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沸石粉联合过氧化钙对黑臭河道治理

发布时间:2020-01-09     浏览次数:112

近年来,CaO2因其兼具释氧性和氧化性的特征,与水反应可生成氧气,作为一种环境友好型材料被应用于诸多环境领域。沸石是自然界中广泛存在的一种硅铝酸盐矿物,由于内部有很多孔径、均匀的管状孔道和内表面积很大的孔穴,因而具有独特的吸附、筛分、交换阴阳离子以及催化性能。它能吸收水中氨态氮、有机物和重金属离子,能有效地降低池底硫化氢毒性,调节pH值,增加水中溶解氧,为浮游植物生长提供充足碳素,提高水体光合作用强度。

CaO2和沸石常被用于黑臭河道等水体的底泥的处理中,用CaO2或沸石处理黑臭底泥时,即向黑臭底泥上覆盖层状物质,同时倾入了氧化物质,使底泥与上覆水分隔开来,使底泥得氧化还原电位得到提高,最终达到阻止底泥污染物释放和氧化分解底泥中污染物的目的。研究将CaO2覆盖到泥水界面,在实验期内,水中的溶解氧水平从4.63mg/L升至6.71mg/L,而水中活性磷酸盐浓度从359μg/L逐渐下降到123μg/L,水中溶解氧浓度的提高有效抑制了底泥中磷的释放。通过在水体底泥表面投加CaO2来抑制水体底泥中磷释放的手段只能短时期内发挥作用,水体中总磷含量并没有减小,待CaO2消耗完后,底泥中的磷还会再次释放到水体。因此,CaO2可作为应急处理材料或可与其他材料组合联用,以达到彻底降低水体中污染物浓度的目的。综上所述,CaO2和沸石可作为管控底泥营养盐释放的良好材料,而对CaO2和沸石联合使用对底泥营养盐释放的影响的研究目前还较少。本文的主要目的是通过黑臭河的原位实验研究CaO2和沸石的单独使用以及联合使用对黑臭底泥营养盐释放的影响,为利用这两种物质进行黑臭河道底泥修复提供工程指导与参考。

1、试验部分

1.1试验材料

试验开展于黑臭河道,试验所用沸石粉购于国投盛世承德科技股份有限公司,孔径为25~30nm,CaO2购于某科技有限公司,白色晶体,无臭无味,有潮解性。

主要试验仪器:大称量电子秤;100,250,500mL的烧杯;1,5,10mL的移液管;溶氧仪;pH计;分光光度计等。

1.2试验方法

黑臭水体原位开展试验,本试验设置1个空白对照组和3个试验组,4个组均为用不透水围隔包围形成的1000m2的封闭水体,水深为80cm左右。空白组不做任何处理;试验组为:一组添加CaO2;一组添加沸石粉;一组添加CaO2和沸石粉,CaO2和沸石粉的投加量分别为500g/m2,1cm厚。每隔1d对各区水样进行检测,检测指标有COD、NH3-N、pH和DO值。

2、结果与分析


由图1可知:在整个试验周期内,空白组的COD值整体都高于试验组的值,在整个试验过程中,COD的值一直维持在较高水平,中后期维持在57mg/L左右。试验过程中,各实验区的COD平均值分别为:CaO2组为44mg/L,沸石粉组为51mg/L,CaO2和沸石联合组为42mg/L,各试验组均明显小于空白组的57mg/L。CaO2和沸石联合的使用效果最佳。


由图2可知:在整个试验过程中,空白组和CaO2组的氨氮含量呈现出基本一致的变化规律,都是增加、减小、增加、减小的趋势,在第8天时达到最大值。

沸石粉组和CaO2+沸石粉组合组的氨氮含量均明显小于其他两组,空白组和CaO2组的氨氮最低含量均在17mg/L左右,而沸石粉组和CaO2+沸石粉组合组的氨氮最低含量均在11mg/L左右。表明单独使用沸石粉和沸石粉联合CaO2均能有效地抑制底泥中的氨氮释放,其中联合使用的效果更佳,且持续性也较好。沸石粉对氨氮极性分子有很强的亲和力,这可能是沸石粉组以及沸石粉加CaO2组合组使用时,氨氮的含量明显低于其余两组的原因。单独使用CaO2在一开始对氨氮值有降解的效果,而到了后期效果变差,数值反弹,氨氮浓度甚至高于空白组,这说明单独使用CaO2有一定的时效性,过了时效期后对氨氮的处理效果就会变差,本试验的效果转变期为6d左右。


由图3可知:整个试验过程中,各试验组和空白组的pH值的变化规律较一致,并且各个时间节点的数值较接近。各组的pH值均值都在7.6左右,说明投加CaO2和沸石粉对水体的pH值的影响作用不大,不会造成施用水体的环境的剧烈变化。


由图4可知:由在整个试验过程中,空白组和沸石粉组的DO含量呈现出较一致的变化规律,沸石粉组的DO值和空白组的DO值相差无几,很接近,说明投加沸石粉对水体的DO影响不大。CaO2组和CaO2+沸石粉组合组的DO均明显高于其他两组,尤其是CaO2组,相比于最初值,DO值最高提升了约1.1mg/L,而CaO2+沸石粉组合组的DO值最高提升了约0.7mg/L。两组的DO最高值出现在了试验后的第5天,而后DO值出现了不同程度的衰减作用,表明单独使用CaO2和沸石粉联合CaO2均能有效地提高水体中的DO值,其中单独使用CaO2效果更佳,使用效果有一定的时效性,过了时效期后对DO值的提升效果就会变差,本试验的最佳效果期限为5d左右。

CaO2释氧性和氧化性的反应式如下:

2CaO2+2H2O→2Ca(OH)2+O2↑(1)

CaO2+2H2O→Ca(OH)2+H2O2(2)

3、结论

1、CaO2单独使用以及CaO2与沸石粉联合使用均能对黑臭河道中的底质营养盐释放起到一定的抑制租用。其中:COD降解方面,CaO2和沸石粉联合的使用效果最佳;氨氮消解方面,沸石粉加CaO2组合使用效果最佳,沸石粉次之,CaO2具有一定的时效性;pH值方面,CaO2和沸石粉的使用均未造成显著影响;DO提升方面,沸石粉对水体DO值影响不大,CaO2对水体的DO提升效果最高,但使用效果有一定的时效性,过了时效期后对DO值的提升效果就会变差,CaO2和沸石粉组合效果次之。

2、黑臭河道的情况复杂,能满足的边界条件也各不相同,在治理实际工程中综合考虑如何使用CaO2与沸石粉组合来抑制底质的营养盐释放,两种物质的具体适配量还需要通过原位小试以及实验室小试实验综合比对确认得出。

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