導(dǎo)語：臭氧混合曝氣技術(shù)在河道治理的應(yīng)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:針對河道水體氨氮超標(biāo)的問題，采用微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧技術(shù)，研究曝氣種類、時間、位置等因素對河道水質(zhì)改善的影響。運行結(jié)果表明:該技術(shù)對NH+4－N有較好的去除效果，運行13d時水質(zhì)有明顯改善，下游段河水改善效果好于中上游段;經(jīng)過1個月左右的運行，下游段河水NH+4－N去除率達(dá)到73.3%，濃度降為0.92mg/L，達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838－2002)中III類水標(biāo)準(zhǔn)。試驗結(jié)果為以氨氮為主要超標(biāo)因子的河道治理提供了切實可行的工程技術(shù)借鑒。

關(guān)鍵詞:曝氣復(fù)氧;原位修復(fù);臭氧;微米氣泡;氨氮去除

溶解氧在水體自凈過程中起著非常重要的作用，結(jié)合國內(nèi)外河道治理工程經(jīng)驗，人工曝氣增氧技術(shù)因其簡單、快捷、綠色、高效等特點被廣泛應(yīng)用。目前已有曝氣研究主要集中于純氧曝氣、鼓風(fēng)曝氣、機(jī)械曝氣等，其中純氧曝氣增氧效率最高可達(dá)70%，但對氨氮的去除效果不顯著;其他曝氣增氧技術(shù)對氨氮的去除率約為3.2%～45.6%［1］，仍有待進(jìn)一步提高。在實際工程應(yīng)用中，治理效果受曝氣時間、曝氣強(qiáng)度、曝氣方式等條件的影響。適當(dāng)?shù)某粞跹趸饔每梢栽黾铀腥芙庋酰?］，起到改善水質(zhì)的作用。本工程采用微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧技術(shù)對河道進(jìn)行原位修復(fù)，重點解決河道水質(zhì)氨氮超標(biāo)的問題，以達(dá)到短期內(nèi)氨氮達(dá)標(biāo)、水質(zhì)提升的工程目標(biāo)。

1河道概況及處理方法

1．1治理河道概況

工程治理的河道位于蘇州市，河道地勢西高東低，河道平均寬度約為20m，全長約4.5km。水流流速約為1.0～1.5m/s，正常情況下自西向東流，汛期情況下西段泵站開啟時流向自東向西流。河道兩岸區(qū)域污水支管網(wǎng)覆蓋不到位，生活污水、工業(yè)廢水等排污水未實現(xiàn)完全截污，主要存在雨污混流的問題;治理前該河段為劣V類水體，主要超標(biāo)因子為氨氮。

1．2曝氣增氧設(shè)備布置

圖1本河道治理工程研究區(qū)域示意圖河道治理工程研究區(qū)域示意圖如圖1所示，涉及河道長度約425m，按照曝氣機(jī)布設(shè)位置將河道劃分為A、B、C、D、E5個斷面，設(shè)AB上游段(約130m)、BD中游段(約60m)、DE下游段(約235m)。在中游段C斷面上下游60m、離岸邊1m、水面下約1.5～1.8m處安裝4臺微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧機(jī)，由潛水泵、超微納米氣泡發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、PVC管道(50mm直徑)、防水電纜以及消音器構(gòu)成。

1．3工程實驗方法

2020年11月24日至11月28日，4臺設(shè)備純粹空氣曝氣，曝氣深度為1.0m～1.5m。11月29日第一次投放臭氧，每臺設(shè)備加設(shè)4臺2g/h臭氧發(fā)生器。12月18日第二次投放臭氧，每臺設(shè)備加設(shè)1臺10g/h臭氧發(fā)生器。微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧機(jī)每臺3.0kw，每分鐘進(jìn)氣量240L，氣泡直徑1μm～100μm。在不考慮水流的影響下，每臺設(shè)備可覆蓋50m×20m×2m水域。采用間歇式曝氣，每工作50min休息15min，每天16個循環(huán)。

1．4采樣點布置及分析測試

1．4．1原位速測為考察混合曝氣增氧設(shè)備安裝位置對河道沿程水質(zhì)氨氮的消減效果，設(shè)河道流向方向A、B、C、D、E5個斷面，每個斷面上取三點分別原位速測求均值;為考察混合曝氣增氧設(shè)備安裝位置對同一斷面河道兩側(cè)水質(zhì)氨氮的消減效果，取C斷面附近X、Y、Z三個點位，原位速測。速測指標(biāo)包括:溫度、DO、電導(dǎo)率、NH+4－N、NO－3－N，儀器為美國YSIProPlus便攜式多參數(shù)測量儀。1．4．2實驗室分析為考察混合曝氣增氧工程對河道水質(zhì)的改善效果，取A、C、E三個斷面，每個斷面取三個點位的水樣，帶回實驗室分析，測得數(shù)據(jù)求均值。測試指標(biāo)包括:pH值、COD、SS、TP等。COD采用重鉻酸鉀法測定，TP采用過硫酸鉀消解鉬酸銨分光光度法測定，SS采用標(biāo)準(zhǔn)重量法測定。

2結(jié)果與討論

2．1曝氣時間對河道水質(zhì)改善的影響

上中下游段河水DO、電導(dǎo)率及NH+4－N、NO－3－N隨曝氣時間的變化如圖2所示，從圖2(a)可以看出，各河段河水的DO隨著曝氣時間的增加均呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢，但拐點出現(xiàn)時間不同。曝氣前9d，由于在中游位置布設(shè)了曝氣裝置，中游河水DO高于上下游段，上游段(A斷面)、下游段(E斷面)河水DO大小相近且變化趨勢相同;下游段河水DO變化出現(xiàn)拐點的時間早于中上游段，從曝氣第9d開始明顯上升，且隨著時間的推移遠(yuǎn)高于中上游段，至曝氣第24d時，下游段(E斷面)河水DO達(dá)到7.08mg/L。圖2(b)顯示各河段河水電導(dǎo)率隨著曝氣時間的增加總體呈下降趨勢。圖2(c)顯示各河段河水NH+4－N前9d濃度大小及變化趨勢相近，9d后河水NH+4－N濃度整體呈下降趨勢，但各河段NH+4－N下降趨勢差異明顯，至24d時，E斷面、C斷面、A斷面的NH+4－N濃度分別為0.92mg/L、1.32mg/L、1.51mg/L，去除率分別為73.3%、59.5%、57.5%。曝氣后NH+4－N兩個階段的上升波動可能與外源污染物的輸入有關(guān)［3］。各河段河水NO－3－N變化與NH+4－N變化趨勢相反，主要是曝氣作用下溶解氧充足，水體中以硝化作用為主［4］，因此對氨氮的去除效果較好，而對TN的去除效果不明顯。比較曝氣16d與24d各采樣點NH+4－N與NO－3－N的變化關(guān)系，發(fā)現(xiàn)隨著時間的推移NH+4－N與NO－3－N呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性。16d時，河水中NH+4－N去除與NO－3－N生成關(guān)系擬合參數(shù)為:y=4.73－1.22x，R2=0.6428;24d時相關(guān)性增強(qiáng)，擬合參數(shù)為:y=4.75x－0.99，R2=0.9469。

2．2曝氣位置對河道水質(zhì)改善的影響

2．2．1對河岸兩側(cè)水質(zhì)改善的影響曝氣工程對河岸兩側(cè)水質(zhì)的影響如圖3所示，從圖3(a)可以看出，整個曝氣期間河道C斷面中心點位Y點位增氧效果好于河岸兩側(cè)點位，X點位與Z點位無明顯差異。16d左右，各點位DO參與水體中NH+4－N的硝化反應(yīng)，含量有所下降，至24d水體水質(zhì)穩(wěn)定，DO保持在較高水平。圖3(b)顯示，C斷面上X、Y、Z點位的電導(dǎo)率變化一致且無明顯差異。比較圖3(c)、圖3(d)可以看出，由于硝化作用，各點位NH+4－N濃度隨著時間的增加均有所下降，中心點位Y點NH+4－N的去除效果略好于河岸兩側(cè)點位，可見，曝氣作用交叉區(qū)域的點位水質(zhì)改善較有優(yōu)勢，這主要是由于處于曝氣交叉位置的河道水體受4個曝氣機(jī)的復(fù)合影響，水體紊動較強(qiáng)，促進(jìn)了水體中氧氣的混合傳遞，利于NH+4－N的快速硝化。2．2．2對河道上中下游沿程水質(zhì)改善的影響曝氣工程對河道上下游沿程水質(zhì)的影響如圖4所示，從圖4(a)可以看出，曝氣第1d，上下游段DO濃度相近，中游段D斷面DO最高，為5.1mg/L;隨著時間的推移，各河段水質(zhì)DO含量在硝化作用下均有所下降;至24d時，中上游段DO濃度相近，約為4．7mg/L左右，最高點出現(xiàn)在下游段E斷面，為7.08mg/L。圖4(b)顯示，各河段電導(dǎo)率無明顯差異，最低值出現(xiàn)在下游段E點。圖4(c)顯示，曝氣第1d，曝氣位置交叉區(qū)域C斷面處的NH+4－N迅速降低。隨著時間的推移，NH+4－N最低值點位隨著河道距離逐漸往下游推移，第1d，NH+4－N最低值點位在C斷面(約160m處);第16d、24d，NH+4－N最低值出現(xiàn)在下游段E斷面(約425m處)，河道沿程N(yùn)H+4－N去除效果表現(xiàn)為:下游段＞中游段＞上游段。這是因為在DO充足的條件下，硝化細(xì)菌表現(xiàn)出良好的硝化作用，大大降低了水中的NH+4－N含量［5］。

2．3曝氣工程對河道水質(zhì)改善總體情況分析

總體看來，微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧技術(shù)可以在短期內(nèi)對河道水質(zhì)起到較好的改善效果，受開放水體外源污染物輸入影響COD的降解效果不明顯，該技術(shù)在以NH+4－N、P為超標(biāo)因子的河道治理方面有較好的應(yīng)用前景。如表1所示，24d時下游段E斷面處TP降為0.17mg/L，達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838－2002)中III類水標(biāo)準(zhǔn)。與類似工程相比較，微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧技術(shù)在氨氮的快速去除方面有明顯優(yōu)勢。這是因為臭氧的投加增加了水中的羥基自由基，有利于有機(jī)物的降解和分解;臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的氣泡主要集中在微米級別(10μm～100μm)，微米氣泡具有上升速率慢、停留時間長、比表面積大、傳質(zhì)效率高等特點［6］，另外，有研究表明［7］，經(jīng)微米氣泡曝氣后，河流好氧微生物的豐度顯著提升加快污染物的降解，促進(jìn)水體凈化。

3結(jié)論

采用微孔管道空氣－臭氧混合曝氣增氧技術(shù)對河道進(jìn)行治理，河水水質(zhì)得到整體提升;下游段水質(zhì)改善狀況最好，氨氮濃度降為0.92mg/L，DO提升為7.07mg/L。水質(zhì)從基本改善到穩(wěn)定需要13d～24d。對于氨氮的應(yīng)急處理，曝氣設(shè)備應(yīng)布設(shè)于檢測點周邊，近曝氣點區(qū)域水質(zhì)可得到迅速提升，但持續(xù)效果較差，可保持3d左右;對于氨氮的長效處理，曝氣設(shè)備應(yīng)布設(shè)于檢測點上游約250m處。該技術(shù)維護(hù)成本約1000～2000元，運行費用每臺曝氣機(jī)每天約28.21元，一次性投資較少，處理效果良好穩(wěn)定，可用于以氨氮為主要超標(biāo)因子的城市河道治理。

作者：王正芳 胡建利 曹新 張玉龍 桂林 單位：蘇州經(jīng)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 蘇州相城經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)安全生產(chǎn)監(jiān)督管理和環(huán)境保護(hù)局 東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 國家環(huán)境保護(hù)紡織工業(yè)污染防治工程技術(shù)中心 上海污染控制與生態(tài)安全研究院 見嘉環(huán)境科技(蘇州)有限公司