石蠟作為碳源在地表水中的釋放情況

高欣東1, 馮婧微1 葉 春 李春華 魏偉偉 王 昊

(1.沈陽化工大學 遼寧 沈陽 110142；2.中國環(huán)境科學研究院 北京 100012)

一、前言

工業(yè)的不斷發(fā)展，為環(huán)境也帶來了影響，水污染問題愈發(fā)的嚴重，造成可利用的水資源的短缺，當水污染中存在大量的氮和磷元素時，會引起藻類以及其他浮游生物迅速繁殖，在水面形成一層“綠色浮渣”，導致水無法從空氣中獲取氧分，使水中含氧量下降，魚類以及其他水生物大量死亡。當水體中含氧量過低時，使厭氧生物得到大量繁殖，而厭氧生物活動會分泌硫化氫等氣體，而這些氣體具有臭味和毒性，會使水體徹底失去利用價值[1]。

目前對于廢水脫氮的處理技術(shù)主要有：物理化學脫氮處理技術(shù)、化學脫氮處理技術(shù)和生物脫氮處理技術(shù)三大類[2]。使用物理化學法進行脫氮的效果較差通常只能去除污水中的NH3-N；化學脫氮通常將其在催化劑的作用下進行氧化，成本高并且易造成二次污染；而生物法去除氨氮是通過有機氮在厭氧情況下被氨化成氨氮，生成的氨氮在好氧條件下被硝化細菌硝化成硝態(tài)氮，硝態(tài)氮在缺氧條件下被反硝化成氮氣排出的原理[3]。但是在生物脫氮技術(shù)的過程中，反硝化作用由于可利用的有機碳較少，阻礙了反硝化作用的進行，通過投加碳源，碳源釋放有機碳，硝態(tài)氮作為電子受體，將硝態(tài)氮逐步還原為氮氣。常用的碳源有植物纖維素[4-7]，生物可降解聚合物[8-10]和甲醇、乙醇類液體[11-12]。

二、實驗材料

(一)實驗材料

將淀粉、蔗糖和石蠟用電爐加熱融化冷卻后，切成5mm×5mm×5mm左右的顆粒。實驗所用地表水來自于無錫梁塘河，其理化特征:TN質(zhì)量濃度為2.766mg/L，TP質(zhì)量濃度為0.2966mg/L，COD濃度為10.88mg/L。靜態(tài)實驗反應器采用3L的燒杯，投入顆粒的質(zhì)量為0.3g，瓶口用聚乙烯膜包圍著，防止水分蒸發(fā)速度過快，防止異物進入水體。

(二)實驗分析方法

總氮(TN)和總磷(TP)分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法和過硫酸鉀消解鉬銻抗分光光度法檢測。

三、實驗結(jié)果分析

(一)水體中總氮釋放情況

實驗水體中總氮含量的變化直接關(guān)系到所造填料顆粒的效果，從圖一中可以看出所造填料顆粒對放入水體中對總氮的去除具有一定的效果。具體效果如圖一所示。

如圖一所示，放入這三種碳源顆粒的實驗水體中總氮的含量都呈逐漸降低的趨勢，但是去除率較小。其中在第四天的時候10%淀粉+90%石蠟顆粒和10%淀粉+10%蔗糖+80%石蠟的實驗水體中總氮都呈現(xiàn)了增加的趨勢，20%淀粉+80%石蠟顆粒實驗水體中總氮一直呈現(xiàn)出降低的趨勢，去除效果最好。

圖一 水體中總氮的含量變化情況

圖二 水體中總磷的含量變化情況

(二)水體中總磷釋放情況

水體總磷含量的變化與總氮含量的變化彼此相關(guān)，通過對放入以石蠟為骨料所造的碳源顆粒的實驗水體中總磷的監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)所造碳源填料對水體中的總磷是有影響的，具體影響如圖二所示。

如圖二所示，這三種所造顆粒的實驗水體中總磷的變化趨勢大致相同，都呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢。相比來看放入10%淀粉+90%石蠟顆粒和20%淀粉+80%石蠟顆粒的實驗水體中總磷的變化趨勢相似，具有相對好的除磷效果，從第一天到第四天實驗水體中總磷逐漸降低，磷被去除。在第五天時總磷含量升高，進行了釋磷，隨后降低最后趨于平穩(wěn)。而放入10%淀粉+10%蔗糖+80%石蠟顆粒的實驗水體的總磷含量一直呈現(xiàn)出下降的趨勢，與另兩種顆粒相比效果較差。

四、結(jié)論與展望

以石蠟為骨料的碳源顆粒中，發(fā)現(xiàn)10%10%的顆粒總磷的去除效果較好，對于20%的顆粒，總磷的去除速度相對于居中，但是總氮的去除速率較高。

在制作石蠟碳源的過程中，由于其熔點較低，與其他生物可降解聚合物相比較，其制作成本較低，節(jié)約能源，但其密度過低，投入說中后會有部分漂浮在水面上，對于后續(xù)的研究提出建議：①將石蠟與其它物質(zhì)相結(jié)合，提高密度，使其不會漂浮在水面②探索不同的制作方法，是否可以制作出效果更佳的碳源顆粒。