復(fù)配生物酶絮凝劑治理黑臭水體的應(yīng)用

袁 鵬,張旭夢(mèng),藺愛國(guó)

(1.山東大成環(huán)境修復(fù)有限公司,山東淄博255000;2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)科學(xué)技術(shù)研究院,山東東營(yíng)257061)

自2010年起,我國(guó)水體污染進(jìn)入極為嚴(yán)重的階段,城市黑臭水體現(xiàn)象亦隨之加重。2015年,我國(guó)頒布了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,為治理城市黑臭水體提供了有力的準(zhǔn)則。本《計(jì)劃》明確表明,直轄市、省會(huì)城市以及計(jì)劃單列市建成區(qū)的黑臭水體,要在2017年底前被基本消除;地級(jí)以及以上城市建成區(qū)的黑臭水體,至2020年底前要被基本控制在10%以內(nèi);全國(guó)建成區(qū)的黑臭水體,到2030年總體上要被基本消除[1-4]。由全國(guó)黑臭水體整治信息平臺(tái)于2019年7月發(fā)布的數(shù)據(jù)可知,全國(guó)依舊有47%黑臭水體未得到處理[5]。黑臭水體問題已經(jīng)發(fā)展為我國(guó)城市最突出的問題,嚴(yán)重影響城市居民的生活與城市環(huán)境。目前,國(guó)內(nèi)外的一些黑臭水體治理方法,主要有為絮凝沉降法、生物法、吸附法和高級(jí)氧化法等方法。絮凝沉降法因其具有經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便及見效快等優(yōu)點(diǎn),被國(guó)內(nèi)外廣泛使用。應(yīng)用于黑臭水體治理的藥劑種類主要包括氧化劑、生物絮凝劑、化學(xué)絮凝劑等。但國(guó)內(nèi)處理黑臭水體的絮凝劑都比較單一,利用單一無機(jī)絮凝劑處理黑臭水體不僅用量大,且會(huì)造成二次污染。利用單一有機(jī)高分子絮凝劑處理黑臭水體處理效果非常差。因此隨之出現(xiàn)了無機(jī)-有機(jī)復(fù)合絮凝劑,對(duì)黑臭水體的處理效果起到了一定的積極作用,但弊端是黑臭水體的惡臭氣味不能得到根本消除[6-8]。微生物絮凝劑具有處理效果好、絮凝活性高、安全-無毒、無二次污染等特點(diǎn)[9-10]。但也存在著產(chǎn)量小、生產(chǎn)成本高、貯存穩(wěn)定性差、投量大,而且在工業(yè)運(yùn)用上易產(chǎn)生變異[11]。復(fù)配絮凝劑的產(chǎn)生為以上問題提供了良好的解決辦法。

山東省東營(yíng)市城區(qū)黑臭水體治理工程實(shí)施范圍內(nèi)共105處黑臭水體,工程體量大、項(xiàng)目實(shí)施復(fù)雜,為應(yīng)對(duì)突發(fā)性水質(zhì)超標(biāo)情況,順利實(shí)現(xiàn)2019年底其中50處黑臭水體消除黑臭的目標(biāo),急需要制定藥劑投加方案[12]。

為了保證藥劑能在各種黑臭水體中使用且達(dá)到最佳效果,選出三種性質(zhì)不同的典型黑臭水體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,確定出復(fù)配藥劑的最佳用量,對(duì)3種黑臭水體開展了小試試驗(yàn)研究,以期為黑臭水體治理制定最佳方案提供技術(shù)支撐和依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選取3種試劑藥品,編號(hào)為L(zhǎng)-1、L-2、L-3。如表1所示,其中2種為化學(xué)試劑,1種為生物絮凝劑。3種藥劑均為粉末狀,加水稀釋成液體,濃度均為10%。

表1 試劑藥品

1.2 試驗(yàn)用水

試驗(yàn)用水原水取自山東東營(yíng)市三種典型黑臭水體,水質(zhì)如表2所示。三種黑臭水體分別為養(yǎng)殖廢水(1#)、臭水溝廢水(2#)和大豆廢水(3#)。

養(yǎng)殖廢水(1#):某養(yǎng)殖場(chǎng)位于東營(yíng)市西城,是一個(gè)以養(yǎng)牛為主的養(yǎng)殖場(chǎng),后由于造成的污染嚴(yán)重,被政府取締,養(yǎng)殖場(chǎng)中牛的排泄物以及飼料的殘留物和各種廢物垃圾都被沖洗進(jìn)院子里的大池子內(nèi),久而久之,變成了高濃度的有機(jī)廢水,水體呈現(xiàn)血紅色,較為黏稠。池子長(zhǎng)120 m,寬10 m,廢水深1.1 m,且底部有很深的底泥。

臭水溝廢水(2#):某臭水溝位于東營(yíng)市東城,位于城鄉(xiāng)結(jié)合部。其主要形成原因是向水溝中隨意排放附近居民生活廢水以及種地殘留的農(nóng)藥,呈不透明的灰黑色,并帶有濃重的惡臭味。

大豆廢水(3#):豆制品廠位于東營(yíng)市東城,是一個(gè)主要制造豆奶粉的企業(yè)。其廢水是生產(chǎn)豆奶粉所產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水,是乳白色膠體,并帶有濃重的惡臭味。

表2 原水水質(zhì)

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

(1)試劑設(shè)計(jì)

在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行黑臭水體處理的最佳試劑探索試驗(yàn),主要是為了探究在同等試驗(yàn)條件下,對(duì)比L-1試劑與聚合氯化鋁(PAC)對(duì)污染物的去除效果,探究各種試劑的最佳投加量。試驗(yàn)中每組試驗(yàn)處理水量為1L,實(shí)驗(yàn)用水用酸或堿先調(diào)成中性,實(shí)驗(yàn)中L-1和PAC設(shè)置3組投加量做對(duì)比,L-2設(shè)置3組投加量做對(duì)比,L-3設(shè)置3組投加量做對(duì)比,具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表3。

表3 試驗(yàn)方案

1.4 水質(zhì)檢測(cè)

加入試驗(yàn)藥劑后,將試驗(yàn)水樣靜置10 h后,取其上清液進(jìn)行檢測(cè)。每隔10 h監(jiān)測(cè)一次,原水作為初始水質(zhì)。

1.5 分析方法

CODcr采用國(guó)標(biāo)《GB11914-89》的高錳酸鉀法測(cè)定,氨氮采用國(guó)標(biāo)《GB11914-89》的納氏試劑比色法測(cè)定,總磷采用國(guó)標(biāo)《GB11914-89》的釩鉬磷酸比色法,pH值采用便攜式pH計(jì)法測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 L-1試劑與PAC去除效果的對(duì)比

試驗(yàn)中將1#、2#、3#試樣中進(jìn)行L-1試劑與PAC試劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果見圖1～3。

圖1 不同投加量下L-1與PAC對(duì)1#廢水的試驗(yàn)結(jié)果

圖2 不同投加量下L-1與PAC對(duì)2#廢水的試驗(yàn)結(jié)果

圖3 不同投加量下L-1與PAC對(duì)3#廢水的試驗(yàn)結(jié)果

通過對(duì)1#、2#、3#水樣 COD去除效果的對(duì)比試驗(yàn),可以發(fā)現(xiàn)L-1試劑的處理效果均優(yōu)于PAC的處理效果,且L-1試劑是生物酶絮凝劑,綠色無污染,故采用L-1試劑。

2.1.1 1#廢水中投加量的確定

1#廢水試驗(yàn)中,當(dāng)只投加L-1試劑時(shí),當(dāng)投加量為0.05 mL/L時(shí),COD的濃度由200 mg/L變?yōu)?16 mg/L,去除率為42%。氨氮的濃度由80 mg/L降到56 mg/L,去除率為30%?？偭椎牡臐舛葟?.5 mg/L降到5.9 mg/L,去除率是30.6%。繼續(xù)投加L-1試劑,1#水樣各項(xiàng)指標(biāo)基本不再變化。依次添加確定量的L-2試劑和L-3試劑,1#水樣的COD降低到53 mg/L,去除率可達(dá)到73.5%;隨著L-2和L-3試劑的投加,氨氮的去除效率亦發(fā)生了明顯的降低,由56 mg/L降為5 mg/L,去除率可達(dá)93.7%;總磷有未添加任何試劑的8.5 mg/L變?yōu)樘砑尤N試劑的0.99 mg/L,去除率可達(dá)88.4%。綜上考慮,L-1的最佳投加量為0.05 mL/L,L-2的最佳投加量為0.04 mL/L,L-3的最佳投加量為0.001 mL/L。由此可知,試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三種試劑對(duì)1#黑臭水體起到了明顯的去除效果(圖4)。

圖4 1#廢水各污染物的處理結(jié)果

2.1.2 2#廢水中投加量的確定

2#廢水試驗(yàn)中,當(dāng)只投加L-1試劑時(shí),當(dāng)投加量為0.1 mL/L時(shí),COD的濃度由180 mg/L變?yōu)?9 mg/L,去除率為45%。氨氮的濃度由100 mg/L降到70 mg/L,去除率為30%?？偭椎牡臐舛葟?6 mg/L降到18 mg/L,去除率是67.8%。繼續(xù)投加L-1試劑,2#水樣各項(xiàng)指標(biāo)基本不再變化。依次添加確定量的L-2試劑和L-3試劑,2#水樣的COD降低到16 mg/L,去除率可達(dá)到91.1%;氨氮的去除效率亦發(fā)生了明顯的降低,由70 mg/L降為9 mg/L,去除率可達(dá)91%;總磷由未添加任何試劑的56 mg/L變?yōu)樘砑尤N試劑的1.4 mg/L,去除率可達(dá)97.5%。綜上考慮,L-1的最佳投加量為0.1 mL/L,L-2的最佳投加量為0.04 mL/L,L-3的最佳投加量為0.004 mL/L。由此可知,試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三種試劑對(duì)2#黑臭水體起到了明顯的去除效果(圖5)。

圖5 2#廢水各污染物的處理結(jié)果

2.1.3 3#廢水中投加量的確定

3#廢水試驗(yàn)中,當(dāng)只投加L-1試劑時(shí),當(dāng)投加量為0.05 mL/L時(shí),COD的濃度由190 mg/L變?yōu)?49 mg/L,去除率為21.5%。氨氮的濃度由90 mg/L降到20 mg/L,去除率為77.8%?？偭椎牡臐舛葟?7 mg/L降到28 mg/L,去除率是63.6%。繼續(xù)投加L-1試劑,3#水樣各項(xiàng)指標(biāo)基本不再變化。依次添加確定量的L-2試劑和L-3試劑,1#水樣的COD降低到20 mg/L,去除率可達(dá)到89.4%;隨著L-2和L-3試劑的投加,氨氮的去除效率亦發(fā)生了明顯的降低,由57 mg/L降為12 mg/L,去除率可達(dá)86.6%;總磷有未添加任何試劑的77 mg/L變?yōu)樘砑尤N試劑的1.69 mg/L,去除率可達(dá)97.8%。綜上考慮,L-1的最佳投加量為0.05 mL/L,L-2的最佳投加量為0.06 mL/L,L-3的最佳投加量為0.004 mL/L。由此可知,試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三種試劑對(duì)3#黑臭水體起到了明顯的去除效果(圖6)。

圖6 3#廢水各污染物的處理結(jié)果

2.2 工程造價(jià)成本分析

采用靜態(tài)經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法,對(duì)3種藥劑進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。根據(jù)藥劑廠家提供的藥劑單價(jià)、小試試驗(yàn)中消耗的藥劑量,測(cè)算小試試驗(yàn)的噸水處理成本。3種藥劑處理成本依次是L-1試劑0.98元/m3,L-2試劑0.55元/m3,L-1試劑0.62元/m3。而PAC的成本為3.5元/m3,因此其處理成本遠(yuǎn)低于PAC的處理成本。

3 結(jié) 論

(1)用3種水樣作為實(shí)驗(yàn)水樣,分別對(duì)比了L-1試劑與PAC對(duì)于COD的去除效果,試驗(yàn)結(jié)果表明,L-1試劑對(duì)三種水樣的處理效果均好于PAC,且無二次污染產(chǎn)生。

(2)對(duì)于1#水樣,先加入0.05 mL/L的L-1藥劑,再加入0.04 mL/L的L-2藥劑,最后加入0.001 mL/L的L-3藥劑。1#水樣中COD的去除率可達(dá)73.5%,氨氮的去除率93.7%,對(duì)總磷的去除率為88.4%。

(3)對(duì)于2#水樣,先加入0.1 mL/L的L-1藥劑,再加入0.04 mL/L的L-2藥劑,最后加入0.004 mL/L的L-3藥劑。2#水樣中COD的去除率可達(dá)91.1%,氨氮的去除率91%,對(duì)總磷的去除率為97.5%。

(4)對(duì)于3#水樣,先加入0.05 mL/L的L-1藥劑,再加入0.06 mL/L的L-2藥劑,最后加入0.004 mL/L的L-3藥劑。3#水樣中COD的去除率可達(dá)89.4%,氨氮的去除率86.6%,對(duì)總磷的去除率為97.8%。

(5)靜態(tài)經(jīng)濟(jì)分析可得:3種藥劑處理成本依次是L-1試劑0.98元/m3,L-2試劑0.55元/m3,L-1試劑0.62元/m3,而PAC的成本為3.5元/m3,因此其處理成本遠(yuǎn)低于PAC的處理成本。