黑臭水体治理对策

胡洪营清华大学环境学院2015年10月31日住建部黑臭水体整治培训班（2015年10月31-11月1日@贵阳）城市黑臭水体形成原因与治理技术黑臭水体治理需求•2015年4月16日国务院颁发的《水污染防治行动计划》（简称“水十条”）提出，到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内；到2030年，全国七大重点流域水质优良比例总体达到75%以上，城市建成区黑臭水体总体得到消除。•黑臭水体治理是民生工程，也是生态文明建设的重要组成部分。•黑臭水体治理目标体现了国家的决心。然而，在黑臭水体治理实践中，仍面临诸多技术方面的问题。•黑臭水体成因复杂，影响因素众多，是水环境污染治理的难点。•采取有效技术措施，短时间内能消除黑臭现象，但其难点在于治理后的水质长效保持，保证黑臭不反弹。•许多黑臭水体治理工程，因重治理轻保持、重短期轻长效而导致水体返黑，水质反复恶化。•根本原因：不掌握水质变化的规律和成因黑臭水体治理的难点黑臭水体治理需求•如何制定科学、合理的水质净化目标？（COD、氮、磷）•黑臭水体治理有哪些适宜技术？如何选用？•这些技术的适用性和局限性如何？•如何优选和集成黑臭水体治理技术？•如何防止治理后黑臭反弹，保持水体水质良好、稳定？面临主要技术问题黑臭水体治理需求在实践中存在诸多误解/误区：黑臭成因、水质标准、治理技术、治理方案提纲黑臭水体的形成原因及危害黑臭水体治理技术与措施黑臭水体治理与水生态建设案例一、黑臭水体的形成原因及危害城市黑臭水体是指出城市建成区内，呈现令人不悦的颜色（黑色或泛黑色），和（或）散发出令人不适气味（臭或恶臭）的水体的统称。城市黑臭水体的定义《城市黑臭水体整治工作指南》（2015年8月）黑臭水体的定义与危害•破坏城市景观•破坏水体生态系统•破坏水体功能和价值•影响居民生活，危害人体健康城市黑臭水体危害黑臭水体的定义与危害水体水质影响因素关键要素底泥空气（氧气、二氧化碳、N、P）阳光、气温•悬浮物•无机营养盐•溶解性有机物•金属离子(铁、锰）•水生植物•微藻•细菌污染源补水（水量、水质）退水•水深、水体面积、生态系统•水力条件(流动性、停留时间)•底泥性质、点源面源鸟类溶解氧pH值水体水质影响因素关键过程•有机物生物分解过程（消耗溶解氧、产生副产物）•微藻生长繁殖过程（增加水体有机物浓度）•溶解氧消耗与补充过程：有机物分解、氧气溶解-溶解氧消耗过程：有机物分解-氧气溶解过程：与水流、气候条件有关-好氧分解：有机物+溶解氧二氧化碳、硝酸根、硫酸根、水-厌氧分解：有机物甲烷、氨、硫化氢、有机胺、有机酸二氧化碳+氮+磷+阳光藻细胞（悬浮物）+氧气•水体中有机污染物含量过高时，在好氧微生物的作用下，有机物分解会大量消耗水中的氧气，使水体转化成缺氧或厌氧状态。•在缺氧和厌氧条件下，有机物腐败、分解，产生氨、硫化氢、硫醇、硫醚、有机胺和有机酸等恶臭物质，致使水体变臭。•腥臭味：由微藻、放线菌、霉菌引起。水体为什么会变“臭”？黑臭水体的形成原因•有机物污染是直接原因（第一要因）。•恶臭化合物是水溶性的小分子物质，一旦生成就难以去除。•在缺氧和厌氧条件下，水体中的铁、锰等金属离子与水中的硫离子形成硫化亚铁、硫化锰等化合物。•悬浮颗粒吸附硫化亚铁、硫化锰等，致使水体变黑。•其他颜色：印染废水等水体为什么会变“黑”？•“黑”色一般是由悬浮颗粒导致•去除悬浮颗粒可以有效去除“黑色”黑臭水体的形成原因黑臭水体与污染物指标的关系•有机物(COD、BOD)：导致黑臭的直接原因（第一要因）•溶解氧(DO)：有机物分解消耗氧气，致使DO降低，甚至消失，是导致黑臭的“次生原因”。•氧化还原电位(ORP)：反映水体氧化还原水平的综合指标，由DO、氧化性物质（硝酸根等）、还原物质等决定。比DO更能反映水体的“缺氧程度”。导致黑臭的“次生原因”。黑臭水体的形成原因溶解氧与氧化还原电位的关系024681012-400-300-200-1000100200ORP(mV)DO(mg/L)01020304050607080-400-300-200-1000100200300400无黑臭ORP轻度黑臭ORP重度黑臭ORPORP(mV)时间（天）024681012无黑臭DO轻度黑臭DO重度黑臭DODO(mg/L)黑臭水体的形成原因黑臭水体与污染物指标的关系•透明度：黑臭水体往往还有大量悬浮物，导致透明度降低。透明度低是黑臭水体的“伴随特性”。往往是由排入的污水中的悬浮物引起的。•微藻一般不在黑臭水体生长。黑臭水体不会发生“水华”。•氨氮：一般是黑臭水体中有机物分解的“产物”和“结果”，往往不是黑臭水体形成的直接原因或要因。黑臭水体的形成原因氨氮和氧化还原电位、溶解氧的关系051015010203040NH3-N(mg/L)DO(mg/L)-400-300-200-1000100200010203040NH3-N(mg/L)ORP(mg/L)黑臭水体的形成原因0120510152025303540NH3-N(mg/L)黑臭程度10mg/L8mg/L012024681012DO(mg/L)黑臭程度2mg/L0.2mg/L黑臭水体的形成原因黑臭水体与污染物指标的关系012-400-300-200-100010020050mVORP(mV)黑臭程度-200mV黑臭水体的形成原因黑臭水体与污染物指标的关系黑臭水体识别理化指标和参考标准特征指标（单位）城市水体级别无黑臭轻度黑臭重度黑臭透明度（cm）＞2525~10*＜10*溶解氧（mg/L）＞2.00.2~2.0＜0.2氧化还原电位（mV）＞50-200~50＜-200氨氮（mg/L）8.0~15＞15注：*水深不足25cm时，该指标按水深的40%取值。水体黑臭程度评价指标黑臭水体的形成原因有机物污染是导致黑臭的直接原因（第一要因），但为什么不用COD作为识别指标？COD浓度高是导致水体黑臭的“第一要因”或“诱导因素”、“必要条件”，但不是充分条件。为什么不用COD作为识别指标？黑臭水体的形成原因-污染时间，即污染形成后经历的时间：COD分解需要时间，达到一定时候后才能耗尽始终的溶解氧。（举例：一碗豆浆变臭需要多长时间？）-水力条件：水力停留时间（与反应时间相当）。滞留性水体容易发生黑臭。•影响黑臭的其他指标和条件——时间因素为什么不用COD作为识别指标？黑臭水体的形成原因-滞留型水体的复氧速度慢，容易导致缺氧。流水的复氧速率快，不易形成缺氧。-滞留型水体中微藻容易生长，给水体带来新的有机污染。流动性水体水力停留时间短，微藻不易生长。-滞留型水体污染源：大气沉降、无机碳吸收（微藻生长）为什么滞留型水体容易发生黑臭现象？为什么“流水不腐”？为什么不用COD作为识别指标？黑臭水体的形成原因-COD分解速度与温度密切相关，高温分解速度快。当COD分解导致溶解氧消耗的速度大于溶解氧的补充速度时才形成厌氧。-冬天温度低，COD分解慢，且饱和溶解氧高，不宜形成厌氧。-臭味物质的挥发与温度有关，低温不宜挥发•影响黑臭的其他指标和条件——温度条件•有机物污染物浓度•污染时间（污染形成后经历的时间）•水力条件/缺水情况（水力停留时间）•温度条件为什么不用COD作为识别指标？黑臭水体影响水体黑臭的主要指标和条件•黑臭水体的直接判定指标只能是感官评价：嗅辨、识辨•理化指标只能是“参考指标”，辅助指标•水质净化没有统一目标（“因水而异”：COD、氮、磷）黑臭水体的形成原因溶解氧、氧化还原电位与黑臭现象的关系020406080100120140160180200-250-200-150-100-50050ORPORP(mV)时间（min）012345678DODO(mg/L)黑臭水样曝气过程中的水质变化（水样取自北京市某河流）020406080100120140160180200220240260-250-200-150-100-50050ORPORP(mV)时间（min）012345678此前持续曝气DODO(mg/L)此后停止曝气黑臭水体的形成原因黑臭水体成因•黑臭水体治理后的氮磷控制和水华控制非常重要（关系到是否返黑返臭？是否能长期保持？•黑臭水体长效治理面临巨大困难黑臭水体与营养盐浓度和水华的关系•黑臭水体中，微藻难以生长，一般不发生水华（缺少光照、有机物浓度高抑制藻类生长）•黑臭治理后：水体的氮磷浓度仍较高微藻生长水华爆发藻类死亡/细胞溶化有机物浓度升高导致黑臭二、黑臭水体治理技术与措施黑臭水体治理的基本思路•事先调查、明确目标：为了保障治理措施的科学性和可操作性，事先的黑臭水体的成因分析是基础。•分阶段实施：根据水体污染的程度、污染原因和污染阶段的不同，有针对性的制定合理的治理措施。从长远考虑，明确目标、因地制宜、综合施策、规范管理，确保水质改善效果长期稳定。黑臭水体治理的基本思路•治理措施：综合考虑城市水系统建设、区域水循环体系构建和水生态安全功能健全进行规划和设计水体治理，不能就河论河，也不能就黑臭论黑臭。•技术方案：治理技术没有“一招鲜”，但可以有好的“组合拳”。再好的单一技术也不能彻底解决问题，需要好的综合治理方案。•因地制宜：根据不同的水文水质特征、不同的治理目标、不同阶段，综合采用不同技术。行政部门应对不同方案进行综合、系统和全方位的对比。黑臭水体的治理要下笨功夫，没有捷径，要愚公移山点源面源内源污染源生活污水排放工业污水排放生物体污染物降水径流底泥污染物大气沉降黑臭水体污染原因分析主要污染源植物固碳固氮（二氧化碳吸收、氮吸收）污染源调查污染源调查点源污染面源污染内源污染其他污废水直排口合流制溢流口管网初期雨水非常规水源补水城市降雨径流冰雪融水畜禽养殖废水水体底泥岸带沿线垃圾水生植物状况污水厂超标排水落叶沉降情况潜在事故排放黑臭水体污染原因分析环境条件调查周边环境特征水文条件水体岸线硬化状况其他周边建筑群特征、城市道路和交通情况、水体沿岸其他基础设施情况等。水体的位置、边界范围、面积及水位、流速及流量、周边水系连通情况等。硬化岸线和河湖床的面积、硬化厚度、硬化类型等。黑臭发生时段、持续时间、百姓投诉情况、影响居民人数等。黑臭水体污染原因分析明确目标，整体规划因地制宜，标本兼治生态改善，长效保持部门联动，政策保障强化监管，公众参与城市黑臭水体治理技术路线整治基本原则污染治理中存在的技术层面上的问题•缺乏对“实用性技术”的长期、系统、科学的工程验证•缺乏对现有技术适用性的客观认识，缺少设计规范•缺乏技术集成的宏观思路和科学方法•注重短期效应、忽视长效运行•注重单一措施、忽视综合治理•注重水质净化、忽视水生生态修复•注重技术措施、忽视科学管理•机械套用污水处理的思路与技术•缺乏对水生植物净化作用的科学认识城市黑臭水体治理技术路线饥不择食慌不择路•“控源截污、内源治理“是基础与前提，污染源得不到控制，水体黑臭就不可能得到根本治理；•”水质人工强化净化“是阶段性措施，采取工程手段，借鉴污水处理技术，对已污染水体进行处理，在水体水质改善中发挥重要作用，但不应定位为长期措施；•“活水循环、清水补给和生态恢复”是长效保障措施，可以调节水体水力停留时间、改善水动力条件、提高水体自净能力，是水质长效改善和保持不可缺少的措施。技术路线与措施定位控源截污、内源治理；活水循环、清水补给；水质净化、生态修复城市黑臭水体治理技术路线技术选择原则适用性、综合性、经济性、长效性、安全性城市黑臭水体治理技术路线•适用性：地域特征及水体的环境条件将直接影响黑臭水体治理的难度和工程量，需要根据水体黑臭程度、污染原因和整治阶段目标的不同，有针对性地选择适用的技术方法及组合。•综合性：城市黑臭水体通常具有成因复杂、影响因素众多的特点，其整治技术也应具有综合性、全面性。需系统考虑不同技术措施的组合，多措并举、多管齐下，实现黑臭水体的整治。技术选择原则城市黑臭水体治理技术路线•经济性：对拟选择的整治方案进行技术经济比选，确保技术的可行性和合理性。•长