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黑臭河道治理过氧化钙技术

发布时间:2021-4-5 8:28:37  中国污水处理工程网

  1、引言

  工业发展与城镇化建设导致大量污水、废水的排放,致使城市河水富营养化、重度污染,严重影响居民生活质量与环境建设,因此,开展黑臭水治理研究乃城市绿化建设工作的重中之重。

  目前,我国学者针对城市黑臭水治理的研究工作已大范围展开。吴琼认为,城市黑臭水治理是一项需要综合多学科、多领域共同合进行研究的工作,因为黑臭水的形成与发展是一个多方面共同作用的原因,并进一步详细分析指出城市黑臭水形成的原因与演化过程,深入讨论目前国内常用的各种城市黑臭水防治手段的优、缺点。潘伊等以我国目前城市黑臭水治理研究现状为研究背景,详细介绍了城市黑臭水整治的常见类型、原则并总结了城市黑臭水体整治技术的优缺点,并针对不同黑臭水形成原因指出了最适宜的治理方案,为我国城市黑臭水治理工作提高了良好的借鉴效果;余铭铨根据城市黑臭水治理工作经验及相关资料,分析活水循环技术在黑臭水治理工作中的优点及治理效果,认为活水循环治理技术不仅治理效果卓越,并且能够有效治理水生态环境;王琨等通过开展2种微生物菌株和3种水生植物对30t流动的模拟黑臭水的处理室内试验,提出单独使用微生物和联合使用微生物及水生植物对黑臭水的治理效果相似,但相对于水生植物而言,微生物处理黑臭水效果更为明显;微生物菌株能够通过加速黑臭水中有机物的降解,大幅度改善水体黑臭状态,生态治理手段能够长期、健康的有效治理黑臭水。

  上述研究表明,各种治理技术均表现出良好的治理效果,但通过水循环等手段治理工作量大、耗资大,生态治理技术则不能快速获得治理成果,因此,本文以深圳市某片区黑臭河道治理工程为例,旨在通过引入过氧化钙除污技术进行高效河道治理;对比不同投加量、不同反应时间及不同温度实验条件下除磷效率,得出过氧化钙治理黑臭水最佳方案,以期为我国城市黑臭水治理工作提供良好的范例。

  2、研究概况

  2.1 河道污水现状

  拟治理黑臭水河道位于深圳市某区内,由于周围存在密集居民区、大学及工业制造厂的排放污水、废水现象,虽已经过严令禁止,但仍需对该河道污染进行快速、有效治理恢复。借鉴深圳市内其他河道治理情况,发现生态治理、过滤等治理手段不仅治理周期较长且效果不佳,因此决定引入化学除污技术对该黑臭水河道进行治理,经过多重对黑臭水主要成分的研究及对不同方案的对比筛选,拟采用过氧化钙除污技术对河道黑臭水进行治理,先通过室内及现场试验对该技术的应用手段及技术效果进行研究。

  2.2 研究设计

  本次试验研究对象为深圳市某区河道黑臭水,所取黑臭水样品均来自该河道水面以下50cm深度处,以保证河水样品的真实性。样品采集结束后立即进行密封、遮光,以免外界环境对其有效性造成不合理的干扰,室内进行黑臭水成分检测工作,得出其主要污染成分为正磷酸盐,浓度为1.20mg/L,为进一步探讨除磷效果,对总磷去除效果同样进行分析,总磷浓度为2.75mg/L。

  通过设计不同投加量比、不同时间及不同温度下的过氧化钙黑臭水除污试验,具体试样安排及试验方案设计如下表1所示。

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  3、结果分析

  3.1 投加量影响分析

  室温下先向不同烧杯中置入200mL黑臭水,在按照原试验设计方案分别投入0g、0.05g、0.2g、0.5g、1.0g、2.0g的过氧化钙,室温下遮光静置一定时间后取出,本次为完全静置结束即静置48小时后进行检测,采集瓶口以下5cm处水样再次进行磷浓度检测,处理后的正磷酸盐及总磷的剩余浓度及去除效率如图1所示,其中去除效率按式(1)计算得出:

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  由图1可知,过氧化钙对黑臭水中磷元素的去除效果明显,投加0.05g过氧化钙、静置48小时后正磷酸盐与总磷酸浓度分别下降到0.25mg/L、0.90mg/L,去除效果达79.17%、67.27%;投加2.00g过氧化钙、静置48小时后正磷酸盐与总磷酸浓度分别下降到0.01mg/L、0.12mg/L,去除效果达99.17%、96.36%。进一步观察到,随着过氧化钙投加量逐渐升高,浓度-投加量曲线下降趋势逐渐平缓,去除效率-投加量曲线逐渐增加趋势亦逐渐平缓,这表明随着投加量提高,正磷酸盐及总磷剩余去除效果虽然逐渐增高,但这种增长率逐渐弱化。综合对比可见,最佳过氧化钙投放量为0.5g,换算可得单位体积黑臭水最佳过氧化钙投加量为2.5g/L。

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  式(2)、式(3)为过氧化钙与水反应生成溶解于水的氧气原理机制,由反应机制可见,随着过氧化钙投加量的增加,水中生成的碱性物质Ca(OH)2逐渐增多,导致水的pH持续升高,过氧化钙在碱性溶液中与水发生化学反应的活跃度降低,这也是导致随着二氧化钙投加量增大去除效率上升趋势变缓的内在机理原因。

  3.2 反应时间影响分析

  在进行不同投加量试验时同步进行不同时间点的浓度检测实验,对应各投加量下第0、1、2、6、12、24、48小时进行浓度测试,限于篇幅,仅对投加量为0.05g及2g情况下正磷酸盐及总磷的剩余浓度及去除效率进行描述,具体变化规律如图2、3所示。

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  由图2可知,不同投加量下黑臭水除磷效果随反应时间均表现出逐渐增大的趋势,这表明反应时间越长,除磷效果越好。同时,与投加量类似的是,随着反应时间的逐渐增加,除磷效果增长率逐渐减小,过氧化钙投加量为0.05g条件下24h与48h的除磷效率分别达到76.67%与79.17%;过氧化钙投加量为2g条件下24h与48h的除磷效率分别达到96.67%与99.17%,除污效果已十分接近。分析认为,这是由于随着投放的过氧化钙不断与水反应消耗,颗粒与水接触面积减小,反应速度降低;过氧化钙与水反应造成黑臭水pH值升高,进一步反应被抑制,因此综上原因,随着反应时间增长,除磷效果不断提升增长越来越低。

  3.3 温度效应分析

  按设计方案对不同温度(15℃、25℃、40℃)、不同过氧化钙投放量(0.05g、0.5g、2.0g)条件下黑臭水静置48h后除磷效率进行检测、分析,试验结果如图3除磷效率-温度关系曲线所示。

  从整体水平上看(图3),除磷效率与过氧化钙投放量有很大的关系,投放量越大,除磷效果越好。不同过氧化钙投加量下除磷效率-温度均呈现先增后减的倒“V”形趋势,40℃除磷效果较15℃较好。以过氧化钙投放量为0.5g为例,40℃下正磷酸盐与总磷去除效率分别为75.25%、70.13%;15℃下正磷酸盐与总磷去除效率分别为77.12%、75.20%;25℃下除磷效果最优,正磷酸盐与总磷去除效率分别为87.36%、85.13%。

  综上所述,在过氧化钙技术治理河道黑臭水工程中使用方案为“投加量2.5g/L+反应时间大于24h+温度25℃”时,正磷酸盐与总磷去除效果达到85.32%与83.15%,治理效果优良且成本较低,综合考虑属于最佳治理方案。由此可见,引入过氧化钙技术进行城市黑臭水河道治理,能够获得优良的工程效果。

  4、结论

  为研究过氧化钙在城市河道黑臭水污染治理中的应用,通过向黑臭水进行不同过氧化钙投加量、不同温度、不同反应时间条件下的室内试验,发现过氧化钙在黑臭水除磷工作中具有优秀的治理效果,且治理效果随着过氧化钙投放量及反应时间的增长不断提高,但与温度之间呈倒“V”形曲线关系,25℃下处理效果最佳;综合考虑得出最佳治理方案为“投加量2.5g/L+反应时间大于24h+温度25℃”,正磷酸盐与总磷去除效果达到85.32%与83.15%,治理效果优良且成本较低,为我国城市黑臭水治理工作提供了良好的范例。(来源:深州市龙岗区建筑工务局)

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