重污染感潮河道底泥原位修復(fù)技術(shù)與工程應(yīng)用研究.pdf

1、本研究以典型的重污染感潮河道--廣州市郭村涌為研究對(duì)象，進(jìn)行重污染感潮河道底泥污染特征及底泥原位修復(fù)技術(shù)(包括底泥氧化、底泥穩(wěn)定化和底泥土著活性污泥生物修復(fù))的研究，在試驗(yàn)小試的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出一套高效的重污染感潮河道底泥原位修復(fù)技術(shù)，并投入工程應(yīng)用。研究結(jié)果可為珠江流域眾多重污染感潮河道的綜合整治提供技術(shù)理論基礎(chǔ)和工程經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)廣東省《珠江綜合整治計(jì)劃》近期及遠(yuǎn)期治理目標(biāo)，具有重要的應(yīng)用意義。 論文的主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：

2、 (1)重污染感潮河道底泥污染特征研究。在底泥污染物分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行河道感潮模擬實(shí)驗(yàn)，研究靜止態(tài)及感潮作用下底泥污染物的釋放特征。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，①河道底泥以有機(jī)物、營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬、硫化物為主，屬于重有機(jī)質(zhì)污染類型；重金屬污染嚴(yán)重，其中Cu、Zn、Cr含量超過(guò)國(guó)家農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)(GB4284-84)指標(biāo)。②底泥釋放模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，感潮作用可使表層底泥間隙水及懸浮物大量揚(yáng)起，底泥釋放層厚度在6-8cm左右。與靜態(tài)釋放相比

3、，感潮作用可明顯加速底泥污染物的釋放，底泥Cu、Zn、Pb、Cr、COD、氨氮和TP的平均釋放速率提高了1-4倍，釋放量增加了0.3-1.8倍；底泥平均耗氧速率提高了1.28倍。③感潮河道由于潮汐作用的影響，在同一潮汐周期可劃分為退潮、漲潮及潮間期等不同時(shí)段，表現(xiàn)出順流、逆流及靜止流等不同的水流特征。此外，漲落潮引起的水位差使得底泥釋放在不同時(shí)段表現(xiàn)出不同的污染特點(diǎn)。通常在漲退潮過(guò)程中，低水位時(shí)段較之高水位時(shí)段底泥釋放速率及釋放量均為增

4、加；而低水位時(shí)，漲潮開(kāi)始時(shí)段比退潮結(jié)束時(shí)段污染物釋放量要大。 (2)重污染感潮河道底泥原位修復(fù)技術(shù)研究。針對(duì)重污染感潮河道底泥污染特征，圍繞底泥曝氣、底泥穩(wěn)定化、底泥土著活性污泥生物修復(fù)3種技術(shù)進(jìn)行治理效果與過(guò)程機(jī)理研究。首先通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，研究底泥曝氣對(duì)硫化物的去除機(jī)理及影響因素、底泥穩(wěn)定劑的環(huán)境影響及其合適的用量配比、底泥土著活性污泥的培養(yǎng)馴化條件優(yōu)化等；接著進(jìn)行感潮河道原位修復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)，研究感潮作用對(duì)底泥曝氣、底泥穩(wěn)定化、底

5、泥土著活性污泥培養(yǎng)馴化的過(guò)程影響，以及3種技術(shù)對(duì)底泥及上覆水體水質(zhì)的修復(fù)效果。 底泥修復(fù)分組實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，①底泥曝氣可有效去除底泥硫化物，其作用機(jī)理可認(rèn)為是底泥硫化物被O2氧化生成SO42-離子，同時(shí)伴隨著H+的生成。②權(quán)衡底泥穩(wěn)定劑的處理效果及其環(huán)境影響，確定底泥穩(wěn)定劑的組分及用量配比為：磷酸鈣1％、硝酸鈣1％、石灰投加量以控制泥水pH值達(dá)到8左右為宜。此外，通過(guò)投加復(fù)合混凝劑可提高底泥脫水性能，混凝劑成份為Fe2+、石灰、P

6、AM，最佳用量配比為3％：6％：0.15％。③底泥土著微生物培養(yǎng)馴化實(shí)驗(yàn)表明，混合菌群生長(zhǎng)條件的優(yōu)化組合為：搖床轉(zhuǎn)速120r/min、初始BOD濃度50mg/L、pH=8、溫度為20℃?；旌暇航到庥袡C(jī)物及脫氮條件的優(yōu)化組合為：pH=8、溫度20℃、充氧時(shí)間6h/d、初始BOD(氨氮)濃度50(36)mg/L。采用30％接種量時(shí)，底泥擴(kuò)增培養(yǎng)馴化周期為18-20d。 感潮河道底泥原位修復(fù)模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，①人工曝氣擾動(dòng)能使底泥污

7、染物急劇釋放，但單潮汐周期不同時(shí)段其污染程度不同；曝氣處理后硫化物去除率可達(dá)到89.5％，底泥臭味基本消除，但在停止曝氣一段時(shí)間后(35d)硫化物出現(xiàn)再生現(xiàn)象。同時(shí)，曝氣后底泥重金屬Cu、Zn、Cr毒性浸出鑒別(GB5086.2-1997)浸出量超出《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)-毒性浸出鑒別》(GB5085.3-1996)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值；形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，3種重金屬的碳酸鹽結(jié)合態(tài)和交換態(tài)含量之和分別上升10.56％、10.78％和5.02％。②底泥穩(wěn)定劑

8、對(duì)上覆水體重金屬、總磷和濁度有良好的去除效果，而對(duì)COD、氨氮去除不明顯；穩(wěn)定劑對(duì)重金屬穩(wěn)定化效率Pb>Cu>Zn>Cr，穩(wěn)定化處理后，重金屬Cu、Zn、Cr、Pb毒性浸出量比原底泥分別降低了65.0％、82.2％、84.4％和78.8％，遠(yuǎn)低于國(guó)家毒性浸出標(biāo)準(zhǔn)值；從形態(tài)變化推斷，底泥穩(wěn)定劑主要是通過(guò)形成有機(jī)結(jié)合態(tài)及殘?jiān)鼞B(tài)進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定重金屬的目的。③投加硝酸鈣，2個(gè)月內(nèi)底泥硫化物的含量穩(wěn)定在30mg/kg以下，無(wú)再生現(xiàn)象出現(xiàn)。④底泥土著

9、活性污泥層對(duì)底泥及上覆水體污染物有良好的降解作用，維持微堿性好氧條件(pH=8，DO>2.0mg/L)，各水質(zhì)指標(biāo)可達(dá)到《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)V類水質(zhì)。結(jié)合曝氣擾動(dòng)進(jìn)行底泥修復(fù)，通過(guò)間歇曝氣，24h內(nèi)上覆水體COD、NH3-N、TP去除率分別可達(dá)到85％、92％和71％，且底泥擾動(dòng)釋放量逐次降低，說(shuō)明底泥有機(jī)污染物已被有效去除；活性污泥層具有較高的耗氧速率，達(dá)到45g/(m2·d)，因此需維持較高的供氧量。

10、 (3)重污染感潮河道底泥原位修復(fù)技術(shù)的工程應(yīng)用研究。以廣州市郭村涌為治理對(duì)象，將底泥原位修復(fù)與異位處置結(jié)合起來(lái)，根據(jù)3種原位修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)，自主研發(fā)了箱筏式射流曝氣船及TRSS底泥穩(wěn)定藥劑。針對(duì)治理河道的感潮特性，在退潮最低水位時(shí)進(jìn)行底泥原位氧化、穩(wěn)定化，通過(guò)氧化底泥硫化物、抑制硫化物再生、穩(wěn)定底泥重金屬及磷、提高底泥脫水性能、改變表層底泥顏色等手段，消除河道黑臭，以利于后續(xù)河道生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建以及底泥的資源化利用。 試

11、驗(yàn)結(jié)果表明：①底泥曝氣氧化可有效去除底泥硫化物，間歇運(yùn)行一個(gè)月，底泥硫化物去除率達(dá)到86.3％-92.1％，臭味基本消除。②原位穩(wěn)定化處理后，底泥重金屬Cu、Zn、Cr毒性浸出量由13.04、29.54、2.1mg/L下降至4.56、5.25、和0.36mg/L，遠(yuǎn)低于國(guó)家毒性浸出標(biāo)準(zhǔn)值；穩(wěn)定后重金屬形態(tài)以有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)為主。③停止投藥，上覆水體維持微堿性好氧條件(DO>2mg/L，pH=8)，為期2個(gè)月，底泥硫化物的含量穩(wěn)定在35