水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水污染物排放控制技術(shù)研究

關(guān)鍵詞：水利工程；污染物排放；控制技術(shù)；高濃度廢水；工程施工

中圖分類號(hào)：X703 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

水利工程施工可以有效改善水資源在各區(qū)域分布不均衡的問(wèn)題，然而水利工程施工過(guò)程中也面臨著很多從未發(fā)生過(guò)的問(wèn)題。很多水利工程涉及的流域比較廣泛，流域兩側(cè)遍布著很多工業(yè)區(qū)和居民生活區(qū)，廢水污染物排放到水利工程施工線路中，會(huì)擴(kuò)大水利工程施工的廢水污染范圍。因此，如何對(duì)水利工程施工中的高濃度廢水污染物進(jìn)行排放控制，已經(jīng)成為生態(tài)環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域研究的一項(xiàng)重要課題?；钚蕴课?、焚燒、過(guò)濾是處理高濃度廢水污染物的有效方式，但是如今，隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念逐漸深化，簡(jiǎn)單的廢水污染物處理手段已無(wú)法滿足污染物排放控制的要求。

彭逸喆等人通過(guò)劃分流域水的控制單元，確立了水資源質(zhì)量保護(hù)的目標(biāo)，以湖南省湘、資、沅、澧四大流域?yàn)檠芯繉?duì)象，經(jīng)過(guò)調(diào)查分析取樣，確定了每一個(gè)控制單元的涉鉈污染源位置，根據(jù)工業(yè)廢水流量，計(jì)算了污染物的水環(huán)境容量，實(shí)現(xiàn)了鉈污染物的排放控制，在該方案下進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，計(jì)算出工業(yè)廢水鉈污染物的排放量最大值，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該方案是可行的；劉玉春等人以5種水生植物和6種基質(zhì)為研究對(duì)象，開(kāi)展了污水處理實(shí)驗(yàn)，對(duì)水生植物和基質(zhì)對(duì)污水中CODMn、TP、TN的去除效果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試，結(jié)果顯示，5種水生植物對(duì)廢水中CODMn、TP和TN的去除率分別在59%～85%之間、61%～85%之間和53%～83%之間，其中爐灰渣可以有效去除廢水中的污染物，對(duì)廢水中CODMn TP和TN的去除率可以達(dá)到71%、69%和74%。

基于以上研究背景，文章對(duì)水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水污染物排放進(jìn)行了控制，從而確保水利工程施工過(guò)程的環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1實(shí)驗(yàn)材料

為了控制水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水污染物排放情況，文章利用NT100活性炭、NT200活性炭和NT300活性炭吸附廢水中的污染物，三種型號(hào)的活性炭均由天津貝業(yè)永豐炭業(yè)有限公司生產(chǎn)。

采用蒸餾水配制含硝基苯溶液，用于模擬水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水，量取0.16 mL的硝基苯于容量瓶中，并利用蒸餾水對(duì)硝基苯定容到標(biāo)線，經(jīng)過(guò)溶解之后，硝基苯溶液的濃度為6 000m／L，用于模擬水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水樣本。

使用硝基苯作為實(shí)驗(yàn)藥品，該藥品由上海嘉天化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)。

1.2實(shí)驗(yàn)儀器

水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水污染物排放控制中，用到的儀器設(shè)備如下：紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，型號(hào)為XL583 - ESRLP，上海蘭格科學(xué)儀器有限公司；蠕動(dòng)泵，型號(hào)為FEH - 98BUT，江蘇永康恒流泵有限公司；加熱棒，型號(hào)為ABJ - 039FB，北京平易電器制品有限公司；數(shù)顯多頭磁力恒溫磁力攪拌器，型號(hào)為SW-90080，金華市日盛榮華儀器制造有限公司；多功能恒溫水浴振蕩器，型號(hào)為GZ-F20-S- 20，河北省科華儀器有限公司；電子天平，型號(hào)為PE09 - BS，吉林永發(fā)科學(xué)儀器有限公司。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1測(cè)試穿透曲線

在水利工程施工過(guò)程中，高濃度廢水污染物排放控制的穿透曲線實(shí)驗(yàn)原理是水樣由進(jìn)水水箱經(jīng)過(guò)截止閥，并以設(shè)定的流速經(jīng)由真空泵，從活性炭吸附柱的底部流入吸附柱中，利用吸附劑的吸附作用，從活性炭吸附柱的上部出水，流入出水水箱。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，定時(shí)從活性炭吸附柱的上部出水取樣，測(cè)定水樣中硝基苯的濃度，直到流出液的質(zhì)量濃度不變。

穿透曲線實(shí)驗(yàn)裝置中，活性炭吸附柱的內(nèi)部直徑為50 mm，高為600 mm，容器內(nèi)部距離柱底5 cm的位置處安裝一個(gè)填料支撐板，支撐板的上面具有45個(gè)篩孔，不僅可以對(duì)填料起到支撐作用，還可以起到布水均勻的作用。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，使用封口膜將活性炭吸附柱的頂部封住，避免硝基苯的揮發(fā)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差變大。

通過(guò)調(diào)節(jié)真空泵的流量控制旋鈕，對(duì)進(jìn)水流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，測(cè)試水流流速對(duì)穿透曲線的影響情況，并使用ABJ-039FB型號(hào)加熱棒對(duì)進(jìn)水水箱中的水樣進(jìn)行加熱處理，當(dāng)水樣的溫度達(dá)到設(shè)定溫度之后，測(cè)試不同的進(jìn)水水溫對(duì)穿透曲線的影響。

1.3.2吸附動(dòng)力學(xué)及吸附平衡

選擇500 mL的錐形瓶作為實(shí)驗(yàn)容器，確定硝基苯的濃度之后，將其加入到錐形瓶中，在恒溫水浴的環(huán)境條件下進(jìn)行振蕩處理，在不同的時(shí)間采集水樣，并測(cè)試水樣的濃度。

1.4實(shí)驗(yàn)分析方法

對(duì)于水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水，紫外區(qū)域的有機(jī)物具有特征的吸收光譜，根據(jù)這一原理，使用XL583-ESRLP型號(hào)的紫外分光光度計(jì)對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行鑒定。

繪制硝基苯標(biāo)準(zhǔn)曲線：

（1）選用7只容積為50 mL的容量瓶作為實(shí)驗(yàn)容器，分別將其加入0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.8 mL、1.2 mL、1.6 mL和2.0 mL濃度為50 mg/L的硝基苯標(biāo)準(zhǔn)溶液，量取一定量的蒸餾水對(duì)溶液進(jìn)行稀釋，分別稀釋到50 mL，稀釋之后的溶液濃度為0 mL/L、0.2 mL/L、0.4 mL/L、0.8 mL/L、1.2 mL/L、1.6 mL/L和2.0 mL/L；

（2）在25℃的室溫條件下，使用蒸餾水作為參比，利用紫外分光光度計(jì)和比色皿，在波長(zhǎng)為212nm的條件下，測(cè)試硝基苯溶液的吸光度作為標(biāo)準(zhǔn)值，通過(guò)對(duì)水樣中的吸光度進(jìn)行測(cè)定，在硝基苯標(biāo)準(zhǔn)曲線上獲取水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水樣品的硝基苯濃度值。

2結(jié)果分析

2.1不同類型活性炭的吸附穿透曲線

穿透曲線可以反映出活性炭吸附劑對(duì)高濃度廢水污染物的吸附能力，穿透曲線的穿透點(diǎn)越靠后，活性炭吸附劑的吸附性能就越好，因此文章的實(shí)驗(yàn)通過(guò)繪制穿透曲線選擇合適的活性炭，利用活性炭的吸附性能，實(shí)現(xiàn)水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水污染物排放控制。

基于6 000 mg/L的硝基苯廢水樣品，設(shè)置活性炭吸附柱的流速為20 mL/min，分別稱取NT100活性炭、NT200活性炭和NT300活性炭各20 g，將其加入到吸附柱內(nèi)，每隔100 mL進(jìn)行一次流出液取樣，經(jīng)過(guò)濾、稀釋之后，XL583 - ESRLP型號(hào)的紫外分光光度計(jì)測(cè)定溶液的質(zhì)量濃度，直到流出液的質(zhì)量濃度恒定。

將流出液的體積作為自變量，穿透率為因變量，繪制了活性炭穿透曲線，見(jiàn)圖1。

根據(jù)圖1的結(jié)果可知，活性炭吸附高濃度廢水污染物的初始階段，具有非常好的吸附效果，出水水箱中硝基苯的含量和穿透率基本為0，當(dāng)流出液的體積達(dá)到1000 mL左右時(shí)，活性炭對(duì)高濃度廢水污染物的吸附達(dá)到了穿透點(diǎn)，導(dǎo)致出水水箱中硝基苯的濃度急劇上升，直到飽和。NT100活性炭的穿透點(diǎn)位于最后面，說(shuō)明硝基苯溶液達(dá)到飽和之后，需要的吸附時(shí)間最長(zhǎng)，可以將其作為去除硝基苯的最佳活性炭。其中NT100活性炭的吸附效率與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此，文章選擇NT100活性炭作為高濃度廢水污染物排放控制的吸附劑。

2.2流速對(duì)吸附效果的影響

水流速度會(huì)影響NT100活性炭的吸附性能，實(shí)驗(yàn)之前，將水流速度設(shè)置為10 mL/min、20 mL/min和30 mL/min，硝基苯的初始濃度為6000 mg/L，經(jīng)過(guò)活性炭吸附柱的處理之后，經(jīng)過(guò)濾、稀釋，測(cè)試水樣的質(zhì)量濃度，直到恒定。水流速度對(duì)穿透曲線的影響情況見(jiàn)圖2。

從圖2的結(jié)果可以看出，采用NT100活性炭吸附時(shí)，進(jìn)水水箱的水流速度越大，穿透點(diǎn)就越會(huì)提前，可以有效縮短N(yùn)T100活性炭達(dá)到吸附飽和的時(shí)間，不完全的吸附會(huì)增大穿透率，當(dāng)水流速度為10mL/min時(shí)，穿透點(diǎn)的位置處于最后面，具有更好的吸附效果，能夠?qū)崿F(xiàn)高濃度廢水污染物排放控制。

2.3水溫對(duì)吸附效果的影響

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，設(shè)置廢水樣品的溫度分別為10℃、20℃和40℃，將活性炭吸附柱內(nèi)添加20 gNT100活性炭，進(jìn)行穿透率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)圖3。

根據(jù)圖3的結(jié)果可知，在不同的水溫條件下，穿透曲線也是不同的，隨著水溫逐漸升高，穿透點(diǎn)逐漸靠前，加快活性炭吸附速率的同時(shí)，使得活性炭提前處于飽和狀態(tài)，原因是硝基苯在高溫的水環(huán)境中溶解度較大，可以快速進(jìn)入到活性炭的孔隙中，實(shí)現(xiàn)高濃度廢水污染物排放控制，因此確定最佳水溫為10℃。

2.4吸附平衡

為了更好地研究高濃度廢水污染物的排放控制效果，文章對(duì)活性炭吸附硝基苯廢水樣品進(jìn)行了吸附平衡測(cè)試，獲取硝基苯在NT100活性炭上的吸附平衡參數(shù)以及溫度與飽和吸附量之間的關(guān)系。

設(shè)定NT100活性炭的用量為1g，硝基苯廢水樣品的初始濃度分別為2500 mg/L、3000 mg/L、3500mg/L、4000 mg/L、4500 mg/L、5000 mg/L、5500mg/L和6000 mg/L，在10℃、20℃和40℃的溫度條件下，振蕩處理150 min，測(cè)定硝基苯廢水樣品的濃度，平衡吸附量與濃度之間的關(guān)系見(jiàn)圖4。

根據(jù)圖4的結(jié)果可知，活性炭的平衡吸附量與濃度之間呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)硝基苯廢水樣品的濃度低于2500 mg/L時(shí)，大大提高了活性炭的吸附量，但是當(dāng)吸附濃度超過(guò)3000 mg/L時(shí)，基本達(dá)到了吸附平衡，處于吸附飽和狀態(tài)。

利用Langmuir方程和Freundlich方程對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，方程表達(dá)式為（1）～（2）：

根據(jù)圖5的擬合結(jié)果，得到的活性炭吸附平衡的相關(guān)參數(shù)，見(jiàn)表1。

從表1的結(jié)果可以看出，采用Langmuir方程進(jìn)行擬合時(shí)，R2值在0.999 5以上，而采用Freundlich方程進(jìn)行擬合時(shí)，R2最大值只有0.9427，因此，說(shuō)明使用NT100活性炭的吸附過(guò)程符合Langmuir方程，NT100活性炭對(duì)硝基苯的吸附屬于單分子層吸附，具有更好的高濃度廢水污染物排放控制效果。

3結(jié)語(yǔ)

平衡各省市地區(qū)的經(jīng)濟(jì)情況和發(fā)展條件可以促進(jìn)不同地區(qū)水資源的均衡化，在水利工程施工中，嚴(yán)格控制污染物的排放可以提高水利工程施工過(guò)程中生態(tài)環(huán)境的質(zhì)量。為有效地控制水利工程建設(shè)期間高濃度污水的排放，保證水利工程施工過(guò)程中的環(huán)境質(zhì)量滿足要求，研究水利工程施工過(guò)程中的高濃度廢水污染物排放控制技術(shù)。以硝基苯模擬水利施工過(guò)程中的高濃度廢水，分析了水流速度和溫度對(duì)滲透曲線的影響，并設(shè)計(jì)了吸附平衡實(shí)驗(yàn)，對(duì)廢水污染進(jìn)行了治理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)水流速度為10mL/min、水溫為10℃時(shí)，NT100活性炭的吸附效果最好，吸附了高濃度廢水中的污染物，降低廢水污染的同時(shí)，保證了水利工程施工過(guò)程中的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，對(duì)污染物的排放進(jìn)行了有效控制，實(shí)現(xiàn)水利工程施工的可持續(xù)發(fā)展。