1、引言
工業(yè)發(fā)展與城鎮(zhèn)化建設(shè)導(dǎo)致大量污水、廢水的排放，致使城市河水富營(yíng)養(yǎng)化、重度污染，嚴(yán)重影響居民生活質(zhì)量與環(huán)境建設(shè)，因此，開(kāi)展黑臭水治理研究乃城市綠化建設(shè)工作的重中之重。
目前，我國(guó)學(xué)者針對(duì)城市黑臭水治理的研究工作已大范圍展開(kāi)。吳瓊認(rèn)為，城市黑臭水治理是一項(xiàng)需要綜合多學(xué)科、多領(lǐng)域共同合進(jìn)行研究的工作，因?yàn)楹诔羲男纬膳c發(fā)展是一個(gè)多方面共同作用的原因，并進(jìn)一步詳細(xì)分析指出城市黑臭水形成的原因與演化過(guò)程，深入討論目前國(guó)內(nèi)常用的各種城市黑臭水防治手段的優(yōu)、缺點(diǎn)。潘伊等以我國(guó)目前城市黑臭水治理研究現(xiàn)狀為研究背景，詳細(xì)介紹了城市黑臭水整治的常見(jiàn)類(lèi)型、原則并總結(jié)了城市黑臭水體整治技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對(duì)不同黑臭水形成原因指出了最適宜的治理方案，為我國(guó)城市黑臭水治理工作提高了良好的借鑒效果；余銘銓根據(jù)城市黑臭水治理工作經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料，分析活水循環(huán)技術(shù)在黑臭水治理工作中的優(yōu)點(diǎn)及治理效果，認(rèn)為活水循環(huán)治理技術(shù)不僅治理效果卓越，并且能夠有效治理水生態(tài)環(huán)境；王琨等通過(guò)開(kāi)展2種微生物菌株和3種水生植物對(duì)30t流動(dòng)的模擬黑臭水的處理室內(nèi)試驗(yàn)，提出單獨(dú)使用微生物和聯(lián)合使用微生物及水生植物對(duì)黑臭水的治理效果相似，但相對(duì)于水生植物而言，微生物處理黑臭水效果更為明顯;微生物菌株能夠通過(guò)加速黑臭水中有機(jī)物的降解，大幅度改善水體黑臭狀態(tài)，生態(tài)治理手段能夠長(zhǎng)期、健康的有效治理黑臭水。
上述研究表明，各種治理技術(shù)均表現(xiàn)出良好的治理效果，但通過(guò)水循環(huán)等手段治理工作量大、耗資大，生態(tài)治理技術(shù)則不能快速獲得治理成果，因此，本文以深圳市某片區(qū)黑臭河道治理工程為例，旨在通過(guò)引入過(guò)氧化鈣除污技術(shù)進(jìn)行高效河道治理；對(duì)比不同投加量、不同反應(yīng)時(shí)間及不同溫度實(shí)驗(yàn)條件下除磷效率，得出過(guò)氧化鈣治理黑臭水最佳方案，以期為我國(guó)城市黑臭水治理工作提供良好的范例。
2、研究概況
2.1 河道污水現(xiàn)狀
擬治理黑臭水河道位于深圳市某區(qū)內(nèi)，由于周?chē)嬖诿芗用駞^(qū)、大學(xué)及工業(yè)制造廠的排放污水、廢水現(xiàn)象，雖已經(jīng)過(guò)嚴(yán)令禁止，但仍需對(duì)該河道污染進(jìn)行快速、有效治理恢復(fù)。借鑒深圳市內(nèi)其他河道治理情況，發(fā)現(xiàn)生態(tài)治理、過(guò)濾等治理手段不僅治理周期較長(zhǎng)且效果不佳，因此決定引入化學(xué)除污技術(shù)對(duì)該黑臭水河道進(jìn)行治理，經(jīng)過(guò)多重對(duì)黑臭水主要成分的研究及對(duì)不同方案的對(duì)比篩選，擬采用過(guò)氧化鈣除污技術(shù)對(duì)河道黑臭水進(jìn)行治理，先通過(guò)室內(nèi)及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)對(duì)該技術(shù)的應(yīng)用手段及技術(shù)效果進(jìn)行研究。
2.2 研究設(shè)計(jì)
本次試驗(yàn)研究對(duì)象為深圳市某區(qū)河道黑臭水，所取黑臭水樣品均來(lái)自該河道水面以下50cm深度處，以保證河水樣品的真實(shí)性。樣品采集結(jié)束后立即進(jìn)行密封、遮光，以免外界環(huán)境對(duì)其有效性造成不合理的干擾，室內(nèi)進(jìn)行黑臭水成分檢測(cè)工作，得出其主要污染成分為正磷酸鹽，濃度為1.20mg/L，為進(jìn)一步探討除磷效果，對(duì)總磷去除效果同樣進(jìn)行分析，總磷濃度為2.75mg/L。
通過(guò)設(shè)計(jì)不同投加量比、不同時(shí)間及不同溫度下的過(guò)氧化鈣黑臭水除污試驗(yàn)，具體試樣安排及試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)如下表1所示。
3、結(jié)果分析
3.1 投加量影響分析
室溫下先向不同燒杯中置入200mL黑臭水，在按照原試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案分別投入0g、0.05g、0.2g、0.5g、1.0g、2.0g的過(guò)氧化鈣，室溫下遮光靜置一定時(shí)間后取出，本次為完全靜置結(jié)束即靜置48小時(shí)后進(jìn)行檢測(cè)，采集瓶口以下5cm處水樣再次進(jìn)行磷濃度檢測(cè)，處理后的正磷酸鹽及總磷的剩余濃度及去除效率如圖1所示，其中去除效率按式(1)計(jì)算得出：
由圖1可知，過(guò)氧化鈣對(duì)黑臭水中磷元素的去除效果明顯，投加0.05g過(guò)氧化鈣、靜置48小時(shí)后正磷酸鹽與總磷酸濃度分別下降到0.25mg/L、0.90mg/L，去除效果達(dá)79.17%、67.27%;投加2.00g過(guò)氧化鈣、靜置48小時(shí)后正磷酸鹽與總磷酸濃度分別下降到0.01mg/L、0.12mg/L，去除效果達(dá)99.17%、96.36%。進(jìn)一步觀察到，隨著過(guò)氧化鈣投加量逐漸升高，濃度-投加量曲線下降趨勢(shì)逐漸平緩，去除效率-投加量曲線逐漸增加趨勢(shì)亦逐漸平緩，這表明隨著投加量提高，正磷酸鹽及總磷剩余去除效果雖然逐漸增高，但這種增長(zhǎng)率逐漸弱化。綜合對(duì)比可見(jiàn)，最佳過(guò)氧化鈣投放量為0.5g，換算可得單位體積黑臭水最佳過(guò)氧化鈣投加量為2.5g/L。
式(2)、式(3)為過(guò)氧化鈣與水反應(yīng)生成溶解于水的氧氣原理機(jī)制，由反應(yīng)機(jī)制可見(jiàn)，隨著過(guò)氧化鈣投加量的增加，水中生成的堿性物質(zhì)Ca(OH)2逐漸增多，導(dǎo)致水的pH持續(xù)升高，過(guò)氧化鈣在堿性溶液中與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的活躍度降低，這也是導(dǎo)致隨著二氧化鈣投加量增大去除效率上升趨勢(shì)變緩的內(nèi)在機(jī)理原因。
3.2 反應(yīng)時(shí)間影響分析
在進(jìn)行不同投加量試驗(yàn)時(shí)同步進(jìn)行不同時(shí)間點(diǎn)的濃度檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，對(duì)應(yīng)各投加量下第0、1、2、6、12、24、48小時(shí)進(jìn)行濃度測(cè)試，限于篇幅，僅對(duì)投加量為0.05g及2g情況下正磷酸鹽及總磷的剩余濃度及去除效率進(jìn)行描述，具體變化規(guī)律如圖2、3所示。
由圖2可知，不同投加量下黑臭水除磷效果隨反應(yīng)時(shí)間均表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)，這表明反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，除磷效果越好。同時(shí)，與投加量類(lèi)似的是，隨著反應(yīng)時(shí)間的逐漸增加，除磷效果增長(zhǎng)率逐漸減小，過(guò)氧化鈣投加量為0.05g條件下24h與48h的除磷效率分別達(dá)到76.67%與79.17%;過(guò)氧化鈣投加量為2g條件下24h與48h的除磷效率分別達(dá)到96.67%與99.17%，除污效果已十分接近。分析認(rèn)為，這是由于隨著投放的過(guò)氧化鈣不斷與水反應(yīng)消耗，顆粒與水接觸面積減小，反應(yīng)速度降低;過(guò)氧化鈣與水反應(yīng)造成黑臭水pH值升高，進(jìn)一步反應(yīng)被抑制，因此綜上原因，隨著反應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)，除磷效果不斷提升增長(zhǎng)越來(lái)越低。
3.3 溫度效應(yīng)分析
按設(shè)計(jì)方案對(duì)不同溫度(15℃、25℃、40℃)、不同過(guò)氧化鈣投放量(0.05g、0.5g、2.0g)條件下黑臭水靜置48h后除磷效率進(jìn)行檢測(cè)、分析，試驗(yàn)結(jié)果如圖3除磷效率-溫度關(guān)系曲線所示。
從整體水平上看(圖3)，除磷效率與過(guò)氧化鈣投放量有很大的關(guān)系，投放量越大，除磷效果越好。不同過(guò)氧化鈣投加量下除磷效率-溫度均呈現(xiàn)先增后減的倒“V”形趨勢(shì)，40℃除磷效果較15℃較好。以過(guò)氧化鈣投放量為0.5g為例，40℃下正磷酸鹽與總磷去除效率分別為75.25%、70.13%;15℃下正磷酸鹽與總磷去除效率分別為77.12%、75.20%;25℃下除磷效果最優(yōu)，正磷酸鹽與總磷去除效率分別為87.36%、85.13%。
綜上所述，在過(guò)氧化鈣技術(shù)治理河道黑臭水工程中使用方案為“投加量2.5g/L+反應(yīng)時(shí)間大于24h+溫度25℃”時(shí)，正磷酸鹽與總磷去除效果達(dá)到85.32%與83.15%，治理效果優(yōu)良且成本較低，綜合考慮屬于最佳治理方案。由此可見(jiàn)，引入過(guò)氧化鈣技術(shù)進(jìn)行城市黑臭水河道治理，能夠獲得優(yōu)良的工程效果。
4、結(jié)論
為研究過(guò)氧化鈣在城市河道黑臭水污染治理中的應(yīng)用，通過(guò)向黑臭水進(jìn)行不同過(guò)氧化鈣投加量、不同溫度、不同反應(yīng)時(shí)間條件下的室內(nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化鈣在黑臭水除磷工作中具有優(yōu)秀的治理效果，且治理效果隨著過(guò)氧化鈣投放量及反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)不斷提高，但與溫度之間呈倒“V”形曲線關(guān)系，25℃下處理效果最佳;綜合考慮得出最佳治理方案為“投加量2.5g/L+反應(yīng)時(shí)間大于24h+溫度25℃”，正磷酸鹽與總磷去除效果達(dá)到85.32%與83.15%，治理效果優(yōu)良且成本較低，為我國(guó)城市黑臭水治理工作提供了良好的范例。( >
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