機理是天然水體通過氧化、還原、酸鹼反應、分解、凝聚、中和等作用,使污染物質的存在形態發生變化,並且濃度降低;生物凈化機理是天然水體中的生物活動使污染物質的濃度降低,特別是水中微生物對有機物的氧化分解作用[6]。
3水環境污染原理
水環境污染,就是人為的外界干擾,如污染物質的過量排入,超過了水體的自凈能力,引起水體中某一環節發生變化,並使水環境短期內無法達到新的平衡。通過水環境生態系統分析,可以直觀地了解污染髮生的演化過程及掌握各要素間的利害關係,為污染防治提供理論支持。當前的污染問題可以分為傳統的生態位污染、水條件污染、難降解有機物污染和毒性污染。
1)生態位污染。生態位污染是指人為向水環境系統中輸入某一過多污染物質,該污染物質是生態系統中的某一生態位上組成,造成該生態位的顯著性突變,並最終引起生態系統短期內無法恢復的污染。如典型的有機污染、富營養化污染,這類污染是人類生產生活中最常產生的污染,我國集中體現在城市生活污水的污染。當向水體中排放了過量有機物質時,使得微生物(分解者)大量生長,並消耗水體中的氧氣,水生生物由於缺氧逐漸死亡,水體中有機物進一步積累,如此循環導致水質最終惡化,形成厭氧環境,造成有機污染。當向水體中排放過量富營養化元素N、P等時,造成藻類大量生長,特別是低等藻類瘋長形成水華,生物量急劇增加,破壞了供氧平衡,使水體溶解氧逐漸減少,魚類等高等生物死亡,水體中有機物積累,又促使微生物大量生長,如此循環導致水體最終呈現厭氧環境,造成富營養化污染。
2)水條件污染。水條件污染是指由於人為向水環境輸入某一污染物質,改變了水體水質的某些物理性質及生物的生存環境,導致生物無法適應而大量死亡的污染,如熱污染、酸污染、鹽鹼污染等造成了水體溫度、pH、鹼度等水質變化,從而使生物無法生存。這裡可以是對某一種生物的影響,也可以是所有生物的影響,不同生物對不同環境條件有不同的適應能力。通常微生物環境適應能力大於植物,植物適應能力又大於動物。
3)難降解有機物污染。在工業污水中有很多難降解的有機污染物,其存在不會對生物造成直接危害和瞬時毒性,但由於其難降解性,可以在自然界中長期存在並不斷積累,如塑料盒、塑料袋、農用薄膜等,其造成的白色污染已日益受到人們重視。
4)有毒污染。有毒污染是指由於人為向水體中排放了某些生物有毒物質,使水體中生物慢性中毒或快速死亡的污染。該類污染主要體現在工業污染中,如重金屬污染、有毒有機烴類化合物、農藥污染等。
水體污染治理對策
1河道曝氣充氧
從水環境生態結構出發,環境污染的根源在於最終造成水體供氧平衡的破壞,由於水體氧虧值逐漸增大,最終水體中的好氧生物,特別是高等動植物將因為缺氧而死亡。在治理水環境污染時,可以從供氧關係出發,通過人為手段,增加水體復氧能力,從而增加水體環境承載力,減少水生物的死亡,促進水質恢復。河道曝氣技術的應用由來已久,國外特別是歐美諸國,早在20世紀就有許多水域污染治理案例。如德國1998年夏天進行的Saar河純氧曝氣治理,利用純氧曝氣船對Saar河進行曝氣,以提高水體溶解氧量。德國Fulda河純氧曝氣系統已運行多年,間歇運行,當水體溶解氧濃度低於指定的臨界值時則啟動,效果良好,有效降低了運行成本。英國泰晤士河是世界上最著名的河道曝氣整治項目之一,為減輕混合污水導致溶解氧濃度降低所帶來的影響,1988年建造了一個機動增氧的純氧-混流增氧系統。美國1987和1988年在密西西比河明尼蘇達碼頭附近的河道安裝了曝氣設備,有效地控制了臭味產生和藻類的過量繁殖[7]。
1)河道曝氣充氧的理論依據。生態系統穩定的基礎是要滿足供氧平衡,即水體復氧速率(VDO)不能小於水體生物好氧速率(VNO),否則水體中溶解氧將逐漸減少,最終處於厭氧狀態,導致水體生物缺氧死亡。水體生物好氧速率與水體生物量之間滿足一定的函數關係,如果用X表示水體中生物量,則可用VNO=f1(X)表示該函數關係。供氧平衡時,VDO≥VNO=f1(X)。由於水體污染,水中有機物增加導致細菌等微生物大量生長,或水體富營養化導致藻類大量生長,最終使水體生物量X增大,所以水體好氧速率也增大。自然狀態下的復氧速率是恆定的,必然造成氧虧值的增大,水體生物缺氧死亡。河道曝氣復氧的目的是人為地增大河道復氧速率,維持供氧平衡。
2)河道曝氣復氧形式。(1)固定式充氧站。在需要曝氣充氧的河段上安裝固定的曝氣充氧裝置,可以採用不同的曝氣設備。當河水較深,需要長期充氧時,且曝氣河段有航運要求或景觀功能要求時,可以採用鼓風曝氣或純氧曝氣;當河水較淺,沒有航運要求或景觀功能要求時,可以採用機械曝氣形式。(2)移動式充氧站。這種曝氣方式主要表現為充氧船曝氣。曝氣充氧船可以自由移動,機動靈活,便於人為控制和調控運行的時間和空間,不影響河道航運功能。因此,德國、英國、澳大利亞等國家在合流治理中都採用過這種方法,我國在蘇州河治理中也採用過充氧船曝氣方式[8]。3.2
2生物強化技術
單純的河道曝氣復氧是不經濟的。長期污染的水體中好養生物長期受到抑制,生物量很少,曝氣復氧可以讓好氧微生物逐漸恢復,但需要一段時間,復氧速率遠大於好氧速率,造成氧的浪費。生物強化技術就是在供氧平衡範圍內,人為加大水體中微生物的量,促進有機物的降解。生物強化技術是針對河流有機污染的治理措施,即直接向污染水體中接種外援的污染降解菌,通過微生物的迅速增殖加快水體中污染物的降解進程,從而加快水體自凈,迅速恢復正常的平衡狀態。生物強化技術通常需要曝氣,以保證水體的供氧平衡,否則只會令水體更加惡化。目前,國內外常用的有集中式生物系統、高效復合微生物菌群(EM)及固定化微生物等技術。
1)內置式水處理系統。實質上,內置式水處理系統就是將污水處理廠搬到了河流中,就地處理河水,屬於一種原位修復技術,也稱為「圍河造廠」。將一個巨型容器置於河道中,在容器中添加活性污泥並進行曝氣,達到處理河水的目的。巨型容器是用來容納污泥,防止污泥流失,控制污泥在一定濃度。隨河水流走的污泥在河道復氧的保證下,也加大了水體自凈能力,不會對河水產生不良影響。
2)外置式生物箱。外置式生物箱相當於一個微型污水處理器,在一個箱式容器中培養一定濃度的活性污泥,並給予曝氣,處理河水中的有機物質。與「圍河造廠」相比,其規模和功能小了很多。生物箱可以漂浮在河面,不用支撐,靈活方便,適用於不需要長期處理的河水、局部污染水體,如排污口或有航運要求的河道。
3)水域景觀生態治理。水域景觀治理是基於河水富營養化的治理,由於景觀系統的複雜性,生態系統多樣,對增強河流的環境容量至關重要。水域景觀治理就是在河堤和河道上構建人工景觀環境,栽培美人蕉、旱傘草等水生植物。另外,水域景觀也是微生物、昆蟲、魚類、鳥類等自然生物棲息地,對於增強河流生態功能有積極作用。(1)構建河岸混合植物帶。河岸混合植物帶是指在河岸淺水區以挺水植物、浮葉植物、部分沉水植物和陸生植物為主的區域。典型挺水植物有香蒲、蘆葦、蓮燈,浮葉植物有睡蓮、菱,沉水植物有眼子菜、金魚藻、苦草等。李睿華等對河岸植物帶處理污染河水進行了研究[9],結果表明,河岸混合植物水生系統對NH+4-N、TP有良好去除效果,去除率分別達71.1%、69.3%;對有機物也有一定去除效果,COD去除率達43.5%。可見,構建河岸混合植物帶,對於增強河流自凈能力,特別是促進N、P元素的生態循環有重要作用,同時也達到了景觀治理的要求,對於美化環境、提高河流復氧能力、增強河流生態功能非常有效。(2)生物浮島技術。生物浮島技術是利用生態工學原理,在受污染河道用木頭、泡沫等輕質材料搭建浮島,以浮島為載體,在水面上種植植物,構成微生物、昆蟲魚類、鳥類、植物等自然生物棲息地,形成生物鏈來幫助水體自凈[10]。與河岸植物帶功能相同,生物浮島也是以水生植物為中心構建生態鏈條,促進物質循環和能量流動,從而提高河流的自凈能力。生物浮島技術比較適用於沒有航運要求的小河道,對於有航運要求的河道,要慎重選擇生物浮島的位置,一般選在河道較寬的部位,或在人工開鑿港灣設置浮島,也可設計小型浮島,零星多點分布。
3底泥疏浚
底泥疏浚是解決河流內源污染的重要措施。長期受污染的河流,有機物質、營養鹽等會沉積到底泥中並逐漸富集。底泥污染物的釋放是河流持續污染的重要原因。底泥疏浚就是通過疏挖去除底泥中的有機物,清除污染水體內源污染物,減少底泥污染物向水體的釋放。

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