復合型河道曝氣工藝對黑臭河道的凈化效果研究

葛揚

摘 要：為提高傳統曝氣復氧工藝對黑臭河道河水的處理效果，該文比較了不同曝氣強度、不同微生物投加量、不同礫石填料高度的影響，通過現場模擬河道試驗手段，驗證了投加微生物和設置礫石填料層與河道曝氣工藝相結合的可行性與有效性。結果表明：該復合工藝可以有效提高現有曝氣工藝的處理效果，并能減少能耗。

關鍵詞：河道曝氣；微生物菌劑；礫間接觸；黑臭水體

中圖分類號 X703 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2016）06-108-03

城市水體通常指城市中自然或人工形成的河流、河道和小型湖泊等景觀水體，受規劃不合理、排污集中、截污不夠、流量不足等因素影響，普遍污染較重，有的甚至發黑發臭，人民群眾反映強烈，成為水污染防治工作的薄弱環節和難點，也是新型城鎮化繞不開的“傷疤”。黑臭水體一度成為“水十條”發布后的首要環保話題，如何吸取前車之鑒，為城市留下更多河流，維系好每一條河，將成為這一輪城鎮化過程中必須面對的挑戰[1]。

曝氣復氧技術作為一種有效改善和治理黑臭河道的工程技術，從20世紀60年代開始就被應用于河道治理。最先運用曝氣復氧技術的是歐美的一些發達國家，由于工業化進程較早，許多重要河流相較于發展中國家也較早被污染。現如今，歐美國家黑臭河流則已經經歷一個污染-治理的過程，而目前我國的許多重要河流出現了不同程度的污染[2～5]。廖麗華等通過現場模擬試驗，比較了4種曝氣工藝對改善佛山水道水質的影響，4種工藝平均復氧效率為14.3%～36.6%，對COD的平均去除率為9.6%～24.6%[6]。李開明等利用3種不同曝氣設備進行了黑臭河道曝氣試驗，結果表明，不同曝氣設備對污染物去除有一定區別，對CODCr去除率為24%～33.3%，對NH3-N去除率為3.2%～26%[7]。

曝氣復氧工藝對改善水體感官顏色、消除水體惡臭有非常明顯的效果，但是許多情況下，黑臭河道本身有益微生物量太少，污染物降解速度有限，并且河道自身沒有徹底切斷污染源，河道曝氣復氧工程對水體污染物的去除效果有待進一步的提高[8]。本文通過一系列現場模擬試驗，探究河道曝氣與投加微生物菌種、設置礫石填料等方式結合的復合工藝對黑臭河水的凈化效果。

1 材料與方法

1.1 試驗地點 試驗地點位于江蘇省宜興市和橋鎮和橋公園內公園河一側綠地，試驗水質為原水。公園河長約115m，寬約8m，深1～1.5m，西側聯接和橋公園內的景觀湖，東側聯接城鎮街道下暗溝，暗溝長450m，向東排入武宜運河。由于河岸兩側納污管年久破損，公園河兩側的酒店、浴室、公共廁所的污水部分或全部排入水體。試驗期間公園河水質狀況見表1。

1.2 試驗裝置 試驗采用自制的模擬河道反應器，長3.3m、寬1m、高1.2m，有效水深1m，有效體積3m3。模擬河道底部設置預留曝氣軟管，曝氣軟管外徑為16mm，內徑為10mm，所產生的微氣泡直徑為0.5～2mm。模擬河道采用聚丙烯PP材料制作，共3個。模擬河道裝置剖面圖1所示。

1.3 試驗方法 模擬試驗分為：（1）曝氣強度試驗：在不進水狀態下分別采用1m3/h、5m3/h、10m3/h的氣量對河水進行曝氣，通過調節進氣閥門和氣體流量計控制曝氣氣量；（2）微生物投加量試驗：在使用5m3/L曝氣強度每天曝氣2h條件下，分別向裝置投加150mL、500mL、1 500mL微生物菌劑，微生物采用丹陽尚德微生物公司的微生物產品；（3）礫石填料高度試驗：在使用5m3/L曝氣強度每天曝氣2h條件下，在裝置中分別設置30cm、50cm、80cm天然礫石填料，粒徑為32～64mm，試驗開始前10d為掛膜階段，在模擬河道裝置中投加500mL微生物菌劑，保持緩慢進水，試驗開始后不再投加微生物菌種。

2 結果與分析

2.1 不同曝氣強度對水質的影響 由圖2、圖3可見，3個強度的曝氣條件對CODMn78h的去除率分別為17%、33%和35%，曝氣對CODMn的去除基本集中在曝氣的開始階段，在曝氣啟動后的前30hCODMn下降明顯，而30h后CODMn基本維持在相當水平，降幅很小。3個曝氣強度對比下，5m3/h后提升曝氣強度對CODMn去除率從33%提升到35%，并不明顯。曝氣對NH3-N的去除與CODMn的特征十分相似，對NH3-N的去除基本集中在曝氣開始階段，最終3個強度曝氣NH3-N去除率分別為15%、22%、24%。

2.2 不同微生物投加量對水質的影響 由圖4、圖5可見，投加微生物會使河道的CODMn暫時升高，因為微生物菌劑中含有大量維持微生物生長的營養物質。微生物進入水體后，憑借自身帶入的營養物質與河道中原本有的污染物，形成大量菌膠團懸浮于水體，大約在5d時間，菌膠團沉至裝置底部，所以3個裝置中CODMn從5d之后均開始很快地降低。3個投加量7d的最終去除率分別為19%、45%、51%，故微生物投加對CODMn在前期暫時升高后有明顯的去除。150mL劑量的微生物對NH3-N去除效果不明顯，500mL與1 500mL劑量對NH3-N有明顯的去除。與CODMn類似，微生物對NH3-N的明顯去除也發生在5d菌膠團沉淀的時候。

2.3 不同礫石層高度對水質的影響 由圖6、圖7可見，礫石高度對CODMn和NH3-N有較大影響，礫石填料層厚度越大，對污染物的截流作用越大，填料層附著的微生物量越大，故而對CODMn和NH3-N去除效果越明顯。3個高度礫石層對CODMn的7d去除率分別為21%、34%和45%，對NH3-N的去除率分別為11%、19%和35%。

3 結論與討論

由本次試驗可知：曝氣復氧工程是處理黑臭河道的有效方法，本試驗水質下最佳曝氣量為5m3/L，78h對CODMn和NH3-N的去除率分別達到33%、22%。投加外源微生物是提高曝氣處理效果較為廉價、有效的方法，投加該種外源微生物的最佳用量為500mL每3m3河水。在曝氣河段中設置礫石河床能提高工藝的截污能力，同時防止微生物菌種隨河水流動而流失，但過高的礫石河床可能影響河道通航等功能。

參考文獻

[1]國務院.水污染防治行動計劃[S].2015.

[2]劉延愷，陸蘇，孟振全.河道曝氣法——適合我國國情的環境污水處理工藝[J].環境污染與防治，1994，01：22-25.

[3]朱廣一，馮煜榮，詹根祥，等.人工曝氣復氧整治污染河流[J].城市環境與城市生態，2004，03：30-32.

[4]周杰，章永泰，楊賢智.人工曝氣復氧治理黑臭河流[J].中國給水排水，2001，04：47-49.

[5]劉曉海，高云濤，陳建國，等.人工曝氣技術在河道污染治理中的應用[J].云南環境科學，2006，01：44-46.

[6]廖麗華，彭閃江，陶濤，等.不同曝氣工藝對佛山水道水質DO和COD的影響[J].環境工程，2008，S1：23-26.

[7]李開明，劉軍，劉斌，等.黑臭河道生物修復中3種不同增氧方式比較研究[J].生態環境，2005，06：816-821.

[8]于金蓮，石登榮，韓秀娣.提高中、小河道曝氣處理效果的方法[J].上海師范大學學報（自然科學版），1999，02：88-92.

（責編：張宏民）