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，我國學(xué)者針對城市黑臭水治理的研究工作已大范圍展開。吳瓊認(rèn)為，城市黑臭水治理是一項需要綜合多學(xué)科、多領(lǐng)域共同合進(jìn)行研究的工作，因為黑臭水的形成與發(fā)展是一個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程，深入討論目前國內(nèi)常用的各種城市黑臭水防治手段的優(yōu)、缺點。潘伊等以我國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類型、原則并總結(jié)了城市黑臭水體整治技術(shù)的優(yōu)缺點，并針對不同黑臭水形成原因指出了最適宜的治理方案，為我國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；王琨等通過開展2種微生物菌株和3種水生植物對30t流動的模擬黑臭水的處理室內(nèi)試驗，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黑臭水的治理效果相似，但相對于水生植物而言，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，旨在通過引入過氧化鈣除污技術(shù)進(jìn)行高效河道治理；對比不同投加量、不同反應(yīng)時間及不同溫度實驗條件下除磷效率，得出過氧化鈣治理黑臭水最佳方案，以期為我國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)，由于周圍存在密集居民區(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)過嚴(yán)令禁止，但仍需對該河道污染進(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、過濾等治理手段不僅治理周期較長且效果不佳，因此決定引入化學(xué)除污技術(shù)對該黑臭水河道進(jìn)行治理，經(jīng)過多重對黑臭水主要成分的研究及對不同方案的對比篩選，擬采用過氧化鈣除污技術(shù)對河道黑臭水進(jìn)行治理，先通過室內(nèi)及現(xiàn)場試驗對該技術(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
本次試驗研究對象為深圳市某區(qū)河道黑臭水，所取黑臭水樣品均來自該河道水面以下50cm深度處，以保證河水樣品的真實性。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，對總磷去除效果同樣進(jìn)行分析，總磷濃度為2.75mg/L。
通過設(shè)計不同投加量比、不同時間及不同溫度下的過氧化鈣黑臭水除污試驗，具體試樣安排及試驗方案設(shè)計如下表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，在按照原試驗設(shè)計方案分別投入0g、0.05g、0.2g、0.5g、1.0g、2.0g的過氧化鈣，室溫下遮光靜置一定時間后取出，本次為完全靜置結(jié)束即靜置48小時后進(jìn)行檢測，采集瓶口以下5cm處水樣再次進(jìn)行磷濃度檢測，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)計算得出：
由圖1可知，過氧化鈣對黑臭水中磷元素的去除效果明顯，投加0.05g過氧化鈣、靜置48小時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過氧化鈣、靜置48小時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，隨著過氧化鈣投加量逐漸升高，濃度-投加量曲線下降趨勢逐漸平緩，去除效率-投加量曲線逐漸增加趨勢亦逐漸平緩，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，但這種增長率逐漸弱化。綜合對比可見，最佳過氧化鈣投放量為0.5g，換算可得單位體積黑臭水最佳過氧化鈣投加量為2.5g/L。
式(2)、式(3)為過氧化鈣與水反應(yīng)生成溶解于水的氧氣原理機(jī)制，由反應(yīng)機(jī)制可見，隨著過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變緩的內(nèi)在機(jī)理原因。
3.2 反應(yīng)時間影響分析
在進(jìn)行不同投加量試驗時同步進(jìn)行不同時間點的濃度檢測實驗，對應(yīng)各投加量下第0、1、2、6、12、24、48小時進(jìn)行濃度測試，限于篇幅，僅對投加量為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)時間均表現(xiàn)出逐漸增大的趨勢，這表明反應(yīng)時間越長，除磷效果越好。同時，與投加量類似的是，隨著反應(yīng)時間的逐漸增加，除磷效果增長率逐漸減小，過氧化鈣投加量為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)時間增長，除磷效果不斷提升增長越來越低。
3.3 溫度效應(yīng)分析
按設(shè)計方案對不同溫度(15℃、25℃、40℃)、不同過氧化鈣投放量(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、分析，試驗結(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，40℃除磷效果較15℃較好。以過氧化鈣投放量為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)時間大于24h+溫度25℃”時，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，引入過氧化鈣技術(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
為研究過氧化鈣在城市河道黑臭水污染治理中的應(yīng)用，通過向黑臭水進(jìn)行不同過氧化鈣投加量、不同溫度、不同反應(yīng)時間條件下的室內(nèi)試驗，發(fā)現(xiàn)過氧化鈣在黑臭水除磷工作中具有優(yōu)秀的治理效果，且治理效果隨著過氧化鈣投放量及反應(yīng)時間的增長不斷提高，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，為我國城市黑臭水治理工作提供了良好的范例。( >
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