农村黑臭水体致黑硫离子氧化机理与治理技术第1章绪论第1章绪论
　　1.1农村黑臭水体概述
　　1.1.1农村黑臭水体现象
　　水体黑臭是水体有机污染的一种极端现象，是对水体极端污染状态的一种描述。随着我国城市黑臭水体整治工作的相继开展，整治效果日益凸显，农村黑臭水体的问题也逐渐提上日程。我国广大农村地区的河、塘、沟渠，承担着提供水资源、发挥生态效应等多种功能。近年来，随着快速的城镇化、工业化及人口增长，农村快速发展，农村经济逐步改善的同时，农村生态环境污染日益加重。农村生活污水、生活垃圾、畜禽粪污、农业生产等产生的污染物未经有效处理，沿着各种渠道排入农村水体，导致污染物在水体中不断积累，而水体的自净能力不足以消减这些污染物，从而导致水质恶化，进而产生水体黑臭现象，形成农村黑臭水体。
　　农村黑臭水体已成为当前农村突出的水环境问题，其治理亦是改善农村人居环境的关键。农村黑臭水体，泛指农村地区颜色明显异常或散发浓烈难闻气味的水体。这种水体表观上常为黑色或者褐色，气味难闻，且水体内鱼虾等水生动物鲜少见到。相对城市黑臭水体集中、连片分布的特点，我国农村黑臭水体比较分散，具有点多、面广等特点。目前，农村黑臭水体治理体制机制仍不完善，技术支撑力量薄弱。
　　1.1.2农村黑臭水体的危害
　　农村黑臭水体不仅给人们带来极差的感官体验，还直接影响人们的生活质量和健康，影响农村区域的景观与社会经济发展。
　　农村黑臭水体可直接影响周围居民生活，危害居民健康。黑臭水体表观上影响环境质量，其嗅味可引起居民身体不适，影响感官体验。在农村地区，黑臭水体会导致周边河流、沟渠、坑塘等水体水质变差，污染居民饮用水源。
　　农村黑臭水体的形成是水体遭受严重污染后的结果。黑臭水体水质严重恶化，已经丧失了正常水体的资源可利用性，不能用于生活用水、工业用水、灌溉用水等。过量的污染物导致水体长时间呈现缺氧状态，自然水体中原生的鱼类及其他生物因缺氧窒息死亡，死亡残体腐败分解后产生大量污染物质，使自然原生生态系统遭到破坏，水体的自我调节能力也几乎丧失。这严重影响了水生态系统的稳定发展。
　　此外，水体一定程度上是农村区域的景观名片，而农村黑臭水体可严重影响农村景观与生态环境。水体出现黑臭现象，将在一定程度上限制农村区域旅游业等产业的发展，阻碍农村地区经济社会的发展。
　　1.1.3水体黑臭的机理
　　黑臭水体的特征包括气味异常、水生生物存活率下降、河流生态系统结构和功能严重恶化（Casadio et al.，2010；Hur and Cho，2012）。目前，水体黑臭的主要原因有：外源污染、沉积物释放产生的内源污染、水体动力条件不足和水体热污染（Fan et al.，2017）。外源污染来源于直接排放的农村生活污水、畜禽粪污、农业面源等。一旦水体吸收了过量的外源性污染物，水中的氨氮（NH3-N）、总磷（total phosphorus，TP）和化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）等污染物浓度变高，而水中的溶解氧（dissolved oxygen，DO）将被快速消耗。水体中DO含量长期不足是引起水体黑臭的直接原因。当DO处于过低水平时，SO2-4作为电子受体，被硫酸盐还原菌（sulfate reducing bacterium，SRB）逐步还原为S2-，铁、锰等金属离子亦被其他微生物还原为Fe2+、Mn2+等还原态离子，底部的S2-与Fe2+、Mn2+等金属离子结合生成的金属硫化物随着水体波动被释放并悬浮于上覆水体，导致水体变黑（Tang et al.，2014；王玉琳等，2018）。同时，大量有机物被厌氧菌分解产生H2S、胺、氨等散发臭味的挥发性小分子化合物，且含硫蛋白质厌氧分解生成的硫醇、硫醚类物质，造成水体散发臭味。水中的一些污染物随着时间积累，通过沉淀或颗粒吸附进入沉积底泥中。同时，在厌氧条件下，沉积物中蓝藻和放线菌等的代谢活动所产生的甲烷、氮气和硫化氢不溶于水（Chen et al.，2010），在上升过程中携带污泥进入水体，使水体发黑。失去生态功能的水体往往流动性差，水流不畅，污泥淤积，水中累积的大量营养物质会导致藻类过度繁殖，使水体自净能力减弱，产生黑臭现象。此外，夏季温度升高，水体整体或局部水温上升，一方面，微生物生命活动加强，使有机污染物的分解速度大大提高，迅速消耗了DO，且水中的DO随着温度的升高而降低（Gao et al.，2014）；另一方面，在较高水温下，SRB活性显著增强，导致水体中更多的SO2-4被还原成S2-，生成H2S气体及FeS、MnS金属硫化物等（Liu et al.，2017），从而造成了水体季节性的黑臭现象。
　　1.2农村黑臭水体定义及识别
　　1.2.1农村黑臭水体定义
　　根据《农村黑臭水体治理工作指南（试行）》，农村黑臭水体是指各县（市、区）行政村（社区等）范围内颜色明显异常或散发浓烈（难闻）气味的水体。
　　1.2.2农村黑臭水体识别
　　2019年印发的《农村黑臭水体治理工作指南（试行）》对农村黑臭水体的排查要求及标准等进行了规定。
　　（1）识别范围
　　行政村内村民主要集聚区适当向外延伸，南方为200～500m，北方为500～1000m区域内的水体，以及村民反映强烈的黑臭水体。对于城乡接合部已列入城市黑臭水体清单的黑臭水体，不再列入。
　　（2）识别标准
　　农村黑臭水体依据水体异味或颜色明显异常（如发黑、发黄、发白等）感官特征进行识别。如果某水体存在异味、颜色明显异常任意一种情况，即视为黑臭水体。
　　对于感官判断有争议的农村水体，有关部门可委托专业机构对水体周边居住村民、商户或随机人群开展问卷调查，进一步判断水体黑臭状况，原则上每个水体的调查问卷有效数量不少于30份，如认为有“黑”或“臭”问题的人数占被调查人数60%以上，则应认定该水体为“黑臭水体”。
　　当开展公众评议有困难时（例如，难以获得不少于30份的有效问卷），通过水质监测判定是否黑臭。水质监测指标包括透明度、溶解氧、氨氮3项指标，指标阈值见表1-1。3项指标中任意1项不达标即为黑臭水体。对西北地区、长江中下游地区等区域含泥沙量较大的水体，当只有透明度指标不达标时，不判定为黑臭水体。表1-1监测指标阈值监测指标指标阈值透明度/cm<25*溶解氧/(mg/L)<2氨氮/（mg/L）＞15*表示水深不足25cm时，透明度按水深的40%取值
　　监测分析方法参见《水和废水监测分析方法（第四版）（增补版）》，透明度**采用黑白盘法或铅字法；溶解氧**采用电化学探头法，便携式溶解氧测定仪技术要求、性能指标等满足国家环境保护标准（HJ 925—2017）；氨氮**纳氏试剂光度法或水杨酸-次氯酸盐光度法。
　　通过水质监测判断时，原则上可沿水体每200～600m间距设置监测点，但每个水体的监测点不少于3个。取样点一般设置于水面下0.5m处，水深不足0.5m时，应设置在水深的二分之一处。
　　1.2.3农村黑臭水体的水质特征
　　黑臭水体具有*特的水质特征，根据我国印发的《农村黑臭水体治理工作指南（试行）》，农村黑臭水体判定的指标为透明度、溶解氧及氨氮。
　　黑臭水体是因过量纳污、超出了水体水环境容量和自净能力而导致水色变黑、变臭的水体。黑臭水体水质通常劣于《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅴ类水质，水体溶解氧浓度一般小于2mg/L。此外，水体组分上，农村黑臭水体的各类水质参数与一般清洁水体的差异较大。评价水体黑臭的核心指标是溶解氧和氨氮浓度，其他可参考的指标包括化学需氧量、总磷、总氮浓度等，这些指标与黑臭水体的相关性都比较大，但是与黑臭的对应关系不如溶解氧和氨氮明显。黑臭水体水质评价的物理指标包括色度、浊度、嗅味等，但是这些指标的测定方法存在比较大的主观性，特别是嗅味，主要是凭借个体的感官认知判断，而且这些指标主要是由于溶解氧、化学需氧量、氨氮、总氮等发生变化后，从而导致感官上的变化。
　　1.3国内外研究进展
　　1.3.1农村黑臭水体的治理技术及措施
　　目前，针对农村黑臭水体的治理技术主要分为控源截污、内源治理、生态修复和水系连通等四类（详见附录）。
　　（1）控源截污
　　控源截污是实质性消除水体黑臭的基本手段。农村黑臭水体控源截污工作主要包括农村生活污水及畜禽养殖粪污等收集治理、农村生活垃圾收集转运、农业面源污染治理等。
　　管网建设是农村生活污水收集的基础与保障。农村区域目前大部分还未铺设管网，已铺设管网的区域也存在收集范围小、收水效果不理想等问题。新建和完善管网收集系统，是确保农村生活污水得到有效处理的关键。此外，部分农村区域建有污水处理站等设施，也有很大一部分农村区域未建设污水处理设施。现有污水处理设施依旧存在出水标准低、运行维护困难等一系列问题。
　　畜禽粪便是造成农村水体黑臭的重要污染源之一。部分农村黑臭水体周边建有畜禽养殖场，存在畜禽粪便直排入河现象。畜禽粪便污染负荷高，对水体污染严重，且恶臭气味大，是农村黑臭水体治理的重点任务之一。建立畜禽粪便收集、转运、处理和回收利用设施能够有效控制畜禽污染入河，也是实现农业废弃物回收利用，建设美丽乡村的重要手段。
　　各类无处堆放、无序排放的生活垃圾是黑臭水体的重要污染源。生活垃圾阻塞水体，滋生蚊蝇，散发恶臭，同时会产生大量的酸性和碱性有机污染物，污染水体。结合农村实际，应合理设置垃圾贮存点、垃圾箱，配置垃圾收运车，推进黑臭水体所在农村生活垃圾治理，建立垃圾收集和转运体系建设，改变河道沿线“脏、乱、差”现象，进一步改善农村人居环境，提升整体形象。
　　农业面源治理是农村黑臭水体治理的一项重要任务。据调研，部分黑臭水体受农田退水等面源污染较为严重。结合农田种植类型，可在黑臭水体汇水范围内建设农业面源氮磷拦截沟（植草沟），植被缓冲带等截留和净化农业面源污染，改善水体水质，提升农村生态景观。
　　（2）内源治理
　　内源治理是农村黑臭水体治理的重要部分。沉积物对外源氮、磷的接纳有一个从汇到源的转化过程，即随着外源污染的不断输入，水体底泥中的有机质、氮、磷等污染物不断积累，并向水中释放。在这种情况下，即使切断了外源污染，内源污染也会在相当长的时间内阻止水质的改善，这也是在黑臭水体治理工作中需要重点考虑的。
　　目前，采用的内源治理技术包括清淤疏浚及强化混凝等。其中，清淤疏浚是*为常见的内源治理技术。它是一种广泛运用于河道黑臭治理的物理技术方法，该方法通过机械工具或人工手段清理出水体中已经受污染的底泥、沉积的固体垃圾等，直接减轻水体中的污染物负荷，从而达到削减水体中污染物的目的。然而，清淤疏浚过程中，不当操作可能会导致底泥中的污染物上浮并扩散至上层水体中，同时由于直接转移了部分水体底泥，可能会导致水体原有生态结构遭破坏而起到相反效果。因此，采取清淤疏浚手段治理农村黑臭水体时，应谨慎评估可能存在的风险并慎重制订治理方案。强化混凝属于化学法，对于污染情况较轻的水体，通过投加化学药剂的方式，将水体中的S2-的重金属化合物置换为不致黑的钙硫化合物，将S2-沉淀于水体底部，达到治理黑臭的目的。然而，强化混凝法虽然可以快速起到黑臭治理效果，但是并未真正将S2-从水体中除去，而是将其转化为不易分解的稳定状态，如果水体在治理后再次遭到污染，这些稳定态的S2-将会再次释放，从而加重污染情况（Zhang et al.，2015）。
　　（3）生态修复
　　生态修复是农村黑臭水体治理的重要手段。生态修复法利用生态技术，人为改变黑臭水体的生态环境，使其初步恢复到被污染前的状态，充分激发水体原有的自我修复功能，主要包括微生物修复法和水生植物修复法。