馬小梅

(北京市順義區(qū)水務(wù)局，北京 101300)

0 引 言

城市的發(fā)展離不開(kāi)水源，大多數(shù)城市都會(huì)依靠河流而建。但是隨著城市規(guī)模和配套設(shè)施的高速發(fā)展，工業(yè)及生活污染物的排放量急劇增加，排放進(jìn)河道的污染物導(dǎo)致河水產(chǎn)生富營(yíng)養(yǎng)化甚至常年黑臭等現(xiàn)象，給城市形象、人們的生活及身體健康等造成極其不利的影響[1-2]。

前人的研究表明，導(dǎo)致城市河道黑臭的因素較多，其中最為主要的因素分為以下幾點(diǎn)：①未經(jīng)過(guò)有效處理的有機(jī)物造成的河道污染[3]；②大量污染物沉積在河道底部，并且在水流的沖刷作用下產(chǎn)生再懸浮現(xiàn)象[4]；③夏季水溫升高導(dǎo)致水體中的微生物活動(dòng)頻率及繁殖速度增加[5]；④城市河道水流量較小，造成底部淤泥沉積和水生植物快速生長(zhǎng)[6]。針對(duì)上述城市河道黑臭機(jī)理，國(guó)家出臺(tái)了《城市黑臭水體整治工作指南》等指導(dǎo)文件，從物理、化學(xué)和生物-生態(tài)等多角度進(jìn)行治理。其中，物理法主要包含通過(guò)相關(guān)手段把河道底部污染嚴(yán)重的底泥清理、在底部污染嚴(yán)重的底泥上方覆蓋材料使其與水體隔離、人工將空氣或氧氣通入河道中等[7]；而化學(xué)治理手段主要是向水體中加入無(wú)害的化學(xué)試劑達(dá)到去除污染物的效果[8]；生物-生態(tài)治理手段主要是通過(guò)植物、微生物和生物促生劑等對(duì)污染物進(jìn)行降解[9]。

曝氣充氧技術(shù)作為一種新興的技術(shù)手段對(duì)黑臭水體的治理效果十分顯著[10]，但是不同的曝氣方式對(duì)水體中的富氧元素的治理效果研究尚不完善。因此，本文將針對(duì)不同曝氣手段去除黑臭河道富氧元素效能進(jìn)行研究。

1 試驗(yàn)方法

本文的研究對(duì)象主要有取自某河道的上覆水和底部淤泥，河道現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)圖1。經(jīng)過(guò)檢測(cè)得到上覆水的相關(guān)理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

圖1 河道現(xiàn)場(chǎng)圖

表1 上覆水相關(guān)理化性質(zhì) /mg·L-1

首先將厚度約6 cm的淤泥放置在容積為2 000 ml的燒杯中，再通過(guò)虹吸法向燒杯中輕輕注入1 200 ml左右的上覆水，通過(guò)水體曝氣和底部淤泥曝氣兩種方式與靜置組進(jìn)行對(duì)比研究，每種方式均設(shè)置3個(gè)試樣，結(jié)果取平均值。水體曝氣將曝氣裝置放在泥-水交界處上方約3 cm處；淤泥曝氣將曝氣裝置放在泥-水交界處下方約3 cm處；樣品靜置3 d后進(jìn)行試驗(yàn)，曝氣參數(shù)為1.5 L·min-1，每天曝氣循環(huán)次數(shù)為6次，單個(gè)循環(huán)為曝氣1 h，靜置3 h，曝氣總時(shí)長(zhǎng)為20 d，完成曝氣試驗(yàn)后樣品靜置2 d。通過(guò)測(cè)量曝氣過(guò)程中上覆水、間隙水和底部淤泥的相關(guān)參數(shù)，表證曝氣方式對(duì)治理水體的效能。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 COD濃度分析

測(cè)量不同曝氣方式及時(shí)間下的燒杯上覆水中的COD濃度，結(jié)果見(jiàn)圖2。從圖2中可以看出，靜置對(duì)照組的COD濃度隨著時(shí)間的增長(zhǎng)呈緩慢上升趨勢(shì)；而水體曝氣組和淤泥曝氣組上覆水的COD濃度在經(jīng)歷過(guò)曝氣處理后呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢(shì)。這是因?yàn)槠貧馓幚砟苁沟啄嘀械挠袡C(jī)污染物向上覆水中釋放，但是隨著曝氣時(shí)間的增長(zhǎng)，上覆水中的含氧量增大，加速了好氧微生物進(jìn)行新陳代謝的速率，從而加快了有機(jī)污染物的降解速率，使得COD濃度有所降低。從圖2中還可以看出，淤泥曝氣組的COD濃度顯著高于另外兩組試驗(yàn)，這是因?yàn)橛倌嗥貧膺@種方式會(huì)使得底泥中的有機(jī)污染物更充分地向上覆水中釋放。對(duì)比兩種曝氣方式下的上覆水的COD濃度變化可以發(fā)現(xiàn)，水體曝氣方式對(duì)COD的去除效果更優(yōu)。但是也有研究表明，淤泥曝氣方式通過(guò)增大底泥中微生物與上覆水中污染物的接觸幾率，從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看對(duì)污染物的去除作用效果更加顯著[10]。

圖2 曝氣方式對(duì)上覆水COD濃度的影響

2.2 pH值變化分析

測(cè)量不同曝氣方式及時(shí)間下的燒杯上覆水中的pH值，結(jié)果見(jiàn)圖3。從圖3中可以看出，水體曝氣組和淤泥曝氣組上覆水的pH值在第2天就從初始值的7.6 上升至8.7 和8.8，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，呈現(xiàn)出先下降后穩(wěn)定的趨勢(shì)，這主要是因?yàn)槠貧膺^(guò)程會(huì)使CO2產(chǎn)生吹脫作用，從而導(dǎo)致上覆水中的OH-比例增大，而后由于硝化作用產(chǎn)生H+，又會(huì)導(dǎo)致上覆水的pH值有所下降；靜置組上覆水的pH值隨著時(shí)間的增長(zhǎng)表現(xiàn)出先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)，最大值8.1出現(xiàn)在第6天。結(jié)果表明，不同的曝氣方式均能提高上覆水的pH值，結(jié)合以往的研究[11]，提高上覆水的pH值有利于降低底部淤泥中的重金屬釋放速率。

圖3 曝氣方式對(duì)上覆水pH值的影響

2.3 氨氮濃度分析

圖4 曝氣方式對(duì)上覆水濃度的影響

2.4 總氮和總磷濃度分析

圖5 曝氣方式對(duì)上覆水總氮和總磷濃度的影響

3 結(jié)論

本文結(jié)合室內(nèi)模擬試驗(yàn)，研究了不同曝氣處理方式對(duì)黑臭河道富氧元素的處理效果，結(jié)論如下：

1) 水體曝氣和淤泥曝氣兩種方式較靜置處理而言，均能有效降低上覆水的COD濃度和提高上覆水的pH值。

3) 結(jié)合上覆水COD濃度、pH值、氨氮濃度、TN和TP濃度變化量可知，水體曝氣對(duì)上覆水中的氮磷去除效果較淤泥曝氣方式更優(yōu)。