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        太陽能微動力生態(tài)浮島技術(shù)在水體修復(fù)中的應(yīng)用

        2018-03-12 03:42:14劉宇爽王文泊運(yùn)志強(qiáng)
        山東化工 2018年2期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)

        劉宇爽,劉 瑾,趙 海,王文泊,運(yùn)志強(qiáng)

        (沈陽工程學(xué)院 新能源學(xué)院,遼寧 沈陽 110136)

        目前,水污染已經(jīng)成為一個亟待解決的問題。隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展,大量生活污水和工業(yè)廢水排入環(huán)境,造成受納水體污染,嚴(yán)重影響水生生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和水資源的利用,還直接危害人類的身體健康[1]。國內(nèi)許多學(xué)者開展了用生態(tài)浮島技術(shù)修復(fù)城市河道、湖泊、養(yǎng)殖水體的研究[2]。有學(xué)者與1991年即開展了用生態(tài)浮島治理城區(qū)污染河道實(shí)驗(yàn)[3]。人工浮島系統(tǒng)作為一種應(yīng)用于池塘或湖泊污染的污水處理技術(shù),對治理水體污染有積極的影響。1998年開展的生態(tài)浮島對無錫市五里湖修復(fù)工作,發(fā)現(xiàn)對水體N、P去除效率很高[4]。本實(shí)驗(yàn)介紹了一種新型浮島:太陽能微動力生態(tài)浮島,旨在利用太陽能電池板收集太陽能的能量轉(zhuǎn)變?yōu)槠貧庀到y(tǒng)的動能,帶動曝氣頭工作,使水體達(dá)到一個間斷或持續(xù)充氧的目的。它主要機(jī)能可以歸納為四個方面:(1)水質(zhì)凈化;(2)提供動物的生存和棲息的空間;(3)改善景觀;(4)對岸邊起到消波保護(hù)的作用[5]。

        1 實(shí)驗(yàn)

        1.1 實(shí)驗(yàn)植物

        部分浮島植物如鳳眼蓮、水花生、蘆葦?shù)仍谏L過程中能分泌克化學(xué)物質(zhì)[6]。但植物的選取須得依據(jù)本地環(huán)境和溫度等因素選取適宜的生態(tài)浮島中復(fù)合植物。植物選取如下:

        黃菖蒲6棵;旱傘草4棵;水葫蘆4棵 ;水芙蓉6棵。

        空心竹:直徑2cm 長1.5m的空心竹:5根 ;直徑1cm 長1.5m的空心竹:10根。

        1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

        小鋸子:1把 ;砍竹刀:1把 ;

        魚線:2捆;水盆:2個;太陽能電池板:1塊 ;曝氣頭:4個; 12v蓄電池:1塊; 繼電器:1塊;太陽能充電保護(hù)器:1塊; 竹竿:1根。

        1.3 實(shí)驗(yàn)試劑

        COD測定所需儀器及試劑:

        (1)沸水浴裝置(酒精燈、三角架和250mL燒杯),25mL酸式滴定管、鐵架臺、萬分之一天平、250mL錐形瓶、10mL移液管、250mL容量瓶、吸耳球、塑料滴管、玻璃棒和100mL量筒。

        (2)試劑:0.02 mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.002 mol/L高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液, 0.005mol/L草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液、3mol/L硫酸溶液和試驗(yàn)水樣。

        溶解氧測定所需儀器及試劑:

        (1)儀器:便攜式溶氧儀;溶解氧電極;燒杯;玻璃棒;溫度計。

        (2)試劑:試驗(yàn)水樣,自來水;蒸餾水;硫代硫酸鈉(化學(xué)純)。

        總氮測定所需儀器及試劑:

        (1)儀器:紫外分光光度計,10mm石英化色皿、醫(yī)用手提式蒸氣滅菌器和具玻璃磨口塞比色管25mL。

        (2)試劑:無氮化合物的純水,氫氧化鈉溶液、堿性過硫酸鉀溶液、鹽酸溶液、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液、硝酸鉀標(biāo)準(zhǔn)使用溶液和硫酸溶液,試驗(yàn)水樣。

        總磷測定所需儀器及試劑:

        (1)儀器:分光光度計,50mL比色管和10mm比色皿。

        (2)試劑:抗壞血酸溶液,硫酸溶液、鉬酸銨溶液、硝酸鉍溶液、磷標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液和磷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液,試驗(yàn)水樣。

        氨氮測定所需儀器及試劑:

        (1)儀器:分光光度計,pH計、20mm比色皿和50mL比色管。

        (2)試劑:納氏試劑,酒石酸鉀鈉溶液、銨標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液和銨標(biāo)準(zhǔn)使用溶液,試驗(yàn)水樣。

        2 實(shí)驗(yàn)方法

        2.1 制作載體

        用竹刀把一根直徑為2cm的1.5m長的空心竹劈成長為20cm的一份的空心竹共兩份,在空心竹兩端用小鋸子豁開長1cm寬0.5cm的小口。用竹刀劈成長16cm的一份空心竹共兩份,在空心竹兩端各自留長1cm寬0.5cm的小竹片,用劈好的四份空心竹固定成一個矩形,利用魚線穩(wěn)定,載體即完成。

        2.2 取水樣

        選取沈陽工程學(xué)院墨香池里的水樣,用水盆多次取水樣。帶回實(shí)驗(yàn)室。

        2.3 植物的培育

        把植物分散移植在載體上,載體竹片上有小口,用于扦插植物,把載體放入裝有試驗(yàn)水體的水盆之中,使植物的根系能扎入水中,并向水中延伸,吸收水分和其他營養(yǎng)。

        2.4 浮島的搭建

        在實(shí)驗(yàn)室中找到一個有光照的位置來放置實(shí)驗(yàn)設(shè)備。將繼電器,太陽能電池板、蓄電池和曝氣頭連接起來。分別進(jìn)行單倍曝氣量為2×3.5L/min和雙倍曝氣量為4×3.5L/min的比較實(shí)驗(yàn),將曝氣頭置放于載體的底部。利用太陽能供給能量,給曝氣系統(tǒng)提供微動力使其工作,為植物進(jìn)行間歇性的供氧活動。

        至此,本實(shí)驗(yàn)的所有工作都已準(zhǔn)備好。

        3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

        (1)COD實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        圖1 COD實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        COD數(shù)據(jù)分析:剛開始測量時,COD的單倍曝氣,雙倍曝氣的初始值都是121mg/L,隨著曝氣時間和光照時間的增加,COD值呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢,單倍曝氣:121,120,118,114,110……92,90,89,90(mg/L),在150個小時內(nèi),COD去除率達(dá)到了25.7%;雙倍曝氣:121,119,117,110……78,77,78,78(mg/L),在同樣的時間里,COD去除率達(dá)到了35.5%。

        (2)溶解氧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        剛開始測量時,DO的單倍曝氣,雙倍曝氣的初始值都是4.3mg/L,隨著曝氣時間和光照時間的增加,DO值呈現(xiàn)上升的趨勢,并逐漸穩(wěn)定。單倍曝氣下DO的數(shù)值變化情況:4.3,5.0,5.5,5.9…7.2,7.3,7.3,7.3(mg/L);雙倍曝氣下DO的數(shù)值變化情況:4.3,5.2,5.7,6.3…7.5,7.7,7.8,7.8(mg/L)。

        圖2 溶解氧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        (3)總氮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        圖3 總氮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理況圖

        單倍曝氣和雙倍曝氣下總氮的起始值都是49mg/L,隨著光照時間和曝氣時間的增加,總氮含量呈下降趨勢,49,47,33,25,22,21,19(mg/L),除氮效率為61.2%;雙倍曝氣下的總氮含量為:49,46,39,34,29,26,25(mg/L),除氮效率為71.4%。通過調(diào)節(jié)曝氣比例的充氧能力,使氧化溝內(nèi)形成好氧段和缺氧段,在好氧段總氮的去除率高,反之在缺氧段總氮的去除率低,所以雙倍曝氣的充氧濃度大不一定對除氮效果就好,還可能造成缺氧問題。

        (4)總磷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        圖4 總磷實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        剛開始測量時,總磷的單倍曝氣,雙倍曝氣的初始值都是4.5mg/L,在單倍曝氣下總磷的含量:4.5,4.2,3.6,2.7,1.5,0.9,0.8(mg/L),除磷效率為82.2%。

        在雙倍曝氣下總磷的含量為:4.5,4.3,3.9,3.4,2.9,2.7,2.6(mg/L),除磷效率為42.2%。

        (5)氨氮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        氨氮的起始值都是37mg/L,隨著光照時間的增加,氨氮含量是隨之下降的。單倍曝氣下的氨氮含量為:27,23,19,15,11,9,7(mg/L)。

        雙倍曝氣下的總氮含量為:27,22,16,12,8,6,5(mg/L)。太陽能微動力人工浮島對氨氮有良好的去除效果,由數(shù)據(jù)得知,雙倍曝氣下氨氮的去除率為81.5%,單倍曝氣下氨氮的去除率為74.1%。

        圖5 氨氮實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理情況圖

        4 結(jié)論

        (1)太陽能微動力人工浮島系統(tǒng)對污染水體中的COD、氨氮、總氮和總磷有很大的凈化效果。

        (2)曝氣的比例對人工浮島凈化水體的效果有很大影響。

        (3)太陽能微動力生態(tài)浮島相比于其他傳統(tǒng)的水處理工藝,擁有很多的優(yōu)勢,更加符合社會發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益的需要。

        [1] 馮 靖,梁自立,姚富鵬.水體污染對人體健康的影響及防治[J].山東化工,2011,40(7):70-73.

        [2] 童國璋,葉旭紅.生態(tài)浮島技術(shù)概述及應(yīng)用前景[J].江西科學(xué),2010,28 (4) :470-472.

        [3] 宋翔莆,鄒國燕,吳偉明.浮床水稻對富營養(yǎng)化水體中氮、磷的去除效果及規(guī)律研究[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報,1998,18(5):489-494.

        [4] 井艷文,胡秀琳,許志蘭,等.利用生物浮床技術(shù)進(jìn)行水體修復(fù)研究與示范[J].北京水利,2003(6):20-22.

        [5] 林佳沐,張飲江,朱文彬.人工浮動綠島對上海白蓮涇水體氮、磷去除效果的研究[J].上海水產(chǎn)大學(xué),2008,35(1):23-27.

        [6] 李鋒民,胡洪營.蘆葦抑藻化感物質(zhì)的分離及其抑制蛋白核小球藻效果研究[J].環(huán)境科學(xué),2004(5):89-92.

        (本文文獻(xiàn)格式:劉宇爽,劉瑾,趙海,等.太陽能微動力生態(tài)浮島技術(shù)在水體修復(fù)中的應(yīng)用[J].山東化工,2018,47(02):137-138,143.)

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