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  • 含磷废水及湖泊富营养化的概况

    来源:www.shuoshisheng.net 发布时间:2019-12-11

    1.1含磷废水和湖泊富营养化概况

    1.1.1湖泊富营养化现状

    近年来随着生活水平的不断提高和工业的快速发展,大量含磷肥料和洗涤剂的使用,湖泊富营养化越来越严重 根据对全国25个湖泊的调查,近92%的湖泊已经富营养化,其中一半以上是氮磷污染造成的[1] 其中,藻类和其他生物对磷更敏感。当水中磷浓度达到0.02毫克/升时,可明显促进水体富营养化 因此,控制水中的磷含量比氮含量更重要

    在过去的20年里,我国湖泊富营养化的速度越来越快。 根据调查,富营养化湖泊在被调查湖泊总数中的比例已经从20世纪80年代初的41%增加到90年代末的61%,然而,在90年代末已经增加到77%。目前,我国湖泊富营养化状况非常严重,[2]

    目前,中国131个主要湖泊中有67个已达到富营养化水平,占总数的51.2% 在39个最具代表性的水库中,有12个已达到富营养化水平,占[3] 在全国五大淡水湖中,巢湖、洪泽和太湖均已达到富营养化水平。虽然鄱阳湖和洞庭湖仍保持中等营养水平,但氮磷含量仍偏高,处于向富营养化过渡阶段。

    湖泊富营养化导致水生态系统的结构和功能退化,蓝藻和其他生物的大规模爆发日益频繁。水体尽早受到严重污染,伴随着巨大的经济损失。 在过去的几十年里,中国在湖泊富营养化的治理方面投入了大量的人力、物力和财力,但至今还没有理想的收入[4]

    1.1.2水中磷的形态和水中磷的来源

    磷以各种形式存在并可以相互转化。 一般分为悬浮磷和溶解磷 其中,悬浮磷分为有机态和无机态,主要存在于生物碎屑中。溶解磷以正磷酸盐(如PO43-、HPO42-、H2PO4-)和聚合磷酸盐(如P2O74-、P3O105-、HP3O92-等)的形式存在。)[5],它可以被藻类作为营养物质吸收

    水中磷的来源是外源磷和内源磷 其中,外源磷主要包括各种外部输入,如降水、径流和可信排放 然而,内源磷是指水体中的磷,它是由废水排放、地表径流和水体中生物体的沉积引起的。 水中磷的主要来源包括雨水、农业排水、城市污水等。[6]

    在现代社会,含磷洗涤剂的大量使用和生活废水的随意排放是导致湖泊中磷含量大量增加的主要原因。因此,太湖地区政府于1998年12月31日规定,含磷洗涤剂不得在太湖流域再次使用。

    1.1.3湖泊富营养化的影响

    水体中磷含量的增加导致藻类疯狂繁殖,导致河道堵塞,鱼类存活减少空,水体变色,透明度降低。 粪便和尸体还会使水体发臭,破坏水体的生态平衡,使水体中有机物的增长率远远超过死亡率,并使水体中有机物不断积累 结果如下:(1)促进微生物繁殖,增加耗氧量;(2)深水藻类由于呼吸消耗大量氧气;(3)水下死藻的厌氧分解促进厌氧菌的繁殖[7]

    其中,藻类及其衍生物分泌的藻类毒素,包括硝酸铵、甲硫醇、甲基硫化物和亚硝酸盐,也可能导致一些水生和陆生动物中毒,并对人类产生致癌、肝毒性、肾毒性和肠毒性影响,[8] 蓝藻水华在生长过程中吸收的氮、磷等营养物质,在衰亡过程中会瞬间释放出来,从而影响[水生态系统的循环过程9]

    12国内外大规模藻华现场记录

    1.2.1近年来,国内大规模藻华

    这一事件对太湖流域的旅游业、渔业和航运业造成了巨大的打击,并造成了巨大的经济损失。

    昆明的“母亲河”滇池近年来遭受富营养化带来的危害。自20世纪90年代以来,布鲁姆爆发带来的问题日益严重,严重影响了人们的日常生活。自来水厂不得不寻找其他水源,导致昆明缺水危机越来越严重,成为制约[经济发展的祸患之一

    1.2.2国外大规模藻华

    1947年9月,美国的阿波菲斯卡湖由于飓风经历了第一次蓝藻水华。 在此之前的几年里,农民开垦了湖泊周围的大片种植土地,导致湖泊面积突然减少了约40%。 由于水位下降,水下光照条件得到了很大改善,富含各种营养的农业用水大量流入阿波菲斯卡湖,导致水生动植物大规模生长[11]

    大规模藻华导致一度辉煌的渔业消失。同年4月,州政府不得不花费2000多万美元来防止进一步的损失。 经过几十年的人为管理,阿波帕克湖的富营养化水平已经大大降低。然而,要完全清除75厘米深的沉积物,至少需要500年的时间,[。即使透明度可以提高,湖底的植物群也无法再重建。

    1.3处理含磷废水的方法和工艺

    1.3.1化学混凝法和工艺

    化学混凝法是应用最广泛的方法。其原理是在废水中加入一些金属的可溶性盐,使金属离子与磷反应生成不溶性盐,然后过滤达到除磷效果 关键是控制金属离子与磷的比例,调节酸碱度,以达到最佳沉淀效果[10]

    本方法中使用的沉淀剂通常为钙盐、铝盐或铁盐,反应公式如下:[11]:

    Al2(SO4)3+2PO 43-→2AlPO 4 ↓+ 3SO 42-

    Fe2(SO4)3+2PO 43-→2EPO 4 ↓+ 3SO 42-

    3CASO4+2PO 43-→CA3(PO4)2 ↓+ 3SO 42-

    化学除磷方法大致可分为

    一、前置法

    在微生物处理前向沉砂池添加化学物质,以去除初级沉砂池中产生的沉积物 适用于改造中的污水处理厂,在北欧国家广泛使用。

    二。协同方法

    该方法直接将化学物质放入微生物处理阶段,去除二沉池中的沉积物 化学品放入的地方通常是曝气池、二沉池或回流污泥。 大多数国外污水处理厂采用这种方法。

    三。后处理

    试剂放入二沉池后,可沉淀、絮凝、分离成絮凝物,最后经过滤、分离纯化。 这是目前最好的化学方法,去除率高达95% 荷兰[哈登伯格和卡特伍德市污水处理厂13]都采用了这种方法,除磷效果达到了排放标准。

    四。接触过滤

    该方法与前三种方法串联使用,以确保流出物符合排放标准,不能作为独立的方法使用。

    化学混凝法除磷率约为75%,稳定易操作。 然而,由于添加了化学物质,产生了大量污泥,并且处理很困难。另一方面,它也增加了水处理的成本。

    1.3.2吸附法及其工艺

    吸附法是通过吸附剂与废水中的磷发生化学反应并吸附在吸附剂表面来去除磷 一些天然物质(如石棉、膨润土、蒙脱石等)。)和工业炉渣(如高炉炉渣等。)可以吸附水中的磷酸盐离子。

    这种方法的关键是找到一种高效、经济的吸附剂。 至于天然吸附剂,它主要依赖于其相对较大的表面积,所以它主要是物理吸附。然而,经过改进后,其孔隙率和表面活性可以得到改善,以提高其吸附能力和离子交换能力。此时,化学吸附是主要的[14]

    下表(表1)显示了几种粘土矿物的一些物理化学性质:

    CEC:阳离子交换能力;

    Fec:结晶氧化铁;

    Feo:胶体氧化铁;

    Alc:结晶氧化铝;

    阿洛:胶体氧化铁

    与化学混凝相比,该方法具有污泥量少、设备简单、处理效果稳定的优点 然而,也有一些缺点,如吸附能力低和吸附剂更换成本高[16]

    1.3.3结晶方法及其过程

    目前常用的结晶方法有两种:羟基磷灰石结晶法和磷酸腺苷结晶法

    羟基磷灰石结晶法是向废水中加入钙离子和氢氧根离子,与磷酸盐离子反应生成羟基磷灰石(HAP)[17] 由于酸碱度越高,磷酸钙的溶解度越低,氢氧离子在形成不溶性磷酸钙中起着重要作用(通常需要pH10) 反应式如下:[18]:

    5ca 2++ 3hpo 43-+4oh-→ca5(oh)(po4)3left+3h2o

    一般来说,当氢氧化钙作为沉淀剂时,通常要求其酸碱度在8.5以上,但当其为8.5~10.5 [19时,会发生以下反应:

    5ca 2+++ 3po 43-+oh-→ca5(oh)(po4)3left

    另一种方法是磷酸铵镁结晶技术(MAP,鸟粪石),其工艺基于如下方程式[20]:

    Mg2++PO43-+NH4++6H2O→MgNH4PO4?6H2O↓ (pKs=12.6,25℃)

    目前该工艺含氮磷量过高的废水处理中得到广泛的应用。其工艺流程图如图2所示[21]:

    结晶法相对于化学沉淀法的沉淀速度过慢、固液分离难度高、污泥含水量过高方面有着明显优势,它可以更加方便的处理如今高含磷量的废水,但是此法也存在一定的缺点,它需要控制pH在一个稳定的范围内,然而由于污水通常都具有较强的缓冲能力,导致所需药剂量较大,所以经济效益偏低。

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