筒車(chē)與生物膜聯(lián)合技術(shù)處理城市湖庫(kù)黑臭水體研究

黃健盛，童啟邦，張杰，朱力，廖偉伶，陳婷婷，呂圣紅，姚源

(1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶　401147；2.北京澤信地產(chǎn)有限公司，北京　100070；3.國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院，北京　100069)

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筒車(chē)與生物膜聯(lián)合技術(shù)處理城市湖庫(kù)黑臭水體研究

黃健盛1，童啟邦1，張杰2，朱力3，廖偉伶1，陳婷婷1，呂圣紅1，姚源1

(1.重慶市環(huán)境科學(xué)研究院，重慶401147；2.北京澤信地產(chǎn)有限公司，北京100070；3.國(guó)內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計(jì)研究院，北京100069)

摘要：為了探索城市湖庫(kù)黑臭水體修復(fù)技術(shù)，本文對(duì)筒車(chē)與生物膜聯(lián)合技術(shù)修復(fù)重度黑臭湖庫(kù)水體進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，該技術(shù)在有效去除COD和氨氮的同時(shí)，還能快速提高水體的溶解氧、透明度和氧化還原電位。依據(jù)城市黑臭水體整治工作指南要求，該技術(shù)對(duì)消除城市湖庫(kù)水體黑臭現(xiàn)象是可行的。

關(guān)鍵詞：筒車(chē)；生物膜；黑臭水體

近年來(lái)，隨著城市化進(jìn)程的加快，我國(guó)許多城市湖庫(kù)水體污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)水體黑臭現(xiàn)象。城市黑臭水體是指城市建成區(qū)內(nèi)，呈現(xiàn)令人不悅的顏色和(或)散發(fā)令人不適氣味的水體的統(tǒng)稱(chēng)[1]。水體黑臭主要是由于水中耗氧性污染物含量過(guò)高，大量消耗水中溶解氧，進(jìn)而造成水體嚴(yán)重缺氧而呈黑臭狀態(tài)[2]。城市湖庫(kù)水體黑臭不僅影響城市形象及城市的發(fā)展，而且對(duì)人體健康以及城市生態(tài)安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅。城市湖庫(kù)水質(zhì)改善與生態(tài)修復(fù)現(xiàn)已成為城市環(huán)境改善的焦點(diǎn)之一，而努力解決城市湖庫(kù)污染問(wèn)題、恢復(fù)城市湖庫(kù)生態(tài)環(huán)境是當(dāng)前城市發(fā)展的重要任務(wù)。

目前，我國(guó)許多城市已經(jīng)開(kāi)展了一系列城市湖庫(kù)黑臭水體整治工作，在這個(gè)過(guò)程中，各種微生物技術(shù)因其特有的優(yōu)勢(shì)而得到了越來(lái)越多的重視。微生物技術(shù)凈化黑臭水體是利用微生物的生命活動(dòng)，對(duì)水中污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、降解，從而實(shí)現(xiàn)水體凈化，該技術(shù)具

有處理效果好、工程造價(jià)及運(yùn)行成本低廉、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)[3]。

本研究以前期開(kāi)發(fā)的筒車(chē)技術(shù)為基礎(chǔ)[4]，并聯(lián)合生物膜法來(lái)處理城市湖庫(kù)黑臭水體，考察該技術(shù)對(duì)黑臭水體的處理效果，為城市湖庫(kù)黑臭水體整治提供可參考的思路和方法。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)水體概況

試驗(yàn)所用水體取自重慶市主城區(qū)一黑臭湖庫(kù)，水體呈泛黑色，且散發(fā)惡臭氣味，原水水質(zhì)見(jiàn)表1。從表1可以看出，氨氮濃度高于15 mg/L，溶解氧低于0.2 mg/L，透明度介于10～25 cm之間，氧化還原電位介于-200～50 mV之間，根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》[1]中城市黑臭水體污染程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該水體達(dá)到“重度黑臭”級(jí)別。

表1　原水水質(zhì)及黑臭級(jí)別判定Table 1　Determine the quality and black-odorous level of raw wastewater

1.2檢測(cè)指標(biāo)及分析方法

水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量(COD)、氨氮、溶解氧(DO)、透明度、氧化還原電位(ORP)。分析方法如下[5]：COD采用重鉻酸鉀法，DO采用便攜式溶解氧儀法，氨氮采用納氏試劑分光光度法，透明度采用鉛字法，ORP采用電極法。

1.3裝置及其啟動(dòng)

用反應(yīng)池來(lái)模擬湖庫(kù)，反應(yīng)池規(guī)格為1.5 m×1.5 m×0.45 m，水深0.4 m，筒車(chē)安裝在反應(yīng)池的一角。筒車(chē)中裝滿φ25 mm和φ38 mm的兩種聚丙烯多面空心球填料，之后接種污泥并以連續(xù)進(jìn)水方式培養(yǎng)生物膜[6]，直至掛膜成功并穩(wěn)定運(yùn)行后，再用于處理后續(xù)試驗(yàn)中的黑臭水體。試驗(yàn)過(guò)程中，采樣點(diǎn)設(shè)在筒車(chē)所處反應(yīng)池位置的對(duì)角約1/2水深處。

2結(jié)果與分析

2.1水體中COD的變化

水中的有機(jī)物是不穩(wěn)定的，在其降解過(guò)程中會(huì)消耗大量的溶解氧，這是導(dǎo)致水體嚴(yán)重缺氧的主要原因。因此，快速、有效地降低水體中有機(jī)物濃度并使其處于合理范圍是消除水體黑臭的關(guān)鍵。試驗(yàn)過(guò)程中，水體中COD的變化見(jiàn)表2。從表2可以看出，在黑臭水體COD濃度達(dá)到162.30 mg/L情況下，經(jīng)三天處理后COD濃度值下降到30 mg/L以下，去除率為81.8%，COD濃度值達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》IV類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，黑臭水體經(jīng)過(guò)1天的處理后，其臭味得到消除。與間歇曝氣、投加生物促進(jìn)劑的黑臭水體修復(fù)技術(shù)相比[7]，以水體消除黑臭和COD濃度值降至40 mg/L為修復(fù)目標(biāo)，則本技術(shù)能夠更快地達(dá)到這一要求，且無(wú)須額外投加碳源及生物促進(jìn)劑，修復(fù)成本相對(duì)較低，且無(wú)二次污染。

表2　水體中COD的變化Table 2　The variation of COD in water

2.2水體中氨氮的變化

試驗(yàn)過(guò)程中水體中氨氮的濃度變化見(jiàn)表3。從表3可以看出，黑臭水體經(jīng)過(guò)4天處理后，水體氨氮濃度值由19.86 mg/L降至1.0 mg/L以下，氨氮去除率高達(dá)96.88%，說(shuō)明多面空心球填料上附著的生物膜中存在著大量的亞硝化細(xì)菌及硝化細(xì)菌，使得水體中的氨氮轉(zhuǎn)化成了硝態(tài)氮，實(shí)現(xiàn)了黑臭水體中氨氮的有效去除。陳正勇等[8]研究了投加Fenton試劑對(duì)氨氮的去除作用，但去除效果并不理想，氨氮去除率僅在14%左右。與投加Fenton試劑相比，本技術(shù)對(duì)于氨氮的去除有明顯優(yōu)勢(shì)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)處理后的氨氮濃度符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該技術(shù)具有良好的氨氮去除能力。

表3　水體中氨氮的變化Table 3　The variation of ammonia nitrogen in water

2.3水體中DO的變化

DO是反映水環(huán)境狀況的重要指標(biāo)之一，通過(guò)提高水體的DO來(lái)消除其厭氧狀態(tài)，是消除水體黑臭的又一關(guān)鍵。試驗(yàn)過(guò)程中水體DO變化見(jiàn)表4。從表4可以看出，試驗(yàn)中的黑臭水體經(jīng)過(guò)1天處理后，其DO可由0.12 mg/L迅速恢復(fù)到7.92 mg/L，之后持續(xù)穩(wěn)定在8.0 mg/L以上，這與投加Fenton試劑的效果相當(dāng)[8]，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》I類(lèi)DO標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明了該技術(shù)具有良好的復(fù)氧能力，即便是原水處于厭氧條件下，該技術(shù)也可為水體迅速?gòu)?fù)氧，為微生物降解好氧污染物提供充足的氧氣。

表4　水體中DO的變化Table 4　The variation of DO in water

2.4水體中透明度的變化

透明度是指水樣的澄清程度，是衡量水質(zhì)的感觀指標(biāo)之一[5]。試驗(yàn)水體透明度的變化見(jiàn)表5。從表5可以看出，試驗(yàn)中的黑臭水體經(jīng)過(guò)2天處理后，其透明度由11.5 cm提高到30 cm以上，水體中的懸浮物和膠體物質(zhì)已大大減少，可以認(rèn)為水質(zhì)已透明。這說(shuō)明了該技術(shù)具有在較短時(shí)間內(nèi)明顯提高黑臭水體透明度的能力。

表5　水體中透明度的變化Table 5　The variation of transparency in water

2.5水體中ORP的變化

ORP是表征水體氧化還原特性的基本參數(shù)，是水體綜合性指標(biāo)之一，它能在一定程度上說(shuō)明水體的污染程度。水體的ORP值越大，表明其氧化能力越強(qiáng)，反之還原能力越強(qiáng)[6]。試驗(yàn)水體ORP的變化見(jiàn)表6。從表6可以看出，原黑臭水體的ORP值為14 mV(低于50 mV)，屬于輕度黑臭，經(jīng)過(guò)1天處理后，其ORP在100 mV以上，之后繼續(xù)保持增大。由此可見(jiàn)，該系統(tǒng)能夠快速提高黑臭水體的氧化還原電位，有利于黑臭水體水質(zhì)凈化。

表6　水體中ORP的變化Table 6　The variation of ORP in water

3結(jié)論

(1)筒車(chē)與生物膜聯(lián)合技術(shù)能快速有效地去除黑臭水體中的COD和氨氮，COD和氨氮值可分別由最初的162.30 mg/L和19.86 mg/L下降至30 mg/L和1.0 mg/L以下。其濃度值分別可達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》IV類(lèi)和III類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。

(2)該技術(shù)能快速提高水體溶解氧、透明度及氧化還原電位，溶解氧能維持在8.0 mg/L以上，透明度能修復(fù)至30 cm以上，氧化還原電位能提高至200 mV以上。

(3)該技術(shù)能快速有效地消除水體黑臭現(xiàn)象，且運(yùn)行穩(wěn)定、成本低，可以為城市湖庫(kù)黑臭水體整治提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)(References)：

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收稿日期：2016-05-11

基金項(xiàng)目：重慶市基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費(fèi)計(jì)劃項(xiàng)目(2013cstc-jbky-01603；2013cstc-jbky-01611)

作者簡(jiǎn)介：黃健盛(1980—)，男，廣西藤縣人，高級(jí)工程師，博士，主要研究方向?yàn)樗廴究刂疲珽-mail：hjso419@126.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.04.018

中圖分類(lèi)號(hào)：X52

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：2095-6444(2016)04-0070-03

A Study on Using Waterwheel with Bio-film Technology to Treat Black and Odorous Water in Urban Lakes

HUANG Jian-sheng1, TONG Qi-bang1, ZHANG Jie2, ZHU Li3,LIAO Wei-ling1, CHEN Ting-ting1, LYU Sheng-hong1, YAO Yuan1

(1.Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China; 2.Beijing Zexin Estate Co., Ltd., Beijing 100070,China; 3.Internal Trade Engineering Design & Research Institute Beijing 100069, China)

Abstract:In order to explore a remediation technology for black and odorous water in urban lakes, this paper conducted a study on remediating serious black and odorous water in urban lake by using waterwheel with bio-film technology. The results showed that this coupling technology can not only remove COD and ammonia nitrogen effectively, but also rapidly improve the DO, transparency and ORP of water simultaneously. According to the requirements of Black and Odorous Urban Water Remediation Guidelines, this technology is feasible to remediate black and odorous water in urban lakes.

Key words:waterwheel; bio-film; black and odorous water