治理黑臭水的“清新剂”

黑黑的湖泊或河流水面上飘满了污染物,苍蝇乱飞,臭气熏天,路过的行人都皱着眉头捂住口鼻。水里的鱼类及其他水生生物因为缺氧或中毒无法生长,整个水生生态系统遭到严重破坏。这里描述的就是黑臭水体所造成的影响。

(图片来自网络)

尤其是城市水体出现“黑臭”现象时,不仅会损害城市景观和形象,还可能会影响城市居民的饮用水源;同时,恶臭气体含有的硫化物等使人感到胸闷气短、头昏脑胀,当恶臭气体浓度较高时,还有可能引发人体的急性病。

针对水体黑臭现象,国务院2015年印发的《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)将“整治城市黑臭水体”作为重要内容,明确要求各地加大黑臭水体治理力度并向社会公布治理情况。

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黑臭水体的治理主要分为外源污染控制和内源污染修复两个部分。外源污染控制需要阻止污染物继续向水体排放,主要难度在排放前的处理及监管方面。而底泥作为水体中污染物“汇”与“源”的部分,其修复是黑臭水体生态系统修复的关键部分。

目前国内外对黑臭底泥的治理主要是底泥疏浚、原位曝气、原位钝化和生物修复法。其中,底泥疏浚和原位曝气属于物理修复方法。

底泥疏浚技术,是指彻底疏浚将表层重污染底泥移除,有效控制磷的释放,但该技术容易导致富集在沉积物的氨氮释放。疏浚过程在实际操作还需要耗费巨大的人力物力财力,处理疏浚产生大量污染底泥也很麻烦。

原位曝气技术,主要是增加水体中溶氧量,抑制厌氧微生物活动,氧化黑臭物质。这种技术更适用于黑臭水体底泥修复的改善阶段,较难在短时间内解决黑臭底泥氮磷含量严重超标的问题。

生物修复技术,是借助植物和微生物可以吸收并固定氮磷为稳定形态的能力。这种技术见效周期太长,同时想要生物发挥作用,改善黑臭水体有毒有害且厌氧的环境也是前提。

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而原位钝化技术,是针对黑臭水体的污染特性,通过投加不同的覆盖材料的方式治理其内源污染,相当于一种水体“清新剂”。

河湖之所以“黑”和“臭”,是因为水体呈还原环境、含有大量的致黑硫化物。因此,投加氧化剂(过氧化钙、过氧化氢)或电子受体(硝酸盐)把它们氧化成无害的硫酸盐化合物。其中,投加硝酸盐是比较温和的治理方法,其原理是基于硫驱动的自氧反硝化过程:

8MeS2-+5NO3-+6H2→5SO42-+4N2+2H++5Me(OH)2

然而,在“黑臭”现象改善后,并不代表河湖的水质就很好了,有可能水体中还会有超标的氮和磷。因此,控制水体中超标的氮、磷含量才是根本。已有大量研究发现,改性的凹凸棒在控制黑臭水体氮、磷负荷时表现出优良的效果,且可以抑制底泥中氮、磷的再释放。

凹凸棒是一种具有纤维状或链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物,具有比表面积大,吸附性强的特点,广泛应用于去除水体污染物过程中。但是凹凸棒可吸附的物质针对性不强,吸附容量也有待提高。

科研人员用镧、铝双金属改性凹凸棒后,再将它制造为合适的大小粒径加入到水体中。凹凸棒在下沉过程中会吸附水中过量的氮、磷,最终停留在沉积物界面,还可以阻止沉积物的再悬浮过程。合适的粒径也让它不会随水流移动。

尤其是镧-铝复合改性的凹凸棒,相较于市面上其它钝化剂来说,不仅成本低廉,在一定浓度范围内去除磷的效率可以达到90%左右。

a: 原状凹凸棒土 b: 凹凸棒土的晶体结构示意图 c: 颗粒直径为1-2mm的凹凸棒 d: 颗粒直径为3-5mm的凹凸棒

改性凹凸棒吸附水体及底泥中氮、磷

“清新剂”的使用虽然可以修复黑臭水体,但为了减少和避免“黑臭”现象发生,我们还需充分认识到水资源的重要性,节约用水,减少污水排放,让水环境更加“清新”起来。

来源:中国科学院南京地理与湖泊研究所

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