新型微納米曝氣機治理黑臭水體的研究

段相鋒　吳風華　楊學喜

摘 要：水體黑臭是我國河湖水較為普遍的水污染現象，水體中溶解氧含量過低是造成水體黑臭的根本原因。黑臭水體中氧含量嚴重不足，導致水中水生動物和植物的死亡、藍藻爆發、水體喪失使用其功能，并影響公眾的感官及人類生活和健康?；诖?，本文首先分析黑臭水體治理的基本路線，然后探討將新型微納米曝氣增氧機應用于處理黑臭水體中，并組織試驗，探討新型微納米曝氣機的優勢。

關鍵詞：黑臭水體;微納米氣泡;曝氣增氧;溶解氧

中圖分類號：X52文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0153-03

Study on Treatment of Black and Odorous Water

by New Micro Nano Aerator

DUAN Xiangfeng1 WU Fenghua2 YANG Xuexi1

（1.Zhengzhou Beauty Environmental Protection Technology Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450003;2.Henan Agricultural University，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： Black odor is a common water pollution phenomenon in rivers and lakes in China. The low dissolved oxygen content in water is the fundamental cause of black odor. Oxygen content in black and odorous water is seriously inadequate， leading to the death of aquatic animals and plants， cyanobacteria outbreak， water loss of its function， and affecting the public's sense and human life and health. Based on this， this paper first analysed the basic route of treatment of black and odorous water， then discussed the application of new micro-nano aeration aerator in treatment of black and odorous water， and organized experiments to explore the advantages of the new micro-nano aerator.

Keywords： black-odor water;micro-nano bubble;aeration increases oxygen;dissolved oxygen

隨著我國經濟的發展，工業廢水和生活污水的排放量增加，河流和湖泊水體中COD、懸浮物、氮、磷等污染物濃度超標，導致水體出現嚴重污染，很多水體出現季節性或終年黑臭。黑臭水體導致生態系統結構嚴重失衡，嚴重影響了人們的生活和身體健康。為此，國務院在2015年發布了《水污染防治行動計劃》，對黑臭水體的治理提出明確要求，到2020年，我國地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內;到2030年，城市建成區黑臭水體總體得到消除[1]。

1 黑臭水體形成的原因

①流動性差甚至封閉的水體，其復氧能力差較，水動力不足，尤其容易形成黑臭水體。

②大量氮、磷有機物污染排入水體，使水體的自凈能力降低，微生物好氧分解使水體中耗氧速率大于復氧速率，最后水體中溶解氧基本被消耗完，造成水體缺氧，有機物厭氧分解產生黑臭類物質。

③水體熱污染也是黑臭水體的成因之一。水體黑臭現象的發生頻率是夏季大于冬季，一方面是因為微生物的活動頻率與溫度呈現出正相關性;另一方面是因為水體中的溶解氧含量隨溫度升高而降低。

④其他因素：重金屬污染、航運、垃圾的隨意堆放等。

2 黑臭水體治理基本路線

根據《城市黑臭水體整治工作指南》，城市黑臭水體的治理應該按照“控源截污、內源治理;活水循環、清水補給;水質凈化、生態修復”的基本技術路線具體實施[2]。其中，水質凈化與生態修復包括：絮凝沉淀，水生植物構造的人工濕地、水生植物氧化塘、生態浮床、人工浮島等和曝氣增氧。其中，絮凝沉淀已經被生態環境部在2018年10月叫停，而采用水生植物有很多局限性，只有曝氣增氧簡單、快捷、無局限性、無二次污染。尤其是最近幾年興起的微納米曝氣，更是大幅度提升了溶解氧的效率。

由于微納米氣泡具有氣泡尺寸小、比表面積大、吸附效率高、在水中上升速率慢等特點[3]，因此在人工曝氣領域得到廣泛發展與應用。微納米氣泡在水中的停留時間長，與水體的氧交換時間也長，加上比表面積大這一特性，能在水中快速溶解，大大提高水體的復氧速率，最近幾年得到快速發展。

微納米曝氣增氧工藝的核心在于針對水體溶解氧含量不足，利用特制設備通過水體大面積曝氣，給水體增加溶解氧，激活土族微生物菌群，讓好氧微生物得以存活，利用微生物的新陳代謝作用快速對水體中的污染物質進行降解或轉移，短時間內能顯著降低水體中COD、BOD、懸浮物、氨氮的含量，明顯增加水體能見度，使水體能恢復自凈能力和使用功能[4]，維持穩定的水生態系統的平衡，使水體具備自凈功能。

3 新型微納米曝氣增氧機

新型微納米曝氣增氧機是在對微納米氣泡發生裝置進行優化自主研發而成的，克服了治理水體視覺污染和噪聲污染，使水體治理在無聲中進行。設備主要由氣液混合泵、微納米曝氣頭、壓力表及連接管件組成，在設備上部添加了荷花造型和燈光效果（見圖1），使其在外觀上給人更好的視覺效果。該設備通過水泵加壓，然后曝氣頭內部的切割片高速旋轉，在離心作用下，使其內部形成負壓區，空氣通過進氣口進入負壓區，在容器內部分成周邊液體帶和中心氣體帶，高速旋轉的氣室出氣部將空氣均勻切割成直徑5～30[μm]的微納米氣泡。由于氣泡細小，不受空氣在水中溶解度的影響，不受溫度、壓力等外部條件的限制，可以在污水中長時間停留，具有較好的氣浮效果。同時，微納米氣泡可以大幅度增加氧氣的供給量，增強水中生物的活性，加速對水體底泥中污染物的降解，實現水體凈化。

4 新型微納米曝氣增氧機處理黑臭水體試驗

4.1 試驗目的

通過試驗得到溶解氧、COD、透明度等的數據變化，以此表征水的清潔程度和新型微納米曝氣增氧機的性能。

4.2 儀器

三個池子分別標號為A、B、C（尺寸：4m×4m×3m），功率為1.1kW的新型微納米曝氣機三臺;溶解氧儀、測量尺等。

4.3 步驟

①取某輕度黑臭水體為水樣，取樣方法為垂直取樣、隨機取樣（不取特別清澈的區域或者污染特別嚴重的區域），并且取一些該區域底泥，為試驗環境構建天然系統的模型。測得原水水質指標：DO為0.8mg/L，COD為92mg/L，透明度為0.4m。

②A池中的曝氣機每天分別曝氣3h且曝氣10d，B池中每天曝氣2h且曝氣10d，C池中每天曝氣1h且曝氣10d，每兩天測定一次數據。數據應在曝氣結束后，待水體中溶解氧穩定下來再測，做好數據記錄。

4.3 結果分析

記錄結果如圖1至圖3所示。

由上圖可以看出，大概曝氣6d后，A、B池中，COD、DO就能達到國家Ⅱ類水質要求，第6天后再繼續曝氣，只有C池中測得的數據有所變化，A和B的數據基本穩定，無明顯變化。由此得出，該功率下大約需要花費12～18h即可使輕度污染的水體變為清潔水體。

可見，新型微納米曝氣增氧機的性能達到設計目的，能在短時間內恢復水體的功能要求，對黑臭水體的治理也有顯著效果，且無副作用，不會形成新污染造成水體二次傷害。

4.5 試驗影響因素

①該模擬環境處理過的水不流走，也沒有新的污水進入，所以，處理效果與實際運用會有一些偏差。

②該模擬環境的水中微生物種類少，可能造成食物鏈缺失，微生物的種類對水體的影響也是其中的因素之一。

③其他一些原因：如溫度（T）、設備安裝深度（H）、通氣流速（V）、孔隙空間（S）、孔隙率（K）、孔隙量（N）等，也會造成試驗誤差。

5 新型微納米曝氣機的優勢

5.1 結構材料優勢

采用超疏水材料，保證荷花外觀干凈、歷久常新;防水、防風、防滲漏、防撞設計;結構簡單，便于維護;耐老化，使用壽命長。

5.2 操作優勢

智能控制，可以用手機控制，也可以現場控;可以根據不同的水質設置曝氣間隔;花朵多級開放模式，配合燈光變換，也可以多族荷花聯調聯動。

5.3 施工優勢

工藝施工及治理效果受水體底部黑臭淤泥影響小，無需對河底進行改造;其可對整條河、湖同步展開凈化，不受水量限制;無大型機房、占地面積極小、設備材料大部分為水下淹沒式安裝，不需要大量土建工程，施工周期短，有水無水均可安裝。

5.4 使用優勢

曝氣效率高，氧氣利用率在90%以上;處理工藝能耗低，見效快，效果持久，運行過程中幾乎為無人化的管理。

5.5 其他優勢

整體工藝實施后，花朵配有多級開放模式，加上燈光變換，視覺上的感官效果更好，環境更美觀;下沉式安裝時噪聲更小。

參考文獻：

[1]國務院.國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知（國發〔2015〕17號）[EB/OL].（2015-04-02）[2018-10-01].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.htm.

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部，中華人民共和國環境保護部.住房城鄉建設部 環境保護部關于印發城市黑臭水體整治工作指南的通知[EB/OL].（2015-08-28）[2018-10-01]. http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201509/t20150911_224828.html.

[3]陳冀孫，胡斌.氣浮凈水技術的研究與應用[M].上海：上海科學出版社，1985.

[4]洪濤，葉春，李春華，等.微米氣泡曝氣技術處理黑臭河水的效果研究[J].環境工程技術學報，2011（1）：20-25.