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沟渠污染防控效果及策略分析

来源:中国期刊网位置:自然科学时间:13-05-28 09:01

涴市镇普遍采用的沟渠污染治理方法分析

为了解决日益严重的沟渠污染问题,涴市镇各个村都采取了一些措施,总结起来分为清淤模式、清淤-冲洗模式及清淤-冲洗-硬化模式。清淤模式清淤模式过程及效果清淤模式是涴市镇在治理沟渠污染中使用的一种最为简单和保守的方式,主要是针对淤泥过多污染不太严重的河流,用大型挖掘将已被污染的沟渠中的污泥、垃圾、树枝杂物等从沟渠中清理出来,清出物堆放在河流旁边的空地上。从成效上来看,实行这种模式后,沟渠中的水在一段时间内会逐渐恢复清澈,异味减轻并且曾经一度放弃该水源为饮用水来源的村民又重新喝上了变得较为清澈的水,但是随着时间的推移特别是经历了秋冬季枯水期以后,到来年的时候沟渠中的水又变得浑浊起来,而且还伴有臭味,水花生再次疯长,能覆盖50%~60%的水面,渠边的村民不得不又一次放弃使用渠中的水。大概一年半以后,整个渠道的污染从表面上看又恢复到治理前的情况。如红花村1号支渠2009年4月进行清淤治理,水质一度改善,但2010年9月下旬即开始出现黑臭现象。对清淤模式的分析沟渠有一定的自净作用,当其接纳污物后,在自然沉降、有机物降解、稀释作用、复氧作用(溶解氧浓度的恢复)、日照等诸多作用的联合影响下使水中的BOD、DO恢复到原来的水平。由上面对污染源的分析可知,涴市镇境内的沟渠污染主要为有机物污染,故水体自净以生物降解为主。沟渠底泥以硝化污泥为主,成分主要为挥发性固体、油脂、蛋白质,纤维素及氮(以N计)、磷(以P2O5计)、钾(以K2O计),同时还有病原体和各种微生物体。清淤只是改变了淤泥的位置而已,并没有改变其物质组成。虽然暂时减轻了水体的自净压力,但这些淤泥是不稳定的,其中不仅含有大量的有机物和微生物,而且其适合微生物生存。将这种污泥投放到自然界,其中的有机物在微生物的作用下会继续腐化分解[3],时间一长,分解产生的各种污物会伴随雨水重新进入水体,造成二次污染。清淤模式主要是依靠挖掘机来操作的,若是将涴市镇境内所有的51km支渠清淤一次大概需要的工作量为510台(班),以目前市场价格3000元•台-1(班)计算,约需要投入的资金为153万元。

清淤-冲洗模式过程及效果涴市镇的清淤-冲洗模式的第一步工作与清淤模式一样,都是使用挖掘机将沟渠中的淤泥清理出来,而且淤泥并没有运走,依然放在沟渠岸边,只是在清淤完成后把渠道中原有的污水全部抽出,或浇灌农田,或排入干渠中稀释,或直接排到空地上让其下渗,然后从干渠中抽取相对干净的水送到渠道中。由于渠道的水头损失大,而冲洗过程需要较大的推流速度,所以这一过程需要用高压力、大流量抽水机操作。如此反复几次,使渠道中污物减少,进入清澈的新水。从成效上来看,清淤冲洗模式能使渠道在治理工程完工后立即恢复洁净,并且保持较长时间,但是污泥腐化分解并遭到雨水冲刷的二次污染问题并没有解决。如大兴垸村1号支渠2010年4月进行清淤-冲洗治理,2011年秋季水量减少时黑臭现象严重。除此以外,冲洗工程中排出的水,处理不好,又会给其他地方带来污染。对清淤-冲洗模式的分析清淤-冲洗模式出现第一个问题的原因与清淤模式相同。由于清淤-冲洗模式在清淤后,有一个对渠道的冲洗过程,在快速水流的作用下,渠道中的遗留杂物得到了相比于清淤模式更好地清理,而且以干净水取代污染水,减轻了处理后沟渠的自净压力,使其快速恢复了干净。然而不容忽视的是,在冲洗过程中,抽出来的原水和冲洗水并没有得到处理,仅是将其移位,其受到污染的性质没有改变。排入干渠中,若干渠容纳能力太小,会严重降低干渠水质。但因为污染贡献小,该地污水中鲜含重金属离子,主要成分为有机物和微生物,故进行农田浇灌可以起到改善土壤结构,提高产量的效果。若是有大片空地,利用渗滤法也能收到良好的效果。在清淤模式的基础上,加上每条沟渠约0.2万元元冲洗的费用,对涴市镇总共34条支渠实行清淤-冲洗模式需投入153+0.2×34=159.8万元。清淤-冲洗-硬化模式清淤-冲洗-硬化模式过程及效果清淤-冲洗-硬化模式是在清淤-冲洗的基础上对沟渠两岸边坡进行水泥硬化,沟底保持不变,形成标准的梯形断面。从成效上来看,这种模式实施后使渠水立即恢复了清澈,同时也让沟渠看起来更加整齐,但是笔者发现,时间一长,沟渠中仍然会像前2种模式一样出现漂浮物增加、水的色度变大、发臭的现象。很快沿岸村民便放弃了使用渠中水作为饮用水来源。如同兴村2号渠2010年5月进行清淤-冲洗-硬化治理,2010年9月该渠便严重水质恶化。对清淤-冲洗-硬化模式的分析一方面,该模式能够在一段时间内使封闭、固化渠边坡上的杂物保持稳定,短时间内不会释放到水体中,而且在保持渠道通畅方面有一定优势。另一方面,河岸严重硬化之后,原始河岸表面被封闭,土壤与水体的关系割裂开来,隔绝了河道中的生物、微生物与大地的接触,自然生存环境发生变化,河流的天然自净能力因此下降[4]。若涴市镇所有河流全部采用这种模式,计算成本:取河流净深3m,支渠护岸倾角75°,则全镇所有沟渠硬化总面积为3/sin75°×51000=1.581×105m2,当地水泥硬化价格为100元•m-2,得总硬化成本为1581万元,加上清淤-冲洗模式花费,整个工程将耗费159.5+1581=1740.5万元。

对策———人工曝气技术

由上述对3种模式的分析可知,涴市镇沟渠污染治理所采取的3种模式普遍存在污染反复、费用高的问题。而国内外在河流污染上已有一些宝贵经验———运用人工曝气技术,如美国为了改善进入Chesapeake海湾的Hamewood运河的水质1989年在河口安装了曝气设备,使底层水温和溶解氧得以增加,并使河道内的生物量开始增加;国内于1990年亚运会期间,在北京清河一个长约4km的河段中放置了8台11.025kW的曝气设备进行人工充氧,在34d内基本消除了曝气复氧段的臭味,BOD去除率约60%,曝气区的DO从0上升到5~7mg•L-1,曝气区邻近区域的DO上升到4~5mg•L-1[5]。为此笔者根据国内外实例,结合涴市镇实际情况提出用河道人工曝气技术治理沟渠的方案。河道人工曝气的理论基础河道有机污染物的超标或水中氮、磷营养元素含量较多造成藻类异常繁殖,消耗大量的溶解氧,溶解氧不足,厌氧分解产生H2S、NH3、FeS等致黑致臭物质造成水体发黑发臭。向水中曝气充氧,使其由缺氧转变为富氧水体,在溶解氧的作用下,河水中的有机物往往被好氧菌所分解,H2S、FeS、NH3等物质被氧化成Fe(HO)3和NO3-等物质。而Fe(OH)3沉淀在水底沉积物表面形成一个较密实的保护层,该保护层在一定程度上减弱了上层底泥的再悬浮,并减少底泥中污染物向上的扩散释放,从而达到消除河水黑臭的目的,河水中的溶解氧水平恢复到3mg•L-1以上,就有可能恢复水体自净能力。人工曝气技术治理涴市镇沟渠的可行性分析涴市镇渠道水主要受排放和排放的影响,绝大部分是有机污染,且N、P、K营养元素含量较高,水生藻类大量繁殖消耗大量的溶解氧,造成水体发黑发臭。等物质,还能激发好养菌活性,分解水中的有机物。从技术上讲,作为将污水处理中曝气池与氧化沟结合的工艺,河道人工曝气技术可以很好运用到涴市镇污水渠道水治理中。结合松滋市环保局对涴市镇同兴村2号灌溉支渠治理前所做的水质监测,其余沟渠污染情况与此基本类似,根据国内以往利用人工曝气技术处理污染河流实例,可知仅需要10台11.025kW曝气设备按批次对34条沟渠进行曝气复氧,一共5个批次,每批次曝气1个月,曝气设备每日运行15h。每批次结束后,将曝气设备转移到另外几条沟渠中曝气。如此计算下来,只需半年的时间可对全镇34条河流分别曝气复氧1个月。方案所用曝气设备在目前市场上的价格约为2万元•台-1,一共10台设备,加上安装费、电费及其他步骤所需人工费,34条河流全部治理总耗费为10×20000+5×5000+11×15×0.5×10×150+17000=365750元。从经济上讲,将人工曝气技术运用到涴市镇沟渠治理中是完全合理的。

结论

(1)目前涴市镇治理沟渠的3种模式不仅花费巨大,如清淤-冲洗-硬化模式耗资千万以上,而且效果不佳,污染易反复。因为清除底泥过程中会带走大量的土著微生物,从而破坏水生系统,并有可能产生其他的生态风险。(2)河道人工曝气技术相对节省许多,甚至不到3种模式中最省的1/4;其治理效果却要好许多,因为它使沟渠中有机污染物得以充分氧化分解。(3)在当前河流及沟渠污染治理中,应谨慎采取以清淤为基础的处理方式,而是更多地考虑采用已经比较成熟的河流人工曝气技术。(4)无论是以清淤为基础的治理方式还是人工曝气技术,都只能让沟渠的当前污染得到治理,要想长期保持农村沟渠的整洁干净还需要健全农村垃圾收储体制,农村污水处理设施,提高村民环保意识。

作者:唐守寅 孙敏 段文慧 宋宁宁 单位:德州学院系

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