城市黑臭水体治理技术.docx
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城市黑臭水体治理技术
城市黑臭水体治理
技术
Xxxx
Xx年Xx日
第一章城市黑臭河道整治综述1
1.1城市黑臭水体现象1
1.2城市黑臭水体成因1
1.2.1生活污水1
1.2.2工业废水2
1.2.3畜禽粪便2
1.2.4农田化肥污染2
1.2.5地表径流2
1.2.6底泥污染3
1.2.7水体热污染3
1.2.8其他因素3
1.3城市黑臭水体的危害4
1.3.1影响居民生活,危害身体健康4
1.3.2破坏河流生态系统4
1.3.3损害城市景观4
1.4城市黑臭水体治理紧迫性5
1.5城市黑臭水体治理工作及目标5
1.5.1治理工作5
1.5.2治理目标6
第二章城市黑臭水体定义、识别与分级7
2.1城市黑臭水体定义7
2.2城市黑臭水体识别7
2.3城市黑臭水体分级与判定7
2.3.1分级标准与测定方法8
2.3.2布点与测定频率8
2.3.3黑臭水体级别判定9
第三章城市黑臭水体整治现状10
3.1城市黑臭水体现状10
3.2城市黑臭水体整治难度10
3.3城市黑臭水体整治技术现状11
3.3.1过滤、分离及其强化技术11
3.3.2生物及其强化技术13
3.3.3物理、化学及生化联用技术15
3.3.4电化学、磁处理技术16
3.3.5河流水质净化与生态修复技术集成18
第四章城市黑臭水体整治模式19
4.1城市黑臭水体治理难度19
4.2城市黑臭水体整治新思路19
4.2.1整治难点19
4.2.2应急处理措施常态化20
4.2.3治理新思路21
4.3治理新模式21
第五章城市黑臭水体整治技术体系22
5.1技术路线22
5.2点源污染控制23
5.2.1补水水质净化23
5.2.2入河污水治理24
5.3面源污染控制28
5.3.1初期雨水控制与净化技术29
5.3.2地表固体废弃物收集技术31
5.3.3土壤与绿化肥分流失控制技术32
5.3.4生态护岸技术36
5.3.5畜禽养殖面源控制38
5.4内源污染控制39
5.4.1底泥解析39
5.4.2底泥处理40
5.5水生态修复41
5.5.1原位水质净化41
5.5.2岸带修复42
5.5.3生态河道修复44
第六章城市黑臭水体技术简介46
6.1技术综述46
6.2编制依据46
6.3编制原则47
6.4技术选择原则47
6.5应急治污技术48
6.5.1磁加载技术原理48
6.5.2磁加载技术优势48
6.5.3磁加载工艺流程49
6.5.4磁加载技术工艺设计计算50
6.5.5磁加载工艺运行管理52
6.6补水水质净化技术55
6.6.1磁加载技术+多级生物滤池技术55
6.6.2组合技术三:
MBBR技术+磁分离技术64
6.7原位水质净化技术74
6.7.1水体循环净化技术74
6.7.2水面曝气技术76
6.8生态河道修复技术78
6.8.1生态净水草技术78
6.8.2河道型湿地构建技术80
第七章技术对比91
7.1技术对比意义91
7.2点源技术对比91
7.3面源技术对比92
7.4内源技术对比92
7.5生态修复技术对比93
第八章城市黑臭水体治理综合效益95
8.1环境效益95
8.2经济效益95
8.3社会效益95
第一章城市黑臭河道整治综述
1.1城市黑臭水体现象
江河、湖泊、水库等水体作为城市居民生活的命脉,不仅有水土保持、贮水调洪、生态涵养、水源补给等功能,还能调节温湿度、改善城市小气候和周围生活环境,对城市的景观生态和经济发展起着非常重要的作用。
然而,随着我国社会经济的快速发展,尤其是城镇工业和人口的迅速发展,污废水和污染物排放量有了显着的增长,而城市河流一直被人们视为城市废水和生活污水的主要排污通道和场所,过度的污染直接引起了水体的富营养化,甚至导致水体发黑发臭,形成黑臭水,完全丧失使用功能、影响景观以及人类生活和健康。
目前,我国城市建成区内小河、小沟、小汊尚无完善的监测和评价体系。
虽然《水十条》提出了黑臭水体整治目标,但是各地具体的黑臭水体状况还需要开展排查工作,而且南北方等地区差异大。
据不完全统计,浙江垃圾河、黑臭河共计1.2万公里,约占总长度的10%;江苏省城市黑臭水体约占河道总数的20%;河南18个城市有34条黑臭河流,占河流总数的56.7%;广州市黑臭水体约135个,占河涌总数的58.7%。
水体黑臭现象已非常普遍,水体污染形势也相当严峻。
1.2城市黑臭水体成因
目前,有关黑臭水体的研究大多集中在黑臭指数及黑臭治理方面,而要解决城市水体黑臭问题,首先要阐明水体黑臭形成条件。
1.2.1生活污水
随着城市居民生活水平的提高,城市生活污水的排放量呈急剧上升趋势,由于生活污水没有完全接污纳管及肆意排放等原因,一部分生活污水流入附近河道。
生活污水中耗氧性有机物和氮磷进入水体后,无论其是否有充分的溶解氧,在适合的水温下都将受到好氧放线菌或厌氧微生物的降解,排放出不同种类发臭物质,加剧了城市水体黑臭程度。
1.2.2工业废水
未经处理的工业废水或处理后不达标的废水直接排入城市河道等水体后,废水中自有的恶臭物质及有机污染物质同样受到好氧放线菌或厌氧微生物的降解,排放出不同种类发臭物质,长期以往导致了河流有机污染严重、普遍水体黑臭现象的原因。
1.2.3畜禽粪便
近年来,我县畜牧业发展迅猛,规模化养殖户和养殖专业合作社逐年增多,随之而来的是畜禽污染问题。
几乎所有畜禽养殖厂在建厂时均为建设畜禽粪便处理设施,致使畜禽污水未经处理任意流失,污染附近河道。
1.2.4农田化肥污染
在农业生产活动中,农药、化肥的大量施用,致使氮素、磷素、农药重金属或无机物质,从非特定的地域,在降水和径流冲刷作用下,通过农田地表径流、农田排水和地下渗漏,使大量污染物进入附近河道等水体,在一定程度上加速了地表水体富营养化进程。
1.2.5地表径流
随着城市化进程的加快,在城市、城郊等地区,屋面、街道、停车场等不透水表面面积的增加,这些表面富集这很多不同种类的污染物质。
在降水过程中,这些表面促进了地表径流的形成,携带着多种污染物质,最终进入河道等受纳水体。
1.2.6底泥污染
当水体被污染后,部分污染物日积月累,通过沉降作用或随颗粒物吸附作用进入到水体底泥中。
底泥被看做是污染物质的最终储存场所,在不断的积累富集下,底泥中的污染物质浓度往往比上覆水中污染物质高出几个数量级。
底泥污染在很长时间内对河道水质产生影响,底泥中的污染物质与上覆水保持着一种吸附和释放的动态平衡,一旦上覆水环境发生变化,底泥中污染物质就会通过降解、吸附、溶解、微生物分解等作用,重新释放到水中,产生“二次污染”。
同时在酸性、还原条件下,厌氧发酵产生的甲烷及氮气导致底泥上浮也是水体黑臭的重要原因之一。
1.2.7水体热污染
城市河流热污染指河流两岸工厂向水体排放的高温废水,如电站的冷却水,它不仅能威胁到河流中水生生物的繁殖和生存,同时它使局部甚至整个河流的水温上升。
而水温是促进水体发臭的一个重要因素。
当水体温度低于8℃度和高于35℃时,河流一般不产生黑臭,因为在这个温度段内放线菌分解有机污染物,产生乔司脒的活动受到抑制。
而在25℃时放线菌的繁殖达到最高,河流的黑臭也达到最大。
因此当河流受到有机物污染且水温适宜的情况下,微生物强烈的活动会使水体中的有机物质大量分解,生成各种发臭物质,从而引起河流出现不同程度的黑臭。
1.2.8其他因素
重金属污染:
重金属污染也是城市河流污染类型的之一,它对河流黑臭的影响主要在于水体中铁锰的含量,其中悬浮物质中的铁锰是重要的致黑因子之一。
航运:
城市河流的主要功能就是航运。
船舶污染是一种综合性的污染,但总体来说主要和运输货物的性质、船上生活污水、垃圾、粪便以及废油的排放有关。
而航运对河流产生黑臭另一种影响是它会导致河流沉积物发生再悬浮。
除此以外,还有垃圾的随意堆放、支流泄水或上游的污水等对河流的黑臭均具有不同程度的影响。
1.3城市黑臭水体的危害
1.3.1影响居民生活,危害身体健康
(1)饮用水源告急:
据环境监测资料显示,目前城市河流有机污染相当严重,水质主要以Ⅳ一V类水为主,大部分城市河流呈现黑臭现状,已经不能作为很好的饮用水源。
(2)居住环境恶化,身体健康受损:
因黑臭河道影响,居住环境恶化,居民整天紧闭窗户,出门时掩鼻憋气,妨碍正常的呼吸。
河流“黑臭”不仅给人的感官以刺激,使人感到不愉快和厌恶,其水体散发出的气体成分如硫化氢、氨等也可直接危害人体的健康,河道臭气使人心烦气躁、头晕脑胀、头痛、工作效率低下;使人厌食恶心、呕吐,导致消化功能减退;严重时,损害中枢神经、大脑皮层的兴奋和调节功能。
除此以外,严重的黑臭还会影响人的内分泌系统、神经系统及其精神状态。
1.3.2破坏河流生态系统
城市河流“黑臭”现象是一种生物化学现象,水体中有机物质的厌氧分解,有机质在分解过程中将消耗水中溶解的大量氧气致使水域呈缺氧状态,影响水体中鱼类及其他水生生物的正常发育和生长,严重的还会引起鱼类等水生生物以及需要氧气的微生物缺氧而大量死亡。
致使水生生物和水鸟等绝迹,破坏河流生态系统。
1.3.3损害城市景观
河水的黑臭是城市空气与城市的整体效果大大降低,并且对周围的旅游造成很严重的影响。
限制了城市自身的发展,破坏了城市的美好形象。
1.4城市黑臭水体治理紧迫性
综上所述,城市黑臭水体的诸多危害,不仅给群众带来了极差的感官体验,也是直接影响群众生产生活的突出水环境问题,日益受到人们的关注,近几年“让市长下河游泳”的呼声反映了百姓对解决和治理城市黑臭水体的强烈愿望。
随着国务院“水十条”的发布,“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”的控制性目标。
城市黑臭水体整治已经成为地方各级人民政府改善城市人居环境工作的重要内容,城市黑臭水体整治任务刻不容缓。
1.5城市黑臭水体治理工作及目标
1.5.1治理工作
《水十条》提出,加大黑臭水体治理力度,定期向社会公布治理情况。
针对城市黑臭水体,重点做好以下4项工作。
第一,做好基础调查工作。
各地要做好排查,摸清每个地级城市建成区黑臭水体的现状。
对照《水十条》中“地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内”的要求找差距,合理安排年度计划,夯实《水十条》实施的基础。
第二,采取合理恰当的工程措施。
坚持水质目标导向,遵循截污优先、治理为本、开源增流、生态恢复、系统治理等基本原则。
坚持问题导向,解决建成区污水直排等瓶颈问题,制定实施“一河一策”。
因地制宜采取针对性措施,如:
采用人工湿地、净化塘等对污水处理厂出水进行深度处理并回补河流;改造渠化河道,把混凝土人工护岸改造成适合动植物生长的模拟自然状态的护堤,修复水体生态系统;节约用水,充分利用城市供配水系统保障生态流量等。
第三,推进长效管理机制。
坚持工程建设与长效管理两手抓。
明确城市发展的环境约束机制,划定城市蓝线,在城市规划区范围内保留一定比例的水域面积;划定城市生态红线,严格水域岸线用途管制,留足河道、湖泊的管理和保护范围。
强化跨部门的组织协同管理,让多部门拧成一股绳,发挥最大的水环境治理效益。
坚持建管并重,发挥市场化机制的作用,建立监测、清淤、保洁等工作的长效机制,明确城市水体运行维护的责任主体。
拓宽资金筹措渠道,通过财政投入、河道资源开发收入、银行贷款等多元化融资渠道解决水体综合整治的资金问题。
第四,实施信息公开与公众参与制度。
问需于民、问计于民、问绩于民。
各地要定期向社会公布城市黑臭水体清单,向老百姓公布治理对象、治理进程、治理效果,建立以老百姓感官为重点的考核评判体系,建立责任追究机制,强力推进城市黑臭水体治理工作。
1.5.2治理目标
2015年底前:
地级及以上城市建成区应完成水体排查,公布黑臭水体名称、责任人及达标期限。
2017年底前:
地级及以上城市建成区应实现河面无大面积漂浮物,河岸无垃圾,无违法排污口;直辖市、省会城市、计划单列市建成区基本消除黑臭水体。
2020年底前:
地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内。
2030年:
城市建成区黑臭水体总体得到消除。
第二章城市黑臭水体定义、识别与分级
2.1城市黑臭水体定义
城市黑臭水体是指城市建成区内,呈现令人不悦的颜色和(或)散发令人不适气味的水体的统称。
2.2城市黑臭水体识别
根据以往掌握的水体污染和投诉情况,城市政府主管部门(或其委托的专门机构)应对所有城市水体的黑臭情况进行预评估,将结果列于表1中并予以公示。
表1城市水体黑臭状况预评估结果
水体编号
水体名称或具体位置
黑臭状况
无黑臭
局部黑臭
全部黑臭
对于可能存在争议、预评估结果为无黑臭的城市水体,主管部门可委托专业机构对城市水体周边社区居民、商户或随机人群开展调查问卷,进一步判别水体黑臭状况。
原则上每个水体的调查问卷有效数量不少于100份,如认为有“黑”或“臭”问题的人数占被调查人数的60%以上,则应认定该水体为“黑臭水体”。
有条件的地区可通过手机二维码形式完成公众调查。
根据城市黑臭水体识别结果,提出城市黑臭水体的初步名单。
2.3城市黑臭水体分级与判定
根据黑臭程度的不同,可将黑臭水体细分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”两级。
水质检测与分级结果可为黑臭水体整治计划制定和整治效果评估提供重要参考。
2.3.1分级标准与测定方法
城市黑臭水体分级的评价指标包括透明度、溶解氧(DO)、氧化还原电位(ORP)和氨氮(NH3-N),分级标准见表2,相关指标测定方法见表3。
表2城市黑臭水体污染程度分级标准
特征指标(单位)
轻度黑臭
重度黑臭
透明度(cm)
25~10*
<10*
溶解氧(mg/l)
0.2~2
<0.2
氧化还原电位(mv)
-200~50
<-200
氨氮(mg/l)
0.8~15
>15
注:
*水深不足25cm时,该指标按水深的40%取值
表3水质指标测定方法
序号
项目
测定方法
备注
1
透明度
黑白盘法或铅字法
现场原位测定
2
溶解氧
电化学法
现场原位测定
3
氧化还原电位
电极法
现场原位测定
4
氨氮
纳氏试剂光度法或水杨酸-次氯酸盐光度法
水样应经过0.45m滤膜过滤
注:
相关指标分析方法参见《水和废水监测分析方法(第四版)(增补版)》
2.3.2布点与测定频率
水体黑臭程度分级判定时,原则上可沿黑臭水体每200~600m间距设置检测点,但每个水体的检测点不少于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1/2处。
原则上间隔1~7日检测1次,至少检测3次以上。
2.3.3黑臭水体级别判定
某检测点4项理化指标中,1项指标60%以上数据或不少于2项指标30%以上数据达到“重度黑臭”级别的,该检测点应认定为“重度黑臭”,否则可认定为“轻度黑臭”。
连续3个以上检测点认定为“重度黑臭”的,检测点之间的区域应认定为“重度黑臭”;水体60%以上的检测点被认定为“重度黑臭”的,整个水体应认定为“重度黑臭”。
第三章城市黑臭水体整治现状
3.1城市黑臭水体现状
我国多省市已开展污水处理与再生利用技术及安全性研究,污水资源化体系已成规模,但污水处理设施能力不足,水环境体系脆弱。
日益复杂的城镇污水水质特征与不断提高的水环境排放标准的矛盾突出;随着城镇化的快速发展所带来的人口和工业的增加,现有污水处理规模已不能满足日益增多的污水排放量,城市水体污染问题仍然突出,甚至加剧。
为了遏制城市水生态退化问题,地方政府加大了生态河道治理力度,局部河道初步实现了“水清、岸绿、流畅”的河湖治理目标。
河流水质明显好转,有效地改善了城市生态环境和人居环境质量。
部分河流水质在“十一五”期间有了初步改善,但是绝大部分城市排水河道、郊区及城镇下游河道水质多为劣V类。
3.2城市黑臭水体整治难度
近年来,我国多省市已陆续开展了城市水体环境综合整治工作。
但总体而言,城市水体整治有其特殊性,成功案例不多,暴露出诸多问题。
一是系统性不足,各地往往把综合整治理解为各类工程措施或者项目的“打包”、“一锅烩”。
治理措施与水环境质量改善关联不密切,往往忽视了水体治理的系统性。
二是治理手段单一,往往护岸、筑坝、搞人造景观等“三板斧”,有些是领导的政绩工程,项目建设往往与水质改善虚挂。
三是不少项目采取河道加盖、建设闸坝、“三面光”等过多的强干预的非生态化措施,以综合治理为名,行生态系统破坏之实。
四是重视工程项目建设,对项目建成后的运行管理缺乏考虑,往往无主管部门、无配套管理制度。
五是整治投资巨大。
根据相关资料分析表明,每条黑臭城市河道长度平均约为2~4公里,每公里整治资金约为2000万元~4500万元(包括污染源治理、截污、污水厂建设、清淤、引水等)。
3.3城市黑臭水体整治技术现状
污染水体水质净化与生态修复单元技术种类繁多,从技术原理上看,可以将这些技术分为物理法、化学法和生物生态技术几大类。
从治理方式上看,可分为原位修复和旁路净化技术两类。
原位修复主要是指利用物理法、生化法或生物生态技术,对河流/湖泊中的水体直接进行净化修复;旁路净化系指将待处理的水体由河道/湖库引出,经环境治理工艺系统处理后回归。
各种技术都具有不同的处理对象以及适用条件,客观、系统地分析总结各种技术的适用条件和经济成本,更能体现实际的应用价值。
综合国内外河流污染水质改善技术,以下几类工艺技术越来越受到相关领域研究人员的广泛关注。
3.3.1过滤、分离及其强化技术
目前,国内外常见过滤方法是采用土地渗滤水处理技术、生物活性快滤池技术及膜分离技术。
美、法、德、以色列等发达国家大力推行土壤渗滤技术。
如DanRegion工程是以色列最大的水回用项目,负责Tel-Aviv地区和临近地区城市污水的收集、处理、地下回灌和回用,服务人口130万,日处理城市污水2.7×105m3/d。
该工程利用回灌池进行回灌,并在其四周合适的位置布置回收井,从而将回灌区与其余的含水层分开。
该工程成功发展与实践的土壤渗滤技术中的特殊回灌-回收方法应被视作城市污水处理流程中一个完整的部分。
经过土壤渗滤技术处理获得的高质量的出水应用于农业灌溉等多种非饮用用途。
我国污水土地处理系统的研究始于80年代初,主要任务是通过合理利用自然生态系统的功能,发展低成本、低能耗的城市污水土地处理技术。
在“六五”“七五”和“八五”期间,虽然也针对不同目的开展了大量的实验研究,建立了土地处理系统,但仅限于处理目的,尚未提高到回用的高度。
生物活性快滤池技术的研究热点为新型高效滤料的开发,国内研制成功的用天然活性载体代替传统石英砂滤料已应用于生产,如天然或合成沸石滤料、陶粒滤料等多孔性活性滤料的使用,都既保持了常规工艺的特点和优势,又提高了对水中有机物和有害金属离子的净化效果。
高乃云等在用氧化铁涂层砂改性滤料除砷实验中,发现除砷效果显着,去除率可以达到95%以上,且遵循低pH值、高去除率的规律。
到目前为止,用改性滤料去除的物质不是很多,对于水中酚类、氨氮等有害物质的去除也还有待研究。
与传统工艺相比,膜分离技术,如:
微滤(MF)、超滤(UF)、纳滤(NF)和反渗透(RO)都能有效地去除水中的臭味、色度、消毒副产物前体及其它有机物和微生物,具有去除污染物范围广,不需投加药剂,工艺适应性强、基建费用低、运转可靠、易于实现自动化等优点。
伴随水质标准日益严格,膜市场逐步扩大,高通量、低污染膜陆续出现,膜价格也持续下降,这都使得独具竞争优势的膜过滤技术在近几年的应用迅速增长。
但是随着饮用水污染的加剧,微污染水源水的现状使得单独的、单步的膜分离技术的应用受到了限制。
对于MF和UF工艺来说,单独使用时不能实现对有机物良好的去除,但是与生物处理和吸附技术的有效结合却可以弥补这一不足。
因此以MF/UF为基础的膜组合工艺的应用受到了广泛的重视。
许多研究者将粉末活性炭(PAC)与UF或MF联用,组成吸附-固液分离工艺流程进行净水处理。
PAC可以有效吸附水中低分子量的有机物,使溶解性有机物转移至固相,再利用MF和UF膜截留去除微粒的特性,可将低分子量的有机物从水中去除,由此大大提高溶解性有机物的去除效果,并且色度、嗅味和消毒副产物的前驱物的去除都比单纯的膜过滤有大大的改善。
3.3.2生物及其强化技术
目前用于地表水的生物处理工艺主要有膜生物反应器、生物滤池、生物流化床、生物活性碳、生物转盘以及生物接触氧化法等。
MBR技术应用于饮用水的处理是一项较新的技术。
于上个世纪90年代中期首次在法国出现应用实例。
1992年Chang.J等学者将MBR应用于给水处理,开展了微污染饮用水脱氮的研究。
1995年,VincnetUbrain所领导的研究小组在中试基础上将水厂原来的一条超滤水处理生产线改建成膜生物反应器处理工艺,使其同时具有生物脱氮、吸附杀虫剂和去除浊度的功能,处理能力达到400m3/d。
此外,C.Wisniewski和M.Noronha等分别在2001年和2002年进行了结合电渗析和MBR或是MBR与纳滤技术联用的试验研究,其目标是减少出水中的硝酸盐和溶解性有机物。
MiraPetorvic的研究同时表明MBR工艺也可以用于紧急从饮用水中去除医药品等污染物。
在这些研究中,MBR所去除的污染物浓度较高(NO3--N>100mg/L或CODCr>1000mg/L),MBR只作为辅助工艺或应急手段。
应用MBR作为主体工艺的处理微污染水的研究相对不多。
2003年香港大学的李晓岩研究了MBR-PAC组合工艺处理微污染水的研究,证明该工艺有良好的污染物去除效果。
韩国的G.T.Seo也在2004年进行了高浓度PAC投加量下MBR的处理效果研究。
近几年在中国大陆,越来越多的学者和科研机构也将注意力放在了MBR处理微污染水源水的研究上。
生物接触氧化法是生物预处理工艺中一种有代表性、研究较深入和应用较多的类型。
生物接触氧化工艺是l9世纪末发展起来的,日本于1971年开始应用于饮用水源水的预处理,国外已有生产应用的实例。
从20世纪90年代起,国内这项技术开始进入生产性试验和实际工程应用阶段。
我国“七五”、“八五”和“九五”科技规划中都把微污染水体处理技术的攻关放在重要位置。
清华大学、同济大学和中国市政工程中南设计院等单位对该项目技术进行了系统的试验和研究,取得了很好的效果,表明生物接触氧化法是一种行之有效的方法。
生物接触氧化法是在池内设置人工合成的填料,已经充氧的污染原水浸没全部填料,并以一定的流速流经填料,通过填料上形成的生物膜的絮凝吸附、氧化作用使水中的可生化利用的污染物基质得到降解去除。
它属生物膜法的一种,主要由池体、填料、布水装置和曝气系统四部分组成。
应用生物接触氧化法处理微污染原水,通常采用自然挂膜法,以氨氮和化学需氧量去除率达到稳定水平作为挂膜成功的标志。
源水与生物膜接触时,通过微生物的新陈代谢活动和生物吸附、絮凝、氧化、硝化、合成和摄食等综合作用,使源水中氨氮、铁、锰和有机物等逐渐被氧化和转化,达到净化水质
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