水利工程施工過程中的高濃度廢水污染物排放控制技術研究

關鍵詞：水利工程；污染物排放；控制技術；高濃度廢水；工程施工

中圖分類號：X703 文獻標志碼：B

前言

水利工程施工可以有效改善水資源在各區域分布不均衡的問題，然而水利工程施工過程中也面臨著很多從未發生過的問題。很多水利工程涉及的流域比較廣泛，流域兩側遍布著很多工業區和居民生活區，廢水污染物排放到水利工程施工線路中，會擴大水利工程施工的廢水污染范圍。因此，如何對水利工程施工中的高濃度廢水污染物進行排放控制，已經成為生態環境保護領域研究的一項重要課題。活性炭吸附、焚燒、過濾是處理高濃度廢水污染物的有效方式，但是如今，隨著生態環境保護理念逐漸深化，簡單的廢水污染物處理手段已無法滿足污染物排放控制的要求。

彭逸喆等人通過劃分流域水的控制單元，確立了水資源質量保護的目標，以湖南省湘、資、沅、澧四大流域為研究對象，經過調查分析取樣，確定了每一個控制單元的涉鉈污染源位置，根據工業廢水流量，計算了污染物的水環境容量，實現了鉈污染物的排放控制，在該方案下進行了實驗測試，計算出工業廢水鉈污染物的排放量最大值，經過實驗測試，發現該方案是可行的；劉玉春等人以5種水生植物和6種基質為研究對象，開展了污水處理實驗，對水生植物和基質對污水中CODMn、TP、TN的去除效果進行了實驗測試，結果顯示，5種水生植物對廢水中CODMn、TP和TN的去除率分別在59%～85%之間、61%～85%之間和53%～83%之間，其中爐灰渣可以有效去除廢水中的污染物，對廢水中CODMn TP和TN的去除率可以達到71%、69%和74%。

基于以上研究背景，文章對水利工程施工過程中的高濃度廢水污染物排放進行了控制，從而確保水利工程施工過程的環境質量達標。

1實驗部分

1.1實驗材料

為了控制水利工程施工過程中的高濃度廢水污染物排放情況，文章利用NT100活性炭、NT200活性炭和NT300活性炭吸附廢水中的污染物，三種型號的活性炭均由天津貝業永豐炭業有限公司生產。

采用蒸餾水配制含硝基苯溶液，用于模擬水利工程施工過程中的高濃度廢水，量取0.16 mL的硝基苯于容量瓶中，并利用蒸餾水對硝基苯定容到標線，經過溶解之后，硝基苯溶液的濃度為6 000m／L，用于模擬水利工程施工過程中的高濃度廢水樣本。

使用硝基苯作為實驗藥品，該藥品由上海嘉天化學試劑有限公司生產。

1.2實驗儀器

水利工程施工過程中的高濃度廢水污染物排放控制中，用到的儀器設備如下：紫外可見分光光度計，型號為XL583 - ESRLP，上海蘭格科學儀器有限公司；蠕動泵，型號為FEH - 98BUT，江蘇永康恒流泵有限公司；加熱棒，型號為ABJ - 039FB，北京平易電器制品有限公司；數顯多頭磁力恒溫磁力攪拌器，型號為SW-90080，金華市日盛榮華儀器制造有限公司；多功能恒溫水浴振蕩器，型號為GZ-F20-S- 20，河北省科華儀器有限公司；電子天平，型號為PE09 - BS，吉林永發科學儀器有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1測試穿透曲線

在水利工程施工過程中，高濃度廢水污染物排放控制的穿透曲線實驗原理是水樣由進水水箱經過截止閥，并以設定的流速經由真空泵，從活性炭吸附柱的底部流入吸附柱中，利用吸附劑的吸附作用，從活性炭吸附柱的上部出水，流入出水水箱。實驗過程中，定時從活性炭吸附柱的上部出水取樣，測定水樣中硝基苯的濃度，直到流出液的質量濃度不變。

穿透曲線實驗裝置中，活性炭吸附柱的內部直徑為50 mm，高為600 mm，容器內部距離柱底5 cm的位置處安裝一個填料支撐板，支撐板的上面具有45個篩孔，不僅可以對填料起到支撐作用，還可以起到布水均勻的作用。實驗過程中，使用封口膜將活性炭吸附柱的頂部封住，避免硝基苯的揮發對實驗結果產生影響，導致實驗誤差變大。

通過調節真空泵的流量控制旋鈕，對進水流量進行調節，測試水流流速對穿透曲線的影響情況，并使用ABJ-039FB型號加熱棒對進水水箱中的水樣進行加熱處理，當水樣的溫度達到設定溫度之后，測試不同的進水水溫對穿透曲線的影響。

1.3.2吸附動力學及吸附平衡

選擇500 mL的錐形瓶作為實驗容器，確定硝基苯的濃度之后，將其加入到錐形瓶中，在恒溫水浴的環境條件下進行振蕩處理，在不同的時間采集水樣，并測試水樣的濃度。

1.4實驗分析方法

對于水利工程施工過程中的高濃度廢水，紫外區域的有機物具有特征的吸收光譜，根據這一原理，使用XL583-ESRLP型號的紫外分光光度計對廢水中的有機物進行鑒定。

繪制硝基苯標準曲線：

（1）選用7只容積為50 mL的容量瓶作為實驗容器，分別將其加入0 mL、0.2 mL、0.4 mL、0.8 mL、1.2 mL、1.6 mL和2.0 mL濃度為50 mg/L的硝基苯標準溶液，量取一定量的蒸餾水對溶液進行稀釋，分別稀釋到50 mL，稀釋之后的溶液濃度為0 mL/L、0.2 mL/L、0.4 mL/L、0.8 mL/L、1.2 mL/L、1.6 mL/L和2.0 mL/L；

（2）在25℃的室溫條件下，使用蒸餾水作為參比，利用紫外分光光度計和比色皿，在波長為212nm的條件下，測試硝基苯溶液的吸光度作為標準值，通過對水樣中的吸光度進行測定，在硝基苯標準曲線上獲取水利工程施工過程中的高濃度廢水樣品的硝基苯濃度值。

2結果分析

2.1不同類型活性炭的吸附穿透曲線

穿透曲線可以反映出活性炭吸附劑對高濃度廢水污染物的吸附能力，穿透曲線的穿透點越靠后，活性炭吸附劑的吸附性能就越好，因此文章的實驗通過繪制穿透曲線選擇合適的活性炭，利用活性炭的吸附性能，實現水利工程施工過程中的高濃度廢水污染物排放控制。

基于6 000 mg/L的硝基苯廢水樣品，設置活性炭吸附柱的流速為20 mL/min，分別稱取NT100活性炭、NT200活性炭和NT300活性炭各20 g，將其加入到吸附柱內，每隔100 mL進行一次流出液取樣，經過濾、稀釋之后，XL583 - ESRLP型號的紫外分光光度計測定溶液的質量濃度，直到流出液的質量濃度恒定。

將流出液的體積作為自變量，穿透率為因變量，繪制了活性炭穿透曲線，見圖1。

根據圖1的結果可知，活性炭吸附高濃度廢水污染物的初始階段，具有非常好的吸附效果，出水水箱中硝基苯的含量和穿透率基本為0，當流出液的體積達到1000 mL左右時，活性炭對高濃度廢水污染物的吸附達到了穿透點，導致出水水箱中硝基苯的濃度急劇上升，直到飽和。NT100活性炭的穿透點位于最后面，說明硝基苯溶液達到飽和之后，需要的吸附時間最長，可以將其作為去除硝基苯的最佳活性炭。其中NT100活性炭的吸附效率與其內部結構有關，因此，文章選擇NT100活性炭作為高濃度廢水污染物排放控制的吸附劑。

2.2流速對吸附效果的影響

水流速度會影響NT100活性炭的吸附性能，實驗之前，將水流速度設置為10 mL/min、20 mL/min和30 mL/min，硝基苯的初始濃度為6000 mg/L，經過活性炭吸附柱的處理之后，經過濾、稀釋，測試水樣的質量濃度，直到恒定。水流速度對穿透曲線的影響情況見圖2。

從圖2的結果可以看出，采用NT100活性炭吸附時，進水水箱的水流速度越大，穿透點就越會提前，可以有效縮短NT100活性炭達到吸附飽和的時間，不完全的吸附會增大穿透率，當水流速度為10mL/min時，穿透點的位置處于最后面，具有更好的吸附效果，能夠實現高濃度廢水污染物排放控制。

2.3水溫對吸附效果的影響

實驗過程中，設置廢水樣品的溫度分別為10℃、20℃和40℃，將活性炭吸附柱內添加20 gNT100活性炭，進行穿透率實驗，結果見圖3。

根據圖3的結果可知，在不同的水溫條件下，穿透曲線也是不同的，隨著水溫逐漸升高，穿透點逐漸靠前，加快活性炭吸附速率的同時，使得活性炭提前處于飽和狀態，原因是硝基苯在高溫的水環境中溶解度較大，可以快速進入到活性炭的孔隙中，實現高濃度廢水污染物排放控制，因此確定最佳水溫為10℃。

2.4吸附平衡

為了更好地研究高濃度廢水污染物的排放控制效果，文章對活性炭吸附硝基苯廢水樣品進行了吸附平衡測試，獲取硝基苯在NT100活性炭上的吸附平衡參數以及溫度與飽和吸附量之間的關系。

設定NT100活性炭的用量為1g，硝基苯廢水樣品的初始濃度分別為2500 mg/L、3000 mg/L、3500mg/L、4000 mg/L、4500 mg/L、5000 mg/L、5500mg/L和6000 mg/L，在10℃、20℃和40℃的溫度條件下，振蕩處理150 min，測定硝基苯廢水樣品的濃度，平衡吸附量與濃度之間的關系見圖4。

根據圖4的結果可知，活性炭的平衡吸附量與濃度之間呈正相關關系，當硝基苯廢水樣品的濃度低于2500 mg/L時，大大提高了活性炭的吸附量，但是當吸附濃度超過3000 mg/L時，基本達到了吸附平衡，處于吸附飽和狀態。

利用Langmuir方程和Freundlich方程對上述實驗數據進行擬合處理，方程表達式為（1）～（2）：

根據圖5的擬合結果，得到的活性炭吸附平衡的相關參數，見表1。

從表1的結果可以看出，采用Langmuir方程進行擬合時，R2值在0.999 5以上，而采用Freundlich方程進行擬合時，R2最大值只有0.9427，因此，說明使用NT100活性炭的吸附過程符合Langmuir方程，NT100活性炭對硝基苯的吸附屬于單分子層吸附，具有更好的高濃度廢水污染物排放控制效果。

3結語

平衡各省市地區的經濟情況和發展條件可以促進不同地區水資源的均衡化，在水利工程施工中，嚴格控制污染物的排放可以提高水利工程施工過程中生態環境的質量。為有效地控制水利工程建設期間高濃度污水的排放，保證水利工程施工過程中的環境質量滿足要求，研究水利工程施工過程中的高濃度廢水污染物排放控制技術。以硝基苯模擬水利施工過程中的高濃度廢水，分析了水流速度和溫度對滲透曲線的影響，并設計了吸附平衡實驗，對廢水污染進行了治理。實驗結果表明，當水流速度為10mL/min、水溫為10℃時，NT100活性炭的吸附效果最好，吸附了高濃度廢水中的污染物，降低廢水污染的同時，保證了水利工程施工過程中的生態環境質量，對污染物的排放進行了有效控制，實現水利工程施工的可持續發展。