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近年來，水體富營養化污染日益嚴重，有些地方的水域甚至爆發了大面積“水華”，嚴重時迎風岸邊腥臭的藍藻堆積厚度達數十米，嚴重影響了市民飲水、水產養殖等，磷是造成水體富營養化的因素之一，利用污水除磷劑去除污水中的磷是避免水體富營養化的有效方法。本文針對滇池水體富營養化污染導致藻類過量繁殖的問題，研制出了一種新型的污水除磷劑-改性膨潤土材料，通過小試、現場試驗及相關理論，進一步探討了該污水除磷劑對滇池水體除磷的效果，通過降低滇池水體中磷的含量，以期為控制湖泊藻類過量繁殖、減輕水體富營養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廣泛存在的一種黏土———膨潤土為主要原料,經過適當處理后應用于滇池富營養化水體的凈化處理中。對采集的膨潤土進行的主要處理工序包括:1)去除雜質:通過篩分即可實現;2)鈉化處理:去除雜質后的膨潤土通過Na2CO3在一定濕度的條件下進行混合均勻并將混合好的膨潤土在蔭涼處放置48h;3)鑭系改性:經過鈉化處理后的膨潤土進行鑭系改性。經上述處理后的膨潤土即可應用于滇池富營養化的除磷過程并較終達到控制水體富營養化的目的。該污水除磷劑可為泥漿狀、粉末狀、顆粒狀等形式。其自身成分穩定,化學組成主要為SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及MgO等。根據相關試驗研究結果初步分析,該污水除磷劑除磷、富營養化控制的機理以“化學反應沉淀+物理吸附”的過程為主,并兼有其他的物理化學轉化作用。該污水除磷劑能有效降低水體中磷的含量,通過切斷藍藻生長的營養源,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,從而較終達到控制水體富營養化的作用。

2、新型污水除磷劑應用于滇池富營養化水體治理試驗

2.1 實驗室小試

試驗期間氣溫20～27℃,水溫20～24℃。試驗容器為兩個圓筒形透明塑料桶(55L),桶高70cm,各裝入50L取自昆明海埂公園內滇池岸邊的滇池含藻水樣。試驗水桶中投加制備好的污水除磷劑,通過將污水除磷劑配置成泥漿液后均勻噴撒在水面。另一個水樣作為空白對照樣。每天取樣測定水樣的透明度、磷酸鹽、總磷的質量濃度，試驗結果發現：在試驗的第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。由于引起水樣富營養化而導致藍藻暴發的誘導因子磷得以明顯降低,因此試驗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。這一結果證實新型污水除磷劑不僅對滇池湖水中的磷酸鹽和總磷具有較好的去除效果,同時對其藍藻水具有很好的控藻降藻作用。同時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。試驗期間觀測到事先放入試驗水缸中的15條小魚均生長狀況良好,沒有出現中毒死亡現象。到30d時,分別在試驗水樣和對照水樣中取樣并進行水質檢測,結果見表1。60d后,觀察并發現處理后水樣中的藻類含量并沒有重新暴發的跡象,其水樣的透明度一直維持在較好的狀態。同時,在試驗水桶底部發現原先生長在水樣中的藻類已經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水桶底部,有效地防止其重新進入水樣,從而較好地保證了處理水樣的持續性。

試驗進行30d時,污水除磷劑對藻類的去除率可達9914%,對CODMn、TN、TP及磷酸鹽的凈化去除率在5512%～9417%,優勢藻種類也體現了水質有好轉跡象。小試結果表明新型污水除磷劑不僅對滇池藍藻水樣具有很好的除磷作用,并對水樣中的藍藻具有很好的凈化控制效果,同時對水中的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魚類的生長沒表現出毒性作用。

2.2?現場擴大試驗

在小試基礎上,為進一步觀察、研究和驗證新型污水除磷劑的作用性能,以及湖泊水體除磷和對藻類的控制應用技術研究。項目組于2006年3—5月在昆明滇池周邊的一魚塘進行現場試驗,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114m。在整個現場試驗期間,每周定時采樣測定,對凈化效果進行整體評估,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區,另一部分作對照區。

試驗結果表明:不論是水體透明度,還是其他相關污染因子,如磷酸鹽、總磷、葉綠素2a均呈現出試驗區和對照區完全不同的趨勢。在投加污水除磷劑的試驗區,水體的透明度明顯上升,而對照區水體的透明度一直維持在較低的水平,水體中出現了藻類的大量繁殖。在污染因子變化方面:試驗區水體的磷酸鹽、總磷和葉綠素2a含量都出現了很大的降低,呈現出很好的去除效果。現場試驗過程中各監測因子的變化趨勢均與實驗室試驗的趨勢基本一致,顯現出很好的重復性。經過連續10周的監測,在對照區水體各污染因子變化不大的情況下,試驗區水體的透明度增加4倍,從較初的26cm上升至105cm;水體的磷酸鹽去除率達95.13%,從較初的0.164mg/L降低至0.103mg/L;水體的總磷去除率達83.10%,從較初的0.194mg/L減小到0.116mg/L;同時水體的葉綠素2a去除率達92.11%,從較初的0.176mg/L減小到0.106mg/L。水體中引起富營養化和藻類繁殖的各污染物都顯著減少,水質狀況得到很好的改善。

在現場試驗期間觀測到,試驗區水體中的藻類隨試驗時間的增加不斷降低,在試驗開始的2d內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,但是從試驗的第3天試驗區水體的透明度變化開始明顯,呈不斷上升的趨勢,到1周后試驗水體已經開始呈現清澈的狀況。試驗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。現場試驗結果表明該污水除磷劑可較大規模地治理含藻水體,可達快速降藻,控藻的目的。

3?新型污水除磷劑除磷、降藻、控藻機理初探

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土產品,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,達到降藻、控藻的作用。

2)物理吸附和化學沉淀除磷作用:實驗室小試和現場擴大試驗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。其除磷的主要機理在于新型污水除磷劑是一種鑭系化合物的改性土壤產品,其改性過程中的鑭與水體中的磷進行有效的化學反應并生成不溶于水的沉淀化合物;同時改性黏土由于含有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的二次污染問題,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,保證了經新型污水除磷劑處理后的水體在相當長的一段時期內水質維持在較好狀態。

4結論

實驗室小試和滇池現場擴大試驗結果表明,新型污水除磷劑對滇池含藻水體具有明顯的降藻、控藻的作用;對水體中的磷具有很好的去除效果;同時對水體中的其他污染物也有一定的去除作用。不論是實驗室小試還是現場擴大試驗均表明經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,水質狀況有較大改善。因此,本研究認為新型污水除磷劑的開發可為湖泊富營養化污染治理提供一個新的方向。