筒車與生物膜聯(lián)合技術(shù)處理城市湖庫黑臭水體研究

黃健盛，童啟邦，張杰，朱力，廖偉伶，陳婷婷，呂圣紅，姚源

(1.重慶市環(huán)境科學研究院，重慶　401147；2.北京澤信地產(chǎn)有限公司，北京　100070；3.國內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計研究院，北京　100069)

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筒車與生物膜聯(lián)合技術(shù)處理城市湖庫黑臭水體研究

黃健盛1，童啟邦1，張杰2，朱力3，廖偉伶1，陳婷婷1，呂圣紅1，姚源1

(1.重慶市環(huán)境科學研究院，重慶401147；2.北京澤信地產(chǎn)有限公司，北京100070；3.國內(nèi)貿(mào)易工程設(shè)計研究院，北京100069)

摘要：為了探索城市湖庫黑臭水體修復技術(shù)，本文對筒車與生物膜聯(lián)合技術(shù)修復重度黑臭湖庫水體進行了研究，結(jié)果表明，該技術(shù)在有效去除COD和氨氮的同時，還能快速提高水體的溶解氧、透明度和氧化還原電位。依據(jù)城市黑臭水體整治工作指南要求，該技術(shù)對消除城市湖庫水體黑臭現(xiàn)象是可行的。

關(guān)鍵詞：筒車；生物膜；黑臭水體

近年來，隨著城市化進程的加快，我國許多城市湖庫水體污染問題日益嚴重，甚至出現(xiàn)水體黑臭現(xiàn)象。城市黑臭水體是指城市建成區(qū)內(nèi)，呈現(xiàn)令人不悅的顏色和(或)散發(fā)令人不適氣味的水體的統(tǒng)稱[1]。水體黑臭主要是由于水中耗氧性污染物含量過高，大量消耗水中溶解氧，進而造成水體嚴重缺氧而呈黑臭狀態(tài)[2]。城市湖庫水體黑臭不僅影響城市形象及城市的發(fā)展，而且對人體健康以及城市生態(tài)安全構(gòu)成了嚴重的威脅。城市湖庫水質(zhì)改善與生態(tài)修復現(xiàn)已成為城市環(huán)境改善的焦點之一，而努力解決城市湖庫污染問題、恢復城市湖庫生態(tài)環(huán)境是當前城市發(fā)展的重要任務(wù)。

目前，我國許多城市已經(jīng)開展了一系列城市湖庫黑臭水體整治工作，在這個過程中，各種微生物技術(shù)因其特有的優(yōu)勢而得到了越來越多的重視。微生物技術(shù)凈化黑臭水體是利用微生物的生命活動，對水中污染物進行轉(zhuǎn)化、降解，從而實現(xiàn)水體凈化，該技術(shù)具

有處理效果好、工程造價及運行成本低廉、無二次污染等優(yōu)點[3]。

本研究以前期開發(fā)的筒車技術(shù)為基礎(chǔ)[4]，并聯(lián)合生物膜法來處理城市湖庫黑臭水體，考察該技術(shù)對黑臭水體的處理效果，為城市湖庫黑臭水體整治提供可參考的思路和方法。

1材料與方法

1.1試驗水體概況

試驗所用水體取自重慶市主城區(qū)一黑臭湖庫，水體呈泛黑色，且散發(fā)惡臭氣味，原水水質(zhì)見表1。從表1可以看出，氨氮濃度高于15 mg/L，溶解氧低于0.2 mg/L，透明度介于10～25 cm之間，氧化還原電位介于-200～50 mV之間，根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》[1]中城市黑臭水體污染程度分級標準，該水體達到“重度黑臭”級別。

表1　原水水質(zhì)及黑臭級別判定Table 1　Determine the quality and black-odorous level of raw wastewater

1.2檢測指標及分析方法

水質(zhì)檢測指標包括化學需氧量(COD)、氨氮、溶解氧(DO)、透明度、氧化還原電位(ORP)。分析方法如下[5]：COD采用重鉻酸鉀法，DO采用便攜式溶解氧儀法，氨氮采用納氏試劑分光光度法，透明度采用鉛字法，ORP采用電極法。

1.3裝置及其啟動

用反應(yīng)池來模擬湖庫，反應(yīng)池規(guī)格為1.5 m×1.5 m×0.45 m，水深0.4 m，筒車安裝在反應(yīng)池的一角。筒車中裝滿φ25 mm和φ38 mm的兩種聚丙烯多面空心球填料，之后接種污泥并以連續(xù)進水方式培養(yǎng)生物膜[6]，直至掛膜成功并穩(wěn)定運行后，再用于處理后續(xù)試驗中的黑臭水體。試驗過程中，采樣點設(shè)在筒車所處反應(yīng)池位置的對角約1/2水深處。

2結(jié)果與分析

2.1水體中COD的變化

水中的有機物是不穩(wěn)定的，在其降解過程中會消耗大量的溶解氧，這是導致水體嚴重缺氧的主要原因。因此，快速、有效地降低水體中有機物濃度并使其處于合理范圍是消除水體黑臭的關(guān)鍵。試驗過程中，水體中COD的變化見表2。從表2可以看出，在黑臭水體COD濃度達到162.30 mg/L情況下，經(jīng)三天處理后COD濃度值下降到30 mg/L以下，去除率為81.8%，COD濃度值達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》IV類標準值。同時，實驗過程中發(fā)現(xiàn)，黑臭水體經(jīng)過1天的處理后，其臭味得到消除。與間歇曝氣、投加生物促進劑的黑臭水體修復技術(shù)相比[7]，以水體消除黑臭和COD濃度值降至40 mg/L為修復目標，則本技術(shù)能夠更快地達到這一要求，且無須額外投加碳源及生物促進劑，修復成本相對較低，且無二次污染。

表2　水體中COD的變化Table 2　The variation of COD in water

2.2水體中氨氮的變化

試驗過程中水體中氨氮的濃度變化見表3。從表3可以看出，黑臭水體經(jīng)過4天處理后，水體氨氮濃度值由19.86 mg/L降至1.0 mg/L以下，氨氮去除率高達96.88%，說明多面空心球填料上附著的生物膜中存在著大量的亞硝化細菌及硝化細菌，使得水體中的氨氮轉(zhuǎn)化成了硝態(tài)氮，實現(xiàn)了黑臭水體中氨氮的有效去除。陳正勇等[8]研究了投加Fenton試劑對氨氮的去除作用，但去除效果并不理想，氨氮去除率僅在14%左右。與投加Fenton試劑相比，本技術(shù)對于氨氮的去除有明顯優(yōu)勢，同時實現(xiàn)處理后的氨氮濃度符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》III類標準，說明該技術(shù)具有良好的氨氮去除能力。

表3　水體中氨氮的變化Table 3　The variation of ammonia nitrogen in water

2.3水體中DO的變化

DO是反映水環(huán)境狀況的重要指標之一，通過提高水體的DO來消除其厭氧狀態(tài)，是消除水體黑臭的又一關(guān)鍵。試驗過程中水體DO變化見表4。從表4可以看出，試驗中的黑臭水體經(jīng)過1天處理后，其DO可由0.12 mg/L迅速恢復到7.92 mg/L，之后持續(xù)穩(wěn)定在8.0 mg/L以上，這與投加Fenton試劑的效果相當[8]，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》I類DO標準值，說明了該技術(shù)具有良好的復氧能力，即便是原水處于厭氧條件下，該技術(shù)也可為水體迅速復氧，為微生物降解好氧污染物提供充足的氧氣。

表4　水體中DO的變化Table 4　The variation of DO in water

2.4水體中透明度的變化

透明度是指水樣的澄清程度，是衡量水質(zhì)的感觀指標之一[5]。試驗水體透明度的變化見表5。從表5可以看出，試驗中的黑臭水體經(jīng)過2天處理后，其透明度由11.5 cm提高到30 cm以上，水體中的懸浮物和膠體物質(zhì)已大大減少，可以認為水質(zhì)已透明。這說明了該技術(shù)具有在較短時間內(nèi)明顯提高黑臭水體透明度的能力。

表5　水體中透明度的變化Table 5　The variation of transparency in water

2.5水體中ORP的變化

ORP是表征水體氧化還原特性的基本參數(shù)，是水體綜合性指標之一，它能在一定程度上說明水體的污染程度。水體的ORP值越大，表明其氧化能力越強，反之還原能力越強[6]。試驗水體ORP的變化見表6。從表6可以看出，原黑臭水體的ORP值為14 mV(低于50 mV)，屬于輕度黑臭，經(jīng)過1天處理后，其ORP在100 mV以上，之后繼續(xù)保持增大。由此可見，該系統(tǒng)能夠快速提高黑臭水體的氧化還原電位，有利于黑臭水體水質(zhì)凈化。

表6　水體中ORP的變化Table 6　The variation of ORP in water

3結(jié)論

(1)筒車與生物膜聯(lián)合技術(shù)能快速有效地去除黑臭水體中的COD和氨氮，COD和氨氮值可分別由最初的162.30 mg/L和19.86 mg/L下降至30 mg/L和1.0 mg/L以下。其濃度值分別可達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》IV類和III類標準。

(2)該技術(shù)能快速提高水體溶解氧、透明度及氧化還原電位，溶解氧能維持在8.0 mg/L以上，透明度能修復至30 cm以上，氧化還原電位能提高至200 mV以上。

(3)該技術(shù)能快速有效地消除水體黑臭現(xiàn)象，且運行穩(wěn)定、成本低，可以為城市湖庫黑臭水體整治提供一定的參考。

參考文獻(References)：

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[7]李繼洲, 嵇浩然, 袁旭音, 等. 投加生物促生劑、葡萄糖和氨基酸修復黑臭水體的效果[J]. 湖北農(nóng)業(yè)科學, 2013, 52(13): 3028- 3029.

[8]陳正勇, 王國祥, 楊飛, 等. Fenton 試劑對富營養(yǎng)化湖水黑臭的氧化降解作用[J]. 環(huán)境工程學報, 2012, 6(5): 1591- 1594.

收稿日期：2016-05-11

基金項目：重慶市基礎(chǔ)科研業(yè)務(wù)費計劃項目(2013cstc-jbky-01603；2013cstc-jbky-01611)

作者簡介：黃健盛(1980—)，男，廣西藤縣人，高級工程師，博士，主要研究方向為水污染控制，E-mail：hjso419@126.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.04.018

中圖分類號：X52

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6444(2016)04-0070-03

A Study on Using Waterwheel with Bio-film Technology to Treat Black and Odorous Water in Urban Lakes

HUANG Jian-sheng1, TONG Qi-bang1, ZHANG Jie2, ZHU Li3,LIAO Wei-ling1, CHEN Ting-ting1, LYU Sheng-hong1, YAO Yuan1

(1.Chongqing Academy of Environmental Science, Chongqing 401147, China; 2.Beijing Zexin Estate Co., Ltd., Beijing 100070,China; 3.Internal Trade Engineering Design & Research Institute Beijing 100069, China)

Abstract:In order to explore a remediation technology for black and odorous water in urban lakes, this paper conducted a study on remediating serious black and odorous water in urban lake by using waterwheel with bio-film technology. The results showed that this coupling technology can not only remove COD and ammonia nitrogen effectively, but also rapidly improve the DO, transparency and ORP of water simultaneously. According to the requirements of Black and Odorous Urban Water Remediation Guidelines, this technology is feasible to remediate black and odorous water in urban lakes.

Key words:waterwheel; bio-film; black and odorous water