第48卷第5期2014年10月华中师范大学学报(自然科学版)
)JOURNALOF HUAZHONG NORMALUNIVERSITY(Nat.Sci.
Vol.48No.5
Oct.2014
()文章编号:10001190201405071106---
黑臭水形成的水质和环境条件研究吕佳佳,杨娇艳,廖卫芳,蒋金辉,陈传红,赵 进,杨 劭*
()华中师范大学生命科学学院,武汉430079
摘 要:水体黑臭是城乡普遍的水环境问题,严重影响水体景观和水质安全.揭示高污染水体产生黑臭的具体水质和环境条件阈值,对于水体黑臭预警、预防和治理工作有重要意义.根据黑臭水普
2+
人工自制典型黑臭水,分析了总有机碳、总氮、浓度、温度、溶氧、水深等对黑臭水形成遍特征,Fe
的影响,从水质参数与环境条件两方面分析黑臭水形成的阈值条件.研究结果表明,在本试验条件
2+
///下,当总有机碳≥1总氮≥5浓度≥0温度≥2水深≥050mL,0mL,Fe.2mL,5℃,.9mggg
及厌氧条件时,高污染水体会发生黑臭.关键词:黑臭水;水质;温度;水深;溶解氧中图分类号:X131.2
文献标识码:A
[1]
当水体遭受 水体黑臭是一种生物化学现象,
有机物的好氧分解使水体中耗氧严重有机污染时,
于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(一级B标准.这些研究或指GB18918-2002)
或没有经过模拟实验验证,所以影标选择不全,
响水体黑臭各因素的临界值都亟需进一步的分析研究.
在综合考虑水体黑臭的产生机理及各水体污本文研究了6个影响水体黑臭的染特点的基础上,
2+
、、重要因素,包括总有机碳(总氮(TOC)TN)Fe2+
)、、,浓度(温度(溶氧(和水深(分FeT)DO)Dep)
造成水体缺氧,致使有机物降速率大于复氧速率,
解不完全、速度减缓,厌氧生物降解过程生成硫化氢、胺、氨、硫醇等发臭物质,同时形成FeS、MnS
2]
等黑色物质,使水体发生黑臭[水体黑臭是严重.使水体完全丧失使用功能,并影响的水污染现象,
3]景观以及人类生活和健康[.
国内外前期研究主要集中在水体黑臭成因、致黑臭作用污染物、水体黑臭指数及评价模
45]-
,型等方面[对于什么程度的污水在什么条件
析实验室模拟条件下水体黑臭形成的水质和环境条件.为阐明水体黑臭成因、过程、机制提供重要为高污染水体黑臭的预警与预防提供关键依据,参数.
下将形成黑臭水,即发生黑臭的水质和环境阈因此对于可能黑臭的高风值条件的研究不多,
险污染水体未能及时采取有效预防应对措施.目前在河道黑臭评价中常用的指标主要有溶解,,,氨氮(总磷(化学需氧氧(DO)NH3-N)TP),,,量(五日生化需氧量(温度(COD)BODT)5)
2+2+6]
浓度和Mn胡国臣[等通过Fe 浓度等指标.对黑臭水体调查,总结出黑臭水的临界指标为:
1材料与方法
1.1黑臭水菌群
"采集武汉市巡司河天然黑臭水样(30°31'28"E),采集后的样品立即冷藏运回实N,114°18'6
,验室,经中速滤纸过滤,将滤液静置2h上清液为黑臭水混合菌液,于4℃下无菌锥形瓶中保存备用.1.2试验方法
1.2.1黑臭水形成条件的单因素试验 在自制人
//工黑臭水(配方:淀粉402mL,尿素107mL,gg//NaPO0mL,KH2PO0mL,CaClgg2H45412
/色阈值)水相中CH(=21.5、DO=1.8mL、g
2-
/还原菌数=2SO000个/L、BOD14mL. g45=
7]
程江等[提出上海中心城区中小河道黑臭水体
/预测和评价指标的控制要求:DO≥2mL,g
//CODMn≤15mL,BOD0mL,NH3-N≤gg5≤2//而以上水质参数相当8mL,TP≤0.8mL,gg
收稿日期:20140320.--
););基金项目:武汉市科技计划项目(国家水体污染控制与治理科技重大专项(华中师2007604231642008ZX07211003-
)范大学中央高校科研基本业务费专项(CCNU09A01027.
:E-mailmranshao26.com.*通讯联系人.@1yg
///基础89mL,MSO0mL,FeCl.5mL)gggg4531
]1,810-上,根据文献[报道,设定本试验各因子及其参2+
、对T数范围,OC、TN、FeT、DO和De5个单因p
2结果与分析
2.1不同水质条件对黑臭水形成的影响
2.1.1总有机碳对黑臭水形成的影响 设置水样
/TOC梯度为0,50,100,150,200mL,TN为g
2+
//为0通氮密闭处理50mL,Fe.5mL,28℃,gg
),研究结果发现,除对照外(黑臭均接近为010d.0
,,,素设置不同梯度,TOC浓度梯度为050100,/,,,,150200mL;TN浓度梯度为0255075g
2+
/,,,,浓度梯度依次为0100mL;Fe0.10.20.3g/,,,,温度梯度为10.4mL;520252830℃;DOg
条件为通氮密闭,敞口振荡,敞口静置;Dep条件为,,,,0.30.60.91.21.5m.所有水样均接种已制备好的混合菌液1m每个处理设3个重复,培养L,、每隔1d测定其色阈值(臭时间为10~12d.CH)
[7,10]
阈值(OT).
[1]12-
,1.2.2测定方法 CH测定用三刺激值法1
》水与废水监测分析方法(第四版)OT测定按照《
13]
中臭阈值法[黑臭水临界判断标准CH为.
[4][5]
,21.51OT为151.
OT均随时间的延长而~6d内其他各水样的CH、
各水样的CH变化均趋于缓慢,增大,6d后,OT)则急剧增大(图1这说明碳源是黑臭形成的必要.
]1415-
条件.根据黑臭临界指标[判定,当TOC≤
/当T100mL时水样不会形成黑臭水.OC为g
/150mL时,4d后水样达到黑臭水色阈值标准,g6d后达到黑臭水臭阈值标准.在TOC为/色阈值和臭阈值达标更快,分别200mL条件下,g为3d和4d本实验结果表明,黑臭水形成的总有.
/机碳条件为T此时水样COC≥150mL,ODcrg//约290mL,CN为3∶1
.g
1.2.3数据统计与分析 所有数据用GrahPad pPrism5软件进行统计分析.
图1 不同总有机碳浓度下水样的色阈值(和臭阈值(变化A)B)
Fi.1 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentTOClevels ggp
2.1.2总氮对黑臭水形成的影响 水样中TN梯
/度为0,25,50,75,100mL,TOC为g
2+
//为0通氮密闭处200mL,Fe.5mL,28℃,gg
与T除对理10d.研究结果发现,OC的影响相似,
2+
浓度对黑臭水形成的影响 水样中2.1.3Fe
2+
//浓度梯TOC为200mL,TN为50mL,Fegg
/度为0,通氮密0.1,0.2,0.3,0.4mL,28℃,g研究结果见图3,除对照组外,其他各闭处理10d.
2+
浓度增大和试验时间的水样的CH、OT均随Fe
延长而增大.对照组不产生臭味,但色阈值有一定
,黑臭均接近为0)在0~6d其他各水样的照外(
各水样的CH、OT均随时间的延长而增大,6d后,
图2)这说CH变化均趋于缓慢,OT则急剧增大(.明氮源也是黑臭形成的必要条件.根据黑臭临界指/在TN≤2标判定,5mL时水样不会发生黑臭.g/在TN为50和75mL的条件下,4d后水样色g阈值达标,且黑臭程度相当.当6d后臭阈值达标,/TN为100mL时,8d后水样色阈值达标,10dg
后臭阈值达标,黑臭形成时间延长(图2)本实验.结果表明,水样黑臭的总有机氮条件为TN
/0mL.≥5g
增大,说明水中有其他不含铁的色素物质产生.该
2+
结果表明铁能促进黑臭的形成,而且F是臭味e2+
根据黑臭临界指标判定,为产生的必要条件.Fe2+
/在F为0和0.1mL时不会形成黑臭水.eg//0.2mL和0.3mL条件下,6d水样色阈值达gg
2+
/在F为0黑臭形标,7d臭阈值达标.e.4mL时,g
成更快,本实3d水样色阈值达标,6d臭阈值达标.
2+2+
验结果表明黑臭水形成的F浓度条件为Fee≥
/0.2mL.g
图2 不同总氮浓度下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.2 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentTNlevel
s ggp
2+
图3 不同F浓度下水样色阈值(和臭阈值(的变化eA)B)
2+
Fi.3 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentFelevels ggp
2.2不同环境因子对黑臭水形成的影响
2.2.1温度对黑臭水形成的影响 水样中TOC
2+
///为2为000mL,TN为50mL,Fe.5mL,ggg通氮密闭处理T梯度为15,20,25,28,30℃,研究结果表明,除1其他各水样10d.5℃条件外,的CH、图OT均随温度升高和时间的延长而增大()水样不产生臭味,色度也没有变化,说4.15℃时,明适宜的温度能促进黑臭水形成,温度是黑臭形成
的必要条件.根据黑臭临界指标判定,15℃下不会形成黑臭水;但20℃下10d水样色阈值达标,因此试验中未能形成黑臭水.在2OT很小,5~
都能形成黑臭水,且温度越高,黑臭30℃条件下,
水形成越快.因此黑臭水形成的温度条件为T≥25℃.
2.2.2溶氧对黑臭水形成的影响 水样中TOC
2+
///为2为000mL,TN为50mL,Fe.5mL
,ggg
图4 不同温度条件下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.4 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferenttemerature ggpp
敞口振荡,敞口静置,DO条件为通氮密闭,28℃处理1结果见图5,在3种溶氧条件下水样CH0d.均随时间的延长而增大,但仅在厌氧条件下(通氮密闭)水样才产生臭味,说明厌氧是臭味产生的必根据黑臭临界指标判定,在通氮密闭(厌要条件.
条件下,虽然在敞口振荡氧)5d后形成黑臭水.(好氧)和敞口静置(先好氧后厌氧)条件下不产生臭味,但是1由此可见,黑臭水形0d色阈值达标.成的DO条件为厌氧
.
图5 不同溶氧水平下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.5 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentDOlevels ggp
2.2.3水深对黑臭水形成的影响 水样中TOC
2+
///为2为000mL,TN为50mL,Fe.5mL,ggg敞De.3,0.6,0.9,1.2,1.5m,28℃,p条件为0
口静置处理1研究结果表明,2d.0.3m水深下未产生臭味,8d后水样CH急剧增加.0.6~1.2m水深条件下,水样CH在6d后开始增大,OT在水样CH6~8d后开始增大.1.5m水深条件下,在2d后开始增大,图6)OT在4d后开始增大(.这可能是由于水样中溶氧的影响,而水深是溶氧
的直接影响因素,水深越大水中溶氧越少,有机物分解先消耗掉溶氧,造成厌氧环境,水样才能形成黑臭,这与前面溶氧的实验结论一致.根据黑臭临界指标判定,本试验在0.3m和0.6m水臭阈值未达标,因此不形成黑臭水.在0深下,.9水深越大黑臭水.5m水深下能形成黑臭水,~1
形成越快,本试验中黑臭水形成的水深条件为De.9
m.p≥0
图6 不同水深条件下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.6 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentdeth ggpp
3讨论
因过度污染排放而引起水体黑臭的现象在在人口聚集区黑臭水散发恶臭、我国十分常见,
滋生蚊蝇,成为十分严重的环境问题,因此黑臭水评价、成因以及治理方法研究具有重要社会意
23,910,15]--
义[尽管国内外已有大量文献对水体黑.
臭成因、致黑臭作用污染物、水体黑臭指数及评价模型等进行研究,但污染水体发生黑臭的具体水质参数和环境条件阈值尚不十分明确,而这些预防和治信息的了解对于水体的黑臭发生预警、
理均有明显的应用价值.在水体黑臭的产生机理、水体污染特点及国内外前期研究基础上,本
2+
、研究筛选了TOC、TN、FeT、DO和De6个条p
件,在实验室模拟条件下从水质参数与环境条件两方面较全面地分析黑臭水形成的阈值条件,对于高污染水体形成黑臭的预防具有普遍的参考价值.
在黑臭水形成的水质因素方面:OC和①T图1和图2)形TN都是黑臭水形成的必要条件(.
成黑臭水的有机污染物需达到://水样CTOC≥150mL,TN≥50mL(ODcrgg//约290mL,CN为3∶1).但是当TN≥g/黑臭程度和速度反而降低(图2)100mL时,.这g可能是由于TN过高时,需要先经过硝化反硝化等作用降低TN,以达到黑臭水形成的阈值范围才能
2+9]
,浓度不仅与色度有关[还发生黑臭.②水中Fe2+
与臭度有关,是水体臭味产生的必要条件(图Fe2+),这可能与F参与部分厌氧微生物代谢过程3e
2+
/有关.当水体中F水样Ce.2mL(ODcr约≥0g
本研究确定了引起水体黑臭的关键水质和环境参数的临界值,可以方便和快捷地应用在水体的黑臭发生预警、预防中.但研究中同时发现其他一、/些指标如CODcrCN等对黑臭水的形成也有重
所以在进一步的实验中需要完善影响指要影响,
另外由于有时大部分指标超过阈值,而单个指标.
标不达标也会引起水体黑臭,因此需要进一步研究在单个指标临界值的基础上建立多个指标的综合临界标准.参考文献:
[]:1azaroTR.Urbanhdroloamultidiscilinarersec L -ygypypp
[,MtiveM].AnnArborich.:AnnArborSciencePublish -,ers1979.
[]2 应太林,张国莹,吴芯芯,等.苏州河水体黑臭机理及底质
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[]]4J. 于玉彬,黄 勇.城市河流黑臭原因及机理的研究进展[
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[]5 刘 成,胡湛波,郝晓明,等.城市河道黑臭评价模型研究
]进展[自然科学版,J.华东师范大学学报:2011,1:4354.-[]]6J.上海环 胡国臣,王 忠.预防水体黑臭的水质指标研究[
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]():评价关键指标研究[J.中国给水排水,2006,2291822.-[]8 王英才,刘永定,郝宗杰,等.上海市几条黑臭河道治理效
]():果的比较与分析[J.水生生物学报,2009,332355359.-[]9 李伟杰,汪永辉.铁离子在水体中价态的转化及其与河道黑
]():臭的关系[J.净水技术,2007,2623537.-
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法及应用[M].北京:海洋出版社.1990.
[]17oodS,WilliamST,WhiteW R,etal.Factorsinfluen W -
eosminroductioncinbaStretomceteandtheirrele -ggpypy ]vancetotheoccurrenceofearthltaintsinreservoirs[J. y ,WaterScienceTechnolo1983,15:191198. -gy
//,即可形成黑臭水,大部365mL,CN为4∶1)g
2+
分水体铁元素均满足此条件,因此F不是黑臭e水形成的限制因素.③S与水体的黑臭紧密相关,但因为发臭物质的嗅阈值极低(0.05~/而一般污染水体通常S含量丰富,0.1μL),g
当水体中有机污染物总量达到黑臭阈值时,硫的水因此S不是黑臭水形成的限制因素平是过量的,(文中未研究).
在黑臭水形成的环境条件方面:①温度是黑臭形成的必要条件.温度25℃以上才能形成黑臭水,,越高,黑臭程度和速度越大(图4)这可能是由于适宜的水中厌氧微生物的最适生长温度在此范围,
[7]
也温度加强微生物的代谢活动所致.Wood等1
[16]
河流一曾指出水体温度低于8℃和高于35℃时,般不产生黑臭,因为在这个温度段内放线菌分解有机污染物,产生乔司眯的活动受到抑制,而在25河流的黑臭也达到最℃时放线菌的繁殖达到最高,
大.仅在厌氧条件O是臭味产生的必要条件,②D下能形成黑臭(图5)硫醇.这可能是因为硫化氢、等臭味物质,都是在厌氧条FeS、MnS等黑色物质,件下厌氧微生物代谢所产生
.如厌氧条件下由
厌氧菌作厌氧放线菌分泌产生的土臭素和异茨醇;
[15]
用下产生的硫化氢、氨、硫醇等;在硫酸盐还原菌等还原下生成FeS等.③水深主要是通过影响水体
溶氧水平来间接影响黑臭水的形成,在本研究中,),水深≥0图6该结果意.9m时才能形成黑臭水(味着黑臭水体可通过降低水深加快黑臭指标尤其是臭味的改善.
ualitStudonthewaterandenvironmentalconditions qyy
oftheformationofblackodorouswater -
,,,,,,LVJiaiaYANGJiaoanLIAO WeifanJIANGJinhuiCHENChuanhonZHAOJinYANGShao jygg
(,H,Wu)ColleeofLifeScienceuazhonNormalUniversithan430079 ggy
:roblemAbstractTheblackandodorouswaterbodisacommonenvironmentalinur -py
,banandruralareasoverchinawhichisdetrimentaltoaestheticsofwaterbodandwa -y tersafet.Elucidatinthethresholdsofwaterandenvironmentalconditionsthatualit ygqy
,causeollutedwaterbecominblackandodorousisimortantforthewarninreven -pgpgp ,tionandcontrolofblackodorwaterbodies.Inthistheticalblackodorwateraer - - yppprearedwasaccordintothecharacteristicsofblackodorwater.Theeffectsofwater - ppg
2+
,,,ualitandenvironmentalconditionse..totaloraniccarbontotalnitroen,Fe qyggg dissolvedoxen,temeratureandwaterdeth,ontheformationofblackodorouswa - -ygppterwereinvestiated.Theresultsshowedthatinthisexerimenttheconditionsforthe gp
/formationofblackodorouswateraretotaloraniccarbon≥150mL,totalnitroen - ggg//0mL,Fe≥0.2mL,temerature≥25℃,waterdeth≥0.9mandanae≥5 -ggpp
2+
robiccondition.
:b;w;;wualitKewordslackandodorouswateratertemeratureaterdeth;dis -qyppy solvedoxen yg
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第672页)
analsinthefilteredsinalswithPronalorithm.Amonthem,theimrovedPron yggyggpy methodwilldeterminetheeffectiveorderwiththemethodofnormalizedsinularvalue. gThemethodisusedforanalsisoftestsinalsandtheoscillationsinalsofIEEE4ma -ygg
chinesstem,andcomaredwiththePronanalsisbasedontraditionalfuzzfilter. ypyyy ,Theresultshowthatwecanstillobtaintheidentificationofthedominantmodesoflow
,freuencoscillationrelativelreciseinthenoisenvironmentandverifthefeasibili -qyypyy tandeffectiveness. y
:;;;KewordsFIREfilterinlowfreuencoscillationidentificationimrovedPronal -gqypyy orithmg
第48卷第5期2014年10月华中师范大学学报(自然科学版)
)JOURNALOF HUAZHONG NORMALUNIVERSITY(Nat.Sci.
Vol.48No.5
Oct.2014
()文章编号:10001190201405071106---
黑臭水形成的水质和环境条件研究吕佳佳,杨娇艳,廖卫芳,蒋金辉,陈传红,赵 进,杨 劭*
()华中师范大学生命科学学院,武汉430079
摘 要:水体黑臭是城乡普遍的水环境问题,严重影响水体景观和水质安全.揭示高污染水体产生黑臭的具体水质和环境条件阈值,对于水体黑臭预警、预防和治理工作有重要意义.根据黑臭水普
2+
人工自制典型黑臭水,分析了总有机碳、总氮、浓度、温度、溶氧、水深等对黑臭水形成遍特征,Fe
的影响,从水质参数与环境条件两方面分析黑臭水形成的阈值条件.研究结果表明,在本试验条件
2+
///下,当总有机碳≥1总氮≥5浓度≥0温度≥2水深≥050mL,0mL,Fe.2mL,5℃,.9mggg
及厌氧条件时,高污染水体会发生黑臭.关键词:黑臭水;水质;温度;水深;溶解氧中图分类号:X131.2
文献标识码:A
[1]
当水体遭受 水体黑臭是一种生物化学现象,
有机物的好氧分解使水体中耗氧严重有机污染时,
于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(一级B标准.这些研究或指GB18918-2002)
或没有经过模拟实验验证,所以影标选择不全,
响水体黑臭各因素的临界值都亟需进一步的分析研究.
在综合考虑水体黑臭的产生机理及各水体污本文研究了6个影响水体黑臭的染特点的基础上,
2+
、、重要因素,包括总有机碳(总氮(TOC)TN)Fe2+
)、、,浓度(温度(溶氧(和水深(分FeT)DO)Dep)
造成水体缺氧,致使有机物降速率大于复氧速率,
解不完全、速度减缓,厌氧生物降解过程生成硫化氢、胺、氨、硫醇等发臭物质,同时形成FeS、MnS
2]
等黑色物质,使水体发生黑臭[水体黑臭是严重.使水体完全丧失使用功能,并影响的水污染现象,
3]景观以及人类生活和健康[.
国内外前期研究主要集中在水体黑臭成因、致黑臭作用污染物、水体黑臭指数及评价模
45]-
,型等方面[对于什么程度的污水在什么条件
析实验室模拟条件下水体黑臭形成的水质和环境条件.为阐明水体黑臭成因、过程、机制提供重要为高污染水体黑臭的预警与预防提供关键依据,参数.
下将形成黑臭水,即发生黑臭的水质和环境阈因此对于可能黑臭的高风值条件的研究不多,
险污染水体未能及时采取有效预防应对措施.目前在河道黑臭评价中常用的指标主要有溶解,,,氨氮(总磷(化学需氧氧(DO)NH3-N)TP),,,量(五日生化需氧量(温度(COD)BODT)5)
2+2+6]
浓度和Mn胡国臣[等通过Fe 浓度等指标.对黑臭水体调查,总结出黑臭水的临界指标为:
1材料与方法
1.1黑臭水菌群
"采集武汉市巡司河天然黑臭水样(30°31'28"E),采集后的样品立即冷藏运回实N,114°18'6
,验室,经中速滤纸过滤,将滤液静置2h上清液为黑臭水混合菌液,于4℃下无菌锥形瓶中保存备用.1.2试验方法
1.2.1黑臭水形成条件的单因素试验 在自制人
//工黑臭水(配方:淀粉402mL,尿素107mL,gg//NaPO0mL,KH2PO0mL,CaClgg2H45412
/色阈值)水相中CH(=21.5、DO=1.8mL、g
2-
/还原菌数=2SO000个/L、BOD14mL. g45=
7]
程江等[提出上海中心城区中小河道黑臭水体
/预测和评价指标的控制要求:DO≥2mL,g
//CODMn≤15mL,BOD0mL,NH3-N≤gg5≤2//而以上水质参数相当8mL,TP≤0.8mL,gg
收稿日期:20140320.--
););基金项目:武汉市科技计划项目(国家水体污染控制与治理科技重大专项(华中师2007604231642008ZX07211003-
)范大学中央高校科研基本业务费专项(CCNU09A01027.
:E-mailmranshao26.com.*通讯联系人.@1yg
///基础89mL,MSO0mL,FeCl.5mL)gggg4531
]1,810-上,根据文献[报道,设定本试验各因子及其参2+
、对T数范围,OC、TN、FeT、DO和De5个单因p
2结果与分析
2.1不同水质条件对黑臭水形成的影响
2.1.1总有机碳对黑臭水形成的影响 设置水样
/TOC梯度为0,50,100,150,200mL,TN为g
2+
//为0通氮密闭处理50mL,Fe.5mL,28℃,gg
),研究结果发现,除对照外(黑臭均接近为010d.0
,,,素设置不同梯度,TOC浓度梯度为050100,/,,,,150200mL;TN浓度梯度为0255075g
2+
/,,,,浓度梯度依次为0100mL;Fe0.10.20.3g/,,,,温度梯度为10.4mL;520252830℃;DOg
条件为通氮密闭,敞口振荡,敞口静置;Dep条件为,,,,0.30.60.91.21.5m.所有水样均接种已制备好的混合菌液1m每个处理设3个重复,培养L,、每隔1d测定其色阈值(臭时间为10~12d.CH)
[7,10]
阈值(OT).
[1]12-
,1.2.2测定方法 CH测定用三刺激值法1
》水与废水监测分析方法(第四版)OT测定按照《
13]
中臭阈值法[黑臭水临界判断标准CH为.
[4][5]
,21.51OT为151.
OT均随时间的延长而~6d内其他各水样的CH、
各水样的CH变化均趋于缓慢,增大,6d后,OT)则急剧增大(图1这说明碳源是黑臭形成的必要.
]1415-
条件.根据黑臭临界指标[判定,当TOC≤
/当T100mL时水样不会形成黑臭水.OC为g
/150mL时,4d后水样达到黑臭水色阈值标准,g6d后达到黑臭水臭阈值标准.在TOC为/色阈值和臭阈值达标更快,分别200mL条件下,g为3d和4d本实验结果表明,黑臭水形成的总有.
/机碳条件为T此时水样COC≥150mL,ODcrg//约290mL,CN为3∶1
.g
1.2.3数据统计与分析 所有数据用GrahPad pPrism5软件进行统计分析.
图1 不同总有机碳浓度下水样的色阈值(和臭阈值(变化A)B)
Fi.1 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentTOClevels ggp
2.1.2总氮对黑臭水形成的影响 水样中TN梯
/度为0,25,50,75,100mL,TOC为g
2+
//为0通氮密闭处200mL,Fe.5mL,28℃,gg
与T除对理10d.研究结果发现,OC的影响相似,
2+
浓度对黑臭水形成的影响 水样中2.1.3Fe
2+
//浓度梯TOC为200mL,TN为50mL,Fegg
/度为0,通氮密0.1,0.2,0.3,0.4mL,28℃,g研究结果见图3,除对照组外,其他各闭处理10d.
2+
浓度增大和试验时间的水样的CH、OT均随Fe
延长而增大.对照组不产生臭味,但色阈值有一定
,黑臭均接近为0)在0~6d其他各水样的照外(
各水样的CH、OT均随时间的延长而增大,6d后,
图2)这说CH变化均趋于缓慢,OT则急剧增大(.明氮源也是黑臭形成的必要条件.根据黑臭临界指/在TN≤2标判定,5mL时水样不会发生黑臭.g/在TN为50和75mL的条件下,4d后水样色g阈值达标,且黑臭程度相当.当6d后臭阈值达标,/TN为100mL时,8d后水样色阈值达标,10dg
后臭阈值达标,黑臭形成时间延长(图2)本实验.结果表明,水样黑臭的总有机氮条件为TN
/0mL.≥5g
增大,说明水中有其他不含铁的色素物质产生.该
2+
结果表明铁能促进黑臭的形成,而且F是臭味e2+
根据黑臭临界指标判定,为产生的必要条件.Fe2+
/在F为0和0.1mL时不会形成黑臭水.eg//0.2mL和0.3mL条件下,6d水样色阈值达gg
2+
/在F为0黑臭形标,7d臭阈值达标.e.4mL时,g
成更快,本实3d水样色阈值达标,6d臭阈值达标.
2+2+
验结果表明黑臭水形成的F浓度条件为Fee≥
/0.2mL.g
图2 不同总氮浓度下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.2 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentTNlevel
s ggp
2+
图3 不同F浓度下水样色阈值(和臭阈值(的变化eA)B)
2+
Fi.3 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentFelevels ggp
2.2不同环境因子对黑臭水形成的影响
2.2.1温度对黑臭水形成的影响 水样中TOC
2+
///为2为000mL,TN为50mL,Fe.5mL,ggg通氮密闭处理T梯度为15,20,25,28,30℃,研究结果表明,除1其他各水样10d.5℃条件外,的CH、图OT均随温度升高和时间的延长而增大()水样不产生臭味,色度也没有变化,说4.15℃时,明适宜的温度能促进黑臭水形成,温度是黑臭形成
的必要条件.根据黑臭临界指标判定,15℃下不会形成黑臭水;但20℃下10d水样色阈值达标,因此试验中未能形成黑臭水.在2OT很小,5~
都能形成黑臭水,且温度越高,黑臭30℃条件下,
水形成越快.因此黑臭水形成的温度条件为T≥25℃.
2.2.2溶氧对黑臭水形成的影响 水样中TOC
2+
///为2为000mL,TN为50mL,Fe.5mL
,ggg
图4 不同温度条件下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.4 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferenttemerature ggpp
敞口振荡,敞口静置,DO条件为通氮密闭,28℃处理1结果见图5,在3种溶氧条件下水样CH0d.均随时间的延长而增大,但仅在厌氧条件下(通氮密闭)水样才产生臭味,说明厌氧是臭味产生的必根据黑臭临界指标判定,在通氮密闭(厌要条件.
条件下,虽然在敞口振荡氧)5d后形成黑臭水.(好氧)和敞口静置(先好氧后厌氧)条件下不产生臭味,但是1由此可见,黑臭水形0d色阈值达标.成的DO条件为厌氧
.
图5 不同溶氧水平下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.5 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentDOlevels ggp
2.2.3水深对黑臭水形成的影响 水样中TOC
2+
///为2为000mL,TN为50mL,Fe.5mL,ggg敞De.3,0.6,0.9,1.2,1.5m,28℃,p条件为0
口静置处理1研究结果表明,2d.0.3m水深下未产生臭味,8d后水样CH急剧增加.0.6~1.2m水深条件下,水样CH在6d后开始增大,OT在水样CH6~8d后开始增大.1.5m水深条件下,在2d后开始增大,图6)OT在4d后开始增大(.这可能是由于水样中溶氧的影响,而水深是溶氧
的直接影响因素,水深越大水中溶氧越少,有机物分解先消耗掉溶氧,造成厌氧环境,水样才能形成黑臭,这与前面溶氧的实验结论一致.根据黑臭临界指标判定,本试验在0.3m和0.6m水臭阈值未达标,因此不形成黑臭水.在0深下,.9水深越大黑臭水.5m水深下能形成黑臭水,~1
形成越快,本试验中黑臭水形成的水深条件为De.9
m.p≥0
图6 不同水深条件下水样色阈值(和臭阈值(的变化A)B)
Fi.6 ThechanesofCH(A)andOT(B)ofwatersamlesunderdifferentdeth ggpp
3讨论
因过度污染排放而引起水体黑臭的现象在在人口聚集区黑臭水散发恶臭、我国十分常见,
滋生蚊蝇,成为十分严重的环境问题,因此黑臭水评价、成因以及治理方法研究具有重要社会意
23,910,15]--
义[尽管国内外已有大量文献对水体黑.
臭成因、致黑臭作用污染物、水体黑臭指数及评价模型等进行研究,但污染水体发生黑臭的具体水质参数和环境条件阈值尚不十分明确,而这些预防和治信息的了解对于水体的黑臭发生预警、
理均有明显的应用价值.在水体黑臭的产生机理、水体污染特点及国内外前期研究基础上,本
2+
、研究筛选了TOC、TN、FeT、DO和De6个条p
件,在实验室模拟条件下从水质参数与环境条件两方面较全面地分析黑臭水形成的阈值条件,对于高污染水体形成黑臭的预防具有普遍的参考价值.
在黑臭水形成的水质因素方面:OC和①T图1和图2)形TN都是黑臭水形成的必要条件(.
成黑臭水的有机污染物需达到://水样CTOC≥150mL,TN≥50mL(ODcrgg//约290mL,CN为3∶1).但是当TN≥g/黑臭程度和速度反而降低(图2)100mL时,.这g可能是由于TN过高时,需要先经过硝化反硝化等作用降低TN,以达到黑臭水形成的阈值范围才能
2+9]
,浓度不仅与色度有关[还发生黑臭.②水中Fe2+
与臭度有关,是水体臭味产生的必要条件(图Fe2+),这可能与F参与部分厌氧微生物代谢过程3e
2+
/有关.当水体中F水样Ce.2mL(ODcr约≥0g
本研究确定了引起水体黑臭的关键水质和环境参数的临界值,可以方便和快捷地应用在水体的黑臭发生预警、预防中.但研究中同时发现其他一、/些指标如CODcrCN等对黑臭水的形成也有重
所以在进一步的实验中需要完善影响指要影响,
另外由于有时大部分指标超过阈值,而单个指标.
标不达标也会引起水体黑臭,因此需要进一步研究在单个指标临界值的基础上建立多个指标的综合临界标准.参考文献:
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eosminroductioncinbaStretomceteandtheirrele -ggpypy ]vancetotheoccurrenceofearthltaintsinreservoirs[J. y ,WaterScienceTechnolo1983,15:191198. -gy
//,即可形成黑臭水,大部365mL,CN为4∶1)g
2+
分水体铁元素均满足此条件,因此F不是黑臭e水形成的限制因素.③S与水体的黑臭紧密相关,但因为发臭物质的嗅阈值极低(0.05~/而一般污染水体通常S含量丰富,0.1μL),g
当水体中有机污染物总量达到黑臭阈值时,硫的水因此S不是黑臭水形成的限制因素平是过量的,(文中未研究).
在黑臭水形成的环境条件方面:①温度是黑臭形成的必要条件.温度25℃以上才能形成黑臭水,,越高,黑臭程度和速度越大(图4)这可能是由于适宜的水中厌氧微生物的最适生长温度在此范围,
[7]
也温度加强微生物的代谢活动所致.Wood等1
[16]
河流一曾指出水体温度低于8℃和高于35℃时,般不产生黑臭,因为在这个温度段内放线菌分解有机污染物,产生乔司眯的活动受到抑制,而在25河流的黑臭也达到最℃时放线菌的繁殖达到最高,
大.仅在厌氧条件O是臭味产生的必要条件,②D下能形成黑臭(图5)硫醇.这可能是因为硫化氢、等臭味物质,都是在厌氧条FeS、MnS等黑色物质,件下厌氧微生物代谢所产生
.如厌氧条件下由
厌氧菌作厌氧放线菌分泌产生的土臭素和异茨醇;
[15]
用下产生的硫化氢、氨、硫醇等;在硫酸盐还原菌等还原下生成FeS等.③水深主要是通过影响水体
溶氧水平来间接影响黑臭水的形成,在本研究中,),水深≥0图6该结果意.9m时才能形成黑臭水(味着黑臭水体可通过降低水深加快黑臭指标尤其是臭味的改善.
ualitStudonthewaterandenvironmentalconditions qyy
oftheformationofblackodorouswater -
,,,,,,LVJiaiaYANGJiaoanLIAO WeifanJIANGJinhuiCHENChuanhonZHAOJinYANGShao jygg
(,H,Wu)ColleeofLifeScienceuazhonNormalUniversithan430079 ggy
:roblemAbstractTheblackandodorouswaterbodisacommonenvironmentalinur -py
,banandruralareasoverchinawhichisdetrimentaltoaestheticsofwaterbodandwa -y tersafet.Elucidatinthethresholdsofwaterandenvironmentalconditionsthatualit ygqy
,causeollutedwaterbecominblackandodorousisimortantforthewarninreven -pgpgp ,tionandcontrolofblackodorwaterbodies.Inthistheticalblackodorwateraer - - yppprearedwasaccordintothecharacteristicsofblackodorwater.Theeffectsofwater - ppg
2+
,,,ualitandenvironmentalconditionse..totaloraniccarbontotalnitroen,Fe qyggg dissolvedoxen,temeratureandwaterdeth,ontheformationofblackodorouswa - -ygppterwereinvestiated.Theresultsshowedthatinthisexerimenttheconditionsforthe gp
/formationofblackodorouswateraretotaloraniccarbon≥150mL,totalnitroen - ggg//0mL,Fe≥0.2mL,temerature≥25℃,waterdeth≥0.9mandanae≥5 -ggpp
2+
robiccondition.
:b;w;;wualitKewordslackandodorouswateratertemeratureaterdeth;dis -qyppy solvedoxen yg
檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪檪(上接第672页)
analsinthefilteredsinalswithPronalorithm.Amonthem,theimrovedPron yggyggpy methodwilldeterminetheeffectiveorderwiththemethodofnormalizedsinularvalue. gThemethodisusedforanalsisoftestsinalsandtheoscillationsinalsofIEEE4ma -ygg
chinesstem,andcomaredwiththePronanalsisbasedontraditionalfuzzfilter. ypyyy ,Theresultshowthatwecanstillobtaintheidentificationofthedominantmodesoflow
,freuencoscillationrelativelreciseinthenoisenvironmentandverifthefeasibili -qyypyy tandeffectiveness. y
:;;;KewordsFIREfilterinlowfreuencoscillationidentificationimrovedPronal -gqypyy orithmg