徐 勇

(商丘市睢陽區(qū)水務(wù)局，河南 商丘 476000)

1 概 述

近年來，隨著城鎮(zhèn)居民人數(shù)的持續(xù)增加與制造業(yè)的快速發(fā)展，我國城市河道污染情況嚴(yán)重，黑臭河道嚴(yán)重影響居民生活環(huán)境和城市形象[1-3]。因此，研究開發(fā)能夠高效率、低成本、無污染的河道污水處理措施，對于我國城鎮(zhèn)化的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義。

傳統(tǒng)的河道污染治理措施主要有河道清淤、生態(tài)治理、物理過濾吸附、化學(xué)處理技術(shù)等[4-6]。但現(xiàn)有河道治理技術(shù)仍存在較大局限性，如物理吸附手段常存在污染去除效率低問題，化學(xué)治理技術(shù)容易導(dǎo)致容易造成二次污染問題，生態(tài)治理技術(shù)治理時(shí)間較長等問題[7-10]。

因此，合理引入高效、無污染、見效快的河道污水治理技術(shù)，是改善城市環(huán)境和居民生活條件的重要手段。

本文基于前人的研究經(jīng)驗(yàn)，室內(nèi)利用微藻和生物炭制備了新型AS-MA復(fù)合材料，并基于室內(nèi)試驗(yàn)深入討論了生物炭、微藻及AS-MA復(fù)合材料在河道污水處理中的應(yīng)用效果。研究成果可為我國城市黑臭河道污水治理提供一定的理論和技術(shù)支撐。

2 工程背景

擬治理黑臭水河道位于我國南方某城市市區(qū)內(nèi)，由于該城市近幾年城鎮(zhèn)化發(fā)展加快，城鎮(zhèn)常住居民人口劇增、工業(yè)制造廠快速發(fā)展，導(dǎo)致城市河流出現(xiàn)一定程度的污染情況，對該河道污染進(jìn)行快速、有效治理恢復(fù)成為城市治理的重要任務(wù)。通過借鑒我國南方其他城市的河道治理案例，發(fā)現(xiàn)生態(tài)治理、過濾等治理手段不僅治理周期較長且效果不佳?？紤]到河流主要污染成分及生態(tài)影響等因素，經(jīng)過多重對黑臭水主要成分的研究及對不同方案的對比篩選，擬采用新型治理技術(shù)對河道黑臭水進(jìn)行治理，先通過室內(nèi)試驗(yàn)對該技術(shù)的應(yīng)用手段及技術(shù)效果進(jìn)行研究。見圖1。

圖1 城市黑臭河道現(xiàn)狀

3 材料制備與試驗(yàn)

3.1 原材料

新型AS-MA復(fù)合材料的原材料主要包括小綠藻顆粒和污泥，其中綠球藻為實(shí)驗(yàn)室室內(nèi)培養(yǎng)所得，污泥為通過某污水處理廠所得。利用綠球藻開展綠球藻的室內(nèi)培養(yǎng)工作，培養(yǎng)基為BG11型培養(yǎng)基，其具體配方見表1。取2.0 g固體BG11型培養(yǎng)基攪拌定容置入1 000 ml燒杯中，之后再將其均分到4個(gè)500 ml的錐形瓶中并密封。在120℃的條件下對培養(yǎng)基進(jìn)行15 min的滅菌后冷卻，在無菌環(huán)境下進(jìn)行綠球藻接種。接種后將其置入恒溫光照培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)24 h，光暗時(shí)間均為12 h，培養(yǎng)箱中恒定溫度為25℃，恒定光照為5 000 lux。污泥材料取自某污水處理廠，原材料為黑灰色的半固態(tài)物質(zhì)，通過室內(nèi)試驗(yàn)測得其含水率為85%。將獲得的污泥放入烘箱(80℃)中干燥24 h，隨后將其粉碎，制備成活性污泥。

表1 BG11培養(yǎng)基配方

3.2 復(fù)合材料制備

室內(nèi)利用活性污泥和綠球藻制備新型AS-MA材料。首先，需要將活性污泥絮體培養(yǎng)為好氧污泥顆粒。利用圓柱型 SBR 反應(yīng)器接種絮狀污泥，按照“進(jìn)水-曝氣-靜置+攪拌-二次曝氣沉淀排水-閑置”的運(yùn)行方式，運(yùn)行周期調(diào)整為每天3個(gè)，每周期8 h:進(jìn)水5 min,曝氣150 min,靜置+攪拌120 min；二次曝氣120 min,沉淀10 min,排水5 min,其余時(shí)間閑置，部分污泥趨向于顆?；癄顟B(tài)，形成具有脫氮功能的顆?；勰嗟碾r形。隨后的培養(yǎng)中根據(jù)情況不斷減少沉淀時(shí)間，排出沉降性能差的絮狀污泥，最終沉淀時(shí)間降至5 min，得到好氧污泥顆粒。之后，需要接種綠球藻。光照條件下，將培養(yǎng)基中的綠球藻取接種入好氧污泥顆粒中，接種時(shí)間宜為上午8-10時(shí)之間。見圖2。

圖2 AS-MA材料形成過程

3.3 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)的主要目標(biāo)是研究新型AS-MA復(fù)合材料對城市工業(yè)污水的處理效能，室內(nèi)展開了AS-MA復(fù)合材料處理污水性能試驗(yàn)，主要包括化學(xué)需氧量(COD)值測定試驗(yàn)、總磷(TP)測定試驗(yàn)、總氮(TN)測定實(shí)驗(yàn)以及微觀機(jī)理分析試驗(yàn)。分別將干污泥、生物炭及AS-MA復(fù)合材料顆粒至于濾管中制備濾芯，并進(jìn)行污染物吸附效果檢測。此外，本次試驗(yàn)檢測的水樣為取自我國南方某城市河道中的污水試樣，取樣點(diǎn)臨近某小型城市垃圾站，在取樣點(diǎn)取污水樣品20份開展室內(nèi)試驗(yàn)研究。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 TN值分析

圖3為不同處理手段下污水TN濃度隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線。由圖3可知，隨著試驗(yàn)時(shí)間的不斷增加，不同處理手段下污水的TN濃度也呈逐漸減小。在進(jìn)行處理前，污水中的TN濃度為10 mg/L；經(jīng)過6 d的試驗(yàn)后，干污泥處置下污水的TN濃度為7.97 mg/L，磁性納米粒子處置下污水的TN濃度為0.56 mg/L，AS-MA處置下污水的TN濃度為0.26 mg/L，處置效果分別達(dá)到20.30%、94.40%和97.40%。由此可見，干污泥對污水中污染物的去除效果較差，生物炭的處置效果遠(yuǎn)優(yōu)于活性污泥；新型AS-MA復(fù)合材料的處置效果最佳，其去除率是活性污泥的4.65倍，TN去除效果略優(yōu)于生物炭。

圖3 不同處理手段下TN濃度隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線

圖4 AS-MA降解污水中TN濃度內(nèi)在機(jī)理

4.2 TP值分析

圖5為不同處理手段下污水TP濃度隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線。由圖5可知，隨著試驗(yàn)時(shí)間的不斷增加，不同處理手段下污水的TP濃度也呈逐漸減小。干污泥對污水中的磷元素幾乎沒有去除效果。初始條件下污水中的TP濃度為10 mg/L，經(jīng)過6 d的試驗(yàn)后，干污泥處置下污水的TN濃度仍達(dá)到9.45 mg/L。相比之下，生物炭處置后污水的TP濃度為2.04 mg/L，AS-MA處置后污水的TP濃度更低，僅達(dá)到0.66 mg/L，3種材料對污水中磷元素的處置效果分別為5.50%、79.60%和93.40%。由此可見，活性污泥對污水中污染物的去除效果很差，生物炭的處置效果遠(yuǎn)優(yōu)于干污泥；新型AS-MA復(fù)合材料的處置效果最好。

圖5 不同處理手段下TP濃度隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線

4.3 污水COD降解

圖6為不同處理手段下污水COD值隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線。由圖6可知，隨著試驗(yàn)時(shí)間的不斷增加，不同處理手段下污水的COD值呈逐漸減小的變化趨勢。在進(jìn)行處理前，污水中的COD值為500 mg/L；經(jīng)過6 d的試驗(yàn)后，干污泥處置下污水的COD值為461.33 mg/L，生物炭處置下污水的COD值為198.49 mg/L，AS-MA處置下污水的COD值為115.92 mg/L，處置效果分別達(dá)到7.73%、60.30%和76.81%。由此可見，干污泥對污水中污染物的去除效果較差，生物炭的處置效果遠(yuǎn)優(yōu)于干污泥；新型AS-MA復(fù)合材料的處置效果最佳，其去除率是活性污泥的9.93倍，較生物炭也高出27.38%。

圖6 不同處理手段下COD值隨試驗(yàn)時(shí)間變化曲線

5 結(jié) 論

為有效治理我國城市黑臭河道水資源污染問題，利用微藻和污泥生物炭兩種材料，室內(nèi)制備了一種新型AS-MA復(fù)合型材料。依托南方某城市黑臭河道治理工程，展開了污水試樣污染物去除試驗(yàn)。研究結(jié)論如下：

1) 相較于傳統(tǒng)活性污泥和磁性納米粒子處置廢水技術(shù)手段，新型AS-MA復(fù)合材料對于工業(yè)廢水COD、TP和TN濃度具有更高的去除效果，污染物去除率是活性污泥的4.79～16.98倍，較磁性納米粒子亦高出3.12%～27.38%。

2) 受限于試驗(yàn)條件，本次研究僅對比了污泥生物炭、綠藻及AS-MA共3種典型材料的污染物去除率，下一步應(yīng)當(dāng)對更多材料展開試驗(yàn)，以驗(yàn)證AS-MA去除污水污染物的效率及特殊優(yōu)勢。