基于曝氣技術(shù)與生物促生劑結(jié)合的城市黑臭河道治理研究

高 艷

基于曝氣技術(shù)與生物促生劑結(jié)合的城市黑臭河道治理研究

高 艷

（北票市三寶水利服務(wù)站，遼寧 北票 122112）

城市河道黑臭現(xiàn)象已經(jīng)上升為戰(zhàn)略性生態(tài)問題，解決河道黑臭問題有助于城市進(jìn)一步發(fā)展。文章結(jié)合理論分析與室內(nèi)實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的技術(shù)手段，探討了不同曝氣程度及生物促生劑治理措施對(duì)黑臭河道的治理效果，優(yōu)選出間歇曝氣與生物促生劑相輔助的治理措施。從治理效果來看，改措施能有效解決河道黑臭問題，為類河道黑臭問題的治理提供技術(shù)借鑒。

曝氣技術(shù)；生物促生劑；市內(nèi)河；黑臭現(xiàn)象

隨著市內(nèi)河道污染問題逐漸嚴(yán)重，城市河道黑臭已經(jīng)發(fā)展成制約“海綿城市”建設(shè)的嚴(yán)峻問題。因此，有必要結(jié)合曝氣及生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行黑臭河道治理的研究。

專家學(xué)者對(duì)曝氣技術(shù)及生物修復(fù)技術(shù)的研究已經(jīng)取得了相應(yīng)的成果。陸暉［1］等結(jié)合校內(nèi)湖治理項(xiàng)目，探討了納米曝氣技術(shù)的理論應(yīng)用，研究了湖底黑臭的治理效果；董撫生［2］結(jié)合國(guó)內(nèi)專家對(duì)曝氣技術(shù)的研究，分析了該技術(shù)的長(zhǎng)處與不足，探討了河道治理過程中的瓶頸問題；史彥翠［3］探討了國(guó)外專家對(duì)曝氣技術(shù)的研究，結(jié)合國(guó)內(nèi)黑臭河道治理現(xiàn)狀，提出了關(guān)鍵性治理措施；李永娜［4］研究了鼓風(fēng)及微米兩種曝氣技術(shù)的治理效果；金雪林［5］等結(jié)合無錫市前胡村浜河道治理工程，研究了生物修復(fù)技術(shù)在黑臭治理中的效果；許列峰［6］等探討了國(guó)內(nèi)外關(guān)于河道治理的措施，著重研究了生物修復(fù)技術(shù)對(duì)河道黑臭現(xiàn)象的治理效果；此外，劉旭［7］、朱文博［8］、 姜登嶺［9］等也對(duì)微生物修復(fù)技術(shù)及河道曝氣技術(shù)進(jìn)行了一定的研究與分析。

河道曝氣技術(shù)雖然得到了廣泛推廣，但對(duì)于上覆水的治理效果較差；生物修復(fù)技術(shù)通過向河道內(nèi)添加生物促生劑，也取得了一定的治理效果，但僅使用生物促生劑，上覆水及底泥中的污染物含量仍較高。本文運(yùn)用河道曝氣技術(shù)及生物促生劑相結(jié)合的治理方法，探討不同曝氣時(shí)間下生物修復(fù)技術(shù)的治理效果，運(yùn)用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的技術(shù)路線，確定最優(yōu)治理措施。

1 工程概況

大凌河是遼寧省西部地區(qū)第一大河，全長(zhǎng)408km，流域總面積23549km2。大凌河在上游分為兩大支流：南支發(fā)源于葫蘆島市建昌縣境內(nèi)黑山北麓的要路溝鄉(xiāng)雞冠山，河長(zhǎng)106km，且水量較大，故視為主干；西支發(fā)源于河北省平泉縣鄭杖子南部的塔子山余脈水泉子溝，河長(zhǎng)102km。兩大支流在喀左縣大城子鎮(zhèn)東南匯合后流向東北，經(jīng)朝陽、北票市，再轉(zhuǎn)向東南，流經(jīng)義縣后又轉(zhuǎn)向南部，至凌海八千屯附近注入渤海。其中，朝陽市境內(nèi)流域面積為12803.36km2，河流總長(zhǎng)度為271km。

由于朝陽市城市化進(jìn)程加快，造成城市內(nèi)河道污染嚴(yán)重，為了提高人民的生活水平，對(duì)朝陽市境內(nèi)河流進(jìn)行綜合治理。目前，三大產(chǎn)業(yè)的直接排污現(xiàn)象已經(jīng)得到有效治理，但仍存在生活污水直接排入河道的現(xiàn)象，對(duì)水體造成嚴(yán)重危害并產(chǎn)生黑臭現(xiàn)象。夏季氣溫回升，底泥內(nèi)厭氧菌迅速發(fā)酵，使得黑臭現(xiàn)象加劇，甚至出現(xiàn)常年黑臭狀態(tài)，極大影響了人民的日常生活。本文擬采用生物促生劑與曝氣技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)手段，尋求最優(yōu)曝氣方式即曝氣量，以解決河道黑臭問題。

2 實(shí)驗(yàn)方案

2.1 試驗(yàn)對(duì)象

試驗(yàn)所需底泥及上覆水均從朝陽市境內(nèi)大凌河污染段采樣，采取的樣本經(jīng)實(shí)驗(yàn)分析初始污染濃度為：COD78～97mg/L，TP0.72～1.69mg/L，NH3-N44.85～81.93mg/L，底泥有機(jī)質(zhì) 7.42%～8.78%。

2.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選用的儀器為：便攜式溶氧儀，蒸汽式滅菌器，恒溫干燥箱，COD速測(cè)儀等。實(shí)驗(yàn)裝置采用直徑為15cm，高1m的圓柱形裝置，裝置沿長(zhǎng)度方向均勻開孔，孔上設(shè)置有可開關(guān)的閥門，便于收集樣本。生物促生劑主要成分為：礦物質(zhì)、嘌呤、嘧啶等天然物質(zhì)。

2.3 試驗(yàn)方法

結(jié)合朝陽市大凌河污染現(xiàn)狀，對(duì)試驗(yàn)中底泥厚度及上覆水深度均取50cm，考慮到蒸發(fā)及檢測(cè)取水，定時(shí)向裝置內(nèi)注入原樣水。設(shè)置四組對(duì)照實(shí)驗(yàn)，其中A組為空白對(duì)照組；B組每天定時(shí)加入0.05mL/m3體積比的生物促生劑，不采用曝氣措施；C組加入與B組相同劑量生物促生劑，并進(jìn)行連續(xù)曝氣處理，使DO濃度全天維持在8mg/L；D組加入與B組相同劑量生物促生劑，并采取間歇式曝氣處理，每天曝氣四個(gè)小時(shí)，全天DO濃度維持在2～3mg/L。曝氣裝置均不會(huì)對(duì)底泥造成影響，以白熾燈代替光照，溫度恒定在25OC，整個(gè)實(shí)驗(yàn)持續(xù)60天。每天監(jiān)測(cè)水體中 DO、COD、NH3-N、TP、底泥厚度及有機(jī)質(zhì)的含量，用以研究治理效果。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 對(duì)COD的治理結(jié)果

從圖1知，A組COD在整個(gè)治理過程中基本無變化；B組 COD濃度最高達(dá)192mg/L，試驗(yàn)完成時(shí)COD濃度降低至52mg/L；C組COD濃度先上升后下降，試驗(yàn)完成時(shí)COD濃度降低至42mg/L；D組COD濃度相對(duì)于其他組變化較小，試驗(yàn)完成時(shí)COD濃度降低至45mg/L。

通過試驗(yàn)結(jié)果分析知，治理前期COD濃度劇增，由于生物促生劑加速原有微生物的生長(zhǎng)代謝，使有機(jī)質(zhì)分解，提升了COD濃度。此外，曝氣措施促進(jìn)微生物降解，縮短了最大濃度出現(xiàn)的時(shí)間。從治理效果可知，連續(xù)曝氣結(jié)合生物促生劑治理效果最優(yōu)，間歇曝氣結(jié)合生物促生劑治理效果次之，物促生劑治理效果相對(duì)較差。

圖1 COD的治理結(jié)果

3.2 對(duì)NH3-N的治理結(jié)果

圖2 NH3-N的治理結(jié)果

從由圖2知，A組NH3-N濃度稍有降低，由于污染物相對(duì)穩(wěn)定，僅部分經(jīng)自然降解使?jié)舛冉档?；B組NH3-N濃度變化程度較為明顯，經(jīng)兩次起落后最終穩(wěn)定在較高水平，在55天的最大峰值時(shí)出現(xiàn)下降趨勢(shì)，但最終濃度仍高達(dá)113mg/L。分析其原因?yàn)樯锎偕鷦┘铀倭宋⑸锓纸庥袡C(jī)污染物，降低了水體內(nèi)氧含量，促使厭氧細(xì)菌分解含氮有機(jī)物，使水體內(nèi)氨氮富集，濃度增大。C、D兩組變化基本同步，但間歇曝氣相對(duì)于連續(xù)曝氣峰值出現(xiàn)較早，治理結(jié)束時(shí)C、D兩組氨氮含量分別降低至4mg/L，6mg/L。原因一是曝氣措施給水體增加了含氧量，抑制厭氧菌的分解作用；二是曝氣措施促進(jìn)上覆水循環(huán)，將氨氮排離水體。

3.3 對(duì)TP的治理結(jié)果

圖3 TP的治理結(jié)果

從圖3知，A組TP濃度較為穩(wěn)定；B組TP濃度達(dá)到峰值所經(jīng)歷的時(shí)間較長(zhǎng)，之后下降趨勢(shì)緩慢；C組TP濃度前期下降較快，治理結(jié)束時(shí)降低至0.32mg/L；D組TP濃度最終降低至0.22mg/L。前期間歇曝氣治理效果劣于連續(xù)曝氣，由于前期水體內(nèi)含氧量不同，但后期呈現(xiàn)出逆轉(zhuǎn)局勢(shì)，因?yàn)殚g歇曝氣有助于厭氧與好養(yǎng)微生物共同降解有害物質(zhì)，使得間歇曝氣除磷效果顯著。

3.4 對(duì)底泥有機(jī)質(zhì)治理結(jié)果

圖4 有機(jī)質(zhì)的治理結(jié)果

從圖4知，A組有機(jī)質(zhì)含量無明顯變化，其他組有機(jī)質(zhì)含量均出現(xiàn)下降趨勢(shì)，最終有機(jī)質(zhì)含量分別為：B組7.2%、C組6.7%、D組6.5%。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，間歇曝氣對(duì)有機(jī)質(zhì)污染治理效果最好。

通過治理結(jié)果的分析可知，曝氣與生物促生劑結(jié)合的治理措施取得較好的治理效果，其指標(biāo)變化見表1。對(duì)表1數(shù)據(jù)總結(jié)得，生物促生劑能對(duì)黑臭現(xiàn)象進(jìn)行治理，但效果不佳；曝氣措施能有效提升生物促生劑的治理效果，能夠?qū)⑸锎偕鷦┨嵘陌钡獫舛冉档拖聛?；間歇曝氣與連續(xù)曝氣治理結(jié)果相近，在TP治理時(shí)間歇曝氣優(yōu)于連續(xù)曝氣；從實(shí)際情況出發(fā)，考慮到成本及設(shè)備問題，間歇曝氣結(jié)合生物促生劑為最優(yōu)治理方案。

表1 試驗(yàn)前后各指標(biāo)變化

4 結(jié)語

城市河道黑臭現(xiàn)象已經(jīng)嚴(yán)重威脅到人們的日常生活，解決河道黑臭問題有助于城市進(jìn)一步發(fā)展。結(jié)合朝陽市大凌河污染段的治理工程為背景，通過設(shè)計(jì)進(jìn)行室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，探討生物促生劑、曝氣技術(shù)的治理及其效果，通過為期兩個(gè)月的試驗(yàn)，最終優(yōu)選出間歇曝氣與生物促生劑相結(jié)合的技術(shù)手段和措施，研究成果對(duì)河道進(jìn)行治理以及河道黑臭問題的治理解決提供借鑒和指導(dǎo)。

［1］陸暉，胡湛波，蔣哲，等.微納米曝氣技術(shù)對(duì)城市景觀水體修復(fù)的影響［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2016（04）：1755-1760.

［2］董撫生.河流污染治理中河道曝氣技術(shù)的應(yīng)用［J］.農(nóng)民致富之友，2016（01）：247.

［3］史彥翠.河道曝氣技術(shù)在河流污染中的應(yīng)用研究［J］.資源節(jié)約與環(huán)保，2015（04）：59.

［4］李永娜.曝氣增氧技術(shù)在城市黑臭河道治理中的應(yīng)用研究［J］.山東工業(yè)技術(shù)，2015（18）：206-207.

［5］金雪林，李京輝，施懷榮，等.生物修復(fù)技術(shù)在無錫市前胡村浜河道治理中的應(yīng)用［J］.中國(guó)水利，2013（19）：46-47.

［6］許列峰，陳婕，邵之劍.城市河流生物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（06）：2597-2600.

［7］周浩.大小凌河地區(qū)地下水資源可利用量預(yù)測(cè)模擬研究［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2015（02）：16-20.

［8］朱文博，王洪秀，柳翠，等.河道曝氣提升河流水質(zhì)的WASP模型研究［J］.環(huán)境科學(xué)，2015（04）：1326-1331.

［9］常丹東，王禮先.水土保持對(duì)黃河年徑流量影響研究［J］.水利規(guī)劃與設(shè)計(jì)，2005（B04）：37-42.

X703.1

A

1008-1305（2017）05-0093-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.029

2017-03-07

高 艷（1975年—），女，工程師。