化学法对城市黑臭湖库水体及沉积物修复试验研究

摘要

2015年，住房和城乡建设部会同环境保护部、水利部、农业部组织编制《城市黑臭水体整治工作指南》，逐渐重视和完善城市黑臭水体的确定与污染防治。随后，重庆市实施“碧水行动”，重点控制辖区范围内主要河流及其支流的水环境保护。城市水环境的全面监控和综合治理，成为关系到城镇生活水平改善的重要组成部分。
　　本论文分析了典型城市湖泊—新华水库的黑臭等级，参考比较相关国内外河流湖泊修复方法的优缺点，提出通过化学法，投加试剂硝酸钙和氢氧化钙，原位修复黑臭湖库的试验方案。试验分别设置了0.19、0.36、0.54、0.73、0.91、1.09mol/m2共6个投加梯度的硝酸钙和氢氧化钙，研究了对上覆水中相关污染指标在短期内（15d）逐时监测去除效果，同时测定了在长期（30d）试验结束后的新鲜沉积物，并对其修复效果进行了评价，主要得到如下结论：
　　①硝酸钙对上覆水修复：硝酸钙投加量为86g/m2时对水体黑臭指示性标志之一的氨氮的削减率（相对修复前）最大，15d为77.3％，30d为74.0%。硝酸钙投加量为173g/m2时，14d对总氮的削减率为负值；30d对总氮的削减率最大且为正值。硝酸钙修复上覆水氨氮的时间节点大部分出现在第3d（第一次测量，最高点）和第6d~第8d（总磷和总氮的最高点），试验组氨氮含量最高点比空白组提前4天出现。
　　②硝酸钙对沉积物修复：30d时，沉积物的颜色由黑变黄，黄褐色沉积物平均厚度、水体硫酸盐浓度均与硝酸钙投加量存在正相关的线性关系。硝酸钙对沉积物游离氨氮和总氮无削减（相对空白组），随着硝酸钙投加量的增加，沉积物的游离氮释放越强，但其释放程度小于同摩尔投加量的氢氧化钙。
　　对重金属，锰比铁在上覆水和沉积物之间的流动更加活跃、频繁；低剂量的硝酸钙可降低沉积物中的铜含量，但硝酸钙对沉积物中铬的修复达不到消除污染的程度。
　　③氢氧化钙对上覆水修复：投加氢氧化钙27g/m2，上覆水氨氮的削减率（相对修复前）15d最大值为89.6%；投加氢氧化钙14g/m2，30d最大值为84.7%。氢氧化钙投加量为最大81g/m2时，在14d时和30d时对总氮的削减率达到最大正值，分别为38.1%和40.7%。考虑到沉积物磷释放的情况，低投加量的氢氧化钙对上覆水总磷有明显的降解效果。氢氧化钙修复黑臭上覆水时间节点基本为第3d（氨氮、总氮的最高点）和第12d（总磷的稳定点），其中投加氢氧化钙的试验组的氨氮最高点比空白组提前4天出现。
　　④氢氧化钙对沉积物修复：氢氧化钙对黑臭沉积物几乎无表观特征上的改善效果。30d时，沉积物游离氮的主要存在形态是氨氮，与硝酸钙一致，占到了游离态总氮的70%~90%，但加药量较少的试验组游离态氮的形态存在一定程度的转化。
　　对重金属，30d后，随着氢氧化钙加药量的增加，上覆水中的锰和铁逐渐沉淀到沉积物中；沉积物中的铜含量逐渐增加至超过筛选值；锌和铅在氢氧化钙作用后仍小于相应的筛选值（与硝酸钙一致）；氢氧化钙作用后的沉积物总铬普遍高于相应摩尔投加量的硝酸钙试验组。
　　最后，除氢氧化钙投加量最高的试验组外，硝酸钙和氢氧化钙均可使氨氮浓度在15d和30d下降到轻度黑臭氨氮水平以下；但在30d内上覆水水体的总氮仍不能达到Ⅴ类地表水环境质量标准。氢氧化钙单位水体污染指标（氨氮）削减下的药剂费用低于硝酸钙，在试剂投加量范围和监测期内，氢氧化钙对上覆水氨氮短时间内的修复效果较明显，氢氧化钙对沉积物的修复效果较差，水体营养盐的长期稳定效果还有待进一步提高。由此，氢氧化钙可作为短期内的上覆水黑臭修复的紧急方案，硝酸钙可作为在较长时间对黑臭沉积物进行一定程度削减、稳定的长期措施。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外消除黑臭水体技术研究进展及动态

1.3 课题的提出

1.4 技术路线

1.5 课题研究内容

2 材料与方法

2.1 试验采样区域

2.2 试验样品的采集

2.3 化学修复试剂组成

2.4 试验方法

2.5 分析方法

2.6 主要仪器设备与试剂

2.7 数据统计与处理方法

3 新华水库污染现状

3.1 新华水库黑臭情况

3.2 新华水库上覆水和沉积物污染现状

4 化学修复剂对黑臭上覆水的持续性效果

4.1 空白组上覆水的持续性效果

4.2 硝酸钙对黑臭水体的持续性修复效果

4.3 氢氧化钙对黑臭水体的持续性修复效果

4.4 两种化学修复剂短期修复效果对比

5 化学修复剂对黑臭沉积物的稳定性探讨

5.1 概述

5.2 沉积物形态

5.3 化学修复剂对30d沉积物游离态氮的影响

5.4 沉积物重金属30d稳定修复及流动

5.5 小结

6 污染湖库黑臭改善的综合评价及应用

6.1化学稳定剂的效果评价

6.2 化学试剂用量的经济因素

6.3 化学法原位修复技术的工程应用探讨

7 结论与建议

7.1 结论

7.2 建议

致谢

参考文献

附录

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