近年來，水體(ti) 富營養(yang) 化汙染日益嚴(yan) 重，有些地方的水域甚至爆發了大麵積“水華”，嚴(yan) 重時迎風岸邊腥臭的藍藻堆積厚度達數十米，嚴(yan) 重影響了市民飲水、水產(chan) 養(yang) 殖等，磷是造成水體(ti) 富營養(yang) 化的因素之一，利用汙水除磷劑去除汙水中的磷是避免水體(ti) 富營養(yang) 化的有效方法。本文針對滇池水體(ti) 富營養(yang) 化汙染導致藻類過量繁殖的問題，研製出了一種新型的汙水除磷劑-改性膨潤土材料，通過小試、現場試驗及相關(guan) 理論，進一步探討了該汙水除磷劑對滇池水體(ti) 除磷的效果，通過降低滇池水體(ti) 中磷的含量，以期為(wei) 控製湖泊藻類過量繁殖、減輕水體(ti) 富營養(yang) 化汙染尋求一條新途徑。

1?新型汙水除磷劑的製備

新型汙水除磷劑是以雲(yun) 南地區廣泛存在的一種黏土———膨潤土為(wei) 主要原料,經過適當處理後應用於(yu) 滇池富營養(yang) 化水體(ti) 的淨化處理中。對采集的膨潤土進行的主要處理工序包括:1)去除雜質:通過篩分即可實現;2)鈉化處理:去除雜質後的膨潤土通過Na2CO3在一定濕度的條件下進行混合均勻並將混合好的膨潤土在蔭涼處放置48h;3)鑭係改性:經過鈉化處理後的膨潤土進行鑭係改性。經上述處理後的膨潤土即可應用於(yu) 滇池富營養(yang) 化的除磷過程並較終達到控製水體(ti) 富營養(yang) 化的目的。該汙水除磷劑可為(wei) 泥漿狀、粉末狀、顆粒狀等形式。其自身成分穩定,化學組成主要為(wei) SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO及MgO等。根據相關(guan) 試驗研究結果初步分析,該汙水除磷劑除磷、富營養(yang) 化控製的機理以“化學反應沉澱+物理吸附”的過程為(wei) 主,並兼有其他的物理化學轉化作用。該汙水除磷劑能有效降低水體(ti) 中磷的含量,通過切斷藍藻生長的營養(yang) 源,並利用該汙水除磷劑具有較好的吸附性能,可有效吸附水體(ti) 中的藻類,從(cong) 而較終達到控製水體(ti) 富營養(yang) 化的作用。

2、新型汙水除磷劑應用於(yu) 滇池富營養(yang) 化水體(ti) 治理試驗

2.1 實驗室小試

試驗期間氣溫20～27℃,水溫20～24℃。試驗容器為(wei) 兩(liang) 個(ge) 圓筒形透明塑料桶(55L),桶高70cm,各裝入50L取自昆明海埂公園內(nei) 滇池岸邊的滇池含藻水樣。試驗水桶中投加製備好的汙水除磷劑,通過將汙水除磷劑配置成泥漿液後均勻噴撒在水麵。另一個(ge) 水樣作為(wei) 空白對照樣。每天取樣測定水樣的透明度、磷酸鹽、總磷的質量濃度，試驗結果發現：在試驗的第1～10天,處理水樣的透明度快速上升(從(cong) 初始的512cm上升至10d後的3418cm),而試驗處理水樣中的磷酸鹽和總磷下降明顯,其中磷酸鹽從(cong) 0172mg/L下降至0103mg/L,總磷從(cong) 0191mg/L下降至0112mg/L。由於(yu) 引起水樣富營養(yang) 化而導致藍藻暴發的誘導因子磷得以明顯降低,因此試驗水桶中的藻類明顯減小,水樣外觀從(cong) 黃綠色渾濁變得十分清澈透明。在此期間,對照水樣的透明度有略微的降低,但磷酸鹽和總磷有一定的上升,藻類還大量存在,水樣的外觀仍然呈黃綠色渾濁。這一結果證實新型汙水除磷劑不僅(jin) 對滇池湖水中的磷酸鹽和總磷具有較好的去除效果,同時對其藍藻水具有很好的控藻降藻作用。同時由於(yu) 該新型汙水除磷劑能有效去除水樣中的磷並很大降低水中的藻類,因此水樣的透明度明顯提高。試驗期間觀測到事先放入試驗水缸中的15條小魚均生長狀況良好,沒有出現中毒死亡現象。到30d時,分別在試驗水樣和對照水樣中取樣並進行水質檢測,結果見表1。60d後,觀察並發現處理後水樣中的藻類含量並沒有重新暴發的跡象,其水樣的透明度一直維持在較好的狀態。同時,在試驗水桶底部發現原先生長在水樣中的藻類已經沉降到水桶底部並在其上方覆蓋著約5mm厚的黏土覆蓋層,該覆蓋層將沉降的藻類牢牢壓在試驗水桶底部,有效地防止其重新進入水樣,從(cong) 而較好地保證了處理水樣的持續性。

試驗進行30d時,汙水除磷劑對藻類的去除率可達9914%,對CODMn、TN、TP及磷酸鹽的淨化去除率在5512%～9417%,優(you) 勢藻種類也體(ti) 現了水質有好轉跡象。小試結果表明新型汙水除磷劑不僅(jin) 對滇池藍藻水樣具有很好的除磷作用,並對水樣中的藍藻具有很好的淨化控製效果,同時對水中的CODMn和TN等汙染物也有較好淨化去除作用,另外該新型汙水除磷劑對魚類的生長沒表現出毒性作用。

2.2?現場擴大試驗

在小試基礎上,為(wei) 進一步觀察、研究和驗證新型汙水除磷劑的作用性能,以及湖泊水體(ti) 除磷和對藻類的控製應用技術研究。項目組於(yu) 2006年3—5月在昆明滇池周邊的一魚塘進行現場試驗,魚塘的麵積為(wei) 600m2,將魚塘清空並平均分成兩(liang) 部分,每部分麵積約為(wei) 300m2。在處理好的魚塘底部堆放50cm厚度的滇池底泥並用水泵將滇池水分別引入魚塘中,水深達114m。在整個(ge) 現場試驗期間,每周定時采樣測定,對淨化效果進行整體(ti) 評估,采樣分析因子包括透明度、磷酸鹽、總磷和葉綠素2a。在魚塘的兩(liang) 部分中選擇一部分在其水麵上均勻噴撒新型汙水除磷劑泥漿液作為(wei) 試驗區,另一部分作對照區。

試驗結果表明:不論是水體(ti) 透明度,還是其他相關(guan) 汙染因子,如磷酸鹽、總磷、葉綠素2a均呈現出試驗區和對照區完全不同的趨勢。在投加汙水除磷劑的試驗區,水體(ti) 的透明度明顯上升,而對照區水體(ti) 的透明度一直維持在較低的水平,水體(ti) 中出現了藻類的大量繁殖。在汙染因子變化方麵:試驗區水體(ti) 的磷酸鹽、總磷和葉綠素2a含量都出現了很大的降低,呈現出很好的去除效果。現場試驗過程中各監測因子的變化趨勢均與(yu) 實驗室試驗的趨勢基本一致,顯現出很好的重複性。經過連續10周的監測,在對照區水體(ti) 各汙染因子變化不大的情況下,試驗區水體(ti) 的透明度增加4倍,從(cong) 較初的26cm上升至105cm;水體(ti) 的磷酸鹽去除率達95.13%,從(cong) 較初的0.164mg/L降低至0.103mg/L;水體(ti) 的總磷去除率達83.10%,從(cong) 較初的0.194mg/L減小到0.116mg/L;同時水體(ti) 的葉綠素2a去除率達92.11%,從(cong) 較初的0.176mg/L減小到0.106mg/L。水體(ti) 中引起富營養(yang) 化和藻類繁殖的各汙染物都顯著減少,水質狀況得到很好的改善。

在現場試驗期間觀測到,試驗區水體(ti) 中的藻類隨試驗時間的增加不斷降低,在試驗開始的2d內(nei) 由於(yu) 在其水體(ti) 表麵噴撒了新型汙水除磷劑泥漿液,水體(ti) 的透明度變化不是很明顯,但是從(cong) 試驗的第3天試驗區水體(ti) 的透明度變化開始明顯,呈不斷上升的趨勢,到1周後試驗水體(ti) 已經開始呈現清澈的狀況。試驗水體(ti) 中的藻類也隨著其透明度的不斷上升而減小,並較終沉降在水體(ti) 底部。現場試驗結果表明該汙水除磷劑可較大規模地治理含藻水體(ti) ,可達快速降藻,控藻的目的。

3?新型汙水除磷劑除磷、降藻、控藻機理初探

1)物理吸附沉降除藻作用:新型汙水除磷劑作為(wei) 一種改性膨潤土產(chan) 品,它具有良好的吸附性。將其噴灑在處理水體(ti) 表麵後能有效吸附水體(ti) 中的藻類,並在此後的一定時間能逐漸沉降到水體(ti) 的底部,從(cong) 而做到將水體(ti) 中的藻類有效分離,達到降藻、控藻的作用。

2)物理吸附和化學沉澱除磷作用:實驗室小試和現場擴大試驗均顯示了本研究的新型汙水除磷劑能有效降低水體(ti) 中磷的含量,做到從(cong) 源頭上控製藻類的繁殖。其除磷的主要機理在於(yu) 新型汙水除磷劑是一種鑭係化合物的改性土壤產(chan) 品,其改性過程中的鑭與(yu) 水體(ti) 中的磷進行有效的化學反應並生成不溶於(yu) 水的沉澱化合物;同時改性黏土由於(yu) 含有Mg、Fe、Ca、Al等化合物,因此其也具有較好的絮凝效果,從(cong) 而具備較好的除磷作用。

3)底泥覆蓋作用:為(wei) 有效防止水體(ti) 底泥中的汙染物重新釋放到水體(ti) 中帶來的二次汙染問題,新型汙水除磷劑在沉降到水體(ti) 的底部後能在底泥的表麵形成一層約5mm厚的底泥保護覆蓋層,從(cong) 而切斷底泥中的汙染物重新釋放到水體(ti) 中,有效避免了二次汙染,保證了經新型汙水除磷劑處理後的水體(ti) 在相當長的一段時期內(nei) 水質維持在較好狀態。

4結論

實驗室小試和滇池現場擴大試驗結果表明,新型汙水除磷劑對滇池含藻水體(ti) 具有明顯的降藻、控藻的作用;對水體(ti) 中的磷具有很好的去除效果;同時對水體(ti) 中的其他汙染物也有一定的去除作用。不論是實驗室小試還是現場擴大試驗均表明經新型汙水除磷劑處理後,水體(ti) 藻類含量明顯減少,水體(ti) 透明度增加,水質狀況有較大改善。因此,本研究認為(wei) 新型汙水除磷劑的開發可為(wei) 湖泊富營養(yang) 化汙染治理提供一個(ge) 新的方向。