城市黑臭水体污染特征及卫星遥感识别技术

目录

前言

第1章绪论1

1.1黑臭水体概述1

1.2黑臭水体的分级与判定5

1.3国内外研究进展6

1.4我国城市黑臭水体治理发展趋势20

第2章黑臭水体常规水质特征26

2.1材料与方法26

2.2常规水质特征28

第3章黑臭水体有机质污染特征39

3.1材料与方法39

3.2有机污染物特征41

第4章黑臭水体致黑致臭污染物特征57

4.1材料与方法57

4.2致黑致臭污染物特征58

第5章典型黑臭水体特征污染物来源探索65

5.1材料与方法65

5.2DOM污染物的来源解析66

5.3致黑致臭特征污染物的来源探索68

第6章内陆水色遥感数据的获取与处理方法71

6.1内陆水色遥感71

6.2实测光谱数据的获取与处理74

6.3卫星遥感数据的获取与预处理76

第7章黑臭水体的光学特性81

7.1材料与方法81

7.2黑臭水体光学特性分析85

7.3沈阳市黑臭水体遥感光学特性与水体DOM及致黑污染物

相关性96

第8章基于卫星的黑臭水体识别模型构建104

8.1沈阳市黑臭水体遥感识别模型构建104

8.2沈阳市黑臭水体遥感识别模型精度评价107

第9章基于国产高分影像的黑臭水体定量提取及卫星遥感识别技术112

9.1基于多景GF-2影像的模型阈值的可靠性评价112

9.2沈阳市疑似黑臭水体分布113

9.3抚顺市疑似黑臭水体分布116

第10章微生物对致黑关键污染物氧化特性及菌剂固定化条件的优化120

10.1材料与方法120

10.2菌株活化及形态观察126

10.3菌株对致黑关键污染物氧化特性研究127

10.4固定化条件对菌剂水处理效果的影响132

10.5响应面优化菌剂固定化条件136

10.6固定化菌剂的表观结构分析142

第11章展望144

参考文献147

第1章 绪论　　1.1 黑臭水体概述　　1.1.1 城市水体黑臭现象　　水是生命之源，是人居环境*重要的组成部分。城市河流、湖泊等水体作为居民生活的必需品，不仅可以提供水源、补充地下水、调节流量和温度，还可以维护生态平衡、保持城市气候、改善居住环境，对城镇的存在形态和经济发展起着非常重要的作用。而随着城市规模的不断扩大，工业发展和城市化速度的加快，工业废水和生活污水的排放量逐渐大于污水厂的处理量，越来越多的污水未经处理直排河湖，城镇水体被视为城市工业废水和生活污水等的主要排污场所。排入河道的污水远远超出其自净能力，引起水质恶化或富营养化等问题，甚至出现水体黑臭现象。此外，在城市黑臭水体治理实施之前，城市环境基础设施建设相对滞后，很多地方存在污水未经收集处理而直排环境、垃圾随处倾倒入河的现象，水体黑臭问题随之产生。随着经济的发展及人口的增长，全球范围内的水体污染问题越来越突出，引起人们的广泛关注。　　随着国家工业化、城市化的发展，城市水体如英国伦敦的泰晤士河、德国鲁尔埃姆舍河、奥地利维也纳多瑙河等都出现过常年黑臭现象，但经过长期治理，均得到了改善。从历史上看，城市河流污染一直伴随着城市的迅猛发展而出现。在20世纪90年代以前，部分国家或地区仅仅追求经济的快速发展，并未重视随之产生的环境污染问题。自20世纪80年代起，随着改革开放力度的不断加大，我国社会经济进入了持续高速发展阶段。由于各地在经济发展过程中往往以牺牲环境为代价，大量工业废水经简单处理后和生活污水就近直排入河，导致许多城市河流同西方城市河流一样，走上了先污染后治理的老路（张列宇等，2016）。彼时，我国城市水体水质总体较差，特别是位于城市建成区的河道，如北京的玉带河、上海的中心河及苏州河、沈阳的细河、苏州的九龙河、济南的柳行河、深圳的茅洲河、成都的二道河、南京的秦淮河等水质急剧恶化。其中，以上海的苏州河*为典型，20世纪80年代初至21世纪初的苏州河及其10余条支流终年黑臭，鱼虾几乎绝迹，路人掩鼻。　　20世纪90年代中期，随着人民生活水平的提高及经济的发展，日趋严重的河流污染问题引起了全国各地政府和公众的广泛关注，城市黑臭水体成为公众反映强烈的环境问题之一。根据1999年《中国环境状况公报》等相关资料，我国流经城市的河段普遍受到污染，141个国控城市河流断面中有63.8%为Ⅳ类到劣Ⅴ类水质，如上海的苏州河、南京的秦淮河、宁波的内河等，水体黑臭现象突出。此后，许多城市开始斥巨资开展大规模的生态环境整治，上海通过启动苏州河环境综合整治系列工程，实现苏州河的综合整治，是我国*早实施黑臭河道治理的城市。　　鉴于城市治理黑臭水体的重要性和紧迫性，党中央、国务院及相关部门高度重视，接连出台了一系列政策和文件，提出了黑臭水体治理工作相关要求与行动计划等。2015年4月，国务院正式颁布了《水污染防治行动计划》（简称“水十条”），提出了到2020年，地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内；到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除的控制性指标。　　为贯彻落实“水十条”相关要求，2015年9月，住房和城乡建设部同环境保护部（现生态环境部）等部门共同制定了《城市黑臭水体整治工作指南》，指导地方组织开展城市黑臭水体整治工作，提升人居环境质量。该指南将城市黑臭水体定义为城市建成区内呈现令人不悦的颜色和（或）散发令人不适气味的水体，并提出了城市黑臭水体的分级标准与判定方法。　　2016年初，为更好地实现城市黑臭水体整治工作目标，住房和城乡建设部联合环境保护部推出了“城市水环境公众参与”微信平台，据平台统计，2016年全国共有黑臭水体1945个，总长度7743.73km。其中，黑臭等级为重度的有687个，轻度的有1258个。我国城市黑臭水体的程度和范围不断加剧，不仅制约了社会经济的发展，而且影响我国在国际上的地位和形象。　　1.1.2 黑臭水体的危害　　河流污染*明显的表现形式是视觉上的直观改变，水体黑臭是在水体受到严重污染时出现的一种极端现象。一方面，城市黑臭水体会影响城市景观，影响城市居民的正常生活，制约城市的发展，降低河道周边的土地利用价值（丁琦，2012），威胁人类生活和健康（黄畅，2017），限制城市的生态文明发展（李勇和王超，2003；程江等，2006；吕佳佳，2011）；另一方面，过量的污染物排入水体，致使水体缺氧，造成水中的鱼类及其他水生生物非正常死亡，滋生细菌，破坏河道的生态环境，导致河流水体丧失资源功能和使用功能，人们“避而远之”。　　水体污染同样会影响居民生活用水，水处理成本变高，经济损失较大。对水体而言，水产品染上恶臭气味后将无法食用，严重时将导致河流生态系统崩溃，大量水生动植物死亡，破坏了河流的旅游、疗养、饮用、养殖、游泳等用途的价值。此外，水体产生的刺鼻气味会使人烦躁、头昏脑涨、头痛、工作效率低下，使人厌食、恶心、呕吐，导致消化功能减退严重。具有刺鼻气味的硫化氢（H2S）气体浓度超过0.007mg/L时，将影响人眼对光的反射。当H2S气体浓度高于10mg/L时会刺激人的眼睛，同时会使人产生短暂性支气管收缩。头痛、发烧、智力欠佳、脑膜炎或肺炎等也是H2S吸入过多会造成的后果。当H2S气体浓度达到800～1000mg/L时，半小时内便可使人死亡。当H2S气体浓度大于1000mg/L时，能使人瞬间死亡。H2S气体具有麻痹作用，因此会比其他气体更难预防。同样具有恶臭气味的氨气（NH3）对人体危害也极大，当人暴露在NH3浓度为17mg/L的环境中超过7h，其呼吸频率会下降。人们长期受黑臭水环境影响很有可能会产生“致畸、致癌、致突”的严重后果（王宇，2010）。　　黑臭水体周边居民长期关闭窗户，被迫佩戴口罩出行，对呼吸道健康产生不良影响。在臭味弥漫的环境中，人很容易产生不良反应，如心情烦躁、头晕恶心、呕吐等，情况严重时，会损害中枢神经、大脑皮层的兴奋和调节功能，*终失去嗅觉。　　综上，黑臭水体不仅限制了城市的发展，对居民的身体及心理均造成不利影响，全面整治黑臭水体成为势之所趋。