微納米曝氣技術處理黑臭河道廢水的探析

徐睿楓

遼寧省環保集團有限責任公司；遼寧省環保集團科源環境技術有限公司

1 引言

黑臭水體產生的主要原因為水體環境中有機物的堆積與氧氣的缺乏，產生大量的有害物質，影響水資源的正常使用，同時散發大量刺激性氣味氣體，對于周邊生態環境造成較為嚴重的損害。微納米曝氣技術在黑臭水體治理上表現較為突出，可以有效凈化水體，提升環境質量，值得大范圍推廣。

2 黑臭河道產生的原因

黑臭廢水是現代較為嚴重的水體污染，其產生與人類的生活有著直接的聯系，具體可包括：

第一，生活污水隨意排放。雖然國家不斷強調生活污水處理，但在實際落實進程中一方面存在大量的偏遠地區政策落實成效較低、居民環保意識較差、大量生活污水直接進入河道的現象；另一方面，我國城區主體大多修建較早，生活廢水處理系統設置簡陋，無法支撐城市運行的需要，存在部分區域生活污水不經處理直接進入河流[1]。此外，還存在許多小型工廠、作坊，污水處理技術不合格，排放廢水中存在大量的污染物質。這些污水排放會導致河道內部有機物質不斷堆積，進而形成特殊的缺氧水體環境，逐步演化為黑臭河道。

第二，雨水收集系統不完善。雨水收集系統不完善對河道造成污染在城市中體現較為直觀。因為城市生活產生的廢棄物、污染物較多，在收集系統不完善的情況下，地面雨水未經處理直接流入河道會將大量的城市生活垃圾帶入河道，這些垃圾往往帶有完全降解困難、分解耗氧量大的特點，對水體環境造成了較為嚴重的影響，進而形成黑臭河道。

第三，水體自身特質的影響。黑臭河道的形成本質原因為有機物的堆積，除分解緩慢外，流速較低，不能對有機物質形成有效搬運，局部區域內短時間分解需氧量過大也是黑臭河道產生的重要原因之一。

3 黑臭河道的危害

黑臭河道產生本質原因為河道內部短時間內堆積大量的有機物，水體微生物在有機物分解進程中消耗了大量氧氣，導致水體環境呈缺氧狀態[2]。此時，好氧細菌大量休眠，而厭氧細菌活性明顯提升。雖然厭氧細菌也會對有機物質進行分解，但其分解速度緩慢，極易產生大量不完全降解的有機物，即河道底部常見的黑泥。同時，分解進程中會產生大量的有害性物質，如硫化砷等。致使水體發臭的主要物質也是這些中間產物，常見的有氨類、硫醇類等。

黑臭河道的產生會使大量的地表水資源利用難度較高，加重了我國水資源的短缺；在利用進程中，若未得到完全的凈化處理，將會對居民的身體健康產生影響；地表水資源不足將加速地區地下水的開采，但地下水過量開采會對生態造成較為嚴重的破壞，隨地下水總量的減少與水位的降低，硝酸鹽等物質含量會明顯上升，即居民常說的水質過硬。若沿海地區地下水位過低將會造成海水倒灌，大片區域內地下水環境將被改變，地下水資源利用變得十分困難；除生態影響外，黑臭河道對地區的經濟也會產生一定影響，如需要投入大量的資金進行水資源凈化，如影響城市整體美觀程度，進而影響其旅游產業收入，15年前浙江省西溪濕地就是較為典型的案例。

4 微納米曝氣技術在黑臭河道廢水處理中的應用

4.1 微納米曝氣技術

黑臭河道廢水產生的本質原因為水體含氧量過低，因此，治理進程中最為直接的手段為，向水體內部補充氧氣[3]。最早，氧氣補充手段為簡單曝氣技術，該種技術雖然能改善水體環境，激活有氧微生物，但在治理進程中水體擾動較大，導致大量帶有刺激性氣味物質揮發，短期內會使周邊環境惡化，甚至對居民的身體健康造成一定影響。微納米氣泡相較于傳統曝氣方法；第一，由于微納米狀態下特殊的力學性質，氣泡在水中存在時間較長且在水中破裂，不會造成大幅度的水體擾動，避免了污水治理進程中對周邊環境的影響；第二，在相同氣體體積注入前提下，微納米氣泡由于其直徑小，數量多，極大的增加了水體、氣體的有效接觸面積，水體溶氧效率大幅提升。

4.2 微納米曝氣技術在黑臭河道廢水治理中的應用原理

微納米曝氣技術從本質上分析，其為利用某種設備提升污染水體內部的含氧量，激活自然水體環境，提升水體好氧微生物的活性，進而通過生態效應實現水體的凈化。此外，微納米曝氣技術會將河道底部堆積的顆粒物質吸附在氣泡表面，隨河流的流動，實現河道顆粒物的凈化，對于水體透明度提升有一定幫助。但河道污染進程中，其是在水體微生物高活性的狀態下，發生了有機物質堆積，這也就表明了水體本身的自凈能力是無法滿足治理要求的。因此，在實際治理進程中，微納米曝氣技術常被與其他技術綜合使用進行黑臭河道的治理。

如微納米曝氣技術與本土微生物活化技術的綜合運用，在利用微納米曝氣技術提升水體含氧量、激活水體環境的基礎上，通過水體無機環境的調整，促使水體內部細菌快速生長繁殖，提升微生物有機物分解速率，提升黑臭河道治理速度。此外，雖然黑臭河道水體環境治理完成后，微生物會大量的死亡或者陷入休眠，但相較于治理前，微生物種群有一定程度上的增加，會明顯提升河道的有機質分解能力與抗逆性，對于避免河道再次遭受污染有一定幫助。

如微納米曝氣技術與固化微生物水生態修復技術。該修復手段與上文微生物活化的綜合運用原理相似性較高，最大的區別在于固化微生物是人為添加新的微生物種群，并通過環境調整使其成為水體內部的優勢種群。該種技術的優勢在于可以依據水體堆積有機物的種類合理選擇治理微生物，會明顯提升治理效率與治理速度。但由于治理進程中使用外來生物，要尤其注重固化微生物對水體環境的影響，避免造成二次破壞。

此外，在納米曝氣技術黑河道廢水處理完成后，常會采取一定的生態固定技術來避免水體的二次污染。常見的有生態基固定，生態基是為水體中微生物提供生長環境的預制載體，其在水中放置可以加速微生物有機質分解的速度，避免有機物再次過量堆積；水生植物優化，是通過生態手段對水體中植物種群進行調節，合理范圍內提升水生植物的數量，加強水體環境中含氧量，避免無氧水體環境的再次產生。

4.3 微納米曝氣技術黑臭河道廢水處理實例

浙江省舟山市某黑臭河道，治理全長約1300m。河道全程散發刺激性較強的氣體，水體透明度較低，整體顏色呈綠色。污染物來源主要為工業廢水與少部分生活污水。治理方案為優先隔絕污染源，避免污水不經處理向河道內部排放。全程共分為10段進行微納米曝氣，并配合微生物激活技術對水體進行治理，治理時間一個月后，河底沉積黑泥上翻現象明顯減弱，局部區域臭味已經消除，水質明顯改善。治理基本完成后，進行了生態基固定與水生植物優化，提升河道水體的自凈能力。迄今河道治理已經完全完成，水體透明，全程無臭味產生。

西溪國家濕地公園洪府池塘水質凈化工程于2015年展開。水質修復前，洪府池塘整體水環境質量較差，水體透明度較低，整體呈灰綠色，水面有大量蚊蟲滋生，已開始散發刺激性氣體，嚴重影響其生態價值與經濟價值。洪府池塘為旅游景點內水體，主要污染物來源可歸納為生活污水。在治理進程中，每5000平方米的水域面積布置一臺微納米曝氣設備，搭配固體微生物排放對水體進行治理。治理過后水體質量得到了較為顯著的提升，水體較為純凈，透明度可達兩米以上，無刺激性氣味產生，經檢驗后已達到國家Ⅱ類水體標準。由于其為公園景觀，出于觀賞價值考慮，生態穩定措施采用的沉水植物的培育。現階段洪府池塘景觀價值與生態價值恢復程度較高，與污染前相比已無明顯差距。

4.4 微納米曝氣技術的發展前景

微納米曝氣技術因其極高的生物活性與傳質效率，被工程領域寄予厚望。現階段微納米氣泡制作手段較少，常見的有減壓和氣水循環，由于制作方式的不同，其在物理性質上會表現出一定的差距。尋找更多的微納米氣泡制作手段，使該項技術更加符合不同環境的應用需求，對于該項技術的推廣有重要意義。

微納米氣泡在破裂進程中會釋放出大量的能量，是否可以利用該種能量加速某種反應的展開，從而實現物理技術、化學技術、生物技術綜合，進行黑臭河道水體治理，是重要的研究方向之一。

微納米氣泡技術在黑臭河道治理進程中，以提升水體含氧量為主要目標。在氣泡制作進程中，利用高氧比例的氣體作為基礎原料將會明顯提升水體治理的效率，同樣作為微納米氣泡技術在黑臭河道水體治理中重要發展方向。

5 結論

黑臭河道治理對居民生活與生態環境都會造成較為嚴重的影響，微納米氣泡技術相較于傳統治理技術有著生態影響小，無二次污染發生概率，治理速度較高，治理成效較好，是現階段黑臭水體治理較為常見的手段。相關部門及人員要加大推廣力度與研發力度，不斷提升我國黑臭水體治理工作的成效。