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在我國，城市生活污水的產(chǎn)生量隨著城市化的快速發(fā)展呈現(xiàn)出不斷增加的態(tài)勢，大量污水非法不合理排放直接造成城市水體水質(zhì)嚴重惡化，引發(fā)黑臭。“黑臭”是對受污染水體的感官描述，指水體因惡臭而變黑，影響居民正常生活、河流生態(tài)系統(tǒng)和城市面貌。相關數(shù)據(jù)顯示，我國有1861處黑臭水體，重度污染水體占比更是達到35%。水體黑臭已經(jīng)成為我國城市的流行病，成為我國城市亟須解決的嚴重環(huán)境問題。
1、發(fā)黑形成機理
水體發(fā)黑的一個重要原因是金屬硫化物的沉淀。研究發(fā)現(xiàn)，沉積物釋放的重金屬離子能夠?qū)е滤w變黑。在水體變黑時，硫化物濃度隨之增加，與Fe2+或Mn2+結(jié)合，形成黑色金屬硫化物（FeS，MnS）等物質(zhì)，導致水體發(fā)黑。其次，溶解性有機質(zhì)（DOM）被研究發(fā)現(xiàn)是水體發(fā)黑的重要參與物。水生植物降解會產(chǎn)生CDOM，導致水體因浮游植物生物量的積累而變綠，使水體呈現(xiàn)黑色。CDOM能夠吸收紫外光和可見光，其由持久的光學活性大分子物質(zhì)組成，如氨基酸、腐殖酸和芳香蛋白。非CDOM是由較小且易降解的分子組成，如糖和羧酸。FeS的濃度與水色的變化沒有顯著相關性，影響水色的物質(zhì)在DOM降解過程中產(chǎn)生。在DOM降解過程中，非CDOM首先被微生物消耗，導致水體中CDOM的相對濃度增加，形成黑色（或棕色）。CDOM的主要成分從腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樯彼岷头枷阕宓鞍踪|(zhì)，增強紫外光吸收，進一步加劇水體發(fā)黑。
2、水體發(fā)臭形成機理
硫是形成有氣味化合物的最重要元素之一。硫化還原細菌通過異化硫酸鹽還原進行呼吸，產(chǎn)生硫離子和硫化氫形式的還原硫。硫化氫是一種具有高濃度氣味的物質(zhì)，在水體發(fā)臭的形成中具有很大貢獻。甲氧基芳香族化合物可以為硫化物提供甲基，形成甲硫醇或二甲基硫醚。揮發(fā)性有機硫化物（甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫和三硫化二甲基）在臭氣形成中起主要作用。研究表明，含硫有機物和含硫有機物的微生物降解可能是水體中產(chǎn)生揮發(fā)性有機硫化物的兩個主要機制。含硫有機化合物主要在藍藻和沉水植物的死亡和腐爛過程中釋放[5]。例如，二甲基磺基丙酸鹽是從藻類中提取的，會導致海洋表層水中二甲基硫醚的形成。異養(yǎng)微生物能將有機硫轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機硫化物，在藍藻分解過程中發(fā)揮重要作用。硫化還原菌可以將硫酸鹽還原為硫化物，硫化物可以轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性有機硫化物。在硫酸鹽轉(zhuǎn)化為有機硫化物的生態(tài)系統(tǒng)中，硫循環(huán)主要依賴于光合微生物硫酸鹽的吸收和還原。含硫氨基酸和蛋白質(zhì)可作為形成揮發(fā)性有機硫化物的前體，如甲硫醇、二甲基硫醚和二甲基二硫，其由含硫氨基酸的微生物分解產(chǎn)生。
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