富氧曝氣技術去除黑臭河道富氧元素效能研究

馬小梅

(北京市順義區水務局，北京 101300)

0 引 言

城市的發展離不開水源，大多數城市都會依靠河流而建。但是隨著城市規模和配套設施的高速發展，工業及生活污染物的排放量急劇增加，排放進河道的污染物導致河水產生富營養化甚至常年黑臭等現象，給城市形象、人們的生活及身體健康等造成極其不利的影響[1-2]。

前人的研究表明，導致城市河道黑臭的因素較多，其中最為主要的因素分為以下幾點：①未經過有效處理的有機物造成的河道污染[3]；②大量污染物沉積在河道底部，并且在水流的沖刷作用下產生再懸浮現象[4]；③夏季水溫升高導致水體中的微生物活動頻率及繁殖速度增加[5]；④城市河道水流量較小，造成底部淤泥沉積和水生植物快速生長[6]。針對上述城市河道黑臭機理，國家出臺了《城市黑臭水體整治工作指南》等指導文件，從物理、化學和生物-生態等多角度進行治理。其中，物理法主要包含通過相關手段把河道底部污染嚴重的底泥清理、在底部污染嚴重的底泥上方覆蓋材料使其與水體隔離、人工將空氣或氧氣通入河道中等[7]；而化學治理手段主要是向水體中加入無害的化學試劑達到去除污染物的效果[8]；生物-生態治理手段主要是通過植物、微生物和生物促生劑等對污染物進行降解[9]。

曝氣充氧技術作為一種新興的技術手段對黑臭水體的治理效果十分顯著[10]，但是不同的曝氣方式對水體中的富氧元素的治理效果研究尚不完善。因此，本文將針對不同曝氣手段去除黑臭河道富氧元素效能進行研究。

1 試驗方法

本文的研究對象主要有取自某河道的上覆水和底部淤泥，河道現場見圖1。經過檢測得到上覆水的相關理化性質見表1。

圖1 河道現場圖

表1 上覆水相關理化性質 /mg·L-1

首先將厚度約6 cm的淤泥放置在容積為2 000 ml的燒杯中，再通過虹吸法向燒杯中輕輕注入1 200 ml左右的上覆水，通過水體曝氣和底部淤泥曝氣兩種方式與靜置組進行對比研究，每種方式均設置3個試樣，結果取平均值。水體曝氣將曝氣裝置放在泥-水交界處上方約3 cm處；淤泥曝氣將曝氣裝置放在泥-水交界處下方約3 cm處；樣品靜置3 d后進行試驗，曝氣參數為1.5 L·min-1，每天曝氣循環次數為6次，單個循環為曝氣1 h，靜置3 h，曝氣總時長為20 d，完成曝氣試驗后樣品靜置2 d。通過測量曝氣過程中上覆水、間隙水和底部淤泥的相關參數，表證曝氣方式對治理水體的效能。

2 試驗結果分析

2.1 COD濃度分析

測量不同曝氣方式及時間下的燒杯上覆水中的COD濃度，結果見圖2。從圖2中可以看出，靜置對照組的COD濃度隨著時間的增長呈緩慢上升趨勢；而水體曝氣組和淤泥曝氣組上覆水的COD濃度在經歷過曝氣處理后呈現出先上升后下降的趨勢。這是因為曝氣處理能使底泥中的有機污染物向上覆水中釋放，但是隨著曝氣時間的增長，上覆水中的含氧量增大，加速了好氧微生物進行新陳代謝的速率，從而加快了有機污染物的降解速率，使得COD濃度有所降低。從圖2中還可以看出，淤泥曝氣組的COD濃度顯著高于另外兩組試驗，這是因為淤泥曝氣這種方式會使得底泥中的有機污染物更充分地向上覆水中釋放。對比兩種曝氣方式下的上覆水的COD濃度變化可以發現，水體曝氣方式對COD的去除效果更優。但是也有研究表明，淤泥曝氣方式通過增大底泥中微生物與上覆水中污染物的接觸幾率，從長遠來看對污染物的去除作用效果更加顯著[10]。

圖2 曝氣方式對上覆水COD濃度的影響

2.2 pH值變化分析

測量不同曝氣方式及時間下的燒杯上覆水中的pH值，結果見圖3。從圖3中可以看出，水體曝氣組和淤泥曝氣組上覆水的pH值在第2天就從初始值的7.6 上升至8.7 和8.8，隨著時間的增長，呈現出先下降后穩定的趨勢，這主要是因為曝氣過程會使CO2產生吹脫作用，從而導致上覆水中的OH-比例增大，而后由于硝化作用產生H+，又會導致上覆水的pH值有所下降；靜置組上覆水的pH值隨著時間的增長表現出先增長后降低的趨勢，最大值8.1出現在第6天。結果表明，不同的曝氣方式均能提高上覆水的pH值，結合以往的研究[11]，提高上覆水的pH值有利于降低底部淤泥中的重金屬釋放速率。

圖3 曝氣方式對上覆水pH值的影響

2.3 氨氮濃度分析

圖4 曝氣方式對上覆水濃度的影響

2.4 總氮和總磷濃度分析

圖5 曝氣方式對上覆水總氮和總磷濃度的影響

3 結論

本文結合室內模擬試驗，研究了不同曝氣處理方式對黑臭河道富氧元素的處理效果，結論如下：

1) 水體曝氣和淤泥曝氣兩種方式較靜置處理而言，均能有效降低上覆水的COD濃度和提高上覆水的pH值。

3) 結合上覆水COD濃度、pH值、氨氮濃度、TN和TP濃度變化量可知，水體曝氣對上覆水中的氮磷去除效果較淤泥曝氣方式更優。