噴頭的選型對景觀水體富營養化修復的影響

趙治萍

（成都京東方光電科技有限公司四川成都611731）

噴頭的選型對景觀水體富營養化修復的影響

趙治萍

（成都京東方光電科技有限公司四川成都611731）

在增加景觀水體美學價值的同時，將噴泉作為人工復氧的一種方式，采用三種形式噴頭和四種噴水時長組合成12種工況，研究了其對小區景觀水體的修復效果。結果表明：直筒形噴頭噴水3h的處理效果最好，三種噴頭中，直筒形噴頭處理效果最佳，四種噴水時長中，3h的噴水時長是最經濟的時間長度。實驗前后，水體中DO總體提高52%，TN、TP、葉綠素a總體下降分別為62%、85%、71%，水體從極富營養狀態恢復到中富營養狀態。

景觀水體；富營養化；噴頭

1　試驗方案

1.1試驗材料

本試驗自行組裝噴泉裝置，所用潛水泵型號為32（JY）WQ8-26-1.1，流量為8m3/h，揚程12m，功率1.1kW。試驗選用倒錐形、直筒形和蓮蓬形3種噴頭，各自最大噴灑半徑分別為0.4m、0.5m、0.8m。

本實驗選擇成都A小區的景觀水池作為試驗場地，面積42.88m2，平均水深765mm，底泥平均厚47mm，呈黑色松散顆粒狀。池內生長有睡蓮，水體各初始水質平均值：TN為1.809mg/L；TP為0.555mg/L；葉綠素a（Chla）為0.172mg/L；DO為4.255mg/L。

1.2試驗方法

試驗從2015年3月18日開始，6月10日結束，歷時12周，1周運行1個工況，每個工況對應1種噴頭和1種噴水時長，見表1。

表1　各工況安排

每次取水樣在下一個工況開始前進行，試驗在平面上布置4個取樣點，分別在距離泵豎軸1.0m、1.5m、2m、3m位置，取樣深度0.4m。記錄12個工況下DO、TN、TP和Chla的變化數據，計算平均值。

2　試驗結果及分析

2.1池水富營養化總修復效果

試驗前后，池內水質好轉，DO 6.466mg/L，提高了52.0%；TN 0.690mg/L，下降了61.9%；TP 0.083 mg/L，下降了85%；Chl a到0.050mg/L，下降了70.9%；水體透明度得到改善。試驗前池內水質達到極富營養狀態，試驗后恢復到中富營養狀態。

2.2不同工況水質指標的變化

試驗連續運行12個工況如圖1所示。由圖可知，TN、TP、Chl a三個指標對應的曲線變化基本一致，在第3個工況、第7個工況以及第11個工況下，水質迅速改善。分析發現，試驗所用的3種噴頭最經濟的噴水時間長度皆為3h，低于3h噴頭的供氧能力沒有完全發揮出來，高于3h噴頭的供氧能力達到上限。從圖上可以看到，工況7處理效果在12個工況中是最好的，該工況對應的噴頭是直筒形噴頭，運行的時間是3h。分析原因，直筒形噴頭口徑最大，噴水阻力最小，噴出的流量最大，對水體的擾動作用最強，且上揚水柱在空中發散，增大氣相和液相接觸面積，復氧效果最好。

圖1　不同工況水質指標的變化

由圖可知，DO的變化曲線兩頭較平緩，中間變化大，變化程度不及其他3個指標。分析原因，倒錐形噴頭運行的前4個工況污染物的濃度比較高，噴頭的供氧能力有限，所以DO的改善不是很明顯。而在直筒形噴頭運行的中間4個工況中，一方面由于前面倒錐形噴頭的作用，污染物濃度得到一定程度的降低，另一方面由于噴頭自身的供氧能力強，所以在這一階段DO的變化是最快的。而對于蓮蓬形噴頭運行的后4個工況，DO變化慢是因為前8個工況的運行改善了水體的污染程度，DO已得到較大的提高，剩余提升空間小。

2.3不同噴頭處理效果比較

圖2　三種噴頭水質指標變化率比較

由圖可知，4個研究指標中，除Chl a外其他3個指標都是在直筒形噴頭運行階段得到最快的恢復，這說明直筒形噴頭供氧能力最強，對污染物的去除效率最高。

從圖上還可知，蓮蓬形噴頭的作用效果比倒錐形噴頭好，因為蓮蓬形噴頭的優勢在于上揚水柱與空氣的接觸面積最大，噴灑半徑最大，對水體的擾動范圍最寬最均勻，因此作用效果僅次于直筒形噴頭。故3種噴頭處理效果為直筒形噴頭＞蓮蓬形＞倒錐形噴頭。

2.4不同時長處理對水質的影響

在噴水時間長度為3h的工況下，TN、TP、Chl a的去除率最高。從1h噴水時間長度延長到2h后，除Chla外所研究的3個指標的變化率增加幅度是比較大的。而延長到2h后，水體極大的改善了氧傳遞通路，所以出現較大的變化。而將噴水時間長度繼續延長到3h后，水體形成較穩定的氧傳遞通路，進入了最佳工作狀態，所以此時各指標的變化率最大。繼續將時間延長到4h，去除率并沒有明顯變化，這說明此時噴頭供氧能力已經達到飽和，噴水過程中水體各點的氧濃度已不再提高，單位時間內消耗的電能的利用率已經明顯下降了。

3　結語

（1）利用噴泉對城市景觀水體進行機械復氧，能夠增加水體的溶解氧水平，加速水體循環，有效地去除N、P等營養元素，減少藻類，改善水體的富營養化程度。（2）試驗所用噴頭中，直筒形噴頭處理效果最好，蓮蓬形噴頭次之，倒錐形噴頭最差。選擇噴頭進行水體修復時可以此為參考。（3）將噴水時間從1h延長到2h水質變化率較大，從2h延長到3h水質變化率達到最大，再延長到4h水質變化率降低，本試驗3h的噴水時長證明是最經濟有效的噴水時長。

［1］王晟，徐祖信.從生態學觀點看湖泊藻類控制技術的體系［J］.上海環境科學，2003，2（5）：75-78.

［2］吳曉誠，段曉軍.微污染水源處理的研究進展［J］.廣東化工，2009，6（8）：77-78.

［3］張同祺，李勇.外源污染負荷對人工曝氣修復河道的影響研究［J］.環境科技，2012，25（1）：13-17.

趙治萍（1986—），男，河北遵化人，大學本科，高級工程師，水處理專業。