硝酸钙在水环境治理中的

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1、硝酸钙在水环境治理中的作用机理及应用现状 宗栋良 王丽 常爱敏摘 要受污染底泥的修复已经成为水环境整治中的重要组成部分，在底泥中注入硝酸钙则是近十多年来发展起来的一种污染底泥原位处理技术。本文全面分析了硝酸钙在水环境治理中消除水体黑臭现象、去除有机物以及抑制磷的释放的机理，并介绍了这一技术在国内外的研究和应用状况。关键词 硝酸钙  底泥 作用机理 应用现状   1、前言   近年来深圳加大了对观澜河、龙岗河、坪山河、深圳河等主要河流以及深圳、西丽等主要水库的整治力度，水环境正逐步得到改善，但仍然存在一些问题，如深圳河的污染问题至今未

2、有较大的进展，河水黑臭现象严重。市政府制定了《珠江流域（深圳）水环境综合整治实施方案》，提出力争用3年时间，使深圳河水系达到不黑不臭的程度。由于深圳市的河流普遍缺乏清洁水源供给，并且污水处理的广度和深度仍有待完善，实现这一目标，难度仍然很大。有专家提出了一些方案，例如从大鹏湾引海水冲刷深圳河。该法有可能在短期内就能显著改善污染现状，但从长期来看，除可能对生态环境造成一些影响外，尚有其他不足：（1）目前深圳控制外源性污染的力度还待加强，许多污水未经处理就排放入水体，这会导致河流水质的重新恶化；（2）引水冲刷不能从本质上控制河流底泥污染

3、，即内源污染。河流以及水库底泥中积累了大量的有机污染、重金属、氮磷等污染物，其含量往往比背景值高几个数量级。而底泥与上覆水体之间不断进行着物质交换，底泥中的污染物会被重新释放出来，从而引起或者加剧水体的恶化，成为水体的内源污染。 如何改善水体水质，目前国内外已经发展了物理、化学、生物等多种技术，向底泥中注入硝酸钙溶液即为其中应用较多、效果较好且见效较快的技术之一。本文主要分析和介绍该技术的作用机理和应用状况。 2、硝酸钙的作用机理   底泥中有机物的溶出会导致水中溶解氧的下降，氮磷的释放会造成水体的富营养化，底泥中的微生物在缺氧情况

4、下分解有机物会产生硫化氢臭气问题。因此，受污染底泥会严重影响到上覆水体的水质，底泥处理已成为水环境治理中的重要组成部分。而在底泥中注入硝酸钙，则对水环境中有机物、磷和硫化物均有降解或抑制作用，并且不容易影响水体生物，效果更加持久。其作用机理分析如下：   2.1去除黑臭现象水体发黑主要与吸附了FeS的带负电荷胶体悬浮颗粒有关，且腐殖质是吸附构成络合物的主要组成。含硫、氮等有机物降解时逸出的NH3、H2S等能使水体发黑变臭。而硫化物的产生主要源于硫酸盐。硫酸盐在水中含量较大，尤其是水体受到工业污染之后。缺氧环境下,底泥微生物利用硫酸根

5、离子作为电子受体，产生H2S，最终散发到大气中。用方程式表示为：采用硝酸钙去除黑臭现象的主要机理在于不同电子受体参与生物降解反应所需氧化还原电位的不同。一般微生物作用的电子受体为氧、硝酸盐、硫酸盐和碳，各自氧化还原电位的大小次序及半反应式见图1。图1不同电子受体参与生物降解过程的次序微生物倾向于以氧化还原电位的大小来选择电子受体，以求在分解过程中获得最高能量。即在氧消耗后，硝酸盐就成为电子受体；硝酸盐耗尽后，则利用硫酸盐。因此当底泥中注入硝酸钙后，底泥中的微生物就不会利用硫酸盐去分解有机物，因此也不会产生硫化氢气体，只产生无臭的氮气

6、和二氧化碳。其反应式可以表示为：       硝酸盐除可以抑制硫化氢的产生外，由于其氧化值比硫酸盐高，因此在理论上能将底泥中的酸性挥发硫转变成硫酸盐。酸性挥发硫是底泥中的活动硫部分，可重复被氧化还原，在控制底泥孔隙水重金属浓度和底泥重金属生物可给性方面扮演着重要的角色，尤其是富硫底泥。这是因为在还原性底泥中，元素硫主要以S2-的形式存在。绝大多数重金属可与S2-形成难溶沉淀物，如CuS、PbS、ZnS、FeS等，从而使生物难以吸收利用。当底泥中注入硝酸钙后，其中的硝酸盐将S2-被氧化为SO42-，释放出束缚的重金属，底泥孔隙水溶解的

7、重金属浓度增大，重金属的生物可利用性提高。因此，硝酸钙氧化S2-，不仅可以进一步削减难闻气体和致黑物质的产生，而且可以提高重金属的生物可利用性。   2.2氧化有机物底泥中有机物范围广泛，经调查发现，底泥中广泛存在的有机污染物主要包括:多环芳烃（PAHs）、杀虫剂（如DDT）、氯代烃（如多氯联苯PCBs）、单环芳烃（苯及其衍生物）及邻苯二甲酸脂等。  注入硝酸钙后，底泥中脱氮微生物的活性得到提高，在将NO3-转化为N2的过程中，同时降解了有机物。以葡萄糖有机分子为例，反应如下：     （1） （2）由方程式（1）、（2）可知，微生

8、物以硝酸盐为电子受体，对有机碳源（电子供体）进行氧化，有机物被分解为CO2和N2。硝酸钙的这种氧化作用和氧气作为氧化剂相比，两者所提供的能量相当，但液体状态的硝酸钙比氧气更容易渗透至底泥内层，因此氧化效果更好。硝酸钙氧化有机物的效果随