复配生物酶絮凝剂治理黑臭水体的应用

2020-07-21张旭梦蔺爱国

中国石油大学胜利学院学报 2020年2期

袁鹏,张旭梦,蔺爱国

(1.山东大成环境修复有限公司,山东淄博255000;2.中国石油大学(华东)科学技术研究院,山东东营257061)

自2010年起,我国水体污染进入极为严重的阶段,城市黑臭水体现象亦随之加重。2015年,我国颁布了《水污染防治行动计划》,为治理城市黑臭水体提供了有力的准则。本《计划》明确表明,直辖市、省会城市以及计划单列市建成区的黑臭水体,要在2017年底前被基本消除;地级以及以上城市建成区的黑臭水体,至2020年底前要被基本控制在10%以内;全国建成区的黑臭水体,到2030年总体上要被基本消除[1-4]。由全国黑臭水体整治信息平台于2019年7月发布的数据可知,全国依旧有47%黑臭水体未得到处理[5]。黑臭水体问题已经发展为我国城市最突出的问题,严重影响城市居民的生活与城市环境。目前,国内外的一些黑臭水体治理方法,主要有为絮凝沉降法、生物法、吸附法和高级氧化法等方法。絮凝沉降法因其具有经济、简便及见效快等优点,被国内外广泛使用。应用于黑臭水体治理的药剂种类主要包括氧化剂、生物絮凝剂、化学絮凝剂等。但国内处理黑臭水体的絮凝剂都比较单一,利用单一无机絮凝剂处理黑臭水体不仅用量大,且会造成二次污染。利用单一有机高分子絮凝剂处理黑臭水体处理效果非常差。因此随之出现了无机-有机复合絮凝剂,对黑臭水体的处理效果起到了一定的积极作用,但弊端是黑臭水体的恶臭气味不能得到根本消除[6-8]。微生物絮凝剂具有处理效果好、絮凝活性高、安全-无毒、无二次污染等特点[9-10]。但也存在着产量小、生产成本高、贮存稳定性差、投量大,而且在工业运用上易产生变异[11]。复配絮凝剂的产生为以上问题提供了良好的解决办法。

山东省东营市城区黑臭水体治理工程实施范围内共105处黑臭水体,工程体量大、项目实施复杂,为应对突发性水质超标情况,顺利实现2019年底其中50处黑臭水体消除黑臭的目标,急需要制定药剂投加方案[12]。

为了保证药剂能在各种黑臭水体中使用且达到最佳效果,选出三种性质不同的典型黑臭水体作为实验对象,确定出复配药剂的最佳用量,对3种黑臭水体开展了小试试验研究,以期为黑臭水体治理制定最佳方案提供技术支撑和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选取3种试剂药品,编号为L-1、L-2、L-3。如表1所示,其中2种为化学试剂,1种为生物絮凝剂。3种药剂均为粉末状,加水稀释成液体,浓度均为10%。

表1 试剂药品

1.2 试验用水

试验用水原水取自山东东营市三种典型黑臭水体,水质如表2所示。三种黑臭水体分别为养殖废水(1#)、臭水沟废水(2#)和大豆废水(3#)。

养殖废水(1#):某养殖场位于东营市西城,是一个以养牛为主的养殖场,后由于造成的污染严重,被政府取缔,养殖场中牛的排泄物以及饲料的残留物和各种废物垃圾都被冲洗进院子里的大池子内,久而久之,变成了高浓度的有机废水,水体呈现血红色,较为黏稠。池子长120 m,宽10 m,废水深1.1 m,且底部有很深的底泥。

臭水沟废水(2#):某臭水沟位于东营市东城,位于城乡结合部。其主要形成原因是向水沟中随意排放附近居民生活废水以及种地残留的农药,呈不透明的灰黑色,并带有浓重的恶臭味。

大豆废水(3#):豆制品厂位于东营市东城,是一个主要制造豆奶粉的企业。其废水是生产豆奶粉所产生的高浓度有机废水,是乳白色胶体,并带有浓重的恶臭味。

表2 原水水质

1.3 试验设计

(1)试剂设计

在实验室条件下进行黑臭水体处理的最佳试剂探索试验,主要是为了探究在同等试验条件下,对比L-1试剂与聚合氯化铝(PAC)对污染物的去除效果,探究各种试剂的最佳投加量。试验中每组试验处理水量为1L,实验用水用酸或碱先调成中性,实验中L-1和PAC设置3组投加量做对比,L-2设置3组投加量做对比,L-3设置3组投加量做对比,具体试验设计方案见表3。

表3 试验方案

1.4 水质检测

加入试验药剂后,将试验水样静置10 h后,取其上清液进行检测。每隔10 h监测一次,原水作为初始水质。

1.5 分析方法

CODcr采用国标《GB11914-89》的高锰酸钾法测定,氨氮采用国标《GB11914-89》的纳氏试剂比色法测定,总磷采用国标《GB11914-89》的钒钼磷酸比色法,pH值采用便携式pH计法测定。

2 结果与讨论

2.1 L-1试剂与PAC去除效果的对比

试验中将1#、2#、3#试样中进行L-1试剂与PAC试剂进行对比试验,试验结果见图1～3。

图1 不同投加量下L-1与PAC对1#废水的试验结果

图2 不同投加量下L-1与PAC对2#废水的试验结果

图3 不同投加量下L-1与PAC对3#废水的试验结果

通过对1#、2#、3#水样 COD去除效果的对比试验,可以发现L-1试剂的处理效果均优于PAC的处理效果,且L-1试剂是生物酶絮凝剂,绿色无污染,故采用L-1试剂。

2.1.1 1#废水中投加量的确定

1#废水试验中,当只投加L-1试剂时,当投加量为0.05 mL/L时,COD的浓度由200 mg/L变为116 mg/L,去除率为42%。氨氮的浓度由80 mg/L降到56 mg/L,去除率为30%。总磷的的浓度从8.5 mg/L降到5.9 mg/L,去除率是30.6%。继续投加L-1试剂,1#水样各项指标基本不再变化。依次添加确定量的L-2试剂和L-3试剂,1#水样的COD降低到53 mg/L,去除率可达到73.5%;随着L-2和L-3试剂的投加,氨氮的去除效率亦发生了明显的降低,由56 mg/L降为5 mg/L,去除率可达93.7%;总磷有未添加任何试剂的8.5 mg/L变为添加三种试剂的0.99 mg/L,去除率可达88.4%。综上考虑,L-1的最佳投加量为0.05 mL/L,L-2的最佳投加量为0.04 mL/L,L-3的最佳投加量为0.001 mL/L。由此可知,试验设计的三种试剂对1#黑臭水体起到了明显的去除效果(图4)。

图4 1#废水各污染物的处理结果

2.1.2 2#废水中投加量的确定

2#废水试验中,当只投加L-1试剂时,当投加量为0.1 mL/L时,COD的浓度由180 mg/L变为99 mg/L,去除率为45%。氨氮的浓度由100 mg/L降到70 mg/L,去除率为30%。总磷的的浓度从56 mg/L降到18 mg/L,去除率是67.8%。继续投加L-1试剂,2#水样各项指标基本不再变化。依次添加确定量的L-2试剂和L-3试剂,2#水样的COD降低到16 mg/L,去除率可达到91.1%;氨氮的去除效率亦发生了明显的降低,由70 mg/L降为9 mg/L,去除率可达91%;总磷由未添加任何试剂的56 mg/L变为添加三种试剂的1.4 mg/L,去除率可达97.5%。综上考虑,L-1的最佳投加量为0.1 mL/L,L-2的最佳投加量为0.04 mL/L,L-3的最佳投加量为0.004 mL/L。由此可知,试验设计的三种试剂对2#黑臭水体起到了明显的去除效果(图5)。

图5 2#废水各污染物的处理结果

2.1.3 3#废水中投加量的确定

3#废水试验中,当只投加L-1试剂时,当投加量为0.05 mL/L时,COD的浓度由190 mg/L变为149 mg/L,去除率为21.5%。氨氮的浓度由90 mg/L降到20 mg/L,去除率为77.8%。总磷的的浓度从77 mg/L降到28 mg/L,去除率是63.6%。继续投加L-1试剂,3#水样各项指标基本不再变化。依次添加确定量的L-2试剂和L-3试剂,1#水样的COD降低到20 mg/L,去除率可达到89.4%;随着L-2和L-3试剂的投加,氨氮的去除效率亦发生了明显的降低,由57 mg/L降为12 mg/L,去除率可达86.6%;总磷有未添加任何试剂的77 mg/L变为添加三种试剂的1.69 mg/L,去除率可达97.8%。综上考虑,L-1的最佳投加量为0.05 mL/L,L-2的最佳投加量为0.06 mL/L,L-3的最佳投加量为0.004 mL/L。由此可知,试验设计的三种试剂对3#黑臭水体起到了明显的去除效果(图6)。

图6 3#废水各污染物的处理结果

2.2 工程造价成本分析

采用静态经济评价方法,对3种药剂进行技术经济分析。根据药剂厂家提供的药剂单价、小试试验中消耗的药剂量,测算小试试验的吨水处理成本。3种药剂处理成本依次是L-1试剂0.98元/m3,L-2试剂0.55元/m3,L-1试剂0.62元/m3。而PAC的成本为3.5元/m3,因此其处理成本远低于PAC的处理成本。