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摘要：释氧剂（Oxygen－ReleasingCompound，ORC）在黑臭水体治理中的应用正日益受到关注，缓释型ORC的投加可改变底泥和水体氧化/还原条件，提高溶解氧水平，对有机物和致黑、致臭物质表现出较好的去除效果，尤其是通过化学沉淀对水体中磷具有良好去除作用，同时，通过底泥的稳定和固化作用抑制底泥中的污染物向水中释放。未来应进一步优化缓释型ORC的制备及使用方式，探索ORC投加对各种物质的转化和归趋影响，促使其在黑臭水体治理中更高效和广泛的使用。
关键词：黑臭水体；释氧剂；修复；去除效能；固化作用
一、ORC及缓释型ORC的制备与效能
1、ORC的种类及其效能局限
利用过氧化物作为释氧剂直接投加或复合固定的形式投入黑臭水体是一种关注较多的方式，所利用的过氧化物常包括：过氧化钙（CaO2）、过氧化镁（MgO2）、过氧化氢（H2O2）和过氧碳酸钠（Na2CO3•H2O2）等。由于过氧化物在水中分解速度较快，作用时间短，且产生的H2O2具一定的消毒作用，直接投加对水环境中的土著微生物生长会产生抑制作用，不利于生物修复。过氧碳酸钠容易分解生成Na2CO3和H2O2，可起到增氧作用，具有便于投加的特点，但是由于其性质极不稳定，对储存和运输条件要求高。
金属过氧化物常温状态不易分解，为固体形态，具有便于储存和投加的特点，此外，由于金属过氧化物的释氧速率比H2O2缓慢，更适用于水体长效修复过程。常用的金属过氧化物主要为CaO2和MgO2，其在水中的释氧过程可分别表述如下：
2MgO2+2H2→O2Mg（OH）2+O2
2CaO2+2H2→O2Ca（OH）2+O2
CaO2+2H2→OCa（OH）2+H2O2
MgO2和CaO2在水溶液中的溶解平衡常数Ksp分别为1.8×10－11和9.8×10－9，由于MgO2溶解度小，使其能够在水体中更持久地释氧。但由于制备条件等限制，MgO2的纯度一般只能达15%～20%到左右，导致同样投加量情况下，MgO2的充氧能力远低于CaO2。
释氧速率是考察ORC效能的重要因素，释氧速率过快会导致水体局部氧过饱和，从而以气泡的形式溢散损失，降低了效果，同时，过快的释氧速率产生的大量Ca（OH）2会引起pH升高，对微生物产生抑制。
2、缓释型ORC的制备与效能
CaO2粉末结构较为松散且比表面积大，在水中快速分解会产生一部分H2O2，一定程度对微生物新陈代谢产生抑制作用。同时，由于纯度所限，原料中包含的以及分解产生的Ca（OH）2会导致水体pH值升高，也会对微生物造成一定影响，对水体修复产生一定负面影响。
将松散结构的释氧剂经固化进行约束以控制释氧速率是减轻以上负面效应和实现长效释氧的可行途径。水体修复中常用的固定化手段主要包括吸附和包埋，通过吸附进行固定化常用载体包括：硅藻土、活性炭、分子筛、陶瓷颗粒、空心玻璃珠等。与吸附固定化方式相比，包埋法主要通过不同包埋载体及包埋方式达到对释氧速率的调控，具有固定化效率高、操作简便、释氧性能稳定的特点，在水体修复方面应用较多。包埋法常用载体包括：聚乙二醇（PEG）、聚乙烯醇（PVA）、琼脂、硅胶、黄原胶等。
二、ORC黑臭水体治理应用
1、ORC对黑臭水体溶解氧及pH的影响
采用ORC清水释氧静态试验结果表明，CaO2直接投加后DO可达6.5～12.0之间，pH可升至11.0～12.5，而不同包埋固定化方法制备的缓释型ORC清水释氧过程中，水的DO可控制稳定在4.1～10之间，清水的pH可至9.5～10.0左右，上升幅度较小。此外，研究表明ORC能够有效提高上覆水的ORP，黑臭水体的ORP从初始的－100mV以下提高到高达213mV，水体状态由还原态转变为氧化态，有利于促进底泥的好氧修复。ORC在实际黑臭水体的释氧过程受底泥、污染物、好氧微生物的新陈代谢作用等因素的影响，在黑臭水体中造成的pH上升幅度小于清水试验，pH多在7.5～9.0之间，这主要是由于底泥中含有大量的腐殖酸等物质以及不同形态的磷，对pH的升高起到抑制。分别研究了ORC材料中加入KH2PO4及电气石矿物材料来中和ORC投加带来的碱度升高，结果表明KH2PO4在投加量为0.9～1.35g/L条件下，可将ORC投加后pH从12左右调至适宜微生物生长的6.5～8.5范围。气石可将酸性或碱性溶液向中性调节，由于电气石为天然矿物质，存在永久性电极，理论上可在较长时间内发挥调节pH效能且不会带入其他污染物。利用CaO2对湖泊水体进行复氧，取得了良好的效果。采用Regenesis公司生产的ORC对模拟黑臭水体处理，投加量为25g/L的条件下，30d内将水中溶解氧有效地维持在10mg/L以上，试验过程中ORC释放氧的有效利用率为10%左右，较普通机械表面曝气氧利用效率高。2.2ORC对黑臭水体中有机污染物去除效果水体COD主要取决于水中有机物含量及好氧微生物降解的影响，而水体中好氧微生物降解效率则受水体DO浓度的影响。ORC释氧导致水体DO上升，充分满足好氧微生物耗氧所需对COD的去除具有有效的促进作用。杨洁的研究表明：在ORC投加量分别为180、270g/m2条件下，其在25d内对COD的去除率分别可达60%、68%，说明ORC投加可使模拟黑臭水体中有机物得到较好的去除。
结束语
投加释氧剂的通过提高黑臭水体上覆水和底泥溶解氧水平，可解决水体缺氧带来的致黑、致臭以及有机物生物降解能力较低等问题，同时，由于氧化－还原条件的变化，也会引起水体中氮、磷和其他元素的形态转化和归趋，固定化缓释型ORC在黑臭水体的治理方面表现出良好的效果和应用前景。研究和应用表明缓释型ORC一方面能够通过提高上覆水溶解氧和pH，促进有机物及营养物质等污染物的去除，也能通过化学沉淀对水体中磷起到良好去除作用，促进水生态系统恢复。另一方面，ORC的投加可对沉积底泥中的磷起到固定作用，并通过底泥的稳定和固化作用抑制底泥中的污染物向水中释放，此外，通过ORC投加改变了底泥和底层水附近氧化/还原条件，对于硫化氢和金属硫化物等致黑臭物质具有抑制作用。
参考文献：
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