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曝气充氧技术在我国城市中小河道污染治理中的应用.pdf

来源：花匠小妙招时间：2024-11-05 06:24

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文档简介

2 0 0 7 n o 2 is s n 1 6 7 2 9 0 6 4 c n 3 5 1 2 7 2 t k 能源与环境 1 4 自然状况下河流具有一定的自净能力水体中的溶解氧足以满足自净过程中微生物分解有机物需要的氧量但是当水体受到严重污染或重复污染后过量的有机物排入水中大气复氧不能及时补充消耗的溶解氧溶解氧含量大幅降低出现缺氧或无氧的河段威胁好氧生物的生存另外水体中溶解氧消失导致厌氧细菌繁殖形成厌氧分解产生甲烷硫化氢等气体影响水体感官此时必须采取必要的措施以改善水质例如截污治污引水冲淤底泥疏浚等而向河水进行人工曝气充氧由于投资少见效快无二次污染成为国内外在河道治理中普遍使用的手段 1曝气充氧技术的作用曝气充氧技术综合了曝气氧化塘和氧化渠的原理在河道治理中的作用主要体现在以下几个方面 1 加速水体复氧过程使水体的自净过程始终处于好氧状态提高好氧微生物的活力同时在河底沉积物表层形成一个以兼氧菌为主的环境且具备了好氧菌群生长的潜能从而能够在较短的时间内降解水体中的有机污染物美国h o m e w o o d运河曝气结果证明即使很小的曝气装置也能使水体的溶解氧和生物量增加 1 2 充入的溶解氧可以迅速氧化有机物厌氧降解时产生的h 2s 甲硫醇及f e s等致黑致臭物质有效改善水体的黑臭状况美国圣克鲁斯港曝气研究显示曝气后的h 2s浓度只是曝气前的1 2 1 3 而且随着曝气的进行 h 2s存在时间从超过4 0 d减少到不超过2 0 d 2 3 增强河道水体的紊动有利于氧的传递扩散以及液体的混合一项关于曝气过程中水力学影响的研究表明 3 h p 的曝气机造成的水流在离装置3 5 m远处可以测量到并且对染料的目视观测显示水流运行可以持续到大约1 0 0 m远 2 4 可以减缓底泥释放磷的速度 3 2曝气充氧技术在国内外的应用实例从上世纪五六十年代起国外一些国家就开始将曝气充氧技术应用到河道治理工程之中德国的e m s c h e r河 f u l d a河英国的泰晤士河美国的圣克鲁斯港 h o m e w o o d运河澳大利亚的斯旺河等采用了不同的曝气设备都收到了良好的效果在我国北京重庆和上海等地的一些中小河道治理中也使用过河道曝气技术 4 上海佛欣爱建河道治理有限公司运用f o x i n多功能水质净化船对张家浜进行了大面积大幅度的地毯式曝气复氧仅用了4 5 d就基本上消除了河道的黑臭并在1 a内保证其水质达到景观水的目标 5 3我国城市中小河道的特点 3 1水系特征我国城市区域特别是南方地区水系比较发达大小河流纵横交错中小河道一般长度较短河面较窄水深较浅但是数量繁多例如上海市河道总长3 2 0 0 0多k m 市区内有中小河道3 7 0条长2 9 0 k m 这些中小河道在水系的贯通水的循环等方面有着重要的意义然而在城市化进程中原来相互沟通的河网逐步被分隔有些小河道成了断头河活水变成了死水 3 2水力特征城市地区地势平坦河道上下游的落差比较小河流流速缓慢长期以来为了防汛灌溉的需要河道上建有许多闸门并长期处于关闭状态更加阻止了河水的流动此外一些感潮河流如上海市黄浦江水系在涨潮的顶托影响下也会出现排水不畅的现象 3 3水环境污染状况我国城市中小河道有史以来担负着排洪抗旱航运交通等重要任务但是随着工业的发展和人民生活水平的提高大量污染物被排放到河道之中水体受到严重污染相当数量的河道发黑发臭有的甚至被垃圾填埋虽然这些问题也引起了人们的重视采取了相关的措施但是目前的状况仍不容乐观据调查显示我国河道普遍为有机污染污染因子环保技术曝气充氧技术在我国城市中小河道污染治理中的应用东华大学环境科学与工程学院上海2 0 1 6 2 0 李伟杰汪永辉摘要根据曝气充氧改善河道水质的理论依据和城市中小河道的特点分析曝气充氧技术应用于我国城市中小河道污染治理的必要性和可行性从河道需氧量的计算曝气设备充氧量及容量的确定曝气设备的选型和提高河道曝气处理效果的措施4个方面论述了曝气充氧技术的应用方法该技术具有广阔的前景工程实践时要重视环境效益经济效益和社会效益的统一关键词曝气充氧城市中小河道污染治理中图分类号 x 1 6文献标识码 a 文章编号 1 6 7 2 9 0 6 4 2 0 0 7 0 2 0 0 3 6 0 3 作者简介李伟杰 1 9 8 1 女硕士研究生研究方向为城市水环境治理 3 6 2 0 0 7 n o 2 is s n 1 6 7 2 9 0 6 4 c n 3 5 1 2 7 2 t k 能源与环境主要有c o d b o d 5 氨氮溶解氧等 3 4污染源特征城市中小河道的污染源主要有生活污水和工业废水未经处理或者处理未达标就直接排放到河流中沿河有外来人员搭建的简易住房其生活污水生活垃圾甚至粪便直接倾倒入河经雨污合流管道输送的污水在雨季当水量超过管道的承载能力时雨污混合污水直接排入附近河道综上可见我国城市中小河道的水环境污染比较严重而且水流紊动性小氧的传递和扩散速率慢河水的自净过程非常缓慢所以仅仅依靠天然的大气复氧很难有效地改善水质必须依靠曝气充氧技术进行人工强化复氧 4曝气充氧技术的应用 4 1水体需氧量的计算曝气设备的选型和充氧方式的确定是影响河道曝气效果的关键因素要进行设备选型首先要确定水体的需氧量进而根据设备的充氧动力效率确定设备充氧量需氧量主要取决于水体的类型水体目前的水质以及河道治理的预期目标计算方法主要有 1 组合推流式反应器模型 6 该模型是将河道看成多个推流式反应器的串联组合利用现有的水质水力资料对相应边界条件进行合理的简化和假设并综合多种耗氧和复氧作用建立起来的其假设条件有各污染源只是在各反应器首端集中进入入流污染源的水质水量不随时间变化入流污染源与反应器进水立即混合均匀此种方法是每段反应器中各项耗氧量和复氧量的简单代数和是一种近似的计算方法将河道分成尽量多的河段可提高计算精度 2 箱式模型 7 对于面积较小水深较浅且外界输入污染负荷较小的小型静止水体如公园和居住小区的景观湖或者池塘滞留型的小河道等可以采用基于一级反应的箱式模型该模型一般只考虑有机物生化耗氧与大气复氧的作用若水体污染严重长期处于黑臭状态还需要考虑还原性物质和底泥耗氧作用 3 耗氧特性曲线法在缺乏可靠的水质模型和污染源资料不足的情况下可利用实验室试验确定河道水体和底泥的耗氧特性曲线耗氧特性曲线是建立在单位水体溶解氧消耗量与时间关系的二维坐标曲线描述了水体中各特定耗氧阶段的物质耗氧过程细节包括其开始时间阶段历时阶段耗氧量是否存在抑制现象等 8 根据设计目标和各阶段耗氧量可以估算总耗氧量这种方法适用于没有外源污染物输入的静止水体对于流动性较强的河流可将河道分段并对各段水体分别进行试验以相应的耗氧曲线来计算耗氧量 4 2曝气设备充氧量以及设备容量的确定水体的需氧量和设备的充氧量是不相等的曝气设备标称的充氧动力效率均是通过清水试验获得的但是污染水体和清水水质不同曝气设备在污水水体中的氧转移速率也有很大不同因此在计算充氧量时需要进行适当的校正机械曝气设备的主要技术参数是动力效率以k g o 2 k w h 计根据校正计算得到的氧转移速率与设备的动力效率可以确定设备的总功率和数量鼓风曝气设备的设备容量可参考污水处理工程设计手册中的相关内容进行计算 4 3曝气设备的选型根据需曝气河道水质改善的要求如消除黑臭改善水质恢复生态环境河道条件包括水深流速河道断面形状周边环境等河段功能要求如航运功能景观功能等污染源特征如长期污染负荷冲击污染负荷等的不同河道曝气一般采用固定式充氧站和移动充氧平台两种形式固定式充氧站主要分为鼓风曝气纯氧曝气和机械曝气3种形式移动式充氧平台是在不影响航运的基础上在需要曝气的河段设置可以自由移动的曝气增氧设施主要用于在紧急情况下对局部河段实施有目的的复氧目前使用最多的是曝气船各种河道曝气充氧设备的特性见表1 4 7 1 0 对于城市中小河道一般水体较浅水面较窄没有航运要求往往适合采用机械曝气的形式值得注意的是不同的机械曝气设备也可能会产生不同的治理效果李开明等利用叶轮式水车式射流式3种不同曝气方式的曝气设备在广州市朝阳涌进行了黑臭河道曝气试验结果表明不论是增氧能力还是污染物去除效果水车式曝气机均优于另外两种设备 9 此外曝气设备的选择还需要考虑如何消除曝气产生的泡沫与周围环境相协调等因素 5提高河道曝气处理效果的措施 1 投加生物制剂在河道污染的环境中土著微生物的生长受到限制代谢活性不高因此在充氧的同时可以投加一些外源微生物例如光合细菌它在厌氧光照和好氧黑暗条件下都能以有机物为基质进行代谢和生长对有机物有很强的降解转化能力还可以投加一些生物促进剂促使水体土著微生物的生长繁殖 2 种植水生植物根据天气气候情况水生植物的适应力河道水质情况及河床结构在岸边种植一些挺水植物或者利用浮岛在水面种植花卉常见的品种有美人蕉再力花菖蒲等这些水生植物可以吸收有机物还可以刺激根区微生物的活性和生物转化作用能够有效阻隔由于曝气造成的泡沫解决曝气带来的景观问题而且本身又可成为水上的美丽景观 3 生物膜技术 1 0 在曝气设备周围设置优选的填料通过接种活性污泥的方法使填料上附着大量微生物这种河道曝气生物膜原位净化技术适用于没有航运需求的河道环保技术 3 7 2 0 0 7 n o 2 is s n 1 6 7 2 9 0 6 4 c n 3 5 1 2 7 2 t k 能源与环境叶轮易被堵塞缠绕影响航运会在水面形成泡沫影响水体美观曝气设备类型表1各种河道曝气充氧设备的特性比较组成优点缺点适用范围工程实例鼓风机微孔布气管曝气系统鼓风机微孔布气管布气管安装工程量大维修困难对航运有一定的影响鼓风机房占地面积大投资大运行噪声较大影响周围居民的生活氧转移速率较高郊区不通航河道上海市徐汇区上澳塘河道曝气系统纯氧微孔布气管曝气系统氧源微孔布气管对航运有一定的影响不需建造专门的构筑物占地面积小系统无动力装置运行费用小运行可靠无噪声安装方便不易堵塞氧转移率高不通航河道德国e m s h e r河液氧微孔布气管曝气系统纯氧混流增氧系统氧源水泵混流器喷射器氧转移率高可安置在河床近岸处对航运的影响较小既可用于固定式充氧站也可用于移动式水上充氧平台英国t h a m e s河德国s a a r河澳大利亚s w a nr i v e r 苏州河曝气船叶轮吸气推流式曝气器电动机传动轴进气通道叶轮安装方便调整灵活漂浮在水面受水位影响小基本不占地维修简单方便不通航河道韩国s u y o n江河口釜山港湾北京清河河道水下射流曝气设备潜水泵水射器安装方便基本不占地不通航河道维修较麻烦叶轮式增氧机叶轮浮筒电机产生噪音外表不美观安装方便基本不占地多用于渔业水体尤适用于较浅的水体中值得注意的是生物膜脱落后会形成底泥淤积因此需要对生物膜进行定期的清理 4 间歇曝气在保证曝气河段水体的溶解氧大于 1 0 m g l的前提下可采取间歇曝气的方式进行处理既减少能耗节省运行成本又具有一定的硝化反硝化脱氮的作用 1 1 在实际运行中如果能根据水体中溶解氧水平实现曝气运行方式的自动控制将会使河道曝气技术具有更广阔的应用前景 6结论城市中小河道的水力条件水体污染特征等因素决定了应用曝气充氧技术治理河道污染的必要性和重要性国内外的工程实践证明向河道曝气可以有效消除黑臭改善水质促进水环境生态系统的恢复而且该技术投资省运行成本底对周围环境没有明显影响具有广阔的应用前景应用曝气技术时要重视工程的环境效益经济效益和社会效益的统一首先根据河道的实际特征得出需氧量进而确定曝气设备的容量运行方式季节最优化组合等其次为实现经济性原则可以分阶段制定水体改善的目标然后根据每一个阶段的水质目标确定所需的曝气设备的容量而不必一次性备足充氧能力以免造成资金物力人力上的浪费再者对于城市中的河道为了配合城市景观的建设可以充分利用水闸泄流活水喷池等方式增氧参考文献 1 g r a yr r o g e r s wa t e r q u a l i t ym a n a g e m e n t a t s a n t ac r

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