沸石联合硝酸钙对城市黑臭水体底泥营养盐释放影响研究
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第47卷第24期2019年12月广 州 化 工Guangzhou Chemical Industry Vol.47No.24 Dec.20194种化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用牛美青1,苏玉更2,乔永波1,武仁超3(1亿利首建生态科技有限公司,北京 100600;2亿利环保有限公司,北京 100600;3北京尚水清源水处理技术有限公司,北京 100083)摘 要:我国城镇水体黑臭现象普遍,经过研究分析得出缺氧导致了水体变臭,硫化物存在导致了水体变黑㊂研究者通过原位修复方法有针对性地处理黑臭水体底泥,本文分析了过氧化钙㊁硝酸钙㊁氢氧化钙和过氧化氢4种药剂的修复作用,过氧化钙的强氧化性可以分解降解有机污染物,且可强化硝化反应㊂硝酸钙表现出更多优势,可降解氨氮㊁硫化物㊁可溶性磷㊁重金属及生物毒性,可有效改善黑臭水体底泥形状㊂氢氧化钙与过氧化氢修复效果弱于硝酸钙㊂关键词:过氧化钙;硝酸钙;氢氧化钙;过氧化氢;原位修复 中图分类号:X705 文献标志码:A 文章编号:1001-9677(2019)24-0048-03 Remediation Effect of Four Chemical Agents on Black andOdorous Water SedimentNIU Mei-qing1,SU Yu-geng2,QIAO Yong-bo1,WU Ren-chao3(1Elion Shoujian Ecological Technology Co.,Ltd.,Beijing100600;2Elione Environmental Protection Co.,Ltd., Beijing100600;3Beijing Shangshui Qingyuan Water Treatment Technology Co.,Ltd.,Beijing100083,China)Abstract:Black and odorous phenomenon is widespread in urban,it is concluded that anoxia led to odor,and sulfide led to black in water.The remediation effects of calcium peroxide,calcium nitrate,calcium hydroxide and hydrogen peroxide were analyzed by means of in-situ remediation,the strong oxidation of calcium peroxide could decompose and degrade organic pollutants,and the nitrification reaction could be enhanced.Calcium nitrate showed more advantages,it can degrade ammonia nitrogen,sulfide,soluble phosphorus,heavy metals and biological toxicity,which can effectively improve the shape of black and odorous water sediment.Calcium hydroxide and hydrogen peroxide remediation effect was weaker than calcium nitrate.Key words:calcium peroxide;calcium nitrate;calcium hydroxide;hydrogen peroxide;in-situ remediation近二十年来,我国社会经济㊁城市建设和城镇人口急速发展,工业化和城镇化带来的工业废水㊁生活污水以及城市降雨径流等携带的污染物大量排放到水环境中,而与之相关的污染控制与综合治理措施相对滞后,部分污水往往未经处理或处理不达标就排入河道㊁湖泊水库等城市水体,导致环境水质日趋恶化,甚至出现极端的水体黑臭现象,严重影响城市生态及人居环境质量㊂为加大水污染防治力度,保障国家水安全,2015年4月,国务院印发‘水污染防治行动计划“,对水环境污染整治提出了总体要求,并制定了 到2020年,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内,到2030年,城市建成区黑臭水体总体得到消除”的控制性目标㊂为贯彻落实该项计划,2015年8月,住建部会同环境保护部㊁水利部㊁农业部组织编制‘城市黑臭水体整治工作指南“,进一步规范了水环境污染中的城市黑臭水体定义㊁识别与分级,确定城市黑臭水体整治方案的编制流程与相关调查,提出城市黑臭水体整治技术的选择,对城市黑臭水体整治效果进行评估,并规定了城市黑臭水体整治的组织实施与政策保障㊂由此,我国黑臭水体整治步入一个更加正式和规范化的阶段㊂目前对黑臭水体底泥的修复技术主要有异位修复和原位修复两种方法,异位修复主要是将底泥移出河道,送至专门场所进行处理,原位修复只需在原位对污染底泥进行修复㊂由于异位修复技术费用昂贵㊁污染残留以及对原有水体底部生态破坏严重等缺点而受到限制㊂原位修复方法包括原位覆盖技术和原位钝化技术,其中钝化技术受到越来越多地推崇㊂钝化技术包括化学修复技术与生物修复技术,原位化学修复技术是通过向底泥中投加化学药剂来降低沉积物中污染物质的溶解性和毒性㊂其中最常用的化学药剂有过氧化钙㊁硝酸钙㊁氢氧化钙㊁过氧化氢㊁无机混凝剂及有机混凝剂等㊂1 化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用水体沉积物主要有含硫化合物㊁含氮化合物㊁含磷化合物㊁含氧化合物(如酚㊁醛㊁酮㊁酸)㊁无机盐类(如铁盐㊁锰盐㊁重金属等)以及微生物[1]㊂污染沉积物处理是指采用物理㊁化学或者生物方法降低沉积物中污染物浓度,将污染物转化为无害物质㊁阻断沉积物的污染途径或将污染沉积物从水体中移除或隔离,从而达到控制沉积物污染的目标㊂第47卷第24期牛美青,等:4种化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用49目前化学法常用的药剂大多为无机盐类药剂,一般通过吸附或氧化作用将污染物稳定或氧化降解在沉淀物中㊂氧化性化学药剂能够氧化有碳碳双键㊁带有醛基或羟基的㊁强还原性的有机污染物,部分药剂也可与水发生反应释放氧,改善沉积物的厌氧环境㊂化学氧化剂的添加一定程度上修复了黑臭㊁富营养化水体沉积物㊂在Murphy等[2]的研究中,已有22个国家采用沉积物原位化学修复技术,如香港㊁日本的Lake Biwa和加拿大的Hamilton Harbou,化学修复可以氧化沉积硫化物㊁降低沉积物磷释放速率㊁控制水体富营养化和修复有机污染,因此受到越来越多人的青睐㊂Ferrarese等[3]通过实验对比多种氧化剂降解沉积物中的多环芳烃,其中改良后的芬顿试剂与高锰酸钾过氧化氢组合试剂对多环芳烃的降解率达到96%以上㊂1.1 过氧化钙对黑臭水体底泥的修复作用过氧化钙溶于水后可产生㊃OH和OH+,㊃OH的强氧化性可分解难降解的有机污染物[4]㊂LIU等[5]也证实了过氧化钙对底泥有机物具有较强的化学作用是由于所产生的羟基自由基可以加快有机污染物的降解速度㊂NYKANEN等[6]向湖里投加颗粒过氧化钙,发现底泥中的有机物降低了14%㊂张亚雷等[7]研究了过氧化钙不同投加方式对底泥活性磷酸盐释放的抑制效果,发现过氧化钙混匀投加无法长效抑制底泥活性磷酸盐的释放,而过氧化钙覆盖投加则能抑制底泥活性磷酸盐的释放,因此过氧化钙覆盖投加是一种更优良的投加方式㊂张丹[8]发现底泥中投加过氧化钙后,间隙水中会先释放氧气,且过氧化钙的缓释氧特性可以给底泥微生物的新陈代谢提供氧气,强化底泥修复效果㊂同时产生的氧气可以强化硝化反应[9]㊂HUANG[10]和LI等[11]证明了过氧化钙的释氧性可强化硝化反应㊂BOTHE 等[12]发现过氧化钙可有效降低砷离子在底泥中的迁移性和生物毒性㊂李亮等[13]认为,过氧化钙使化学修复与生物修复结合,实现了黑臭水体底泥有机污染物原位修复的同时促进了黑臭水体微生态系统与自净能力的恢复,具有去除污染物快速㊁修复效果持久稳定及无二次污染等特点㊂1.2 硝酸钙对黑臭水体底泥的修复作用Yamada T M等[14]对巴西的一个热带富营养化水库沉积物中投加硝酸钙,观察到上覆水和沉积物间隙水的活性可溶性磷(RSP)浓度都有大幅减少,硝酸盐增加了自养反硝化速率;同时发现硝酸盐可完全移除沉积物的生物毒性,证明硝酸钙处理能够在富营养水体修复期后支持环境的生物多样性㊂李津[15]对重庆新华水库沉积物投加硝酸钙,发现对氨氮的削减率达77%,同时发现硝酸钙可降低硫化物含量,使沉积物由黑色变为灰色㊂进一步研究表明低剂量的硝酸钙可降低沉积物中的铜含量,锌和铅在硝酸钙作用后仍小于相应的筛选值㊂因此硝酸钙在降解氨氮㊁硫化物㊁可溶性磷㊁重金属及生物毒性方面表现良好的特性,可有效改善黑臭水体底泥形状㊂张红等[16]模拟了硝酸钙对底泥磷释放的影响,发现硝酸钙可有效抑制底泥内源磷的释放,且可将底泥中的Fe2+氧化为Fe3+,生成铁氧化物或者氢氧化物,有效降低铁含量㊂余光伟等[17]研究发现通过控制硝酸钙在底泥中的投加位置可避免硝态氮的二次释放,且氨氮的增加量和硝化钙的投加量关系符合cubic曲线㊂刘树娟等[18]研究硝酸钙对深圳河污染底泥典型嗅味物质原位控制,发现硝酸钙对酸挥发性硫化物的去除率高达92%,且可有效避免硝酸钙向上覆水体释放,同时发现硝酸钙可引起底泥中微生物多样性增加,如脱氮硫杆菌㊁反硝化细菌以及降解有机物的菌种等㊂1.3 氢氧化钙对黑臭水体底泥的修复作用吴应珠等[19]研究发现氢氧化钙对底泥磷释放的抑制率为34%,且投加氢氧化钙后可溶性磷和铁磷含量分别降低了92%和60%㊂李津[15]对重庆新华水库沉积物投加氢氧化钙,发现氢氧化钙对黑臭沉积物几乎无表观特征上的改善效果,几乎无法去除沉积物中的黑臭硫化物,但可以降低沉积物中的铬含量㊂对氢氧化钙的相关研究较少,但李津[15]的对比实验发现硝酸钙对沉积物中游离氮㊁锌㊁铅㊁铬的去除效果优于氢氧化钙㊂1.4 过氧化氢对黑臭水体底泥的修复作用孙远军[20]研究发现过氧化氢可以提高底泥的氧化还原电位,但效果不太明显,同时可以削减底泥的酸挥发性硫化物,改善底泥黑臭现象㊂李红霞[21]研究了过氧化氢对植物修复底泥的效果,通过对比试验发现过氧化氢可以促进植物对沉积物中铅㊁镉㊁铜㊁锌㊁锰和镍等重金属总量和各种形态重金属数量的吸收累积,还可以改变不同形态重金属的种类㊂通过孙远军[20]采用4种化学药剂的对比实验可知在修复黑臭水体底泥中过氧化氢并没有表现出优势,是一种不常被采用的药剂㊂2 结 语目前,黑臭水体现象越来越严重,而黑臭水体底泥修复受到越来越多的关注,黑臭水体治理是一项长期而艰巨的复杂工程㊂本文主要阐述了化学药剂对黑臭水体底泥的修复作用,通过引用大量文献,对比分析了过氧化钙㊁硝酸钙㊁氢氧化钙和过氧化氢四种药剂的修复作用,四种药剂在修复黑臭水体底泥中表现出不同特性,过氧化钙的强氧化性可以分解降解有机污染物,且可强化硝化反应㊂硝酸钙表现出更多优势,可降解氨氮㊁硫化物㊁可溶性磷㊁重金属及生物毒性,可有效改善黑臭水体底泥形状㊂氢氧化钙与过氧化氢修复效果弱于硝酸钙,相关方面的研究也较少㊂化学药剂虽然可修复黑臭水体底泥,但若与生物修复法结合使用,效果更好,相关方面的研究也逐步涌现,各自发挥修复优势,达到经济合理地修复黑臭水体底泥㊂参考文献[1] 刘树娟.硝酸钙对深圳河底泥中嗅味物质原位控制方法研究[D].北京:清华大学,2012.[2] Prepas E E,Babin J,Murphy T P,et al.Long-term effects ofsuccessive Ca(OH)2and CaCO3treatments on the water quality of two eutrophic hardwater lakes[J].FRESHWATER BIOLOGY,2001,46(8):1089-1103.[3] Ferrarese Elisa,Andreottola Gianni,Oprea Irina Aura.Remediation ofPAH-contaminated sediments by chemical oxidation[J].Journal of Hazardous Materials,2008,152(1):128-139.[4] 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硝酸钙在水环境治理中的作用机理及应用现状宗栋良王丽常爱敏摘要受污染底泥的修复已经成为水环境整治中的重要组成部分,在底泥中注入硝酸钙则是近十多年来发展起来的一种污染底泥原位处理技术。
本文全面分析了硝酸钙在水环境治理中消除水体黑臭现象、去除有机物以及抑制磷的释放的机理,并介绍了这一技术在国内外的研究和应用状况。
关键词硝酸钙底泥作用机理应用现状1、前言近年来深圳加大了对观澜河、龙岗河、坪山河、深圳河等主要河流以及深圳、西丽等主要水库的整治力度,水环境正逐步得到改善,但仍然存在一些问题,如深圳河的污染问题至今未有较大的进展,河水黑臭现象严重。
市政府制定了《珠江流域(深圳)水环境综合整治实施方案》,提出力争用3年时间,使深圳河水系达到不黑不臭的程度。
由于深圳市的河流普遍缺乏清洁水源供给,并且污水处理的广度和深度仍有待完善,实现这一目标,难度仍然很大。
有专家提出了一些方案,例如从大鹏湾引海水冲刷深圳河。
该法有可能在短期内就能显著改善污染现状,但从长期来看,除可能对生态环境造成一些影响外,尚有其他不足:(1)目前深圳控制外源性污染的力度还待加强,许多污水未经处理就排放入水体,这会导致河流水质的重新恶化;(2)引水冲刷不能从本质上控制河流底泥污染,即内源污染。
河流以及水库底泥中积累了大量的有机污染、重金属、氮磷等污染物,其含量往往比背景值高几个数量级。
而底泥与上覆水体之间不断进行着物质交换,底泥中的污染物会被重新释放出来,从而引起或者加剧水体的恶化,成为水体的内源污染。
如何改善水体水质,目前国内外已经发展了物理、化学、生物等多种技术,向底泥中注入硝酸钙溶液即为其中应用较多、效果较好且见效较快的技术之一。
本文主要分析和介绍该技术的作用机理和应用状况。
2、硝酸钙的作用机理底泥中有机物的溶出会导致水中溶解氧的下降,氮磷的释放会造成水体的富营养化,底泥中的微生物在缺氧情况下分解有机物会产生硫化氢臭气问题。
因此,受污染底泥会严重影响到上覆水体的水质,底泥处理已成为水环境治理中的重要组成部分。
新型物化凝聚剂控制河道底泥营养盐释放的研究卜勇;崔康平;慈曾福;王斌;王郑;孟蓉;颜琨【期刊名称】《湖北农业科学》【年(卷),期】2016(55)17【摘要】通过实验室模拟试验,考察了一种新型物化凝聚剂在不同投加量和反应时间条件下控制污染河道底泥营养盐释放的效率.结果表明,在污染河道底泥中注入新型物化凝聚剂48 h内,底泥表层结构呈现多孔性的渐变过程,微生物生存环境得到一定的改善;对上覆水体中营养物质的测定发现,新型物化凝聚剂注入底泥中能有效抑制底泥中总氮(TN)、氨氮和总磷(rip)的释放,同时也抑制了上覆水体中氧化还原电位(ORP)和化学需氧量(COD)浓度的上升;新型物化凝聚剂投加量越大,控制底泥营养盐释放的效果越好.上述结果表明,采用新型物化凝聚剂对污染河道底泥进行原位改良,可成为底泥就地处理和控制河道底泥营养盐释放的一种技术方法和发展方向.【总页数】4页(P4390-4393)【作者】卜勇;崔康平;慈曾福;王斌;王郑;孟蓉;颜琨【作者单位】合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥市排水管理办公室,合肥230001;合肥市排水管理办公室,合肥230001;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009;合肥工业大学资源与环境工程学院,合肥230009【正文语种】中文【中图分类】X522【相关文献】1.原位投加硝酸钙控制河道底泥氮磷有机物释放的研究 [J], 张慧;张建;李红霞2.沸石联合过氧化钙对黑臭河道底泥营养盐释放的作用研究 [J], 王妙;张华俊;陈海峰;苏蕾;王广义;乔毅3.锆改性沸石覆盖控制河道底泥污染物释放试验研究 [J], 廖书林; 浦燕新; 许龙霞; 周梦凯4.镧改性沸石覆盖控制河道底泥污染物释放实验研究 [J], 谢苏峰;浦燕新;廖书林5.河道底泥污染物释放控制试验研究 [J], 占鑫杰;许小龙;张青民;徐超;朱群峰;杨守华因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
《生物促生剂联合微生物菌剂修复城市黑臭河道底泥实验研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速,城市河道黑臭问题日益突出,严重影响了城市生态环境和居民生活质量。
黑臭河道底泥的修复成为当前环境保护领域的重要课题。
生物促生剂和微生物菌剂作为新兴的生态修复技术,具有环保、高效、无二次污染等优点,被广泛应用于河道底泥修复中。
本文通过实验研究,探讨了生物促生剂联合微生物菌剂在修复城市黑臭河道底泥方面的应用效果。
二、实验材料与方法1. 实验材料实验所需材料包括:生物促生剂、微生物菌剂、河道底泥样品、实验容器、培养基等。
2. 实验方法(1)实验设计:选取具有代表性的城市黑臭河道底泥样品,分为实验组和对照组。
实验组采用生物促生剂联合微生物菌剂进行处理,对照组不作处理。
(2)处理过程:将生物促生剂和微生物菌剂按照一定比例混合,均匀喷洒在实验组底泥样品上,控制实验条件,如温度、湿度等,进行一定时间的培养。
(3)指标检测:定期对实验组和对照组的底泥样品进行取样,检测其理化性质、微生物群落结构、污染物降解效果等指标。
三、实验结果与分析1. 理化性质变化实验结果显示,实验组底泥的pH值、有机质含量、氮磷钾等营养元素含量等理化性质得到显著改善,而对照组底泥的理化性质基本保持不变。
这表明生物促生剂联合微生物菌剂的处理能够有效改善底泥的理化性质。
2. 微生物群落结构变化通过高通量测序技术对底泥中的微生物群落结构进行分析,发现实验组底泥中的微生物种类和数量均有所增加,且优势菌群发生变化。
这表明生物促生剂和微生物菌剂的联合作用促进了底泥中微生物的生长和繁殖。
3. 污染物降解效果实验数据显示,实验组底泥中的有机污染物、氮磷等营养盐的降解效果明显优于对照组。
这表明生物促生剂联合微生物菌剂能够有效地促进污染物的降解,改善河道水质。
四、讨论与结论1. 讨论生物促生剂和微生物菌剂在修复城市黑臭河道底泥方面具有显著的协同作用。
生物促生剂能够提供微生物生长所需的营养物质,促进微生物的生长和繁殖;而微生物菌剂则能够利用其特有的酶系和代谢产物,加速污染物的降解。
黑臭水体底泥治理方法分类及治理技术随着我国社会经济的快速发展和城镇化进程的加速,城镇规模和人口不时增加,人类生产和生活污水排放量日益增大,进入水体的污染物浓度逾越水体自净能力。
好氧微生物通过新陈代谢作用消耗水体中氧气,使水体处于缺氧或厌氧状态,此时大量繁殖的厌氧微生物与有机物发生腐败、分解和发酵等反应,发生有机硫化物、氨氮和甲烷等14000多种致臭气体;同时水体中铁、锰等重金属被还原,与硫离子结合形成FeSMnS等黑色沉淀使水体变黑。
另外,乡村水体流动性差,水动力不足,导致水环境恶化,污染物积累,水体黑臭状况加重。
根据黑臭程度不同,《乡村黑臭水体整治工作指南》将乡村黑臭水体分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”两级。
截至2019年12月,全国295个地级以上城市中,70%以上的乡村存在黑臭水体,黑臭水体总认定数已达2899个。
黑臭水体的存在不只给人们带来了恶劣的感官安慰,也直接对人们饮水、用水平安构成了严重的威胁。
目前,治理乡村黑臭水体主要包括物理治理技术、化学治理技术以及生物生态治理技术。
黑臭水体治理虽然广泛运用3种治理技术,但各自都有不同的优缺点,单独运用某种技术可能不会保证其耐久有效性。
因此,多种技术联合运用于黑臭河道的治理取得了较好的效果。
其中,黑臭内源治理是基础措施。
1. 内源污染的形成及危害外来污染物进入水体后经过长期的积累、沉淀和固化以及水体中死亡生物体的沉降,积于水底底泥,形成内源污染源。
底泥中含有大量的有机物和氮磷营养盐,一定条件下会从底泥中释放出来,对水体水质造成二次污染,严重影响了乡村水体环境,加大了水体黑臭程度。
2. 内源污染治理技术目前,黑臭水体底泥的治理方法分为异位和原位两大类技术。
异位治理技术以底泥清淤最为典型。
底泥清淤是去除底泥中有害物质的最快速简便的方法。
其原理是通过采取人工、机械的方法移除水体底部污泥,以削减累积在底部的氮、磷、有机物等污染物质,从而增加河道水体容量和降低内源污染,改善水体水质。
1引言在污染底泥的处理技术中,易地处理技术(如底泥疏浚)见效快,但投入高,通过底泥疏浚也难以达标。
采用底泥原位处理技术进行河涌底泥修复,具有投资少、处理费用低、不易产生二次污染等特点。
化学处理是一种原位处理技术,近年来已成为城市黑臭河道污染治理领域的研究焦点。
目前在河涌治理方面投加的化学药剂有化学除藻剂[1]、化学絮凝剂[2]、化学稳定剂[3]、基质竞争抑制剂[4]等,在污染底泥的原位化学处理技术中,向污泥中注入硝酸钙溶液,促进硫自养反硝化来消除底泥黑臭,同时抑制底泥磷释放、促进底泥有机物降解,是目前国内外最为常用的底泥原位修复方法,并已广泛应用于城市河道底泥的治理。
本文主要针对底泥中注入硝酸钙后的作用机理和对氮、磷、硫等元素的迁移转化进行分析和总结。
2硝酸钙对黑臭水体底泥修复的影响2.1硝酸钙对底泥氮迁移转化影响投入硝酸钙后,提高了底泥中脱氮微生物的活性,在将NO 3-转化为N 2的过程中,同时降解了有机物。
以葡萄糖有机分子为例,反应如下:C 6H 12O 6+12NO 3-→12NO 2-+6CO 2+6H 2O (1)C 6H 12O 6+8NO 2-→4N 2+2CO 2+6H 2O+4CO 32-(2)由方程式(1),(2)可知,微生物以硝酸盐为电子受体,将有机碳源氧化分解为CO 2和N 2。
硝酸钙的这种氧化作用和氧气作为氧化剂相比,两者所提供的能量相当,但液体状态的硝酸钙比氧气更容易渗透至底泥内层,因此治理效果更好[5]。
摘要:受污染底泥的修复已经成为水环境修复中的重要组成部分,在底泥中注入硝酸钙则是近年发展起来的一种污染底泥原位处理技术。
全面分析了硝酸钙投入后对水体及底泥中氮、磷、硫迁移转化的影响,并介绍了这一技术在国内外的研究进展和应用状况。
关键词:硝酸钙;氧化剂;黑臭底泥;营养盐Abstract :The remediation of polluted sediment has become an important part of water environmental remediation.The in-situ treatment of polluted sediment by injecting calcium nitrate into sediment is a newly developed technol-ogy.In this paper ,the effects of calcium nitrate on the transport and transformation of nitrogen ,phosphorus andsulfur in water and sediment are comprehensively analyzed ,and the research and application status of this tech-nology at home and abroad are introduced.Key words :calcium nitrate ;oxidation reagent ;black-odorous urban river sediments ;nutrients中图分类号:X52文献标识码:A文章编号:1674-1021(2019)09-0018-03李慧颖1晏波2王文祥1(1.广东环境保护工程职业学院,广东佛山528216;2.中国科学院广州地球化学研究所,广东广州510640)收稿日期:2019-05-30;修订日期:2019-09-09。
液态硝酸钙原位修复黑臭底泥的研究现状及展望
滕飞;王棚;段航宇;张泳纯;陶益
【期刊名称】《环境生态学》
【年(卷),期】2024(6)1
【摘要】液态硝酸钙被广泛用于黑臭底泥的原位修复,其中硝酸盐作为电子受体优先于Fe(Ⅲ)和硫酸盐被微生物利用,其主要参与以反硝化作用为主导且兼有厌氧氨氧化(Anammox)和硝酸盐异化成铵(DNRA)反应的氮循环过程,驱动生物氧化过程去除底泥中AVS、亚铁及有机物等致黑臭物质。
硝酸盐会抑制SO^(2-)_(4)和
Fe(Ⅲ)作为电子受体产生S^(2-)和Fe(Ⅱ)的生物还原过程,从而在源头上抑制底泥返黑返臭。
然而,底泥中直接注入液态硝酸钙,会使局部硝酸盐浓度过高而抑制功能微生物活性,硝酸盐快速释放至上覆水而导致其利用率低和二次污染风险,调控硝酸钙的释放速率有望解决该问题。
【总页数】11页(P111-121)
【作者】滕飞;王棚;段航宇;张泳纯;陶益
【作者单位】清华大学深圳国际研究生院深圳市生态修复与固碳增汇重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】X522;X171.4
【相关文献】
1.低剂量硝酸钙联合低氧曝气对黑臭底泥的修复探究
2.黑臭底泥硝酸钙原位氧化的温度影响及微生物群落结构全过程分析
3.三种药剂对黑臭底泥原位修复效果的研
究4.硝酸钙联用技术对黑臭底泥的修复效能5.硝酸钙缓释颗粒原位修复黑臭底泥的作用机制及其应用
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《生物促生剂联合微生物菌剂修复城市黑臭河道底泥实验研究》篇一一、引言随着城市化进程的加快,城市河道黑臭现象愈发严重,给城市环境和居民生活带来严重影响。
黑臭河道底泥的修复成为当前环境保护的迫切需求。
生物促生剂和微生物菌剂作为新兴的生态修复技术,其联合应用在河道底泥修复中具有广阔的应用前景。
本文通过实验研究,探讨生物促生剂联合微生物菌剂在修复城市黑臭河道底泥方面的效果及作用机制。
二、研究背景与意义城市黑臭河道底泥主要由工业废水、生活污水、农业排放等污染源造成,含有大量的有机物、重金属及病原体等有害物质。
这些有害物质不仅影响水体的自净能力,还可能通过底泥的沉积和再悬浮进入水体,进一步污染上覆水体,对生态环境和人类健康构成威胁。
因此,寻找一种高效、环保的修复方法是当前研究的重点。
生物促生剂和微生物菌剂具有促进底泥中微生物生长、加速有机物分解、降低重金属毒性等作用,其在河道底泥修复中的应用具有重要意义。
本文旨在通过实验研究,探究生物促生剂联合微生物菌剂在修复城市黑臭河道底泥方面的效果及作用机制,为实际工程应用提供理论依据。
三、实验材料与方法1. 实验材料实验所用生物促生剂和微生物菌剂均购自市场上的优质产品。
同时,采集城市黑臭河道底泥作为实验对象。
2. 实验方法(1)实验设计:设置对照组和实验组,对照组不施加任何处理,实验组分别施加生物促生剂、微生物菌剂以及二者联合处理。
(2)实验过程:将实验组的生物促生剂和微生物菌剂按照一定比例混合后,均匀喷洒在底泥表面,并定期观测底泥的变化情况。
(3)指标检测:定期采集底泥样品,检测其中的有机物含量、重金属含量、微生物数量等指标,以评估修复效果。
四、实验结果与分析1. 实验结果(1)有机物含量:实验组底泥中的有机物含量明显低于对照组,且生物促生剂联合微生物菌剂处理的底泥中有机物含量最低。
(2)重金属含量:实验组底泥中的重金属含量也有所降低,其中以生物促生剂联合微生物菌剂处理的底泥中重金属含量降低最为显著。
区域治理环境治理与发展关于黑臭水体底泥原位治理技术的探讨周晓雯中国市政工程华北设计研究总院有限公司,天津 300381摘要:本文将从黑臭水体底泥概述角度出发,阐述黑臭水体底泥原位治理技术,并列举其原位治理技术并探讨其可行性,以期为治理部门提供参考。
关键词:黑臭水体底泥;原位;治理伴随我国科技水平以及人民日常生活水平的逐渐提升,人们对于居住环境、生态环境的关注度与日俱增。
黑臭水体对于环境以及人民身心健康都有着不良影响,当前黑臭水体底泥的治理已经逐步成为我国有关部门面临的重要工作任务,因此,治理人员应当结合各地实情深入探讨黑臭水体形成原因及相应治理措施。
一、黑臭水体底泥概述1黑臭水体形成原因黑臭水体主要是由于水质被过量的钠所污染,致使水体耗氧以及供养出现失衡。
在此条件基础上,水中的污染物逐渐发生转化,且转化中会有锰、铁硫化物等黑色的物质以及硫化氢、氨氮等挥发性具有恶臭味道的物质产生[1]。
2黑臭水体底泥定义黑臭水体底泥的组成物质主要包括有机物、泥沙以及粘土等,这些物质在水体中长期受到生物、化学、、物理以及传输等作用,会逐渐在水体的底部沉积,最终致使水体黑臭。
3黑臭水体危害黑臭水体会严重影响民众的日常生活以及身心健康,影响城市的整体景观,并对当地河流、湖泊等自然环境产生破坏。
所以,对黑臭水体底泥的治理已经成为当前我国治理水体污染的重要环节。
二、黑臭水体底泥原位治理技术1原位治理原位治理,即治理人员对受到污染的地区进行就地治理所采用的治理方法。
2黑臭水体底泥原位治理技术黑臭水体底泥的原位治理技术相比较于其他治理技术,具有明显的优势,主要体现在以下四个方面:(1)无需额外处理底泥以及场地堆放;(2)能够有效将受到污染范围缩小,防止由于河流疏浚而引起底泥的悬浮,最终使水体受到污染;(3)节约了治理费用,并使得治理工作便于开展;(4)避免了水体污染物的扩散和迁移,使黑臭水体底泥的体积减小,并可以使污染物的毒性被最大限度地降低。
环境科学导刊http: //hjkxdk. . cn 2017, 36 (6)CN53 -1205/X ISSN1673 -9655沸石联合硝酸钙对城市黑臭水体底泥营养盐释放影响研究张华俊1陈建军2,苏蕾1王广义1张晓健1(1.广州资源环保科技股份有限公司,广东广州510601;2.广东环境保护工程职业学院,广东佛山528216)摘要:为了解硝酸钙和沸石对黑臭底泥营养盐释放的综合作用,于2015年12月11日一2016年 2月11日,在室外大型玻璃缸模拟河道黑臭底泥处理过程。
结果表明:硝酸钙单独投放和沸石联合硝酸钙投放时上覆水体的化学需氧量、总磷和氨氮均明显低于空白组,其中沸石联合硝酸钙对氨氮具有更好的去 除和截留作用,对总磷也具有较好的抑制作用,但效果具有一定的时间期限。
可在今后工程实践中采用两 者联合处理黑臭河道底泥,能取得较好的治理效果。
关键词:黑臭水体;底泥;营养盐释放;影响;硝酸钙;沸石中图分类号:X 703文献标志码:A文章编号:1673 -9655 (2017) 06 -0073 -06它能提高水体溶解氧、氧化有机物并抑制底泥磷 的释放,去除水体黑臭,被认为是经济可行的底 泥原位修复技术[3-4]。
硝酸钙可能成为今后处理 解决黑臭底泥污染、防止黑臭底泥营养物释放的 一种有效方法和发展方向[5]。
其作为底泥修复常 用的修复剂,已从实验室和中试阶段发展到实际 工程运作阶段[6-7]。
但目前的研究多集中于研究 某单一材料对底泥的作用,很少集中在多种材料 的综合作用上。
本文通过室外模拟实验,研究了2种不同处理材料对黑臭底泥营养盐释放的抑制效果并进行了对比综合分析,通过该研究可为城 市黑臭水体底泥原位处理提供基础数据与工程技 术指导。
1材料与方法1.1实验材料在广东省某黑臭河道采集表层0〜30 c m 处黑 臭底泥,实验前清除底泥中所有大型石头、树枝、 塑料袋等垃圾后混匀待用。
主要实验仪器:玻璃缸,80 cm x 40 cm x 80cm (长宽高);电子天平1台;500 m L 烧杯;10 m L 、20 m L 移液管若干;注射器及钢针;便携式 溶氧仪;p H 计;哈希分光光度计等。
1.2实验方法在水体表面投加化学药剂会造成药剂与水不充 分接触及药剂的损失[8],采用注射方式的效果较 好[9]。
本研究采用注射的手段处理黑臭底泥。
将 预处理好的黑臭底泥均匀分置于6个相同大小的玻城市黑臭水体治理是目前国内环境修复领域比较热门的问题,存在的技术难点较多。
其中黑 臭底泥处理一直未找到较好的工艺,导致现阶段 黑臭水体治理效果不理想。
水体外源性污染虽得 到大幅削减,但内源性污染仍会导致水质恶化。
底泥作为污染物聚集体是最大的内源污染源[1]。
目前,黑臭底泥处理技术可分为原位处理和异位 处理。
异位处理需要将底泥疏浚运输到其他地 方,处理效果很好但成本较大,还存在后续利用 等问题。
在黑臭水体治理中,疏浚后的底泥依然 污染严重,仍需对底泥进一步处理以防止污染物 的继续释放。
在污染底泥上部覆盖一层或多层材料使其与 上覆水分隔,阻止内源污染物释放是目前国内外 具有广阔发展前景的底泥处理技术[2]。
传统覆盖 材料一般采用沙子和砾石等,采用沸石覆盖也可 有效抑制底泥氨氮和重金属等阳离子的释放,近 年来使用越来越广泛。
此外,投加合适的化学药 剂可使底泥污染物发生化学反应,从而使污染物 易降解和毒性降低,不需底泥异位再处理,能减 少河道疏浚的投资,同时修复河道水质和生态环 境。
底泥化学处理中常用的化学药剂是硝酸钙,收稿日期:2217 -05 -25基金项目:广州产学研协同创新重大专项(201508020077)。
作者简介:张华俊(1983 -)男,湖北荆门人,博士,研究 方向为水环境生态修复与黑臭河道工程治理。
环境科学导刊http: //hjkxdk. . cn第36卷第6期 2017年12月璃缸中,每个玻璃缸底泥厚度为20 c m 。
其中第1 个玻璃缸仅铺设底泥做空白;第2个玻璃缸仅在底泥上铺设0.5cm (300 g /m 2)沸石粉;第3个玻璃 缸仅对底泥均匀注射硝酸钙溶液;第4个玻璃缸均 匀注射溶解的硝酸钙溶液于底泥中后覆盖沸石粉 0.5cm (300 /m 2)。
最后往玻璃缸中缓慢注入自来水,底泥上部水深保持40 c m ,定期用自来水补充因蒸发导致的水量损失。
1.3数据检测每隔3天对底泥上部水样进行检测,检测指标 有C OD 、N H 3-N 、T P 、D O 和p H值。
水化指标采用哈希水质分析仪测定。
2结果与分析2. 1上覆水水温、p H 、溶氧变化图1各实验组上覆水水温变化由图1可知,实验期间各实验组缸体上覆水 温表现出增加的趋势。
这与实验期间的气温变化一 体水温变化一致,在6.4〜20°C 变化。
总体而言,致,各实验组间的水温变化差异不显著。
实验前期随着时间的推移温度降低,而实验后期水检测序列图2各实验组上覆水pH 变化整个实验期间,各实验组水体p H值均呈现弱碱势。
总体而言各实验组间的p H值变化规律比较一致。
性,在7 35〜8.09波动。
呈逐渐降低后又增加的趋实验后期p H的增加与硝酸钙消耗完毕有关[3]。
一74—http: ^/hjkxdk. yies. org. cn沸石联合硝酸钙对城市黑臭水体底泥营养盐释放影响研究张华俊0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22检测序列图3各实验组上覆水溶氧变化由图3可知,前期各实验组溶氧表现出了逐渐降低的趋势,在到达最低值0.3 m g / L 后开始 增加。
溶氧降低与底泥有机质分解耗氧有关。
后 期各实验组溶氧微弱地升高后维持较低水准。
前 期由于实验上覆水为水管缓慢加人,加人过程中 充分与空气接触,故溶解氧含量相对较高。
随着 实验的进行,底泥污染物分解不断消耗氧气,导 致厌氧环境的产生。
后水体溶氧虽有提升,但相 对于初期已降低很多。
沸石和硝酸钙原位处理都 增大了水体耗氧量,其中以硝酸钙处理最为显 著,可使水体复氧功能减弱。
硝酸钙原位处理使 水体溶解氧降低,可能是N (V的引入增加了水体营养元素,加快了微生物繁殖速度,从而影响 了水中溶解氧含量[10]。
2.2不同处理方式对底泥氨氮释放的影响由图4可知,各实验组水体氨氮都呈先逐渐增加后降低的趋势,同其他研究成果一致[5’7]。
主要 原因是前期实验用水为自来水,氨氮浓度低于检测 限。
随着实验的进行,黑臭底泥逐渐释放氨氮到上 覆水体。
随着水体溶氧的降低厌氧,释放作用越发 明显。
由图3、图4对比可知,在水体溶氧最低的 时候,氨氮浓度达到了最大值15. 8 m / L 。
各实验 组也表现出了不同的增加速率,其中空白组的增加 最快,这与赵振研究结果一致[5];其次是单独用 硝酸钙和沸石,沸石联合硝酸钙处理组的增加最为 缓慢。
后期浓度的降低除与处理的抑制作用有关 外,还与水温降低有关。
不同实验组间的氨氮浓度 存在差异。
由图4可知,空白缸体水体由于未采用 任何处理措施,底泥营养盐释放最剧烈,导致氨氮 浓度最高。
与其他处理组对比可知,释放抑制效果 顺序为:沸石+硝酸钙 > 沸石 > 硝酸钙。
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22检测序列图4各实验组上覆水氨氣浓度变化—75 ——空白8 6 42 08611 11 11 11 11(f)/s震W10(1/3日)/aa环境科学导刊http: //hjkxdk. . cn 第36卷第6期2017年12月760.2-6 8 10 12 14 16检测序列图5各实验组上覆水总磷浓度变化18 2022有研究指出p H值范围4〜8时沸石吸附N H4 +的效果最好[11],整个实验期间水体p H在该范围内波动,沸石表现出了较好的吸附效果。
沸石具有特殊的离子交换特性,对铵离子具有较强选择吸附能力,而温度对沸石吸附的影响不明显[2]。
故有沸石处理的实验组,上覆水氨氮变化相对其他组较小。
在实验过程中,硝酸钙单独处理组上覆水氨氮浓度高于沸石单独处理组,这主要是底泥加人硝酸钙后短期内有大量氮气释放,造成底泥中外加硝态氮和原有氨氮向上覆水转移,导致上覆水氨氮浓度上升[13_14]。
2. 3不同处理方式对底泥总磷释放的影响由图5可知,除实验前期与后期波动较大外,中间时段各实验组上覆水总磷浓度变化较平缓。
各实验组对总磷释放平均抑制效果顺序为:沸石+硝酸钙 > 硝酸钙 >沸石。
前期上覆水总磷浓度呈增加趋势与早期上覆水体为自来水、磷浓度较低、底泥持续释放有关。
各处理对底泥磷释放均起到了抑制作用。
空白组由于未加处理,其上覆水磷浓度增加最高,其他处理组均增长缓慢。
实验组上覆水总磷浓度增加到一定浓度后便逐渐降低,表明硝酸钙与沸石处理起到了抑制磷释放的作用,同时也与温度降低有关。
前期硝酸钙处理组中磷浓度波动较大与初期底泥注射硝酸钙导致底泥扰动有关。
后期各实验组上覆水磷浓度显著增加与药效耗尽有关。
硝酸钙能有效抑制底泥磷释放,降低磷的释放高峰,是因为底泥中磷一般以可溶性磷(D P)、铁结合磷(F e-P)、铝结合磷(A1-P)、钙结合磷(C a-P)和有机磷(O P)等形式存在。
当底泥中注人硝酸钙后,钙离子与底泥空隙水及底泥上覆水体中的各种磷酸根结合,生成不溶性的盐沉淀吸附在底泥表面。
即使水体环境发生变化,钙盐态的磷也不容易释放出来。
同时,底泥中的F e2+被硝酸盐氧化成F e3+,加强了铁氧化物对磷的吸附,从而减少了F e -P的释放。
这样不仅有助于水体中磷含量的降低,而且可以抑制底泥中磷的重新释放[]。
磷浓度大幅降低,也可能是因为解磷菌将有机磷分解,释放为溶解性磷酸盐,溶解性磷酸盐与C a2+离子结合,形成不可溶性磷酸盐。
同时,硝酸盐的氧化作用加强了F e3+对磷的吸附作用,从而抑制了磷释放[7]。
2. 4不同处理方式对底泥C O D释放的影响由图6可知,整个实验期间,上覆水体C O D浓度在 3 ~58mg/L变化,各实验组上覆水体C O D浓度除前期硝酸钙处理组的变化较大外,后期各实验组C O D浓度比较稳定。
各实验组中前期C O D浓度均呈逐渐增加趋势,这与初期上覆水体浓度较低、底泥快速释放有关。
各对照组对C O D抑制效果能力为:沸石>沸石+硝酸钙>硝酸钙。
硝酸钙氧化有机物的效果随着有机物种类的不同而有较大的差异,与有机分子量的大小也有关系。
在此次实验中,对注入硝酸钙、未注入硝酸钙的底泥上覆水体中的C O D进行了比较,结果显示注人硝酸钙试剂对上覆水体中的C O D的影响不是很明显,这与其他研究成果一致[5]。
注人硝酸钙后表层黑臭底泥颜色呈现深黑色-暗灰色-灰黄色的渐变矿化过程;硝酸钙注人底泥中,有效抑制了上覆水体中氨氮和T P浓度高峰值出现,但对C O D浓度没有明显的作用[5]。