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近年來(lái)，水體富營(yíng)養(yǎng)化污染日益嚴(yán)重，有些地方的水域甚至爆發(fā)了大面積“水華”，嚴(yán)重時(shí)迎風(fēng)岸邊腥臭的藍(lán)藻堆積厚度達(dá)數(shù)十米，嚴(yán)重影響了市民飲水、水產(chǎn)養(yǎng)殖等，磷是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的因素之一，利用污水除磷劑去除污水中的磷是避免水體富營(yíng)養(yǎng)化的有效方法。本文針對(duì)滇池水體富營(yíng)養(yǎng)化污染導(dǎo)致藻類過(guò)量繁殖的問(wèn)題，研制出了一種新型的污水除磷劑-改性膨潤(rùn)土材料，通過(guò)小試、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及相關(guān)理論，進(jìn)一步探討了該污水除磷劑對(duì)滇池水體除磷的效果，通過(guò)降低滇池水體中磷的含量，以期為控制湖泊藻類過(guò)量繁殖、減輕水體富營(yíng)養(yǎng)化污染尋求一條新途徑。

1?新型污水除磷劑的制備

新型污水除磷劑是以云南地區(qū)廣泛存在的一種黏土———膨潤(rùn)土為主要原料,經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理后應(yīng)用于滇池富營(yíng)養(yǎng)化水體的凈化處理中。對(duì)采集的膨潤(rùn)土進(jìn)行的主要處理工序包括:1)去除雜質(zhì):通過(guò)篩分即可實(shí)現(xiàn);2)鈉化處理:去除雜質(zhì)后的膨潤(rùn)土通過(guò)Na2CO3在一定濕度的條件下進(jìn)行混合均勻并將混合好的膨潤(rùn)土在蔭涼處放置48h;3)鑭系改性:經(jīng)過(guò)鈉化處理后的膨潤(rùn)土進(jìn)行鑭系改性。經(jīng)上述處理后的膨潤(rùn)土即可應(yīng)用于滇池富營(yíng)養(yǎng)化的除磷過(guò)程并較終達(dá)到控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的目的。該污水除磷劑可為泥漿狀、粉末狀、顆粒狀等形式。其自身成分穩(wěn)定,化學(xué)組成主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及MgO等。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)研究結(jié)果初步分析,該污水除磷劑除磷、富營(yíng)養(yǎng)化控制的機(jī)理以“化學(xué)反應(yīng)沉淀+物理吸附”的過(guò)程為主,并兼有其他的物理化學(xué)轉(zhuǎn)化作用。該污水除磷劑能有效降低水體中磷的含量,通過(guò)切斷藍(lán)藻生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)源,并利用該污水除磷劑具有較好的吸附性能,可有效吸附水體中的藻類,從而較終達(dá)到控制水體富營(yíng)養(yǎng)化的作用。

2、新型污水除磷劑應(yīng)用于滇池富營(yíng)養(yǎng)化水體治理試驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)室小試

試驗(yàn)期間氣溫20～27℃,水溫20～24℃。試驗(yàn)容器為兩個(gè)圓筒形透明塑料桶(55L),桶高70cm,各裝入50L取自昆明海埂公園內(nèi)滇池岸邊的滇池含藻水樣。試驗(yàn)水桶中投加制備好的污水除磷劑,通過(guò)將污水除磷劑配置成泥漿液后均勻噴撒在水面。另一個(gè)水樣作為空白對(duì)照樣。每天取樣測(cè)定水樣的透明度、磷酸鹽、總磷的質(zhì)量濃度，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)：在試驗(yàn)的第1～10天,處理水樣的透明度快速上升(從初始的512cm上升至10d后的3418cm),而試驗(yàn)處理水樣中的磷酸鹽和總磷下降明顯,其中磷酸鹽從0172mg/L下降至0103mg/L,總磷從0191mg/L下降至0112mg/L。由于引起水樣富營(yíng)養(yǎng)化而導(dǎo)致藍(lán)藻暴發(fā)的誘導(dǎo)因子磷得以明顯降低,因此試驗(yàn)水桶中的藻類明顯減小,水樣外觀從黃綠色渾濁變得十分清澈透明。在此期間,對(duì)照水樣的透明度有略微的降低,但磷酸鹽和總磷有一定的上升,藻類還大量存在,水樣的外觀仍然呈黃綠色渾濁。這一結(jié)果證實(shí)新型污水除磷劑不僅對(duì)滇池湖水中的磷酸鹽和總磷具有較好的去除效果,同時(shí)對(duì)其藍(lán)藻水具有很好的控藻降藻作用。同時(shí)由于該新型污水除磷劑能有效去除水樣中的磷并很大降低水中的藻類,因此水樣的透明度明顯提高。試驗(yàn)期間觀測(cè)到事先放入試驗(yàn)水缸中的15條小魚均生長(zhǎng)狀況良好,沒有出現(xiàn)中毒死亡現(xiàn)象。到30d時(shí),分別在試驗(yàn)水樣和對(duì)照水樣中取樣并進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè),結(jié)果見表1。60d后,觀察并發(fā)現(xiàn)處理后水樣中的藻類含量并沒有重新暴發(fā)的跡象,其水樣的透明度一直維持在較好的狀態(tài)。同時(shí),在試驗(yàn)水桶底部發(fā)現(xiàn)原先生長(zhǎng)在水樣中的藻類已經(jīng)沉降到水桶底部并在其上方覆蓋著約5mm厚的黏土覆蓋層,該覆蓋層將沉降的藻類牢牢壓在試驗(yàn)水桶底部,有效地防止其重新進(jìn)入水樣,從而較好地保證了處理水樣的持續(xù)性。

試驗(yàn)進(jìn)行30d時(shí),污水除磷劑對(duì)藻類的去除率可達(dá)9914%,對(duì)CODMn、TN、TP及磷酸鹽的凈化去除率在5512%～9417%,優(yōu)勢(shì)藻種類也體現(xiàn)了水質(zhì)有好轉(zhuǎn)跡象。小試結(jié)果表明新型污水除磷劑不僅對(duì)滇池藍(lán)藻水樣具有很好的除磷作用,并對(duì)水樣中的藍(lán)藻具有很好的凈化控制效果,同時(shí)對(duì)水中的CODMn和TN等污染物也有較好凈化去除作用,另外該新型污水除磷劑對(duì)魚類的生長(zhǎng)沒表現(xiàn)出毒性作用。

2.2?現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大試驗(yàn)

在小試基礎(chǔ)上,為進(jìn)一步觀察、研究和驗(yàn)證新型污水除磷劑的作用性能,以及湖泊水體除磷和對(duì)藻類的控制應(yīng)用技術(shù)研究。項(xiàng)目組于2006年3—5月在昆明滇池周邊的一魚塘進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),魚塘的面積為600m2,將魚塘清空并平均分成兩部分,每部分面積約為300m2。在處理好的魚塘底部堆放50cm厚度的滇池底泥并用水泵將滇池水分別引入魚塘中,水深達(dá)114m。在整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間,每周定時(shí)采樣測(cè)定,對(duì)凈化效果進(jìn)行整體評(píng)估,采樣分析因子包括透明度、磷酸鹽、總磷和葉綠素2a。在魚塘的兩部分中選擇一部分在其水面上均勻噴撒新型污水除磷劑泥漿液作為試驗(yàn)區(qū),另一部分作對(duì)照區(qū)。

試驗(yàn)結(jié)果表明:不論是水體透明度,還是其他相關(guān)污染因子,如磷酸鹽、總磷、葉綠素2a均呈現(xiàn)出試驗(yàn)區(qū)和對(duì)照區(qū)完全不同的趨勢(shì)。在投加污水除磷劑的試驗(yàn)區(qū),水體的透明度明顯上升,而對(duì)照區(qū)水體的透明度一直維持在較低的水平,水體中出現(xiàn)了藻類的大量繁殖。在污染因子變化方面:試驗(yàn)區(qū)水體的磷酸鹽、總磷和葉綠素2a含量都出現(xiàn)了很大的降低,呈現(xiàn)出很好的去除效果。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過(guò)程中各監(jiān)測(cè)因子的變化趨勢(shì)均與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的趨勢(shì)基本一致,顯現(xiàn)出很好的重復(fù)性。經(jīng)過(guò)連續(xù)10周的監(jiān)測(cè),在對(duì)照區(qū)水體各污染因子變化不大的情況下,試驗(yàn)區(qū)水體的透明度增加4倍,從較初的26cm上升至105cm;水體的磷酸鹽去除率達(dá)95.13%,從較初的0.164mg/L降低至0.103mg/L;水體的總磷去除率達(dá)83.10%,從較初的0.194mg/L減小到0.116mg/L;同時(shí)水體的葉綠素2a去除率達(dá)92.11%,從較初的0.176mg/L減小到0.106mg/L。水體中引起富營(yíng)養(yǎng)化和藻類繁殖的各污染物都顯著減少,水質(zhì)狀況得到很好的改善。

在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)期間觀測(cè)到,試驗(yàn)區(qū)水體中的藻類隨試驗(yàn)時(shí)間的增加不斷降低,在試驗(yàn)開始的2d內(nèi)由于在其水體表面噴撒了新型污水除磷劑泥漿液,水體的透明度變化不是很明顯,但是從試驗(yàn)的第3天試驗(yàn)區(qū)水體的透明度變化開始明顯,呈不斷上升的趨勢(shì),到1周后試驗(yàn)水體已經(jīng)開始呈現(xiàn)清澈的狀況。試驗(yàn)水體中的藻類也隨著其透明度的不斷上升而減小,并較終沉降在水體底部。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明該污水除磷劑可較大規(guī)模地治理含藻水體,可達(dá)快速降藻,控藻的目的。

3?新型污水除磷劑除磷、降藻、控藻機(jī)理初探

1)物理吸附沉降除藻作用:新型污水除磷劑作為一種改性膨潤(rùn)土產(chǎn)品,它具有良好的吸附性。將其噴灑在處理水體表面后能有效吸附水體中的藻類,并在此后的一定時(shí)間能逐漸沉降到水體的底部,從而做到將水體中的藻類有效分離,達(dá)到降藻、控藻的作用。

2)物理吸附和化學(xué)沉淀除磷作用:實(shí)驗(yàn)室小試和現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大試驗(yàn)均顯示了本研究的新型污水除磷劑能有效降低水體中磷的含量,做到從源頭上控制藻類的繁殖。其除磷的主要機(jī)理在于新型污水除磷劑是一種鑭系化合物的改性土壤產(chǎn)品,其改性過(guò)程中的鑭與水體中的磷進(jìn)行有效的化學(xué)反應(yīng)并生成不溶于水的沉淀化合物;同時(shí)改性黏土由于含有Mg、Fe、Ca、Al等化合物,因此其也具有較好的絮凝效果,從而具備較好的除磷作用。

3)底泥覆蓋作用:為有效防止水體底泥中的污染物重新釋放到水體中帶來(lái)的二次污染問(wèn)題,新型污水除磷劑在沉降到水體的底部后能在底泥的表面形成一層約5mm厚的底泥保護(hù)覆蓋層,從而切斷底泥中的污染物重新釋放到水體中,有效避免了二次污染,保證了經(jīng)新型污水除磷劑處理后的水體在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)期內(nèi)水質(zhì)維持在較好狀態(tài)。

4結(jié)論

實(shí)驗(yàn)室小試和滇池現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大試驗(yàn)結(jié)果表明,新型污水除磷劑對(duì)滇池含藻水體具有明顯的降藻、控藻的作用;對(duì)水體中的磷具有很好的去除效果;同時(shí)對(duì)水體中的其他污染物也有一定的去除作用。不論是實(shí)驗(yàn)室小試還是現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)大試驗(yàn)均表明經(jīng)新型污水除磷劑處理后,水體藻類含量明顯減少,水體透明度增加,水質(zhì)狀況有較大改善。因此,本研究認(rèn)為新型污水除磷劑的開發(fā)可為湖泊富營(yíng)養(yǎng)化污染治理提供一個(gè)新的方向。