生物质焦对富营养化园林水体的去污性能研究

宋晓汪,宋彩梅

(深圳市广万达环保科技有限公司，广东 深圳 518100)

1 引言

生物质焦因其强大的吸附性、抗氧化性和高度稳定性等特征，被广泛应用于水体净化。生物质焦作为无污染、低能耗的水质净化载体，在日后的污染治理和生态修复中发挥着重要作用[1]。生物质焦对污水中有机物的去除机理主要包括有外扩散、内扩散、吸附、水解、内反应、生物降解、外反扩散[2]。生物质焦的主要优势在于生物质焦吸附提高了炭粒周围有机物浓度，有利于生物降解[3]。基于此，为探讨生物质焦对富营养化水体中有机污染物的去除效果，本试验研究了2种不同用量的生物质焦(1 L水中分别投放10 g和20 g的生物质焦)对富营养化园林水体中N、P等营养元素的去除效果，旨在为实际工程应用中生物质焦的适合用量提供参考。

2 材料与方法

2.1 试验材料

生物质焦购自清远和记低碳农业科技有限公司。

2.2 试验用水

试验用水为人工配制富营养化园林水体，水质初始指标值见表1。

表1 试验用水初始值

2.3 试验方案

在高为20 cm，直径为10 cm的玻璃瓶中装入1 L试验用水，试验共设有3组处理，每个处理3个平行，第1组为CK对照，第2组为10 g生物质焦，第3组为20 g生物质焦。在实验室内进行，周期为15 d，每隔3 d监测一次指标。试验期间因水分蒸发、蒸腾或取样导致水量减少，所以每天通过补充去离子水来保持水量不变。

3 结果与分析

3.1 TN、NH4+-N、NO2--N的去除效果

由图1、图2和图3可知，在污水中投放生物质焦对水中TN、NH4+-N、NO2--N均有明显去除效果，并表现出较为明显的变化趋势，在TN和NH4+-N的去除中，10 g处理和20 g处理的变化趋势一致，但20 g处理的去除效果要比10 g处理的更为明显，TN去除率分别可达49.6%、42.3%，NH4+-N去除率分别可达49.7%、42.8%，可以看出20 g处理的TN去除率与NH4+-N去除率相似，而对于水中NO2--N的去除效果差异不明显，其去除率分别为60.6%(10 g)、63.6(20 g)。经过15d的测定结果表明，在污水中投放20 g生物质焦的净化效果较佳，其最终水中TN、NH4+-N及NO2--N所残留的含量分别为1.904 mg/L、0.71 mg/L和0.012 mg/L。

图1 不同处理对TN的去除效果

3.2 TP的去除效果

由图4可知，随着时间的推移，2组生物质焦处理对水中TP均有去除效果，且表现为前期下降趋势较快，后期较为平缓，可能是生物质焦在吸附一定量之后，会逐渐处于饱和状态，由此造成去除污染物的能力下降。在试验水中10 g处理的TP含量由3.86mg/L降

图2 不同处理对NH4+-N的去除效果

图3 不同处理对NO2--N的去除效果

低至3.11 mg/L，20 g处理的TP含量降低至2.70 mg/L，10 g生物质焦、20 g生物质焦对TP的去除率分别为17.7%、28.6%。经过15d的测定结果表明：在污水中投放20 g生物质焦的净化效果较佳，其最终TP在水中所残留的含量为2.70 mg/L。

图4 不同处理对TP的去除效果

3.3 COD的去除效果

由图5可知，在试验期内，2组生物质焦处理均能有效去除水中COD，随着时间的增加下降趋势明显，而CK对照中COD含量表现出或降或升的现象，下降趋势不明显，在试验水中10 g处理的COD含量由137.40 mg/L降低至83.91 mg/L，20 g处理的TP含量降低至71.48 mg/L，10 g生物质焦、20 g生物质焦对COD的去除率分别为38.9%、47%。经过15d的测定结果表明：在污水中投放20 g生物质焦的净化效果较佳，其最终COD在水中所残留的含量为83.91 mg/L。

3.4 对其他水质指标的影响

由图6可知，随着试验时间的推移，三组处理水中的DO含量均呈现上升的现象，其中CK对照上升的趋势较为快速，10 g生物质焦次之。水中DO含量的增加，有利于水中微生物对污染物的消解作用。

图5 不同处理对COD的去除效果

由图7可知，三组处理在试验中均呈现出随时间而增高的趋势，特别在后期pH值上升较快，在试验结束时，三组处理的pH值差异性不大，在8.37～8.40之间。由图5～8可知，不同用量的生物质焦对于去除水中的色素均有明显的效果，在试验前期下降较快，而后期下降趋势较为平稳，其中，投放10 g和20 g的色度值变化趋势一致，但之间的去除效果差异不明显，而CK对照在试验过程中色度值一直保持较微妙的变化。

图6 不同处理对DO的影响

图7 不同处理对pH值的影响

图8 不同处理对色度值的去除效果

4 结论

从本研究中可以得出，在富营养化园林水体中投放生物质焦有效去除水体中的营养元素，其中，在每升污水中投放20 g生物质焦比投放10 g去除水中污染物的效果更为明显，对污水中TN、TP、COD、NH4+-N、NO2--N、色素的去除率分别可达49.6%、28.6%、47%、49.7%、63.6%、63.8%，而对去除水中色素的效果较好。