應(yīng)急藥劑聯(lián)合投加處理黑臭水體試驗研究

王晶， 張燦偉， 邵超

（1.安徽國禎環(huán)保節(jié)能科技股份有限公司， 合肥 230088； 2.安徽省經(jīng)濟研究院， 合肥 230051）

黑臭水體的治理從治理方式可分為： 源頭治理、 旁路凈化和原位修復(fù)三類［1－3］。 從水體污染程度與治理目標(biāo)上， 可分為應(yīng)急治理、 水質(zhì)改善和長效保持3 個階段。 在不同階段， 由于治理目標(biāo)不同，選用技術(shù)也不同［4］。 針對黑臭現(xiàn)象嚴重的河道水體， 可在控源截污等常規(guī)工程措施基礎(chǔ)上， 通過投加應(yīng)急藥劑的臨時措施達到短期內(nèi)快速消除黑臭的目的。 投加化學(xué)混凝劑是常用的一種應(yīng)急去除水中懸浮物的物化方法［5－7］。 但投加單一化學(xué)混凝劑往往效果不佳， 近年來， 已有學(xué)者利用硅藻土強化混凝作用， 聯(lián)合PAC 等常規(guī)混凝劑處理微污染水體［8－10］， 但應(yīng)用于黑臭水體的研究還不多見。

本研究以黑臭河道原水為對象， 選擇目前應(yīng)用效果較好的應(yīng)急藥劑， 開展燒杯試驗和原位模擬試驗研究， 考察應(yīng)急藥劑聯(lián)合投加處理黑臭水體的效果， 并確定最佳投加量和投加比例， 以期為黑臭水體應(yīng)急處理提供試驗數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗原水

原水取自某公園河道水。 溫度為（22 ± 2）℃，水體透明度為12 ～15 cm， 溶解氧質(zhì)量濃度為1.4 ～1.9 mg／L， 氧化還原電位為26 ～38 mV， pH 值為7.60 ～8.16， 氨 氮 質(zhì) 量 濃 度 為4.23 ～8.15 mg／L，COD 質(zhì)量濃度為131 ～146 mg／L， TP 質(zhì)量濃度為1.88 ～4.08 mg／L， 屬輕度黑臭水體。

1.2 試驗藥劑

選取3 種應(yīng)急治理藥劑產(chǎn)品： PAC、 硅藻土、ST 修復(fù)劑。

PAC 藥劑中Al2O3質(zhì)量分數(shù)為30%。 硅藻土中SiO2質(zhì)量分數(shù)為85%。 ST 修復(fù)劑主要成分由天然礦物組成， 比重為1.62， 外觀灰白色粉末， 適用pH 值范圍為4 ～9， 粉末狀直接投加。 加ST 修復(fù)劑于受污染水體中充分攪拌， 通過凝聚、 吸附、 電化學(xué)、 螯合固定和分離、 沉淀等物理反應(yīng)過程， 把大分子團分解為小分子狀態(tài)， 在常溫、 常態(tài)下進行反應(yīng)， 對結(jié)合水（細胞水）進行分離的同時， 切斷分子鏈（表面結(jié)合水）， 使溶存在污水中的物質(zhì)和懸濁物很快凝集分離、 沉淀。

1.3 試驗設(shè)計

分為燒杯試驗和原位模擬試驗2 個階段， 燒杯試驗分別研究3 種應(yīng)急藥劑單獨投加和聯(lián)合投加下， 對黑臭河道原水的處理效果， 確定最佳投加量和投加比； 原位模擬試驗依據(jù)燒杯試驗確定的最佳投加方案進行河道現(xiàn)場原位模擬， 驗證處理效果。

1.3.1 燒杯試驗

試驗在六聯(lián)攪拌儀上進行， 量取1 800 mL 試驗用水于2 L 燒杯中。 藥劑單獨投加時， ST 修復(fù)劑投加量分別為150、 200、 250、 300、 350 mg／L，PAC 投加量分別為25、 50、 100、 150、 200 mg／L，硅藻土投加量分別為200、 600、 1 000、 1 400 mg／L， 3 種藥劑均采用粉末狀直接投加。 當(dāng)單獨投加藥劑時， 先以200 r／min 快速攪拌2 min， 再以50 r／min 絮凝攪拌10 min， 最后靜置沉淀30 min。

藥劑聯(lián)合投加方案見表1。 聯(lián)合投加硅藻土?xí)r， 先加入適量硅藻土以50 r／min 慢速攪拌2 min， 再加入ST 修復(fù)劑或者PAC， 以200 r／min 快速攪拌2 min， 然后以50 r／min 絮凝攪拌10 min，最后靜置沉淀30 min。 靜置沉淀后取上清液分析。

表1 藥劑聯(lián)合投加方案Tab. 1 Scheme of agents combined addition

1.3.2 原位模擬試驗

依據(jù)燒杯試驗確定的最佳試驗方案進行原位模擬試驗。 選用去除底板的水桶， 水桶尺寸為底部直徑32 cm， 頂部直徑35 cm， 高32 cm。 垂直插入試驗河道水域的河床底部， 使試驗水體基本不與外部水體接觸。 根據(jù)燒杯試驗確定的硅藻土聯(lián)合ST 修復(fù)劑與硅藻土聯(lián)合PAC 處理的最佳投加量及投加比， 分別進行原位模擬試驗， 投加與攪拌方法同燒杯試驗， 觀察水桶內(nèi)水體透明度變化， 靜置沉淀后取上清液分析。

1.4 分析方法

COD、 氨氮、 TP 采用可見分光光度法測定， pH值、 溫度、 溶解氧、 氧化還原電位采用便攜式pH／IsE 測量儀測定， 透明度采用塞氏盤測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 燒杯試驗

2.1.1 單一藥劑投加對污染物的處理效果

根據(jù)設(shè)定的ST 修復(fù)劑、 PAC、 硅藻土投加方案進行試驗， 結(jié)果如圖1 所示。

經(jīng)過綜合考慮， ST 修復(fù)劑的最佳投加量為200 mg／L， 此時對TP 的去除率為90%， 對COD 的去除率為38.5%， 對氨氮的去除率為14.6%。

圖1 各藥劑不同投加量下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 1 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen by agents with different dosage

PAC 投加量在50 mg／L 時對COD 的去除效果最佳， 去除率為72.4%； 在投加150 mg／L 時對TP 的去除效果最佳， 去除率為64.7%； 隨著PAC 投加量的增加， 氨氮去除率無明顯變化， 對氨氮的去除效果不佳。 綜合考慮， PAC 最佳投加量為150 mg／L。

硅藻土對TP 有較好的去除效果， 最佳投加量為600 mg／L， 對TP 的去除率為67.2%， 對COD 的去除率為31.9%， 對氨氮的去除率為11%。2.1.2 藥劑聯(lián)合投加對污染物的處理效果（1） 硅藻土＋ST 修復(fù)劑聯(lián)合投加。 根據(jù)表1 中硅藻土＋ST 修復(fù)劑聯(lián)合投加方案進行試驗， 結(jié)果如圖2 所示。

圖2 硅藻土+ ST 修復(fù)劑不同投加量下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 2 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen by diatomite-ST repair agent with different dosage

由圖2 可知， 隨著硅藻土聯(lián)合投加量的增大，對COD、 氨氮、 TP 的去除效果變化不明顯； 只投加ST 修復(fù)劑不聯(lián)合投加硅藻土?xí)r， 對水質(zhì)的處理效果也較好， 對TP 的去除率達95.2%， COD 的去除率為36.7%， 對NH3－N 去除效果不明顯。

（2） 硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加。 根據(jù)表1 中硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加方案進行試驗， 結(jié)果如圖3 所示。

圖3 硅藻土+ PAC 不同投加量下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 3 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen by diatomite + PAC

由圖3 可知， 在硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加量為（300 ＋50）mg／L， 投加比為6 ∶1 時， 對TP 去除效果最佳， 去除率為70.2%。 在兩者聯(lián)合投加量為（350 ＋50）mg／L， 投加比為7 ∶1 時， 對COD 的去除效果最佳， 去除率為55.0%。 任何投加比下對氨氮去除效果不明顯。 綜合考慮， 硅藻土＋PAC 最佳聯(lián)合投加量為（300 ＋50）mg／L， 兩者的最佳投加比為6 ∶1。

通過燒杯試驗可知， ST 修復(fù)劑、 PAC、 硅藻土對水質(zhì)改善效果依次為ST 修復(fù)劑＞PAC ＞硅藻土， 三者對COD、 TP 的去除率較高， 對氨氮的去除效果不明顯。 ST 修復(fù)劑單獨投加與硅藻土＋ST修復(fù)劑聯(lián)合投加的處理效果相差不大， ST 修復(fù)劑最佳投加量為200 mg／L。 采用硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加方式， 當(dāng)兩者的最佳聯(lián)合投加量為（300 ＋50）mg／L， 最佳投加比為6 ∶1 時， TP 去除率為70%，相比單獨投加150 mg／L PAC 時TP 的去除率65%，效果仍有提高。

2.2 原位模擬試驗

根據(jù)燒杯試驗結(jié)果， 只投加ST 修復(fù)劑不聯(lián)合投加硅藻土?xí)r， 對水質(zhì)的處理效果也較好， 因此就單獨投加ST 修復(fù)劑與硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加， 分別進行原位模擬試驗， 其中ST 修復(fù)劑投加量為200 mg/L， 硅藻土、 PAC 的投加量分別為300、 50 mg／L， 兩組藥劑在30 min 靜置沉淀后透明度得到有效提高， 試驗結(jié)果如圖4 所示。

圖4 原位模擬試驗下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 4 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen during in situ simulation experiments

由圖4 可知， 在ST 修復(fù)劑單獨投加時， TP 去除率高達99.8%， COD 去除率為29.5%。 硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加時， TP 去除率達95.6%， COD 去除率為28.1%。

3 結(jié)論

（1） ST 修復(fù)劑、 PAC、 硅藻土3 種試驗藥劑對黑臭水體水質(zhì)均有一定的改善效果， 對TP 去除率最高， COD 去除率次之， 不能有效去除水體中的氨氮。 因此， 如需去除水體中的氨氮， 還需配合使用其他處理方法。

（2） 投加單一試驗藥劑時， 水質(zhì)處理效果依次為ST 修復(fù)劑＞PAC ＞硅藻土， 相應(yīng)的最佳投加量分別為200、 150、 600 mg／L。

（3） ST 修復(fù)劑單獨投加與硅藻土＋ST 修復(fù)劑聯(lián)合投加的處理效果相差不大。

（4） 硅藻土與PAC 聯(lián)合投加的處理效果比單獨投加PAC 或硅藻土好， 可降低PAC 與硅藻土投加量。 在試驗水質(zhì)條件下， 硅藻土與PAC 最佳聯(lián)合投加量為（300 ＋50）mg／L， 最佳投加比為6 ∶1。

（5） 在試驗河道水體進行原位模擬試驗， 結(jié)果表明當(dāng)單獨投加ST 修復(fù)劑（投加量為200 mg／L），或硅藻土＋PAC 聯(lián)合投加（投加量分別為300、 50 mg／L）時， 在較短時間內(nèi)均有效降低黑臭水體濁度、提高水體透明度， TP 去除率分別為99.8%、 95.6%，COD 去除率分別為29.5%、 28.1%。