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在我國，城市生活污水的產生量隨著城市化的快速發展呈現出不斷增加的態勢，大量污水非法不合理排放直接造成城市水體水質嚴重惡化，引發黑臭。“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、河流生態系統和城市面貌。相關數據顯示，我國有1861處黑臭水體，重度污染水體占比更是達到35%。水體黑臭已經成為我國城市的流行病，成為我國城市亟須解決的嚴重環境問題。

1、發黑形成機理

水體發黑的一個重要原因是金屬硫化物的沉淀。研究發現，沉積物釋放的重金屬離子能夠導致水體變黑。在水體變黑時，硫化物濃度隨之增加，與Fe₂⁺或Mn₂⁺結合，形成黑色金屬硫化物（FeS，MnS）等物質，導致水體發黑。其次，溶解性有機質（DOM）被研究發現是水體發黑的重要參與物。水生植物降解會產生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，影響水色的物質在DOM降解過程中產生。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轉變為色氨酸和芳香族蛋白質，增強紫外光吸收，進一步加劇水體發黑。

2、水體發臭形成機理

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，在水體發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生揮發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。異養微生物能將有機硫轉化為揮發性有機硫化物，在藍藻分解過程中發揮重要作用。硫化還原菌可以將硫酸鹽還原為硫化物，硫化物可以轉化為揮發性有機硫化物。在硫酸鹽轉化為有機硫化物的生態系統中，硫循環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可作為形成揮發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生。

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