新型除磷剂应用于滇池富营养化水体的试验研究.pdf

新型除磷剂应用于滇池富营养化水体的试验研究 刘云根 1, 2 田 昆 2 刘惠芳1 1. 西南林学院环境科学与工程系, 昆明 650224; 2.国家高原湿地研究中心, 昆明 650224 摘要 对新型除磷剂应用于滇池富营养化水体的污染治理进行了相关的试验研究。小试及现场扩大试验表明 新型除 磷剂能有效去除滇池水体中的磷 , 对磷酸盐的去除率可达 94. 7, 对总磷的去除率可达 85, 同时对水体中的其他污 染物也具有一定的去处效果。经新型除磷剂处理后的富营养化水体的透明度有明显上升, 水体中的藻类降低明显。 同时, 新型除磷剂的底泥覆盖作用有效地防止了底泥中的污染物重新释放到水体中造成二次污染问题。 关键词 新型除磷剂; 滇池; 富营养化; 降藻 ; 除磷 R E S E A R C HO NA P P L I C A T I O NO FI N N O V A T I V EP H O S P H O R U SR E MO V A LA G E N T I NT R E A T ME N TO FE U T R O P H I CWA T E RI NT H ED I A N C H I L A K E L i uY u n g e n 1, 2 T i a nK u n2 L i uHu i f a n g1 1. D e p a r t m e n t o f E n v i r o n m e n t a l S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n go f S o u t hWe s t F o r e s t r yU n i v e r s i t y , K u n mi n g650224, C h i n a ; 2. N a t i o n a l P l a t e a uWe t l a n dR e s e a r c hC e n t e r , K u n mi n g650224, C h i n a Ab s t r a c t T h i ss t u d yw a s c o n d u c t e df o r t h ea p p l i c a t i o no f i n n o v a t i v ep h o s p h o r u sr e m o v a l a g e n t I P R A i nt r e a t m e n t o f e u - t r o p h i cw a t e r b o d yi nt h eD i a n c h i L a k e .B o t ht h e l a bs c a l ea n di n - s i t up i l o t - s c a l et r i a l ss h o w e dI P R Ac o u l de f f e c t i v e l yr e mo v e p h o s p h o r u sf r o mt h ew a t e r b o d yi nt h eD i a n c h i L a k e w i t hp h o s p h a t er e m o v a l i n94. 7 a n dt o t a l p h o s p h o r u s r e mo v a l i n85. A d d i t i o n a l l y , i t m i g h t a l s oh a v ec e r t a i ne f f i c i e n c yi nr e mo v i n go t h e rp o l l u t a n t s , w i t ht h et r e a t me n t b yI P R A , t r a n s p a r e n c yo f t h ee u t r o p h i cw a t e rb o d yw a sd e f i n i t e l yi n c r e a s e da n dt h ea l g a l i nt h ew a t e r b o d yw a se x t e n s i v e l yr e d u c e d .S i mu l t a n e o u s l y , I P R Ac o u l da l s oc a pt h es l u r r yo f w a t e r b o d yf o r p r e v e n t i n gi t s p o l l u t a n t sr e l e a s i n gt ow a t e r b o d ya g a i na n dc a u s i n gs e c o n d a r y p o l l u t i o n . Ke y wo r d s I P R A ;t h eD i a n c h i L a k e ;e u t r o p h i c a t i o n ;a l g a l r e d u c t i o n ;p h o s p h o r u s r e m o v a l 湖泊水体的富营养化污染现象在世界范围内普 遍存在 。近 20年来,我国的许多湖泊 、 水库中由藻类 及其代谢物引发的富营养化污染问题 ,已对我国以地 表水为水源的城市供水安全造成了严重影响。近年 来 ,昆明滇池水体富营养化污染日趋严重 ,多次爆发 大面积 “水华 ”, 严重时迎风岸边腥臭的蓝藻堆积厚 度达数十厘米,严重影响了市民饮水 、水产养殖和旅 游观光 [ 1] 。目前国内外的湖泊富营养化技术方法, 大体可归结为物理法 、 化学法和生物法。这些方法各 有所长 ,但也均有局限性。虽然国内外许多研究人员 进行了多年的辛勤探索,但至今尚未找到一套成熟有 效的治理方法 [ 2- 4] 。 本研究针对滇池水体富营养化污染导致藻类过 量繁殖的问题,利用云南天然资源丰富的膨润土进行 相应的改性 ,研制出对氮、 磷 ,特别是对磷去除效率高 的改性膨润土材料 。通过其有效降低水体中磷含量 已达到控制水体富营养化的目的 。经过小试、现场试 验及相关理论,进一步探讨了该除磷剂对滇池水体除 磷的效果, 通过降低滇池水体中磷的含量 ,以期为控 制湖泊藻类过量繁殖 、 减轻水体富营养化污染寻求一 条新途径。 1 新型除磷剂的制备 新型除磷剂是以云南地区广泛存在的一种黏 土 膨润土为主要原料 ,经过适当处理后应用于滇 池富营养化水体的净化处理中。对采集的膨润土进 行的主要处理工序包括 1 去除杂质 通过筛分即可 实现; 2 钠化处理 去除杂质后的膨润土通过 N a 2C O3 在一定湿度的条件下进行混合均匀并将混合好的膨 润土在荫凉处放置 48 h ; 3 镧系改性 经过钠化处理 后的膨润土进行镧系改性。经上述处理后的膨润土 36 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 即可应用于滇池富营养化的除磷过程并最终达到控 制水体富营养化的目的。该除磷剂可为泥浆状 、 粉末 状 、 颗粒状等形式 。其自身成分稳定, 化学组成主要 为 S iO2、A l 2O3、F e2O3、C a O 及 M g O 等 。 根据相关试验研究结果初步分析 , 该除磷剂除 磷 、 富营养化控制的机理以 “化学反应沉淀 物理吸 附 ”的过程为主, 并兼有其他的物理化学转化作用。 该除磷剂能有效降低水体中磷的含量 ,通过切断蓝藻 生长的营养源 , 并利用该除磷剂具有较好的吸附性 能 ,可有效吸附水体中的藻类, 从而最终达到控制水 体富营养化的作用。 2 新型除磷剂应用于滇池富营养化水体治理试验 2. 1 实验室小试 试验期间气温 20～ 27 ℃, 水温 20 ～ 24 ℃。试验 容器为两个圆筒形透明塑料桶 55 L , 桶高 70 c m , 各装入 50 L 取自昆明海埂公园内滇池岸边的滇池含 藻水样 。试验水桶中投加制备好的除磷剂 ,通过将除 磷剂配置成泥浆液后均匀喷撒在水面 。另一个水样 作为空白对照样 。每天取样测定水样的透明度 、 磷酸 盐 、 总磷的质量浓度, 结果见图 1 ～图 3。 图 1 试验水样和对照水样的透明度对比 图 2 试验水样和对照水样的磷酸盐对比 由图 1 ～图 3可以看出 在试验的第 1 ～ 10天, 处理水样的透明度快速上升 从初始的 5. 2 c m 上升 至 10 d 后的 34. 8 c m , 而试验处理水样中的磷酸盐和 总磷下降 明显, 其中磷酸盐从 0. 72 m g /L 下降至 0. 03 m g /L ,总磷从 0. 91 m g /L 下降至 0. 12 m g /L 。由 于引起水样富营养化而导致蓝藻暴发的诱导因子磷 图 3 试验水样和对照水样的总磷对比 得以明显降低,因此试验水桶中的藻类明显减小, 水 样外观从黄绿色浑浊变得十分清澈透明。在此期间, 对照水样的透明度有略微的降低 ,但磷酸盐和总磷有 一定的上升 ,藻类还大量存在, 水样的外观仍然呈黄 绿色浑浊。这一结果证实新型除磷剂不仅对滇池湖 水中的磷酸盐和总磷具有较好的去除效果 ,同时对其 蓝藻水具有很好的控藻降藻作用 。同时由于该新型 除磷剂能有效去除水样中的磷并极大降低水中的藻 类 ,因此水样的透明度明显提高 。 试验期间观测到事先放入试验水缸中的 15条小 鱼均生长状况良好,没有出现中毒死亡现象 。到 30 d 时 ,分别在试验水样和对照水样中取样并进行水质检 测 ,结果见表 1。 60 d 后, 观察并发现处理后水样中的 藻类含量并没有重新暴发的迹象 ,其水样的透明度一 直维持在较好的状态 。同时,在试验水桶底部发现原 先生长在水样中的藻类已经沉降到水桶底部并在其 上方覆盖着约 5 m m 厚的黏土覆盖层 , 该覆盖层将沉 降的藻类牢牢压在试验水桶底部 ,有效地防止其重新 进入水样, 从而较好地保证了处理水样的持续性。 表 1 水样的检测分析结果 水样对照水样处理水样去除率 / ρ C O D M n / m g L - 1 84. 4625. 3270. 02 ρ T N / m g L - 1 5. 82. 655. 2 ρ T P / m g L - 1 0. 960. 1485. 4 ρ P O 3 - 4 / m g L- 1 0. 760. 0494. 7 藻类数量 / 万个 L - 1 5 9303499. 4 优势藻种类席藻、 微囊藻 微囊藻、 蓝隐藻 表 1的检测结果表明 试验进行 30 d 时, 除磷剂 对藻类的去除率可达 99. 4,对 C O DMn、T N 、T P 及磷 酸盐的净化去除率在 55. 2 ～ 94. 7, 优势藻种类 也体现了水质有好转迹象 。 小试结果表明新型除磷剂不仅对滇池蓝藻水样 具有很好的除磷作用 ,并对水样中的蓝藻具有很好的 37 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 净化控制效果,同时对水中的 C O DMn和 T N 等污染物 也有较好净化去除作用,另外该新型除磷剂对鱼类的 生长没表现出毒性作用。 2. 2 现场扩大试验 在小试基础上, 为进一步观察 、 研究和验证新型 除磷剂的作用性能,以及湖泊水体除磷和对藻类的控 制应用技术研究。项目组于 2006年 3 5月在昆明 滇池周边的一鱼塘进行现场试验, 鱼塘的面积为 600 m 2 ,将鱼塘清空并平均分成两部分, 每部分面积 约为300 m 2 。在处理好的鱼塘底部堆放 50 c m 厚度的 滇池底泥并用水泵将滇池水分别引入鱼塘中, 水深达 1. 4 m 。在整个现场试验期间 , 每周定时采样测定, 对净化效果进行整体评估, 采样分析因子包括透明 度 、 磷酸盐、总磷和叶绿素- a 。在鱼塘的两部分中选 择一部分在其水面上均匀喷撒新型除磷剂泥浆液作 为试验区,另一部分作对照区。本现场试验期为 3个 月 ,试验结果如图 4～图 7所示 。 图 4 试验区和对照区水体透明度对比 图 5 试验区和对照区水体磷酸盐含量对比 图 6 试验区和对照区水体总磷含量对比 图 7 试验区和对照区水体叶绿素- a 含量对比 图 4 ～图 7试验结果表明 不论是水体透明度, 还是其他相关污染因子 , 如磷酸盐、总磷 、叶绿素- a 均呈现出试验区和对照区完全不同的趋势。在投加 除磷剂的试验区 ,水体的透明度明显上升 ,而对照区 水体的透明度一直维持在较低的水平 ,水体中出现了 藻类的大量繁殖 。在污染因子变化方面 试验区水体 的磷酸盐、总磷和叶绿素 - a 含量都出现了极大的降 低 ,呈现出很好的去除效果 。现场试验过程中各监测 因子的变化趋势均与实验室试验的趋势基本一致 ,显 现出很好的重复性。经过连续 10周的监测, 在对照 区水体各污染因子变化不大的情况下 ,试验区水体的 透明度增加 4倍 ,从最初的 26 c m 上升至 105 c m ; 水体 的磷酸盐去除率达 95. 3, 从最初的0. 64 m g /L 降低 至 0. 03 m g /L ; 水体的总磷去除率达 83. 0, 从最初 的 0. 94 m g /L 减小到 0. 16 m g /L ; 同时水体的叶绿素- a 去 除 率 达 92. 1, 从 最 初 的 0. 76 m g /L 减 小 到 0. 06 m g /L 。水体中引起富营养化和藻类繁殖的各污 染物都显著减少 ,水质状况得到很好的改善。 在现场试验期间观测到,试验区水体中的藻类随 试验时间的增加不断降低 ,在试验开始的 2 d 内由于 在其水体表面喷撒了新型除磷剂泥浆液, 水体的透明 度变化不是很明显,但是从试验的第 3天试验区水体 的透明度变化开始明显, 呈不断上升的趋势, 到 1周 后试验水体已经开始呈现清澈的状况 。试验水体中 的藻类也随着其透明度的不断上升而减小 ,并最终沉 降在水体底部。现场试验结果表明该除磷剂可较大 规模地治理含藻水体 ,可达快速降藻 ,控藻的目的。 3 新型除磷剂除磷、降藻 、 控藻机理初探 1 物理吸附沉降除藻作用 新型除磷剂作为一 种改性膨润土产品,它具有良好的吸附性 。将其喷洒 在处理水体表面后能有效吸附水体中的藻类, 并在此 后的一定时间能逐渐沉降到水体的底部, 从而做到将 水体中的藻类有效分离,达到降藻、控藻的作用 。 38 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期 2 物理吸附和化学沉淀除磷作用 实验室小试 和现场扩大试验均显示了本研究的新型除磷剂能有 效降低水体中磷的含量,做到从源头上控制藻类的繁 殖 。其除磷的主要机理在于新型除磷剂是一种镧系 化合物的改性土壤产品,其改性过程中的镧与水体中 的磷进行有效的化学反应并生成不溶于水的沉淀化 合物; 同时改性黏土由于含有 M g 、F e 、C a 、A l 等化合 物 ,因此其也具有较好的絮凝效果 , 从而具备较好的 除磷作用。 3 底泥覆盖作用 为有效防止水体底泥中的污 染物重新释放到水体中带来的二次污染问题, 新型除 磷剂在沉降到水体的底部后能在底泥的表面形成一 层约5 m m 厚的底泥保护覆盖层 ,从而切断底泥中的 污染物重新释放到水体中, 有效避免了二次污染, 保 证了经新型除磷剂处理后的水体在相当长的一段时 期内水质维持在较好状态 。 4 结论 实验室小试和滇池现场扩大试验结果表明 ,新型 除磷剂对滇池含藻水体具有明显的降藻、控藻的作 用 ; 对水体中的磷具有很好的去除效果 ; 同时对水体 中的其他污染物也有一定的去除作用 。不论是实验 室小试还是现场扩大试验均表明经新型除磷剂处理 后 ,水体藻类含量明显减少 ,水体透明度增加, 水质状 况有较大改善。因此 ,本研究认为新型除磷剂的开发 可为湖泊富营养化污染治理提供一个新的方向 。 参考文献 [ 1] 赵章元. 用综合除藻法治理滇池蓝藻污染 [ J ] .环境保护, 2000 5 12- 14. [ 2] 林毅雄, 闫海, 刘秀芬, 等. 滇池铜绿微囊藻对重金属的富集和 氨基酸含量的变化 [ J ] . 环境污染治理技术与设备, 2003, 4 3 39- 41. [ 3] 周群英, 王士芬, 吴星五.微电解杀藻研究 [ J ] . 上海环境科 学, 1998, 17 1 28- 29. [ 4] 连民, 俞顺章. 蓝绿藻的生态学研究进展[ J ] . 上海环境科学, 2001, 20 3 127- 130. 作者通信处 刘云根 650224 云南省昆明市白龙寺西南林学院环 境科学与工程系 E - ma i l h e n r y l i u 1008163. c o m 2009-02-23 收稿 上接第 69页 但是布置高度达到了 53. 85 m , 必然导致干磨制粉系 统的循环风机阻力增大,这种布置对于施工和运行的 经济性势必造成一定的影响。 4 总结 在孟津电厂脱硫装置项目中, 我们通过从主机、 工艺、设备、运行等角度出发 , 较为全面的采取措施, 提高了无旁路烟道脱硫项目设计的可靠性 ,使脱硫系 统更好的适应主机的要求。但是在提高脱硫运行可 靠性的同时 ,无形中使得装置的工程造价必然提高, 有些设计由于价格原因导致没能实现 ,如原设计除雾 器采用 F R P 材质以保证最大烟温 180 ℃通过 1 h 以 上 ,后由于价格和其他因素, 而改用通过保证除雾器 冲洗水的可靠性来保证设备的安全性 。在经济性和 可靠性选取最优点,必然成为同类工程中需要重点研 究的问题。 由于通常的脱硫项目中采用湿式磨机的方案较 多 ,对于采用干磨的配置方案相对较少 ,针对本项目 脱硫场地规划偏小的特点, 建议脱硫设计中, 特别是 采用干磨制粉系统的时候 ,需要注意规划场地的合理 性 ,以保证脱硫场地的布置能够做到布局合理, 便于 施工, 运行方便, 费用较低 。 参考文献 [ 1] 国家发展和改革委员会, 国家环保总局. 国家酸雨和二氧化硫 污染防治“十一五”规划[ S ] . 2008. 作者通信处 汪涛 310006 浙江省 杭州市朝晖路 203号深蓝广 场写字楼 14F 南方环保工程有限公司 E - ma i l w t w x f s o h u . c o m 2009-02-26 收稿 39 环 境 工 程 2010年 2月第 28卷第 1期