蠡河水环境质量评价及水体脱氮研究

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蠡河是太湖北部贡湖饮用水源地主要的入湖河流之一,其水质情况和水环境质量直接影响无锡市供水安全,在太湖富营养化治理中也尤为关键。因此本研究着眼于对蠡河水质进行调查分析,采用水质单因子指数评价法和综合指数评价法,结合浮游植物的多样性指数和污生指数等指标对蠡河水环境质量状况进行评价。同时,针对蠡河的主要污染因子,研究了改性麦饭石对氮磷的去除,分别采用加热、羟基铝柱撑和稀土镧对天然麦饭石进行改性,以模拟河水为处理对象进行改性麦饭石脱氮除磷实验研究。考察了麦饭石粒径、投加量、pH值以及反应时间等因素对其吸附性能的影响,比较了麦饭石改性前后吸附等温线及在实际河水中的脱氮除磷效果。同时,通过BET、SEM、XRD和FT-IR等手段研究了改性对麦饭石结构的影响,探讨麦饭石的改性机理。(1)蠡河TN含量年变化范围为0.84~6.84mg/L,NH3-N含量年变化范围为0.15~1.56mg/L,TP在0.03~0.70mg/L之间变动。经鉴定蠡河浮游植物共8门51种;其中,以绿藻门的种类数最多,共26种,占总种数的50.98%;其次是硅藻门9种,占17.65%;蓝藻门5种,占9.80%。蠡河浮游植物优势种共4门7种,为蓝藻门的微囊藻,绿藻门的星芒衣藻、丝藻、小球藻,硅藻门的小环藻和隐藻门的啮蚀隐藻、尖尾蓝隐藻。结合Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数、Pielou均匀度指数和污生指数对蠡河水质状况进行综合评价,Shannon多样性指数、Margalef丰富度指数和Pielou均匀度指数显示出明显的季节变化规律,其年平均值分别是1.81、1.55、0.51;污生指数年平均值为2.44。总体上,小溪港水质污染状况为中污染。综合指数评价法显示的水质指数和单因子指数法评价出的水质类别一致。从综合指数法首要污染因子结果看出,首要污染因子全部为TN,反映了TN是影响蠡河水质类别的主要因子。单因子指数和综合指数评价法显示的水质评价结果支持生物指标评价法评价结果,表明蠡河水质处于被污染状态。(2)不同改性方法都能使麦饭石去除氮磷能力显著提高,对氨氮、总氮和总磷吸附效果最好的是镧改性麦饭石,其次为柱撑改性麦饭石和热改性麦饭石。25℃,pH值为8,麦饭石粒径为200目,投加量为15g/L,反应时间为60min条件下,镧改性麦饭石的氨氮、总氮和总磷去除率最高,分别达到89%、85%和75%左右。镧改性麦饭石对氨氮和总磷的吸附过程均符合Langmuir吸附等温线模型。麦饭石经镧改性后,对氨氮的最大吸附量由0.912mg/g增至1.623mg/g,对总磷的的最大吸附量由0.313mg/g增至0.524mg/g。在最佳实验条件下,以实际蠡河河水为处理对象进行改性麦饭石脱氮除磷实验研究,经稀土镧改性麦饭石处理后蠡河水体中氨氮浓度可以达到地表水环境质量标准的Ⅱ类标准,总氮和总磷浓度则均可达到Ⅲ类标准,水质情况得到了显著改善。(3)采用BET、SEM、XRD和FT-IR对改性前后麦饭石结构进行研究,结果表明,麦饭石经改性后,比表面积均有所增大。其中,镧改性麦饭石比表面积最大,较酸活化麦饭石增大了44.6%,其次为柱撑改性麦饭石,比表面积增大了36.0%。从SEM图谱看出,经改性后麦饭石的表面变得粗糙疏松、开裂,孔道分布较均匀,小晶粒数量增加。由XRD图谱得出,改性后麦饭石特征峰位置没有变化,没有新发的晶相出现,表明麦饭石经改性后没有破坏其骨架结构。酸活化麦饭石的d(001)为1.468nm,热改性麦饭石的d(001)为1.467nm,柱撑改性麦饭石的d(001)为1.532nm,稀土改性麦饭石的d(001)为1.434nm。麦饭石改性前后FT-IR光谱峰基本一致,改性后麦饭石的特征峰大体上与改性前相同,进一步说明改性过程并没有使麦饭石的基本骨架发生明显变化。而稀土改性麦饭石在727cm-1出现了新的吸收峰,属于羟基铝阳离子Al O伸缩振动,表明羟基铝阳离子已经插入到麦饭石层间空隙中。研究结果表明,蠡河水质首要污染因子为TN,蠡河水质处于中度污染。不同改性方法都能显著提高麦饭石去除氮磷的能力,经稀土镧改性麦饭石可以使蠡河水中氨氮浓度达到Ⅱ类地表水环境质量标准,总氮和总磷可达III类地表水环境质量标准。
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