新型污水除磷剂对水体富营养化的治理效果

近年来，水体富营养化污染日益严重，有些地方的水域甚至爆发了大面积“水华”，严重时迎风岸边腥臭的蓝藻堆积厚度达数十米，严重影响了市民饮水、水产养殖等，磷是造成水体富营养化的因素之一，利用污水除磷剂去除污水中的磷是避免水体富营养化的有效方法。本文针对滇池水体富营养化污染导致藻类过量繁殖的问题，研制出了一种新型的污水除磷剂-改性膨润土材料，通过小试、现场试验及相关理论，进一步探讨了该污水除磷剂对滇池水体除磷的效果，通过降低滇池水体中磷的含量，以期为控制湖泊藻类过量繁殖、减轻水体富营养化污染寻求一条新途径。

1?新型污水除磷剂的制备

新型污水除磷剂是以云南地区广泛存在的一种黏土———膨润土为主要原料,经过适当处理后应用于滇池富营养化水体的净化处理中。对采集的膨润土进行的主要处理工序包括:1)去除杂质:通过筛分即可实现;2)钠化处理:去除杂质后的膨润土通过Na2CO3在一定湿度的条件下进行混合均匀并将混合好的膨润土在荫凉处放置48h;3)镧系改性:经过钠化处理后的膨润土进行镧系改性。经上述处理后的膨润土即可应用于滇池富营养化的除磷过程并较终达到控制水体富营养化的目的。该污水除磷剂可为泥浆状、粉末状、颗粒状等形式。其自身成分稳定,化学组成主要为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及MgO等。根据相关试验研究结果初步分析,该污水除磷剂除磷、富营养化控制的机理以“化学反应沉淀+物理吸附”的过程为主,并兼有其他的物理化学转化作用。该污水除磷剂能有效降低水体中磷的含量,通过切断蓝藻生长的营养源,并利用该污水除磷剂具有较好的吸附性能,可有效吸附水体中的藻类,从而较终达到控制水体富营养化的作用。

2、新型污水除磷剂应用于滇池富营养化水体治理试验

2.1 实验室小试

试验期间气温20～27℃,水温20～24℃。试验容器为两个圆筒形透明塑料桶(55L),桶高70cm,各装入50L取自昆明海埂公园内滇池岸边的滇池含藻水样。试验水桶中投加制备好的污水除磷剂,通过将污水除磷剂配置成泥浆液后均匀喷撒在水面。另一个水样作为空白对照样。每天取样测定水样的透明度、磷酸盐、总磷的质量浓度，试验结果发现：在试验的第1～10天,处理水样的透明度快速上升(从初始的512cm上升至10d后的3418cm),而试验处理水样中的磷酸盐和总磷下降明显,其中磷酸盐从0172mg/L下降至0103mg/L,总磷从0191mg/L下降至0112mg/L。由于引起水样富营养化而导致蓝藻暴发的诱导因子磷得以明显降低,因此试验水桶中的藻类明显减小,水样外观从黄绿色浑浊变得十分清澈透明。在此期间,对照水样的透明度有略微的降低,但磷酸盐和总磷有一定的上升,藻类还大量存在,水样的外观仍然呈黄绿色浑浊。这一结果证实新型污水除磷剂不仅对滇池湖水中的磷酸盐和总磷具有较好的去除效果,同时对其蓝藻水具有很好的控藻降藻作用。同时由于该新型污水除磷剂能有效去除水样中的磷并很大降低水中的藻类,因此水样的透明度明显提高。试验期间观测到事先放入试验水缸中的15条小鱼均生长状况良好,没有出现中毒死亡现象。到30d时,分别在试验水样和对照水样中取样并进行水质检测,结果见表1。60d后,观察并发现处理后水样中的藻类含量并没有重新暴发的迹象,其水样的透明度一直维持在较好的状态。同时,在试验水桶底部发现原先生长在水样中的藻类已经沉降到水桶底部并在其上方覆盖着约5mm厚的黏土覆盖层,该覆盖层将沉降的藻类牢牢压在试验水桶底部,有效地防止其重新进入水样,从而较好地保证了处理水样的持续性。

试验进行30d时,污水除磷剂对藻类的去除率可达9914%,对CODMn、TN、TP及磷酸盐的净化去除率在5512%～9417%,优势藻种类也体现了水质有好转迹象。小试结果表明新型污水除磷剂不仅对滇池蓝藻水样具有很好的除磷作用,并对水样中的蓝藻具有很好的净化控制效果,同时对水中的CODMn和TN等污染物也有较好净化去除作用,另外该新型污水除磷剂对鱼类的生长没表现出毒性作用。

2.2?现场扩大试验

在小试基础上,为进一步观察、研究和验证新型污水除磷剂的作用性能,以及湖泊水体除磷和对藻类的控制应用技术研究。项目组于2006年3—5月在昆明滇池周边的一鱼塘进行现场试验,鱼塘的面积为600m2,将鱼塘清空并平均分成两部分,每部分面积约为300m2。在处理好的鱼塘底部堆放50cm厚度的滇池底泥并用水泵将滇池水分别引入鱼塘中,水深达114m。在整个现场试验期间,每周定时采样测定,对净化效果进行整体评估,采样分析因子包括透明度、磷酸盐、总磷和叶绿素2a。在鱼塘的两部分中选择一部分在其水面上均匀喷撒新型污水除磷剂泥浆液作为试验区,另一部分作对照区。

试验结果表明:不论是水体透明度,还是其他相关污染因子,如磷酸盐、总磷、叶绿素2a均呈现出试验区和对照区完全不同的趋势。在投加污水除磷剂的试验区,水体的透明度明显上升,而对照区水体的透明度一直维持在较低的水平,水体中出现了藻类的大量繁殖。在污染因子变化方面:试验区水体的磷酸盐、总磷和叶绿素2a含量都出现了很大的降低,呈现出很好的去除效果。现场试验过程中各监测因子的变化趋势均与实验室试验的趋势基本一致,显现出很好的重复性。经过连续10周的监测,在对照区水体各污染因子变化不大的情况下,试验区水体的透明度增加4倍,从较初的26cm上升至105cm;水体的磷酸盐去除率达95.13%,从较初的0.164mg/L降低至0.103mg/L;水体的总磷去除率达83.10%,从较初的0.194mg/L减小到0.116mg/L;同时水体的叶绿素2a去除率达92.11%,从较初的0.176mg/L减小到0.106mg/L。水体中引起富营养化和藻类繁殖的各污染物都显著减少,水质状况得到很好的改善。

在现场试验期间观测到,试验区水体中的藻类随试验时间的增加不断降低,在试验开始的2d内由于在其水体表面喷撒了新型污水除磷剂泥浆液,水体的透明度变化不是很明显,但是从试验的第3天试验区水体的透明度变化开始明显,呈不断上升的趋势,到1周后试验水体已经开始呈现清澈的状况。试验水体中的藻类也随着其透明度的不断上升而减小,并较终沉降在水体底部。现场试验结果表明该污水除磷剂可较大规模地治理含藻水体,可达快速降藻,控藻的目的。

3?新型污水除磷剂除磷、降藻、控藻机理初探

1)物理吸附沉降除藻作用:新型污水除磷剂作为一种改性膨润土产品,它具有良好的吸附性。将其喷洒在处理水体表面后能有效吸附水体中的藻类,并在此后的一定时间能逐渐沉降到水体的底部,从而做到将水体中的藻类有效分离,达到降藻、控藻的作用。

2)物理吸附和化学沉淀除磷作用:实验室小试和现场扩大试验均显示了本研究的新型污水除磷剂能有效降低水体中磷的含量,做到从源头上控制藻类的繁殖。其除磷的主要机理在于新型污水除磷剂是一种镧系化合物的改性土壤产品,其改性过程中的镧与水体中的磷进行有效的化学反应并生成不溶于水的沉淀化合物;同时改性黏土由于含有Mg、Fe、Ca、Al等化合物,因此其也具有较好的絮凝效果,从而具备较好的除磷作用。

3)底泥覆盖作用:为有效防止水体底泥中的污染物重新释放到水体中带来的二次污染问题,新型污水除磷剂在沉降到水体的底部后能在底泥的表面形成一层约5mm厚的底泥保护覆盖层,从而切断底泥中的污染物重新释放到水体中,有效避免了二次污染,保证了经新型污水除磷剂处理后的水体在相当长的一段时期内水质维持在较好状态。

4结论

实验室小试和滇池现场扩大试验结果表明,新型污水除磷剂对滇池含藻水体具有明显的降藻、控藻的作用;对水体中的磷具有很好的去除效果;同时对水体中的其他污染物也有一定的去除作用。不论是实验室小试还是现场扩大试验均表明经新型污水除磷剂处理后,水体藻类含量明显减少,水体透明度增加,水质状况有较大改善。因此,本研究认为新型污水除磷剂的开发可为湖泊富营养化污染治理提供一个新的方向。