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富营养化河道湖泊究竟该怎么除磷

作者:欧保环境发表时间:2023-03-18浏览量:1503

富营养化河道湖泊究竟该怎么除磷


  

生命周期理论认为,含氮和含磷的化合物过多排入水体,破坏了原有的生态平衡,引起藻类大量繁殖,过多的消耗水中的氧,使鱼类、浮游生物缺氧死亡它们的尸体腐烂又造成水质污染。水体富营养化的发生主要是因为N、P等营养盐含量超过了水体本身的白净能力,加上缓慢的水流流态和适宜的温度及光照条件等。由于水流流态和局部水域的气候条件目前尚无力通过人工措施予以调节,而只能通过降低水体中的营养盐浓度来控制富营养化的发生。

自然条件下,氮、磷等元素在水圈、大气圈、岩石圈中保持着平衡状态。大气中的氮没有有效进入水体的方式、岩石圈中的各类磷矿也难以向水圈渗透。但人类的存在打破了这一平衡。


锁磷剂 


磷是生命的必须元素,自然界中的磷主要来源于磷酸盐矿、动物粪便以及化石等天然磷酸盐沉积物中。自然界的磷循环只是一个单向流动过程,由于矿山开采、土地开发,储藏在地球表面的磷通过雨水或者食物链进入水循环中(生活污水磷含量(3~15mg/L左右,其中70%是可溶性的),使水体中的磷负荷增加。在生物圈内,磷主要以三种状态存在,即以可溶解状态存在于水溶液中;在生物体内与大分子结合;不溶解的磷酸盐大部分存在于沉积物内。

 

OECD(国际经济合作与发展组织)的研究结果表明,80%的湖泊富营养化是受磷元素的制约,大约 10%的湖泊与氮元素有关,余下的 10%的湖泊与其他因素有关。水体富营养化绝大部分与磷的超标有关系。除磷控磷是解决水体富营养化较直接而有效的手段。

2016年,瑞士出台政策强制从污水/污泥、动物粪尿、动物骨粉中回收磷,并以此作为磷肥的生产原料,使之再次进入土地,用作作物肥料,形成了一个磷元素封闭循环系统。

除磷剂 


目前除磷的方法有多种,主要包括有生物除磷方法、物理除磷和化学除磷方法。具体选择哪种方法更好,则要看具体需要治理的水生态环境情况。

(一)生物除磷,分为生长吸附型除磷和絮凝沉淀型除磷

①生长吸附型除磷,主要用于污水处理,是利用聚磷菌,在厌氧状态释放磷,在好氧状态从外部摄取磷,并将其以聚合形态储藏在体内,形成高磷污泥,排出系统,达到从废水中除磷的效果。

②絮凝沉淀型除磷,主要用在地表水处理,在水体磷循环中微生物使水中的溶解态磷被悬浮颗粒吸附形成颗粒态磷,经凝絮作用转为沉淀,为去除水体中富集的磷元素提供有力帮助,有效地降低水体总磷含量。具有生物絮凝作用的微生物也可用于除磷,主要有芽孢杆菌、不动杆菌、专性厌氧的脱硫弧菌、假单孢菌、产碱杆菌、黄杆菌、无色杆菌、微球菌、动胶菌等。

絮凝沉淀型除磷的技术核心是创造微生物适宜的生存环境和稳定的附着条件,传统的直接泼洒方式,不但生物制剂用量大,而且微生存活时间很短,效果很不明显。


生物巢填料.jpg 


采用KELPBIO立体生境填料(生物巢型生物填料),不但为微生物提供量良好栖息地,而且让微生物与水体有一个充分接触的过程。值得一提的是设置立体生境填料的水域即使不添加外源除磷菌,可以自然繁殖微生物,起到良好的脱氮除磷效果。

 

立体生境填料.jpg 


(二)物理除磷,主要是以物料转移方式,消除水体底部的沉积磷。

一般来说,河道湖泊沉积物粒径越小,颗粒比表面积就越大,对磷的吸附力就越强。我国富营养化的河道湖泊底泥含磷量在0.3~3.0g/kg,这些沉积磷一直与上覆水进行着动态转移,适宜情况下会大量释放,提高上层水的磷含量。清淤是一种直观有效的转移磷的方式。一般土壤有效磷含量10-150mg/kg,条件允许可以直接还田,实现磷的资源化利用。


清淤  

 

(三)化学除磷

当然化学除磷的方法要更方便简单,也是较常用到的除磷方法之一。在污染的水域常存在磷含量超标的问题,化学除磷的方法可以把有机磷给有效结合起来进行沉降与凝析。但由于富营养化水体成分复杂,共存干扰组分,尤其是碳酸根、有机酸等组分能够与磷酸根竞争钙镁离子,所以工艺也不是那么容易实施的。化学除磷分为临时性除磷永固性除磷两种方式。


临时性除磷,一般是使用化学絮凝剂,PAC(聚合氯化铝)、SPFS(聚合硫酸铁)、石灰等。这些药剂具有快速高效的特点。应为是化学絮凝剂,能快速使水变清,从感官和效果上都比较理想。

但在使用过程中暴露出很多问题,有的地区明确禁止使用。

①是通过化学絮凝剂沉淀的磷和化学反应产生的难溶磷酸盐都有一个特点,会二次释放出游离态的磷,一年的释放量达30%以上。

②为了有效除磷、达到磷酸盐沉淀的条件,必须向含磷水中投加过量的金属离子类沉淀剂,投加量低很容易形成悬浮的胶体物。因此为了达到预期效果污泥的产量比较大,在河床上形成一个泥水隔离层,影响到底栖动物活性,甚至改变水体底层生态。


撒药治污.jpg


中央生态环境保护督察组"回头看"期间曝光的典型案例(1)贵州省贵阳市及开阳县对洋水河流域总磷污染治理,每年投入2600万元在其上游安装撒药装置,通过直接添加絮凝剂的方式降低总磷浓度,污染物实际上仍留在河道中。(2)安徽省铜陵市荷花塘大面积抛洒絮凝剂等进行“撒药治污”。(3)四川省德阳市中江县更是以应急治理代替常规治理,在水质断面上游“撒药治污”,弄虚作假干扰水质监测。撒药的结果,是一时河水清冽,环境宜人,然而由于从根本上未对生态进行实质性修复 

③采用絮凝剂聚合硫酸铁除磷,释放到水中的铁离子会影响水体微生物的繁殖,降低水体的自净功能。

 

永固性除磷,是采取螯合反应方式实现磷酸根与络合体形成稳定结构,一般情况下不会二次释放出活性磷,通常这种药剂也叫锁磷剂。常见的锁磷剂有澳洲PHOSLOCK锁磷剂(粉剂),美国SAEP锁磷剂(水剂,含铁)、国内产有类似PHOSLOCK锁磷剂(粉剂,含铁,且会释放游离镧和铁)。

Phoslock锁磷剂诞生于澳大利亚,由联邦科学与工业研究组织(CSIRO)于上世纪90年代研发成功。Phoslock锁磷剂的通用名称为镧改性膨润土(LMB),由稀土镧与膨润土为原料通过特殊的生产工艺制备而成。将Phoslock锁磷剂与水混合形成的悬浊液均匀喷洒至水体表面Phoslock锁磷剂颗粒在下沉过程中,捕获并螯合水体中无机磷,实现水体除磷。


锁磷剂 


Phoslock®锁磷剂符合NSF\ANSI 60标准,在北美及欧洲可应用于饮用水源地及饮用水厂,目前该产品已经通过多国环境机构的权威认证与评估。在水体适宜的情况下,Phoslock锁磷剂可将磷酸盐降至0.01mg/L,甚至检测限以下。与此同时,该产品的应用条件不受温度、溶氧等水体条件影响,形成稳定的磷酸镧沉淀,永固锁定,无二次污染。


锁磷剂.jpg 


不论采用絮凝剂还是锁磷剂,相应的成本都还是比较高的。笔者认为磷的去除要从源头减量着手,选择性资源化利用为辅,在河道湖泊治理工艺提高水生态系统的比例。通过30多个工程案例验证(农田尾水、水产养殖排水),这种方式是可行的,经济有效的,并可为养殖业提供青储饲料,但也会受到区域和季节限制,如果有足够的闲置空间,这是一种很好的磷资源化利用方式。

 

 除磷.jpg


磷是植物生长三要素之一,但在三要素中吸收利用率最低,作物生育过程中施入土壤的磷肥当季有效利用率介于10-25%,这意味着约80%磷肥都不能被吸收利用。磷在不断的开采用应,磷的综合利用以及富营养化防治注定是一个持久性课题。


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