受工业废水影响的城市河道部分特征及治理建议_刘超.pdf

地球科学与环境工程河南科技Henan Science and Technology总第802期第8期2023年4月受工业废水影响的城市河道部分特征及治理建议刘超谢雷（中国一冶集团有限公司，湖北武汉430000）摘要：【目的目的】消除河道治理过程中由于各种原因进入到河道中的工业废水对水生态环境的影响，实现目标水质的稳定。【方法方法】通过归纳治理过程中存在的问题，分析工业废水进入城市河道中的危害，并提出相关治理建议。【结果结果】通过先截污再分流、内源治理、构建良好的水下生态环境等多种方式相结合，有助于恢复水体的自净能力，实现良好的治理效果。【结论结论】工业废水进入河道后因其成分的复杂性极大地损害了河道生态，对工业废水入河的治理应实行先短期后长期的方式，通过源头治理和后期控制方可实现河道水质长期的稳定达标。关键词：工业废水；河道治理；生态修复；内源治理中图分类号：X522文献标志码：A文章编号：1003-5168（2023）08-0112-05DOI：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2023.08.023Some Characteristics of Urban Rivers Affected by Industrial Wastewater and Suggestions for TreatmentLIU ChaoXIE Lei(China First Metallurgical Group Co.,Ltd.,Wuhan 430000,China)Abstract:Purposes To eliminate the impact of industrial wastewater entering the river channel for various reasons on the water ecological environment in the process of river treatment,and to ensure the quality of the target water.Methods Through summarizing the problems existing in the treatment process,this paper analyzes the hazards of industrial waste water entering urban rivers and then gives some treatment suggestions.Findings Through the combination of interception and then diversion,endogenoustreatment,and construction of a good underwater ecological environment,the self-purification capacityof the water body was restored and a good treatment effect was achieved.Conclusions After the industrial wastewater enters the river,the river ecology is greatly damaged due to the complexity of its components.The treatment of industrial wastewater entering the river should be carried out in a short-term andthen long-term manner.The long-term stability of river water quality can be achieved through sourcecontrol and later control.Keywords:industrial wastewater;river course management;ecological restoration;Endogenous governance0引言城市河道是城市生态系统的重要组成部分，为城市生活提供各种必需的功能，例如水源利用，景观开发和水文文化等，健康的城市水环境是城市可持续发展的重要保障1。近年来，随着我国经济的发展，城市的人口规模持续扩大，城市基础设施的承载力日益不足，部收稿日期：2022-10-08作者简介：刘超（1995），男，硕士，工程师，研究方向：水生态修复与治理。第8期113分工业污染物随着以前的合流管道进入城市河道，使城市河道受到了一定程度的污染，破坏了河道生态。截至目前，含有各种污染物的工业废水污染已被认为是最持久的环境问题之一，大量工业废水一旦排放到自然河道中，将对生态系统造成严重危害2。全国各地在河道治理工作中投入了大量的人力、物力、财力，但受河道周边区域污水管网规划以及周边地块开发建设等情况限制，对废水实行彻底截污比较困难，目前很多地区入河排污口都是一堵了之，但久而久之仍会出现污水外流等情况。城市河道治理是一项长久性的工程，对污水的排放需要合理的控制和干预。基于此，本研究从实际出发，分析工业废水进入河道后的治理问题、治理难点，并提出相关建议。1工业废水污染河道的主要特征1.1河道受工业废水污染背景由于部分城市污水收集系统不完善，存在雨污混流等情况，部分未经处理的生活污水、工业废水直接进入河道，导致河道生态受到破坏，工业废水对河道的污染已成为严重的环境问题之一3。河道的主要污染来源可分为面源污染和点源污染。面源污染是指来自无法准确识别的分散来源的污染，例如农田退水、暗涵水等。点源污染则是来自可以识别的单一点源的污染，例如工业废水、生活污水排放口等。近年来，我国为了降低工业废水的排放量，从源头上控制了工业用水量。20152020年全国工业用水量及占比情况，如图1所示。由图1可知，我国的工业用水量及其占比呈逐年递减趋势，2020年，我国工业用水量约为1 030.4亿m3，占全国用水总量的17.7%4。20152020年全国工业废水主要污染物排放量，如图2所示。由图2可知，我国工业废水源化学需氧量排放量由2015年293.5万t，下降为2020年49.7万 t，下降幅度达83.07%。工业废水源氨氮排放量由 2015年 21.7万 t，下降为 2020年 2.1万 t，下降幅度达 90.32%。根据以上数据来看，我国对工业废水主要污染物的管理效果显著，但是对工业废水的治理仍然不可松懈，通过非正常途径进入河道的工业废水是需要重点关注的问题之一。工业废水是河道中点源污染的主要来源，因其具有成分复杂、波动较大等特点，一直是水处理中的难点。工业废水中往往含有大量高分子有机污染物和特定工艺产生的典型污染物，因此并没有适用所有工业废水的处理工艺5，具体方案需要通过现场考察具体考虑。工业废水对河道的主要影响为其会增加河道各种化合物含量，改变水的自然特性（如温度、溶解氧、有机化合物和pH值等）影响河道的水质，进而影响河道的生态系统6。与生活污水相比，工业废水对河道自然生态的破坏更为严重，影响更为广泛。为尽可能地降低工业废水对河道生态环境的破坏，国家对工业废水的排放出台了相应的排放标准，需要对其进行一定的处理，符合排放标准后,才能将其排放到河流中。但仍然存在将工业废水直接排入的情况，对河道生态造成极大的破坏。1.2几种典型工业废水的基本特征工业废水排放的区域特征与其上游行业有密不可分的关系。我国工业行业种类繁多，对应的工艺组成也非常复杂，影响工业废水污染物种类及浓度的主要因素包括生产用原材料、生产工艺和生产设备等，工业废水性质差异大，类型复杂。按照上游工业废水排放源头行业分布类型，可分为石化行业、食品行业、纺织工业、造纸工业、冶金工业废水等，见表1。刘超，等.受工业废水影响的城市河道部分特征及治理建议图120152020年全国工业用水量及占比41 1001 2001 0008006001002000工业用水量/亿吨201520162017201820192020年份20151050工业用水占比/%图220152020年全国工业废水主要污染物排放量4氨氮排放量化学需氧量排放量300250200150100500-50污染物排放量/万吨201520162017201820192020年份114第8期由表1可知，一般工业废水中含有大量的化学污染物，使得化学需氧量（COD）和生化需氧量（BOD5）浓度急剧升高，一些工序可能还会产生有毒化合物，如重金属、苯酚、氟化物、多环芳烃等，若将其直接排入河道中，会极大地威胁人们的生存环境。1.3工业废水排放进入河道的影响不同种类工业废水其排放于河道中的形态也不相同，以下对五种典型的工业废水的排放对河道的影响进行分析。1.3.1五种典型工业废水排放对河道的影响。纸浆和造纸工业废水会导致河道溶解氧的降低、颜色变化，对水生动植物种具有较大的毒性，河道的颜色变化会影响水生植物光合作用，从而影响河道的自净能力，此外，造纸废水还含有木质素及其衍生物等难降解的污染物。纺织废水因其所用化学品的类型、织物类型、工艺流程等条件影响，浊度较高，并产生有害气味，容易导致空气与水界面的氧气传递不良，使河道COD和氨氮的上升，且染料本身的颜色也会加重河道的污染12，部分染料还会导致基因突变和致癌，对水生动植物的伤害极大。冶金废水成分和性质较为复杂，含有大量的有毒金属元素和有机污染物13。例如，来自稀土冶金的废水含有放射性金属，如钍（Th）、铀（U）和镭（Ra）等。最典型的具有严重危害的冶金污染物是重金属、氰化物、酸等。冶金废水未经处理或处置不当，会严重影响生态体，甚至会导致人类产生急性和/或慢性中毒、癌症、畸形等风险。石油化工行业由于原料复杂、工艺复杂等特点，一般含有许多有毒物质，分为无机和有机污染物。无机污染物被称为重金属和其他成分（硫化物，氟化物等），有机污染物由特定的有机污染物组成，如苯，醛，酚等14，这些有机物一版毒性较大，易溶于水，且很难将其短时间内降解去除，长期存在环境中会破坏生态系统15。食品废水中含有碳水化合物，蛋白质，无机和有机盐，油脂等物质，这些营养物质不加处理进入河道后极易引起河道出现富营养化，COD急剧升高，并产生大量的恶臭气味，严重污染环境。1.3.2工业废水进入河道的特征变化。工业废水进入河流，不但会引起河流系统中的pH值和颜色变化，还会导致河道COD、BOD5和DO的含量升高16，河道受到有机污染物的高度污染会对水生动植物的生存造成威胁17。工业废水排放还会导致河道硝酸盐、氨和磷酸盐等营养物质浓度过高，进而导致水体富营养化，降低水生物种多样性并最终增加鱼类死亡率18。工业废水中的重金属也是对河道产生影响的重要因素之一，由于其毒性、持久性、生物累积性和生物放大特性19，重金属浓度超标，可能影响河水灌溉的安全性，污染土壤、影响农作物的质量，并最终通过食物链威胁人类健康。2工业废水污染河道治理技术2.1河道污水处理技术手段目前可用于处理工业废水的方法有物理法、化学法和生物法。2.1.1物理法。物理技术主要是通过物理的手段将河道污染物从河道里分离出来，达到净化水质的目的，包括截污、河底清淤、引水稀释等工艺。物理法主要利用较为直接的工程手段对河道中工业废水产生的源头地方进行吸附，降低污染浓度，或者用膜过滤装置置于河道排口处防止污染物进入河道。物理法可以在很大程度上降低工业废水对河道的污染，且不会产生二次污染物，但是该方法成本较高，应用范围较小。2.1.2化学法。化学法主要有化学除藻、絮凝沉淀、重金属化学固定等工艺。化学法操作简单，效率高，然而，其使用的化学试剂成本较高，长期使用对企业是一种极大的经济负担。刘超，等.受工业废水影响的城市河道部分特征及治理建议表1几种典型工业废水的特征废水来源石化废水纸浆和造纸废水纺织废水冶金废水食品废水典型特征包括多种难降解、有毒的有机污染物（苯类、醛类、酚类等）、含硫化合物、硝酸盐等。制浆过程产生的“黑液”-木质素，漂白过程产生有毒成分的废水，如酚类、有机卤素和氯化有机化合物等。纺织废水由各种复杂的化学物质组成，如染料、酸、碱、盐、表面活性剂和油脂等。主要包括重金属工业含氟、含硫废水、稀土湿法冶金酸碱废水、重金属废水和贵金属工业的氰化物废水等。高BOD5、高COD量、含有大量总悬浮固体和营养物质。生物降解典型特性特征大部分可生物降解。某些进水可能含有难降解木质素和单宁酸以及有毒的酚类物质。存在氯化酚类和其他有毒污染物，大部分可生物降解。具有较高的总有机碳、总溶解固体含量、重金属等，通常含有难以生物降解的染料。部分含油有机物可以被微生物降解，而重金属不能降解和破坏，只能通过转移位置或改变其形态。大部分可生物降解。参考文献7891011第8期1152.1.3生物法。生物法主要包括植物修复、人工湿地、人工生态岛、高效菌种等工艺，通过生物尤其是微生物对废水中有毒物质的富集、转化、降解等生理生化特征来改变河道水质。自然生态修复法因其能实现多种有机污染物的彻底降解和矿化，是一种环保、有效的方法，应用较为广泛。但由于河道中的微生物受到温度、pH值和溶解氧等外界因素影响较为严重，该方法往往作为河道水体处理之后的完善处理措施。2.2河道污水处理中存在的主要问题尽管国家不断加强对河道的治理，但城市河道污染难以根治，仍有不少受污染的河道严重影响城市生活环境和居民用水安全。特别是受到工业废水污染的河道，由于其污染来源较为复杂，治理后极易出现“反弹现象”，需要在治理过程中综合考虑，对症下药。一是受工业废水污染的河流原因难以排查。受工业废水污染的河流一般位于工业区附近，周围聚集大量的工业厂房，管线错综复杂，勘察难度大，很难形成完整有效的治理，经常造成整治过程中或整治完成后，仍能发现不少“漏网之鱼”；二是在治理过程中，很多设计河岸两边合流管道有生活污水直排现象，在对其进行雨污分流的过程中，某些小区或者村落存在管线复杂，道路过窄导致难以施工的情况；三是部分城市前期治理河道采取简单硬化措施，片面追求景观工程建设，忽视了河道自然生态属性，一味地追求“三面光”，河道失去了自净能力，后期对其构建新的生态系统有一定的难度；四是管理机制不完善。目前针对工业废水的监管机制仍不完善，某些工厂通过一些合流管、暗涵等在非工作日偷排工业废水，给河道的整治带来了极大的难度；五是废水处理成本过高，过高的经济负担也是产生工业废水偷排现象的主要原因之一。2.3工业废水污染河道的治理措施建议针对工业污水排入河道，根据实际治理经验，提出以下几种治理措施。第一，加强对工业废水源头的控制。对工厂的用水量和废水排放量进行监控，如果差距过大则需要进一步查明情况，从源头上解决。第二，对有工业废水的排放口加强处理。针对现状河道边污水直排口的，采取先截污、后分流的策略，将直排废水先纳入现状污水管道，防止其继续直排入河，然后开展雨污分流改造，通过新建污水管网解决合流制溢流污染问题。对于无法施工的一些街道或者片区采用先合后分策略。第三，加快污水处理技术更新发展。尽量优化工艺，以最低的成本实现工业废水的处理，降低污水主干网水位，为含工业废水的河道治理提供技术保障。第四，建立监测站进行连续监测。对河道进行实时监控，通过针对监测数据分析工业废水的分类情况，及时摸排，及时处理，并为社区河道管理者提供具体的数据和信息。第五，针对河道中内源污染物应合理处理。内源处理分为异位处理和原位处理法。异位处理法主要是通过清淤、疏浚等方式将河道底部的沉积污染物引至附近的专业处理设施进行处理，然后将净化后的沉积物送回原河道。异位处理技术可以突破河道自然条件的限制，实现河道内源污染物的深度清洁，是一种非常有效的内源整治手段。原位处理法则主要通过原位覆盖、化学稳定等手段在原河道的基础上进行处理。第六，完善工业废水流入河道整治后的治理手段。通过构建水生生态系统，恢复自然河道的自净能力和生态系统健康。人工调节恢复河道动植物的生长繁殖，恢复河道中动植物的物种丰富度，改善整体生态系统。具体可以将漂浮水生植物的过滤法和曝气技术相结合，通过恢复水生植物的种植，对河道进行进一步处理。此外，在消除污染源后，应确立生态措施与补水措施相结合的维护方法，这也是河流整治的重要途径，能够支撑生态系统健康长远发展。3结论自古以来，人们的生活便与河道紧密相连，依赖于河道的各种功能，因此，城市河道的治理工作尤为重要。本研究从实际出发，为治理进入河道的工业废水提出了相关建议。城市河道的治理是一项复杂且综合性很强的工作，只有针对工业废水污染的特点，探明工业污染的源头，才能“对症下药”。废水的整治不能只求短期的清澈，要建立保持水体清澈的长效机制，通过先截污再分流、内源治理、构建良好的水下生态环境等多种方式相结合，恢复水体的自净能力，实现良好的治理效果。但城市河道的治理工作不能仅仅是事后补救，更需要采用各种合理的措施做到事前预防，才能从根本上解决河道的污染问题。这需要政府、企业等各相关机构相互协作、共同努力，采用各类监督控制手段进行有效的治理，最终实现城市河道的“长治久清”。刘超，等.受工业废水影响的城市河道部分特征及治理建议116第8期参考文献：1 ROY P K，VERMA R K，KUMARI M.Effect of Carbafuran Pesticide on Mitotic Chromosomes of Mus musculusJ.International Journal of Applied Sciences and Biotechnology，2018，6（2）：169-173.2 HAN DC，HUANG G，LIU L R，et al.Multi-regionalindustrial wastewater metabolism analysis for the YangtzeRiver Economic Belt，ChinaJ.Environ Pollut，2021，284：117118.3 张统，李志颖，董春宏，等.我国工业废水处理现状及污染防治对策 J.给水排水，2020，46（10）：1-3，18.4 中华人民共和国国家统计局.中国统计年鉴 2021M.北京：中国统计出版社，2021.5 李建英.工业废水排放对河流水体质量影响研究J.环境科学与管理，2022，47（2）：102-106.6 曾柏淞.工业废水处理方法研究进展 J.化学工程与装备，2020，（9）：257-258.7DEHBOUDEH M，DEHGHAN P，AZARI A，et al.Experimental investigation of petrochemical industrial wastewater treatment by a combination of integrated fixed-film activated sludge（IFAS）and electro-Fenton methods J.Journalof Environmental Chemical Engineering，2020，8（6）.8 KUMAR A，SRIVASTAVA N K，GERA P.Removalof color from pulp and paper mill wastewater-methods andtechniques-A reviewJ.J Environ Manage，2021，298：113527.9 NIDHEESH P V，DIVYAPRIYA G，EZZAHRA T F，et al.Treatment of textile wastewater by sulfate radical basedadvanced oxidation processes J.Separation and PurificationTechnology，2022，293.10 WU P，JIANG L Y，HE Z，et al.Treatment of metallurgical industry wastewater for organic contaminant removalin China：status，challenges，and perspectives J.Environmental Science：Water Research&Technology，2017，3（6）：1015-1031.11 HUBBARD L E，KOLPIN D W，GIVENS C E，etal.Food，Beverage，and Feedstock Processing Facility Wastewater：a Unique and Underappreciated Source of Contaminants to U.S.Streams J.Environ Sci Technol，2022，56（2）：1028-1040.12 JIANG M，YE K，DENG J，et al.Conventional Ultrafiltration As Effective Strategy for Dye/Salt Fractionationin Textile Wastewater TreatmentJ.Environ Sci Technol，2018，52（18）：10698-10708.13 KUOKKANEN V，KUOKKANEN M，HYNYNENI，et al.Electrocoagulation treatment of metallurgical industrywastewater A laboratory scale batch and pilot scale continuous study J.Hydrometallurgy，2021，202.14TIAN X，SONG Y，SHEN Z，et al.A comprehensive review on toxic petrochemical wastewater pretreatmentand advanced treatmentJ.Journal of Cleaner Production，2020，245.15 LIANG J，MAI W，TANG J，et al.Highly effectivetreatment of petrochemical wastewater by a super-sized industrial scale plant with expanded granular sludge bed bioreactorand aerobic activated sludge J.Chemical Engineering Journal，2019，360：15-23.16 MEDEIROS D，NZEDIEGWU C，BENALLY C，etal.Pristine and engineered biochar for the removal of contaminants co-existing in several types of industrial wastewaters：Acritical review J.Sci Total Environ，2022，809：151120.17 贾玉东，王嘉伟，李娟，等.溶解氧对鱼类生理功能影响及调控机制 J.水产研究，2020（1）：8-14.18 MAO GZ，HAN YX，LIU X，et al.Technology status and trends of industrial wastewater treatment：A patentanalysis J.Chemosphere，2022，288（Pt 2）：132483.19 DOLTADE S B，YADAV Y J，JADHAV N L.Industrial wastewater treatment using oxidative integrated approachJ.South African Journal of Chemical Engineering，2022，40：100-106.刘超，等.受工业废水影响的城市河道部分特征及治理建议