海島城市河道黑臭影響因素研究

鮑博 王鵬 劉梅 邵力 戎振英 孫靜亞

摘要?[目的]研究海島城市河道黑臭的影響因素。[方法]以標(biāo)志性海島城市舟山市的黑臭河道為研究對象，探索海島城市河道黑臭的特征。通過自配河道水體模擬河道水黑臭變化，分析其黑臭過程主要的特征性指標(biāo)。[結(jié)果]河道水體COD、氨氮、硫酸鹽含量越高則黑臭越顯著，7 d內(nèi)發(fā)生黑臭的閾值為COD>50 mg/L、DO<2 mg/L、氨氮>5 mg/L、硫酸鹽>10 mg/L、溫度30～40 ℃，黑臭明顯。[結(jié)論]海島型城市河道黑臭特征指標(biāo)可作為對該類城市河道黑臭污染治理的理論參考。

關(guān)鍵詞?黑臭污水;黑臭指標(biāo);化學(xué)制劑;影響因素;應(yīng)急治理

中圖分類號?X522?文獻(xiàn)標(biāo)識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）01-0056-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.01.015

Abstract?[Objective]To study the influencing factors of black and odor in the rivers of island cities.[Method]Taking the black and odor rivers of the iconic island city Zhoushan as the research object， explored the characteristics of the black and odor rivers of the island cities. The black and odor changes of the river water are simulated by the self-distributed river water body， and the main characteristic indicators of the black and odor process are analyzed.[Result]The higher the content of COD， ammonia nitrogen， and sulfate in the river water， the more obvious the black and odor.The threshold value of black odor occurred within 7 days was COD > 50 mg/L， DO < 2 mg/L， ammonia nitrogen > 5 mg/L， sulfate > 10 mg/L，the temperature was 30 - 40 ℃， black odor was obvious. [Conclusion]The black and odor characteristic indicators of island-type urban rivers can be used as a theoretical reference for the treatment of black and odor pollution in such urban rivers.

Key words?Black odor sewage;Black odor index;Chemical agents;Influencing factors;Emergency treatment

自中共十八大報(bào)告首次提出“海洋強(qiáng)國”戰(zhàn)略以來，國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展逐步向海洋轉(zhuǎn)移[1]。與沿海城市相比，海島城市更具發(fā)展?jié)摿?。目前以舟山為代表的海島城市大力發(fā)展海洋，提高經(jīng)濟(jì)收益，然而也為環(huán)境帶來了負(fù)面效益，這其中就包括黑臭水體的產(chǎn)生[2]。由于地理原因，海島城市遠(yuǎn)離其他城市。海島城市淡水匱乏，致使自身調(diào)蓄功能降低，而城市內(nèi)的淡水來源只有自然降雨。此外由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展致使城市人口增加，對水的需求也在遞增，這就又限制了海島城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展[3]。另一方面，海島城市有獨(dú)特的氣候類型，常年多雨、臺風(fēng)導(dǎo)致大量水土流失，地表水中淤泥堆積，從而使平原地區(qū)增多，可利用面積增大，造成人口數(shù)量增多、水源短缺的現(xiàn)象。海島城市調(diào)蓄水體含量降低，原有調(diào)蓄功能的水體喪失調(diào)蓄能力[4-5]。因此，筆者以標(biāo)志性海島城市舟山市的黑臭河道為研究對象，探索海島城市河道水體黑臭的特征與影響因素，為該類海島城市內(nèi)黑臭河水污染處理提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1?材料與方法

1.1?材料

黑臭河水底泥取自舟山市某發(fā)生黑臭的河道，現(xiàn)場取樣后攪拌去除可見不同類雜質(zhì)后密封冷藏溫度4 ℃保存。試驗(yàn)中所用試劑均為分析純。

1.2?試驗(yàn)方法

與河道水質(zhì)黑臭相關(guān)的指標(biāo)有化學(xué)需氧量（COD）[6]、氨氮、溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）、水質(zhì)色度[7]、硫化物含量，DO采用YSI 550A溶氧儀測定，ORP采用Thermo ORION STAR A221 ORP儀測定。COD、氨氮、硫化物含量按照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行。

自配水成分包括葡萄糖、20 mg/L NH3-N、20 mg/L Na2SO4、20 mg/L MgSO4、30 mg/L FeCl3、10 mg/L K2HPO4。試驗(yàn)自配水樣采用500 mL細(xì)口瓶作為水樣容器，接種底泥5 mL，設(shè)立空白一組排除底泥所含成分影響，設(shè)立不同碳源濃度5組（0、25、50、75、100 mg/L葡萄糖），每組3個(gè)平行，測定時(shí)間1、3、5、7、9、11、13 d，每次測定一組樣品，考慮到拆封后的樣品由于氧氣進(jìn)入導(dǎo)致氧化還原電位改變導(dǎo)致試驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差較大，每組樣品7個(gè)平行，以保證試驗(yàn)準(zhǔn)確性，溫度均為25 ℃。設(shè)立不同氨氮濃度5組（0、10、20、30、40 mg/L），其他條件與碳源組保持一致。設(shè)立不同硫酸根濃度6組（0、10、20、30、40、50 mg/L），總有機(jī)碳（TOC）濃度為100 mg/L，氨氮濃度為20 mg/L，其他水樣配方濃度保持不變。設(shè)立不同溫度梯度8組（5、10、15、20、25、30、35、40 ℃），碳源濃度為100 mg/L，氨氮濃度為20 mg/L，其他水樣配方濃度保持不變。參照曾凡亮等[9]的方法測定水質(zhì)黑度與吸光度的對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)線性方程轉(zhuǎn)化成黑度指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)。

1.3?數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)用Origin 8.5制作圖表并分析和處理。

2?結(jié)果與分析

2.1?COD對水體黑臭的影響

從圖1可以看出，在探究不同初始COD濃度對黑臭的影響中，時(shí)間越長，水樣ORP下降越快，第5天時(shí)，含碳水樣的ORP處于負(fù)值，水體處于還原狀態(tài)，水樣發(fā)生黑臭，水樣含碳量越高，ORP下降越明顯，其中COD濃度>50 mg/L的水樣黑臭明顯。水樣DO隨時(shí)間的變化而降低，在第5天時(shí)，COD>50 mg/L水樣的 DO處于1 mg/L以下，隨后的時(shí)間內(nèi)，水體一直處于厭氧水體。COD濃度隨時(shí)間變化而降低，下降趨勢在第9天趨于平緩。水樣氨氮濃度隨時(shí)間變化持續(xù)降低，在水樣發(fā)生黑臭時(shí)，氨氮濃度處于5～15 mg/L，但在水樣發(fā)生黑臭后有，曲線有上升趨勢。水樣黑度隨時(shí)間變化上升明顯。

2.2?氨氮濃度對水體黑臭的影響

從圖2可以看出，氨氮為40 mg/L的水樣，其ORP在第5天時(shí)達(dá)到-200 mV以下，水樣處于強(qiáng)還原狀態(tài)，為嚴(yán)重黑臭狀態(tài)。DO隨時(shí)間變化而降低，在第4天降至2 mg/L以下，第5天降至1 mg/L以下，水樣處于厭氧狀態(tài)，水體基本全處于黑臭中，在后續(xù)時(shí)間中，DO無明顯變化。不同氨氮組的COD濃度隨時(shí)間變化而降低，其中氨氮為40 mg/L的水樣其COD下降趨勢明顯，已處于嚴(yán)重黑臭狀態(tài)，COD濃度顯示為100 mg/L，在后續(xù)時(shí)間中，由于水樣中C源消耗完全，COD濃度下降趨勢平緩。試驗(yàn)結(jié)果表明發(fā)生明顯黑臭時(shí)，其氨氮大于5 mg/L。

2.3?硫化物含量對水體黑臭的影響

從圖3可以看出，水樣DO在第2天開始全部處于1 mg/L以下，水樣基本處于厭氧狀態(tài);水樣的ORP下降迅速，第2天開始進(jìn)入還原狀態(tài)，水樣開始發(fā)生黑臭反應(yīng)，其中硫化物含量越高的組分其ORP下降越明顯。第3天時(shí)，水樣ORP下降至-200 mV以下，水體為嚴(yán)重黑臭狀態(tài)，此時(shí)水體中黑臭反應(yīng)劇烈，厭氧微生物大量消耗有機(jī)物，并消耗氧氣，使水體處于強(qiáng)還原性，此時(shí)也是黑臭最劇烈時(shí)期，但水樣顏色的變化比較緩慢。從第4天開始，部分水樣黑度值大于21級，在后續(xù)時(shí)間內(nèi)，水黑度級持續(xù)上升，水樣變色明顯，硫含量高的水樣組分顏色變黑明顯，7 d后所有添加硫酸鹽（≥10 mg/L）的水樣黑度均大于21級，均發(fā)生黑臭。

2.4?溫度對水體黑臭的影響

從圖4可以看出，水樣的ORP下降迅速，第2天水樣基本處于厭氧狀態(tài)（5 ℃除外），水樣開始發(fā)生黑臭反應(yīng)，2～3 d達(dá)到峰值，水體為嚴(yán)重缺氧狀態(tài)。在5～40 ℃溫度越高，水樣黑度值越高，30～40 ℃黑臭現(xiàn)象最為顯著[10]。

從圖4還可以看出，當(dāng)3 d時(shí)DO低于2 mg/L時(shí)，雖然已經(jīng)具備黑臭發(fā)生的條件，但是黑度值依然較低，直到7 d時(shí)黑度可以達(dá)到黑臭的標(biāo)準(zhǔn)，說明從檢測到黑臭可發(fā)生到黑臭真正發(fā)生，需要4 d，這是由于黑臭發(fā)生的主要推動力是硫酸鹽還原菌SRB的生長[11]，SRB的大量繁殖期需要3～5 d[12-13]，這為應(yīng)急治理提供窗口期。

3?結(jié)論

海島城市具有獨(dú)特的地理環(huán)境，自配河道水體模擬河道水的黑臭變化，分析其黑臭過程主要的特征性指標(biāo)，結(jié)果表明，河道水體COD、氨氮、硫酸鹽含量越高黑臭越顯著，7 d內(nèi)發(fā)生黑臭的閾值為COD>50 mg/L、DO<2 mg/L、氨氮>5 mg/L、硫酸鹽>10 mg/L、溫度30～40 ℃，黑臭明顯。

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