曝氣復(fù)氧技術(shù)在廣東地區(qū)河流水質(zhì)污染治理中的應(yīng)用研究

孫 珊

(深圳市寶安區(qū)水務(wù)局，廣東 深圳 518100)

當(dāng)前國(guó)際上治理河流水質(zhì)污染問(wèn)題所采用的方式主要分為三大類(lèi)別：一是物理方法，具體包括人工復(fù)氧、引水沖污、疏浚河道等；二是化學(xué)方法，具體包括化學(xué)除藻、重金屬固定等；三是生態(tài)方法，具體包括微生物強(qiáng)化、植物強(qiáng)化、生物膜等。其中曝氣復(fù)氧技術(shù)主要是通過(guò)向水體內(nèi)充注氧氣或空氣，使水體的復(fù)氧速度加快，提升水體對(duì)氧進(jìn)行溶解的水平與好氧微生物的活躍程度，從而凈化水體里的污染物[1]。這種技術(shù)是一種應(yīng)用范圍十分廣泛且較為成熟的技術(shù)，因此在對(duì)廣東地區(qū)河流水質(zhì)污染治理問(wèn)題進(jìn)行研究的過(guò)程中對(duì)該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用并進(jìn)行試驗(yàn)研究。

1 研究方法與材料

1.1 研究目的

構(gòu)建人工模擬河道，通過(guò)曝氣復(fù)氧技術(shù)對(duì)廣東地區(qū)污染河流水質(zhì)進(jìn)行處理，從而確定曝氣運(yùn)行的最佳方式以及曝氣的最佳強(qiáng)度，并對(duì)最佳生物填料進(jìn)行篩選等[2]。獲取曝氣復(fù)氧技術(shù)應(yīng)用對(duì)廣東地區(qū)河流水質(zhì)污染治理的效果，以對(duì)將該技術(shù)應(yīng)用于廣東地區(qū)河流水質(zhì)污染治理中的可用性進(jìn)行評(píng)估[3]。

1.2 試驗(yàn)河水

試驗(yàn)中選用的河水來(lái)自廣東地區(qū)河流水質(zhì)污染問(wèn)題較為嚴(yán)重的河流，水質(zhì)的具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1[4]。

表1 試驗(yàn)河水水質(zhì)的具體數(shù)據(jù)

利用潛水泵對(duì)水流進(jìn)行提升，利用流量計(jì)對(duì)河水進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使河水進(jìn)入試驗(yàn)中的河道模擬反應(yīng)裝置[5]。

1.3 試驗(yàn)分析項(xiàng)目

在測(cè)試分析水樣時(shí)，具體方法與項(xiàng)目見(jiàn)表2[6]。

表2 測(cè)試分析水樣的方法與項(xiàng)目

測(cè)定微生物時(shí)將生物填料取出，用清水對(duì)表面進(jìn)行清洗，通過(guò)生物顯微鏡進(jìn)行鏡檢，對(duì)微生物的形態(tài)、種類(lèi)、數(shù)量進(jìn)行觀察[7]。

1.4 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇

在廣東地區(qū)一個(gè)污水處理公司中的苗圃里圈出一塊較為窄長(zhǎng)的空地，將其作為本次試驗(yàn)的場(chǎng)地[8]。

1.5 模擬河道構(gòu)建

考慮氧的利用率與填料設(shè)置等問(wèn)題，在試驗(yàn)中反應(yīng)器需滿(mǎn)足一定的長(zhǎng)、深、寬要求。構(gòu)建的河道模擬反應(yīng)器長(zhǎng)為3.0m、高為1.2m、寬為0.5m，能夠達(dá)到1m的有效水深。模擬河道的具體材料為不銹鋼板，可達(dá)到1.5m3的有效容積、1.8m3的單槽容積。并聯(lián)或串聯(lián)五個(gè)河道單槽進(jìn)行不同試驗(yàn)[9]。

在進(jìn)水端對(duì)穿孔導(dǎo)流板進(jìn)行設(shè)置，使布水更加均勻。在反應(yīng)器中可以對(duì)不同種類(lèi)的填料進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)不同試驗(yàn)需求可以對(duì)填料體積進(jìn)行改變[10]。出水堰出水方式為溢流，并在反應(yīng)器底部對(duì)觀察孔和放空管進(jìn)行設(shè)置。單槽的實(shí)際進(jìn)出水管路見(jiàn)圖1。在底部對(duì)PVC環(huán)形穿孔管進(jìn)行設(shè)置，選擇的孔徑為0.2cm，放置方式為45°角斜向下，連接空壓機(jī)與穿孔管，以進(jìn)行鼓風(fēng)曝氣。

圖1 單槽的實(shí)際進(jìn)出水管路

1.6 研究方法

試驗(yàn)方案具體如下：

a.在模擬河道內(nèi)對(duì)1m3的生物膜填料進(jìn)行設(shè)置。對(duì)流量進(jìn)行調(diào)節(jié)從而模擬廣東地區(qū)河流的實(shí)際情況。連續(xù)進(jìn)行60h的曝氣，每6h對(duì)TP、NH3-N、TN、CODCr、濁度進(jìn)行測(cè)定。在不同流速下，對(duì)生物膜凈化與曝氣技術(shù)的治理效果進(jìn)行測(cè)定[11]。

b.分別在模擬河道內(nèi)對(duì)天然棕毛、組合填料、卵石、彈性填料進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)行10天的連續(xù)曝氣后，分別對(duì)其生物膜的重量、厚度進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)微生物相進(jìn)行觀察，對(duì)兩種未成功掛膜的填料進(jìn)行淘汰，對(duì)于剩余的填料則進(jìn)行一整天的曝氣，每2h對(duì)TP、NH3-N、TN、CODCr、濁度進(jìn)行測(cè)定，對(duì)治理效果最佳的填料進(jìn)行優(yōu)選。

c.在條件相同的情況下，連續(xù)在一個(gè)模擬河道內(nèi)曝氣，在另一個(gè)河道中則交替進(jìn)行曝氣，每曝氣0.5h后靜止1.5h，連續(xù)運(yùn)行16h。在試驗(yàn)中每隔0.5h對(duì)DO進(jìn)行測(cè)定，每隔2h對(duì)NH3-N、TN、CODCr等進(jìn)行測(cè)定[12]。通過(guò)這種方式對(duì)適合廣東地區(qū)污染河流水質(zhì)的曝氣方式進(jìn)行選擇。

d.對(duì)空氣管閥門(mén)進(jìn)行調(diào)節(jié)，將進(jìn)氣量控制在三個(gè)范圍內(nèi)，分別為微量曝氣、中度曝氣、充分曝氣，連續(xù)運(yùn)行兩天，比較 NH3-N、CODCr的實(shí)際去除效果，對(duì)曝氣的最佳強(qiáng)度進(jìn)行選擇。

e.在條件相同的情況下，首先在模擬河道內(nèi)直接進(jìn)行曝氣，接著加入5%比例的活性污泥進(jìn)行曝氣，加入10%比例的活性污泥進(jìn)行曝氣，加入20%比例的活性污泥進(jìn)行曝氣。在試驗(yàn)中每隔6h對(duì)河水進(jìn)行取樣，對(duì)CODCr進(jìn)行測(cè)定，在36h后分別對(duì)TP、TN、NH3-N、CODCr、DO進(jìn)行測(cè)定[13]。通過(guò)這種方式對(duì)直接曝氣的效果與加入活性污泥后的效果進(jìn)行比較。

分三個(gè)階段進(jìn)行本次試驗(yàn)，每個(gè)階段的類(lèi)型與內(nèi)容具體見(jiàn)表3[14]。

表3 試驗(yàn)各階段的類(lèi)型與內(nèi)容

2 研究結(jié)果

2.1 動(dòng)水環(huán)境研究結(jié)果

模擬廣東地區(qū)河流的兩種實(shí)際流速，一種是調(diào)查后的河流平均流速，一種是一些斷頭洪地區(qū)的流速，將這兩種河流流速作為試驗(yàn)中的進(jìn)水流速。

在動(dòng)水環(huán)境設(shè)置的條件具體如下：在模擬河道內(nèi)對(duì)1m3的生物膜填料進(jìn)行設(shè)置，利用調(diào)節(jié)流量計(jì)將進(jìn)水流速調(diào)節(jié)成試驗(yàn)流速。

TP、NH3-N、TN、CODCr、濁度的測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表4～表8。

表4 濁度測(cè)量結(jié)果

表5 TP測(cè)量結(jié)果

表6 NH3-N測(cè)量結(jié)果

表7 TN測(cè)量結(jié)果

表8 CODCr具體測(cè)量結(jié)果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，生物膜凈化與曝氣技術(shù)具有良好的河流水質(zhì)污染治理效果，并且對(duì)于較慢流速的水體治理效果更好。

2.2 填料試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)中選擇的填料包括天然棕毛、組合填料、卵石、彈性填料，進(jìn)行掛膜試驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)卵石和彈性填料掛膜效果更好。接著進(jìn)行二者的對(duì)比試驗(yàn)，治理試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 治理試驗(yàn)結(jié)果

由表9試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，初期試驗(yàn)中，卵石的治理效果整體更好，而隨著時(shí)間的推移，彈性填料則表現(xiàn)出了更好的治理效果，因此彈性填料更適用于廣東地區(qū)的河流水質(zhì)污染治理，同時(shí)可以將卵石作為治理中的輔料。

2.3 曝氣方式試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)間歇式曝氣方式與連續(xù)性曝氣方式進(jìn)行比較，對(duì)NH3-N、TN、CODCr、DO的含量進(jìn)行測(cè)試。

其中DO的含量測(cè)試結(jié)果為連續(xù)性曝氣時(shí)在4.2～6.0mg/L的范圍內(nèi)波動(dòng)，而間歇式曝氣時(shí)在0.1～4.4mg/L的范圍內(nèi)波動(dòng)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，連續(xù)性曝氣方式的DO含量更高，且波動(dòng)整體較小，而間歇式曝氣方式的DO含量更低，并且整體波動(dòng)明顯。

NH3-N、TN、CODCr的含量測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2～圖4。

圖2 CODCr含量測(cè)試結(jié)果

圖3 TN含量測(cè)試結(jié)果

圖4 NH3-N含量測(cè)試結(jié)果

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)于 CODCr而言，連續(xù)性曝氣方式能夠獲得更好的水質(zhì)污染治理效果；對(duì)于TN而言，連續(xù)性曝氣方式能夠獲得更好的水質(zhì)污染治理效果；對(duì)于NH3-N而言，間歇式曝氣方式能夠獲得更好的水質(zhì)污染治理效果。

2.4 曝氣強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)于微量曝氣、中度曝氣、充分曝氣三種方法，水質(zhì)污染治理效果見(jiàn)表10。

表10 三種方法的水質(zhì)污染治理效果

由表10三種方法的水質(zhì)污染治理試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，曝氣強(qiáng)度的最佳選擇為中度曝氣。

2.5 加入活性污泥的試驗(yàn)結(jié)果

將直接曝氣的效果與加入活性污泥后的效果進(jìn)行比較，見(jiàn)表11。

表11 水質(zhì)指標(biāo)實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明加入適量活性污泥能夠帶來(lái)更好的水質(zhì)污染治理效果，最適當(dāng)?shù)幕钚晕勰嗉尤肓繛?0%。

3 結(jié) 語(yǔ)

多方面的試驗(yàn)表明，曝氣復(fù)氧技術(shù)在廣東地區(qū)河流水質(zhì)污染治理中的應(yīng)用前景廣闊，可對(duì)該技術(shù)進(jìn)行大范圍推廣。