楊大魁

(凌源市水務(wù)局，遼寧 朝陽(yáng) 122500)

河道作為城市建設(shè)的重要組成部分，是人類社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。但隨著社會(huì)的快速發(fā)展，城市污水、工業(yè)廢水大量排放入河道，致使河道的生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)90%的城市地表水受到污染[2-3]，這預(yù)示著河道治理迫在眉睫。氨氮是造成河道污染的主要原因之一。氨氮主要來(lái)自于工業(yè)廢水、農(nóng)田排水以及生活污水[4]。水體中氨氮過(guò)多會(huì)使水體富營(yíng)養(yǎng)化，并減少水體中氧氣含量，威脅水生生物的生存，進(jìn)而對(duì)人類的生存造成危害[5]。文章通過(guò)對(duì)河道投加堿度減少氨氮含量，為選取最佳配比方案治理河道提供理論依據(jù)。

1 城市河道水質(zhì)分析

1.1 城市河道的選取

試驗(yàn)選取大凌河的5個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行水樣實(shí)驗(yàn)，分別為：1號(hào)漫水橋、2號(hào)漫水橋、3號(hào)漫水橋、4號(hào)漫水橋、5號(hào)漫水橋。在2016年10月至2017年10月，分別在冬季(12月、1月、2月)、春季(3月、4月、5月)、夏季(6月、7月、8月)、秋季(9月、10月、11月)采取水樣，采樣時(shí)取樣深度為河道表層0～15cm。水樣檢測(cè)分為現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，DO與水溫為河道現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，氨氮、堿度、CODMn、pH指標(biāo)帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

1.2 城市河道水質(zhì)結(jié)果分析

從表1中可以看出，大凌河道各取樣點(diǎn)不同指標(biāo)在不同季節(jié)的變化情況。春季、夏季、秋季、冬季的氨氮變化范圍分別為4.17～12.2mg/L、4.8～13.6mg/L、4.7～14mg/L、5.6～14.1mg/L，平均值分別為7.58mg/L、9.54mg/L、8.95mg/L、9.06mg/L。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，夏、冬季節(jié)河道中氨氮平均值較高，春季較低，這是由于夏季溫度較高，排泄物、生物軀體的腐敗速度加快，河道中有機(jī)物含量增加；冬季河道處于封閉狀態(tài)，氨氮不易揮發(fā)，造成氨氮增加；春節(jié)前后工廠停工，排污少，隨后雨水增加，稀釋河水使氨氮數(shù)值降低。河道pH春季最高，秋季最低；堿度秋季最高，春季最低；DO秋季最高，春季最低；CODMn秋季最高，春季最低；TP秋季最高，夏季最低。通過(guò)相關(guān)性分析可知，氨氮變化與DO、pH變化呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，與CODMn、TP、水溫相關(guān)性不顯著。

2 投加堿度對(duì)治理城市河道氨氮的影響

由于氨氮的變化與pH的變化呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，所以為降低河道氨氮含量可以通過(guò)向河道中投入堿度[6-7]。河道中投入堿度不僅可以維持硝化反應(yīng)的適宜pH，還可以中和硝化反應(yīng)產(chǎn)生的酸。試驗(yàn)取樣地點(diǎn)為3號(hào)漫水橋，取a，b，c，d桶水樣，每桶5L，均加入NH2CO3標(biāo)準(zhǔn)溶液，使氨氮含量提升到15mg/L，其中a桶為空白對(duì)照，b桶加入80.2mL NH2CO3，堿度為160mg/L，c桶加入141.5mL NH2CO3，堿度為225mg/L，d桶加入231.1mL NH2CO3，堿度為320mg/L，其余處理均一致，在12h、24h、36h檢測(cè)氨氮、pH、DO、堿度、CODMn、TN、TP、水溫等指標(biāo)。

表1 城市河道春夏秋冬檢測(cè)結(jié)果

表2 投加堿度對(duì)不同指標(biāo)的影響

從表2可知，在0～12h階段，不同投加堿度對(duì)pH影響并不明顯，下降最大的a桶僅為0.04，原因可能是因?yàn)樗形⑸锶栽谶M(jìn)行亞硝化反應(yīng)，促使氨氧化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。在12～24h階段，a，b，c，d桶的pH均略有下降，a桶下降顯著，其他下降不明顯，其原因是a桶未加入堿度，碳酸鹽類的緩沖作用強(qiáng)度較弱。在24～36h階段，a桶pH下降顯著，幅度為14.6%，原因是水樣曝氣時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，碳酸氫根離子減少使pH值降低，亞硝化細(xì)菌活性降低，導(dǎo)致氨氮含量減少。堿度下降趨勢(shì)與pH相似，在24～36h階段下降率最高，為53.3%。隨著堿度的增加，CODMn去除率升高，說(shuō)明堿度與CODMn呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性；TN、TP下降率呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，說(shuō)明投放堿度能夠更好地增加生物除磷效果。

表3 24h、48h、72h正交實(shí)驗(yàn)表

3 城市河道去除氨氮影響因子分析

根據(jù)以上試驗(yàn)指標(biāo)中與相關(guān)度較高的指標(biāo)(氨氮、堿度、CODMn、TP)進(jìn)行正交試驗(yàn)，分析各指標(biāo)最佳的配比，選擇最高氨氮去除率方案。均值代表試驗(yàn)結(jié)果中各水平的差異，同一因素，不同水平下的均值越大，效果越好，均值越小則越差[8]；極差代表因素表明對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響的大小，極差越大，說(shuō)明此因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響越大，反之越小[9-10]。從表3中可以看出，24h正交實(shí)驗(yàn)得出數(shù)據(jù)分析可知，試驗(yàn)因素的主次影響關(guān)系為：堿度>TP>CODMn>氨氮。氨氮去除率越高，即選擇因素的最佳水平，實(shí)驗(yàn)最佳條件為：堿度=200mg/L、CODMn=9mg/L、TP=0.3mg/L、氨氮=6mg/L。48h正交實(shí)驗(yàn)分析可知，試驗(yàn)因素的主次影響關(guān)系為：堿度>TP>氨氮>CODMn，實(shí)驗(yàn)最佳條件為：堿度=200mg/L、CODMn=9mg/L、TP=0.3mg/L、氨氮=6mg/L。72h正交實(shí)驗(yàn)分析可知，試驗(yàn)因素的主次影響關(guān)系為：堿度>TP>氨氮>CODMn，實(shí)驗(yàn)最佳條件為：堿度=160mg/L、CODMn=7mg/L、TP=0.3mg/L、氨氮=6mg/L。對(duì)正交實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行方差分析，0～24h階段堿度對(duì)氨氮去除率影響顯著且與極差分析結(jié)果一致；24～48h階段堿度和TP對(duì)氨氮去除率影響顯著且與極差分析結(jié)果一致；48～72h階段堿度對(duì)氨氮去除率影響顯著且與極差分析結(jié)果一致。

4 投加堿度對(duì)不同河道氨氮指標(biāo)的影響

向1號(hào)漫水橋、2號(hào)漫水橋、3號(hào)漫水橋、4號(hào)漫水橋、5號(hào)漫水橋所在河道投加堿度，觀察5條河道水樣投加堿度后0h、24h、48h、72h的氨氮值，具體見表4。從表4中可以看出，投加堿度72h后1號(hào)漫水橋的水質(zhì)達(dá)到I類標(biāo)準(zhǔn)，而空白水質(zhì)為III類；2號(hào)漫水橋的水質(zhì)為II類，空白水質(zhì)為III類；3號(hào)漫水橋的水質(zhì)為I類，空白水質(zhì)為III類；4號(hào)漫水橋的水質(zhì)為II類，空白水質(zhì)為IV類；5號(hào)漫水橋的水質(zhì)為II類，空白水質(zhì)為IV類。由此可知，投加堿度后72h，5條河道中有2條河道水質(zhì)達(dá)到I類，占40%；其余3條河道水質(zhì)達(dá)到II類，占60%。

表4 不同河道投加堿度后氨氮值變化

從圖1中可以看出，5條河道投加堿度后的氨氮去除率均高于空白對(duì)照，1號(hào)漫水橋所在河道的氨氮去除率差異最大，5號(hào)漫水橋差異最小。根據(jù)表4，72h水質(zhì)狀況達(dá)到I類以及氨氮去除率最高可以判斷出，投加堿度效果最好的河段為3號(hào)漫水橋所在河道。

圖1 不同河道氨氮去除率

5 結(jié)論

對(duì)大凌河各河道的水質(zhì)不同指標(biāo)進(jìn)行分析可知，各河道污染狀況最好的是春季，其他季節(jié)污染程度較為接近且變化程度不明顯。其中，春季氨氮平均值為7.58mg/L；pH春季最高，秋季最低；且堿度春季最低，秋季最高。通過(guò)投加堿度可以改變水中pH值，可以維持硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌正常的生化反應(yīng)，降低水中氨氮含量。正交實(shí)驗(yàn)表明，堿度為200mg/L，CODMn為9mg/L，TP為0.3mg/L，氨氮為6mg/L時(shí)，堿度對(duì)氨氮去除率影響最為明顯。綜上所述，投加碳酸鈉堿度的方法可以去除河道中的氨氮含量。