4种化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用

第47卷第24期
2019年12月广　州　化　工
Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.24 Dec.2019
4种化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用
牛美青1,苏玉更2,乔永波1,武仁超3
(1亿利首建生态科技有限公司,北京　100600;2亿利环保有限公司,北京　100600;
3北京尚水清源水处理技术有限公司,北京　100083)
摘　要:我国城镇水体黑臭现象普遍,经过研究分析得出缺氧导致了水体变臭,硫化物存在导致了水体变黑㊂研究者通过原位修复方法有针对性地处理黑臭水体底泥,本文分析了过氧化钙㊁硝酸钙㊁氢氧化钙和过氧化氢4种药剂的修复作用,过氧化钙的强氧化性可以分解降解有机污染物,且可强化硝化反应㊂硝酸钙表现出更多优势,可降解氨氮㊁硫化物㊁可溶性磷㊁重金属及生物毒性,可有效改善黑臭水体底泥形状㊂氢氧化钙与过氧化氢修复效果弱于硝酸钙㊂
关键词:过氧化钙;硝酸钙;氢氧化钙;过氧化氢;原位修复
　中图分类号:X705 文献标志码:A　文章编号:1001-9677(2019)24-0048-03 Remediation Effect of Four Chemical Agents on Black and
Odorous Water Sediment
NIU Mei-qing1,SU Yu-geng2,QIAO Yong-bo1,WU Ren-chao3
(1Elion Shoujian Ecological Technology Co.,Ltd.,Beijing100600;2Elione Environmental Protection Co.,Ltd., Beijing100600;3Beijing Shangshui Qingyuan Water Treatment Technology Co.,Ltd.,Beijing100083,China)
Abstract:Black and odorous phenomenon is widespread in urban,it is concluded that anoxia led to odor,and sulfide led to black in water.The remediation effects of calcium peroxide,calcium nitrate,calcium hydroxide and hydrogen peroxide were analyzed by means of in-situ remediation,the strong oxidation of calcium peroxide could decompose and degrade organic pollutants,and the nitrification reaction could be enhanced.Calcium nitrate showed more advantages,it can degrade ammonia nitrogen,sulfide,soluble phosphorus,heavy metals and biological toxicity,which can effectively improve the shape of black and odorous water sediment.Calcium hydroxide and hydrogen peroxide remediation effect was weaker than calcium nitrate.
Key words:calcium peroxide;calcium nitrate;calcium hydroxide;hydrogen peroxide;in-situ remediation
近二十年来,我国社会经济㊁城市建设和城镇人口急速发
展,工业化和城镇化带来的工业废水㊁生活污水以及城市降雨
径流等携带的污染物大量排放到水环境中,而与之相关的污染
控制与综合治理措施相对滞后,部分污水往往未经处理或处理
不达标就排入河道㊁湖泊水库等城市水体,导致环境水质日趋
恶化,甚至出现极端的水体黑臭现象,严重影响城市生态及人
居环境质量㊂
为加大水污染防治力度,保障国家水安全,2015年4月,
国务院印发‘水污染防治行动计划“,对水环境污染整治提出
了总体要求,并制定了 到2020年,地级及以上城市建成区
黑臭水体均控制在10%以内,到2030年,城市建成区黑臭水
体总体得到消除”的控制性目标㊂为贯彻落实该项计划,2015
年8月,住建部会同环境保护部㊁水利部㊁农业部组织编制‘城市黑臭水体整治工作指南“,进一步规范了水环境污染中的城市黑臭水体定义㊁识别与分级,确定城市黑臭水体整治方案
的编制流程与相关调查,提出城市黑臭水体整治技术的选择,
对城市黑臭水体整治效果进行评估,并规定了城市黑臭水体整
治的组织实施与政策保障㊂由此,我国黑臭水体整治步入一个
更加正式和规范化的阶段㊂
目前对黑臭水体底泥的修复技术主要有异位修复和原位修复两种方法,异位修复主要是将底泥移出河道,送至专门场所进行处理,原位修复只需在原位对污染底泥进行修复㊂由于异位修复技术费用昂贵㊁污染残留以及对原有水体底部生态破坏严重等缺点而受到限制㊂
原位修复方法包括原位覆盖技术和原位钝化技术,其中钝化技术受到越来越多地推崇㊂钝化技术包括化学修复技术与生物修复技术,原位化学修复技术是通过向底泥中投加化学药剂来降低沉积物中污染物质的溶解性和毒性㊂其中最常用的化学药剂有过氧化钙㊁硝酸钙㊁氢氧化钙㊁过氧化氢㊁无机混凝剂及有机混凝剂等㊂
1　化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用水体沉积物主要有含硫化合物㊁含氮化合物㊁含磷化合物㊁含氧化合物(如酚㊁醛㊁酮㊁酸)㊁无机盐类(如铁盐㊁锰盐㊁重金属等)以及微生物[1]㊂污染沉积物处理是指采用物理㊁化学或者生物方法降低沉积物中污染物浓度,将污染物转化为无害物质㊁阻断沉积物的污染途径或将污染沉积物从水体中移除或隔离,从而达到控制沉积物污染的目标㊂
第47卷第24期牛美青,等:4种化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用49
目前化学法常用的药剂大多为无机盐类药剂,一般通过吸附或氧化作用将污染物稳定或氧化降解在沉淀物中㊂氧化性化学药剂能够氧化有碳碳双键㊁带有醛基或羟基的㊁强还原性的有机污染物,部分药剂也可与水发生反应释放氧,改善沉积物的厌氧环境㊂化学氧化剂的添加一定程度上修复了黑臭㊁富营养化水体沉积物㊂在Murphy等[2]的研究中,已有22个国家采用沉积物原位化学修复技术,如香港㊁日本的Lake Biwa和加拿大的Hamilton Harbou,化学修复可以氧化沉积硫化物㊁降低沉积物磷释放速率㊁控制水体富营养化和修复有机污染,因此受到越来越多人的青睐㊂Ferrarese等[3]通过实验对比多种氧化剂降解沉积物中的多环芳烃,其中改良后的芬顿试剂与高锰酸钾过氧化氢组合试剂对多环芳烃的降解率达到96%以上㊂1.1　过氧化钙对黑臭水体底泥的修复作用
过氧化钙溶于水后可产生㊃OH和OH+,㊃OH的强氧化性可分解难降解的有机污染物[4]㊂LIU等[5]也证实了过氧化钙对底泥有机物具有较强的化学作用是由于所产生的羟基自由基可以加快有机污染物的降解速度㊂NYKANEN等[6]向湖里投加颗粒过氧化钙,发现底泥中的有机物降低了14%㊂张亚雷等[7]研究了过氧化钙不同投加方式对底泥活性磷酸盐释放的抑制效果,发现过氧化钙混匀投加无法长效抑制底泥活性磷酸盐的释放,而过氧化钙覆盖投加则能抑制底泥活性磷酸盐的释放,因此过氧化钙覆盖投加是一种更优良的投加方式㊂张丹[8]发现底泥中投加过氧化钙后,间隙水中会先释放氧气,且过氧化钙的缓释氧特性可以给底泥微生物的新陈代谢提供氧气,强化底泥修复效果㊂同时产生的氧气可以强化硝化反应[9]㊂HUANG[10]和LI等[11]证明了过氧化钙的释氧性可强化硝化反应㊂BOTHE 等[12]发现过氧化钙可有效降低砷离子在底泥中的迁移性和生物毒性㊂李亮等[13]认为,过氧化钙使化学修复与生物修复结合,实现了黑臭水体底泥有机污染物原位修复的同时促进了黑臭水体微生态系统与自净能力的恢复,具有去除污染物快速㊁修复效果持久稳定及无二次污染等特点㊂
1.2　硝酸钙对黑臭水体底泥的修复作用Yamada T M等[14]对巴西的一个热带富营养化水库沉积物中投加硝酸钙,观察到上覆水和沉积物间隙水的活性可溶性磷(RSP)浓度都有大幅减少,硝酸盐增加了自养反硝化速率;同时发现硝酸盐可完全移除沉积物的生物毒性,证明硝酸钙处理能够在富营养水体修复期后支持环境的生物多样性㊂李津[15]对重庆新华水库沉积物投加硝酸钙,发现对氨氮的削减率达77%,同时发现硝酸钙可降低硫化物含量,使沉积物由黑色变为灰色㊂进一步研究表明低剂量的硝酸钙可降低沉积物中的铜含量,锌和铅在硝酸钙作用后仍小于相应的筛选值㊂因此硝酸钙在降解氨氮㊁硫化物㊁可溶性磷㊁重金属及生物毒性方面表现良好的特性,可有效改善黑臭水体底泥形状㊂张红等[16]模拟了硝酸钙对底泥磷释放的影响,发现硝酸钙可有效抑制底泥内源磷的释放,且可将底泥中的Fe2+氧化为Fe3+,生成铁氧化物或者氢氧化物,有效降低铁含量㊂余光伟等[17]研究发现通过控制硝酸钙在底泥中的投加位置可避免硝态氮的二次释放,且氨氮的增加量和硝化钙的投加量关系符合cubic曲线㊂刘树娟等[18]研究硝酸钙对深圳河污染底泥典型嗅味物质原位控制,发现硝酸钙对酸挥发性硫化物的去除率高达92%,且可有效避免硝酸钙向上覆水体释放,同时发现硝酸钙可引起底泥中微生物多样性增加,如脱氮硫杆菌㊁反硝化细菌以及降解有机物的菌种等㊂
1.3　氢氧化钙对黑臭水体底泥的修复作用
吴应珠等[19]研究发现氢氧化钙对底泥磷释放的抑制率为34%,且投加氢氧化钙后可溶性磷和铁磷含量分别降低了92%和60%㊂李津[15]对重庆新华水库沉积物投加氢氧化钙,发现氢氧化钙对黑臭沉积物几乎无表观特征上的改善效果,几乎无法去除沉积物中的黑臭硫化物,但可以降低沉积物中的铬含量㊂对氢氧化钙的相关研究较少,但李津[15]的对比实验发现硝酸钙对沉积物中游离氮㊁锌㊁铅㊁铬的去除效果优于氢氧化钙㊂
1.4　过氧化氢对黑臭水体底泥的修复作用
孙远军[20]研究发现过氧化氢可以提高底泥的氧化还原电位,但效果不太明显,同时可以削减底泥的酸挥发性硫化物,改善底泥黑臭现象㊂李红霞[21]研究了过氧化氢对植物修复底泥的效果,通过对比试验发现过氧化氢可以促进植物对沉积物中铅㊁镉㊁铜㊁锌㊁锰和镍等重金属总量和各种形态重金属数量的吸收累积,还可以改变不同形态重金属的种类㊂通过孙远军[20]采用4种化学药剂的对比实验可知在修复黑臭水体底泥中过氧化氢并没有表现出优势,是一种不常被采用的药剂㊂
2　结　语
目前,黑臭水体现象越来越严重,而黑臭水体底泥修复受到越来越多的关注,黑臭水体治理是一项长期而艰巨的复杂工程㊂本文主要阐述了化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用,通过引用大量文献,对比分析了过氧化钙㊁硝酸钙㊁氢氧化钙和过氧化氢四种药剂的修复作用,四种药剂在修复黑臭水体底泥中表现出不同特性,过氧化钙的强氧化性可以分解降解有机污染物,且可强化硝化反应㊂硝酸钙表现出更多优势,可降解氨氮㊁硫化物㊁可溶性磷㊁重金属及生物毒性,可有效改善黑臭水体底泥形状㊂氢氧化钙与过氧化氢修复效果弱于硝酸钙,相关方面的研究也较少㊂化学药剂虽然可修复黑臭水体底泥,但若与生物修复法结合使用,效果更好,相关方面的研究也逐步涌现,各自发挥修复优势,达到经济合理地修复黑臭水体底泥㊂
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(下转第52页)
52　广　州　化　工2019年12月
源资源禀赋中相对丰富的煤炭,也只有世界人均水平的一半㊂
资源的稀缺性无法长期有效保障我国发展经济的资源需求,也
对发展经济的原料价格控制产生不利的影响㊂要保持国民经济
可持续高速发展,必须解决好由于资源稀缺性带来的资源保障
问题㊂与此同时,国民经济飞速发展而引发的环境问题也在不
断向人类敲响警钟㊂煤燃烧生成的主要污染物 氮氧化物(NO x)㊁硫氧化物(SO x)㊁碳氧化物(CO㊁CO2)㊁碳氢化合物(C x H y)和粉尘是环境污染的主要组成部分,要打赢蓝天保卫战,必须解决燃煤污染问题㊂为解决 发展与环境”之间的矛
盾,煤炭燃烧技术必将向着高效率㊁低排放㊁劣质燃料有效利
用的方向发展㊂
我国现阶段的煤炭利用方式仍在以直接燃烧为主,这种利
用方式就是把煤所含的各种组分都作为热能来利用,而没有利
用其中具有更高利用价值的组分,如挥发分等,造成了资源价
值的极大浪费㊂通过技术创新,实现煤炭的清洁高效利用我国
能源产业发展的必然选择㊂煤炭梯级利用是实现煤炭清洁高效
利用的重要途径之一㊂通过煤热解技术,将原煤中高附加值油
气先行提取出来,剩余的固态半焦作为高品位洁净燃料可用于
燃烧发电㊂随着煤热解技术的不断发展,未来将会有大量热解
半焦亟待实现燃烧利用㊂半焦热值与同品质原煤相当,灰分及
硫㊁氮的含量却相对较低,每当量热值价格略低于煤炭,是较
为理想的原煤替代燃料㊂然而半焦挥发分低㊁着火点高,使得
半焦存在着火难㊁燃尽难㊁易结渣等问题,实现清洁高效燃烧
难度很大㊂通过燃烧技术的不断发展,使锅炉能够实现粉焦的
大比例掺烧乃至纯燃,是解决我国煤炭综合利用㊁能源安全和
环境问题的重要途径㊂
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