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        三種藥劑對黑臭底泥原位修復(fù)效果的研究

        2021-03-13 02:54:56楊明夏明升龔明杰孫玉童
        工業(yè)用水與廢水 2021年1期

        楊明, 夏明升, 龔明杰, 孫玉童

        (安徽省通源環(huán)境節(jié)能股份有限公司, 合肥 230031)

        黑臭底泥治理是水環(huán)境治理的重要組成部分,如果底泥中污染物的釋放不能得到有效控制, 水環(huán)境治理也將難以取得良好效果。 底泥治理可分為清淤疏浚和原位修復(fù), 其中清淤疏浚通常需要投入大量機械設(shè)備和人力物力, 且清淤上岸的底泥需要較大的處理場地進行消納, 在實際應(yīng)用中存在一定制約[1]。 底泥的原位修復(fù)有著廣泛的應(yīng)用需求。 底泥原位修復(fù)技術(shù)主要分為兩類: 一是生物法, 通過向水體或底泥中投加微生物制劑, 促進底泥有機物的降解[2]; 二是化學(xué)法, 常用的有向底泥中投加過氧化鈣[3]、 過氧化氫[4]等具有強氧化性質(zhì)的藥劑, 氧化分解底泥中的有機物, 并減緩氮、 磷、 COD 向水體釋放, 或向底泥中投加固化劑及輔助劑, 如石灰、火山灰、 水泥、 改性二氧化鈦[5]等, 以降低氮、 磷、重金屬等污染物的溶解度、 遷移性或毒性。

        目前, 化學(xué)法在底泥原位修復(fù)方面有較廣的應(yīng)用前景和較多的應(yīng)用案例。 已有較多關(guān)于水泥、 石灰以及過氧化鈣等藥劑對底泥原位修復(fù)的研究, 主要集中在對底泥和水體黑臭現(xiàn)象的改善[6]、 黑臭有機質(zhì)的分解去除[7]、 氮磷物質(zhì)的削減[8]等方面。 關(guān)于投加上述藥劑對底泥向上覆水釋放氮磷、 底泥和上覆水pH 值的綜合變化, 以及對沉水植物存活生長的綜合影響, 缺少相關(guān)的研究報道。 本研究采用水泥、 生石灰以及過氧化鈣等3 種常見的化學(xué)藥劑對黑臭底泥進行固化穩(wěn)定化處理, 考察其對底泥污染釋放的抑制作用以及對沉水植物生長的影響等,為該方法在水生態(tài)治理領(lǐng)域的工程適用性提供科學(xué)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 底泥采樣

        供試底泥采集于合肥市瑤海區(qū)二十埠河污染嚴重的黑臭區(qū)段, 周邊有較多排污口。 采樣工具為長柄鐵鍬, 底泥樣品以表層稀泥為主, 采樣深度為15 cm。 完成采樣后, 將底泥帶回實驗室, 去除其中的大顆粒物、 塑料垃圾、 動植物殘渣等雜物, 然后用小鐵鏟反復(fù)攪拌混勻, 置于4 ℃冰箱中保存待用。

        1.2 試驗材料

        水泥為硅酸鹽水泥, 標(biāo)號為P·O 42.5; 生石灰粉末, 規(guī)格為60 目; 過氧化鈣粉末, 規(guī)格為60 目。

        沉水植物選用長勢良好的新鮮苦草, 平均高度約為20 cm。

        1.3 試驗方法

        (1) 試驗分組及設(shè)置。 分為水泥組、 生石灰組以及過氧化鈣組, 另外設(shè)置1 個空白對照組。 將底泥充分攪拌混勻, 裝入4 個圓柱形透明容器中, 每個容器中加入200 g 底泥, 泥層厚度約2 cm, 然后分別向水泥組、 石灰組以及過氧化鈣組投加6 g 相應(yīng)藥劑(經(jīng)提前測試確定用量, 可確保底泥適度固結(jié)), 攪拌均勻, 靜置3 d, 待底泥固結(jié)。 對照組不添加藥劑, 其他處理同前述。

        (2) 完成3 d 靜置后, 向各試驗組分別添加2 L 去離子水, 加水過程通過玻璃棒引流, 緩慢向各組加水, 盡量避免加水過程對底泥的擾動, 防止底泥泛起。 之后靜置14 d, 再從各組的上覆水中取水樣, 分別測定氨氮、 總氮、 總磷、 pH 值等指標(biāo),以探究各組的污染釋放情況。

        (3) 完成4 次水質(zhì)指標(biāo)測試后, 用玻璃棒輕戳各組底泥, 以了解底泥是否固結(jié)。 然后用玻璃棒對上覆水進行攪拌, 觀察底泥是否上翻。

        (4) 選取長勢良好、 大小相近的新鮮苦草, 在試驗組底泥中分別栽種5 株。 之后靜置14 d, 期間觀察植物的生長成活情況。 完成沉水植物試驗后,倒出各組的上覆水, 測定底泥的pH 值。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 不同修復(fù)藥劑對底泥的污染釋放影響

        從底泥上覆水取樣檢測, 考察不同修復(fù)藥劑對底泥的污染釋放影響, 結(jié)果如表1 所示。

        表1 不同修復(fù)藥劑對底泥的污染釋放影響Tab. 1 Influence of different remediation agents on pollution release of bottom sludge

        從底泥上覆水取樣檢測的結(jié)果顯示, 各試驗組均表現(xiàn)出一定的氨氮釋放抑制效果, 上覆水中氨氮濃度均低于空白對照組, 各組底泥上覆水中氨氮濃度大小依次為生石灰組、 水泥組、 過氧化鈣組, 表明過氧化鈣對底泥氨氮釋放的抑制效果相對較好。底泥作為黑臭水體的主要內(nèi)源污染, 有向自然水體遷移、 釋放氮磷營養(yǎng)鹽的趨勢[9], 因而對照組的底泥在未做處理的狀態(tài)下, 氨氮向上覆水大量釋放, 濃度最高。 水泥和生石灰具有對底泥的固化穩(wěn)定化作用, 在固結(jié)狀態(tài)下, 氮、 磷物質(zhì)較難自由遷移[10], 從而抑制了這兩組底泥的氨氮釋放。 過氧化鈣在底泥中可緩慢釋放氧氣, 提高氧化還原電位,具有較強氧化性[11]。 本研究中過氧化鈣組氨氮濃度最低, 可能是因為底泥中的氨氮被氧化, 轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮。

        由表1 可以看出, 與空白對照組相比, 水泥組和生石灰組對總氮的釋放有抑制效果, 其中水泥組的總氮抑制效果大于生石灰組。 過氧化鈣組的總氮濃度高于空白對照組, 表明向底泥中投加過氧化鈣在一段時間內(nèi)將促進總氮的釋放, 這可能是因為過氧化鈣的強氧化性促進了底泥有機質(zhì)的分解, 以及氨氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化, 從而增加了總氮的釋放[11]。

        由表1 還可知, 與空白對照組相比, 水泥組、生石灰組以及過氧化鈣組均表現(xiàn)出良好的總磷釋放抑制效果, 其中過氧化鈣組的總磷抑制效果最好。徐垚[12]研究發(fā)現(xiàn)在底泥中投加過氧化鈣能夠加快有機磷的礦化速度, 鐵鋁結(jié)合態(tài)磷和鈣結(jié)合態(tài)磷也明顯增加, 使得內(nèi)源磷持留能力增強。

        2.2 對上覆水pH 值的影響

        從底泥上覆水取樣檢測, 考察不同修復(fù)藥劑對底泥上覆水pH 值的影響, 結(jié)果如表2 所示。 空白對照組的上覆水呈中性偏弱酸, 可能是因為底泥中的有機質(zhì)酸有少量釋放進入上覆水。 3 個修復(fù)劑處理組的上覆水均呈堿性, 其中生石灰組和過氧化鈣組的pH 值均超過9, 呈較強的堿性。 陳奎章等[13]研究發(fā)現(xiàn)投加生石灰作為底泥穩(wěn)定劑會明顯提高上覆水的pH 值。 過氧化鈣能夠分解為氧化鈣和氧氣, 氧化鈣與水反應(yīng)可進一步生成氫氧化鈣, 從而釋放堿性物質(zhì)。 較高的pH 值環(huán)境不利于沉水植物的成活與生長[14]。

        表2 上覆水的pH 值Tab. 2 pH value of overlying water

        2.3 沉水植物的栽種成活情況及底泥pH 值

        采用不同修復(fù)藥劑處理底泥后, 沉水植物栽種成活情況如表3 所示。

        表3 沉水植物的成活情況Tab. 3 Survival status of submerged plants

        各試驗組栽種的苦草, 在測試開始第7 天即已全部死亡, 根部枯黃腐爛。 通過檢測底泥pH 值,發(fā)現(xiàn)除對照組外, 各試驗組底泥均呈強堿性, 該結(jié)果與王鋒等[15]研究結(jié)論一致。 由于底泥堿度大幅升高, 沉水植物無法生存, 限制了3 種藥劑在黑臭底泥原位修復(fù)中的應(yīng)用。

        3 結(jié)論

        采用水泥、 生石灰以及過氧化鈣對底泥進行處理后可抑制氮、 磷污染物的釋放, 改善底泥的黑臭現(xiàn)象, 但造成的底泥強堿性環(huán)境讓后續(xù)水生態(tài)工程無法實施, 沉水植物群落無法構(gòu)建。 因此, 建議在黑臭水體治理工程中謹慎采用水泥、 生石灰以及過氧化鈣進行底泥的原位修復(fù)。

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