（环境工程专业论文）人工曝气强化技术对缓流重污染水体水质应急修复的研究.pdf

m a s t e rd i s s e r t a t i o n u n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d 渊嬲y 1 9 l u o _ o fs u z n o u t e c h n o l o g y t h er e s e a r c ho fa r t i f i c i a la e r a t i o ns t r e n g t h e n t e c h n o l o g yt os l o wf l o wh e a v yp o l l u t i o nw a t e rb o d y w a t e r q u a l i 哆e m e r g e n c yr e p a i r m a s t e rc a n d i d a t e ： z h a n gt o n g q i s u p e r v i s o r ： m a j o r ： a s s o c i a t ep r o l iy o n g e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g s u z h o uu n i v e r s i t yo fs c i e n c ea n d1 e c hn o l o g y s c h o o lo fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c ea n de n g i n e e r i n g j u n e ，2 0 1 1 苏州科技学院学位论文独创性声明和使用授权书 独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其 他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究作出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名：塑! 骂丛日期：罂型年月么丝日 学位论文使用授权书 苏州科技学院、国家图书馆等国家有关部门或机构有权保留本人所送交论文 的复印件和电子文档，允许论文被查阅和借阅。本人完全了解苏州科技学院关于 收集、保存、使用学位论文的规定，即：按照学校要求提交学位论文的印刷本和 电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服 务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存汇编学位论文；同意 学校在不以赢利为目的的前提下，用不同方式在不同媒体上公布论文的部分或全 部内容。 ( 保密论文在解密后遵守此规定) 论文作者签名： 指导教师签名： 日期：坦年鱼月卫日 日期：边年上月半日 苏州科技学院硕 ：学位论文摘要 摘要 人工曝气强化技术( t h e 抓i f i c i a ja e r a t i o ns 骶n 舀h e n i n gt e c l m o l o g y ) 经过多年发展 广泛应用于各个工程中，对黑臭河道除污以及应急修复起到重大作用。课题以水体水 质净化与长效保持为目的，通过人工曝气强化技术，来改变城镇污染河道黑臭现状。 课题考察人工曝气强化技术对同心河应急修复及除污效果影响，研究在试验条件下， 不同曝气强度与不同外源污染负荷对同心河水质人工曝气除污效果的影响。 现场运行人工曝气系统，短时间内进行人工复氧，对去除水体有机物及营养盐无 明显效果，仅对提高水体溶解氧、消除水体恶臭有一定作用。在限定水体范围内，曝 气强度越大，水体溶解氧越容易短时间内升高，有利于提高河流水质，发挥曝气机应 急处理作用。对同心河这样流动性较差的河流，曝气起到一定的推流作用。 在相同工况条件下，水车式曝气机的复氧能力较强，服务范围大，对河底底泥扰 动程度小，曝气后水体感官效果好。两种曝气机对水体中c o d c r 均有去除，水车式去 除氨氮效果好于潜水式曝气机，但两种曝气机对溶解性磷酸盐均无去除效果。 在限定范围水体、无外源污染进入的条件下，控制对水体恒定的充氧量，污染水 体水质能得到好转。结果表明，当曝气强度为2 5 0 l ( m 3 h ) 时即能有较好的除污效果， 加大曝气强度污染水体除污率并没有提高。因此建议不需要加大曝气强度，避免浪费。 在试验条件下，当水体c o d c r 容积负荷为o 0 2 k ( m 3 d ) 、氨氮容积负荷为 o 0 0 4 k ( m 3 d ) 、t p 容积负荷为0 o o o l 3 k ( m 3 d ) ，相当于同心河现在每日流进 污水4 0 0 0 m 3 左右时，对曝气去除污染物效果影响很大，应急修复效果较差；当水体 c o d c r 容积负荷0 0 0 5 k ( m 3 d ) 、氨氮容积负荷o 0 0 0 8 2 k ( m 3 d ) 、t p 容积负荷 0 o o 0 0 4 k ( m 3 d ) ，相当于同心河现在每日流进污水1 0 0 0 m 3 左右时，人工曝气对污 染物能起到较好的去除作用。 建议昆山同心河每天排入污水量由4 0 0 0 m 3 减少到9 5 9 m 3 ( 新增截流污水量3 0 0 0 吨) 。截污后，进入同心河污染物总量分别为c o d c r 为2 2 0 5 7 k d 、n h 4 + - n 为1 4 5 8 k 鲋、 t p 为3 4 5 k g d 。曝气运行对污染物削减量c o d c r 为2 2 0 6 9k g d 、n h 4 + n 为4 1 6 6 k g d 、 t p 为3 6 k d 。新增截污后，以现有人工曝气条件下运行可达到短期治理目标。 试验所有结论对同心河人工曝气应急修复及除污有着重要的理论和实践意义。 关键词：人工曝气，黑臭河道，污染物容积负荷，生活废水，截污 苏州科技学院硕十学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t a n i f i c i a la e r a t i o ns t r e n 舒h e nt e c h n o l o g yw h a tb e e nw i d e l y 印p l e di ne a c hp r o j e c t h a v ed e v e l o p e dm a n yy e a r s ，p l a y e da ni m p o r t a n t 如n c t i o nt od e f a e c a t et h eb l a c k s m e l l yr i v e rc o u r s e 嬲w e ua se m e 唱e n c yr e p a i rt h ew a t e rb o d y t h eg o a lo ft h i st o p i c i se n h a n c i n gt h ew a t e rb o d yw a t e rq u a l i t yp u r i f i c a t i o na n dt h ep e r s i s t e n te a e c tw e l l ， c h a n g i n gt h ec i t yp o l l u t e dg t r e a mb l a c ks m e l l yp r e s e n ts i t u a t i o nb yt h ea r t i f i c i a l a e r a t i o n s t r e n 舒h e nt e c l l n o l o g y t h et o p i c h a v ei n s p e c t e dt h ea n i f i c i a la e r a t i o n s t r e n 酉h e nt e c l u l o l o g yt ot h ec o n c e n t r i cr i v e re m e 玛e n c yr e p a i ra 1 1 dt h ed e f a e c a t e d e f r e c ti n n u e n c e ；s t u d i e dt h ed i f r e r e n ta e r a t i o ni n t e n s i t ya n dd i f r e r e me x t r a n e o u s s o u r c ep o l l u t i o nl o a dt oc o n c e n t r i cr i v e rw a t e rq u a l i t ) ，a r t i f i c i a la e r a t i o nd e f 犯c a t e d e 丘e c ti n f l u e n c eu n d e rt l l es n l a j ls c a l ec o n d i t i o n r u r m i n gt l l e a r t i f i c i a la e r a t i o ns y s t e mi nm es c e n em o v e m e n t ，a n i f i c i a l r e a e r a t i o n o ni nas h o r tt i m e ，t or e m o v e st l l ew a t e rb o d yo 唱a i l i cm a _ t t e r 锄dt l l e n u t r i e n ts a l tn o t 劬g i b l ee 珏e c t ，o i l l yt oe r d l a n c e st h ew a t e rb o d yd i s s o l v e do x y g e n ，t o e l i m i n a t em ew a t e rb o d yo d o rt oh a v ec e r t a i nf u n c t i o n 1 1 1d e f i n e si nt h ew a t e rb o d y s c o p e ，t h ea e r a t i o ni n t e n s i t yi sb i g g e r ，t h ei e v e lo fm e 、v a t e rb o d yd i s s o l v e do x y g e ni s 1 1 i g h e ri nt h es h o r tt i m et oe l e v a t e ，a d v a n t a g e o u si ne n h a i l c i n gm e r i v e r sw a t e rq u a l 时， t 1 1 ed i s p l a yi i l s o l a t i o ni n t e m a lc o m b u s t i o ne n g i n ee m e r g e n c yp r o c e s s i n gf u n c t i o n a s m ec o n c e n t r i cr i v e rs u c hn u i d i 哆b a dr i v e r s ，t l l e 神r a t i o np l a y sc e n a i nd r i rr o l e t h ew a t e r 、v h e e lt y p ea e r a t i o nm a c m n ea n dm ed i v i n gt ) ，p ea e r a t i o nm a c l l i n e u n d e rm es 锄e o p e r a t i n gm o d ec o n d i t i o n ，w a t e n v h e e lt ) ，p e a e r a t i o nm a c h i n e r e a e r a t i o n o na b i l i t yi ss 仃o n g e r ，s m a l l e rp e r t u r b a t i o nd e g r e et ot h eb o t t o mm u do fr i v e r b o t t o m ，a f t e rt l l ea e r a t i o l l t 1 1 ew a t e rb o d ys e n s eo 唱a ne f f e c ti sb e t t e r t w ol ( i n d so f 跹r a t i o nm a c l l i n ec a nr e d u c ec o d c ri nt i l ew a t e rb o d y ，t h ew a t e r w h e e lt y p e s d e i l i n d g e n a t i o ne f j f e c tb e t t e rt l a n 也ed i v i n gt y p ea e r a t i o nm a c h i n e ，b u tt 、v ol d n d so f a e r a t i o nm a c h i n ed on o th a v et l l ee l i m i n a t i o ne 腑c tt ot l l es o l u b l ep h o s p h a t e i nal i m i t e dr a l l g eo fw a t e rb o d y ，t 1 1 en o n - e x t r a n e o u ss o u r c ep o l l u t i o n ，c o n t r o l e d a n i f i c i a l 跹r a t i o nt ot l l ew a t e rb o d yc o n s t a n to x y g e n i z e m e mq 啪t i 坝p o l l u t i o n w a t e r sq u a l i t yt ob ea b l et 0o b t a i nm ec h 锄g ef o rt 1 1 eb e t t e r t h ee x p e r i m e n t d i s c o v e r e dm a tw h e nc o n 仃o l e d 神r a t i o ni n t e n s i 哆i s2 5 0 l ( m 3 h ) c a nh a v et h eg o o d d e f a e c a t i n ge 日e c t ，i n c r e a u s e dt 1 1 ea e r a t i o ni n t e n s i t ) ，t 0p o l l u t ew a t e rb o d yd e f a e c a t i n g r a t en o tb ee n h 锄c e d t h e r e f o r e ，s u g g e s t e di td o e sn o tn e e dt 0i n c r e 2 u s et h e r a t i o n i n t e n s i 吼a v o i dw 髂t i n g 苏州科技学院硕十学侮论文a b s t r a c t u n d e rt h es m a l ls c a l e c o n d i t i o n ，w h e ni n f l u e n tc o d c rv o l 啪el o a di s o 0 2 k ( m d ) ，t h ea m m o n i an i t r o g e nv o l u m el o a di s0 0 0 4 k g “m d ) ，t h et pv o l 啪e l o a di so 0 0 0 13 k ( m d ) ，e q u m e v e 巧d a y i n n u e n ta b o u t4 0 0 0 m 3w a t e ri n t o c o n c e n t r i cr i v e rn o w ，t 0t h ea e r a t i o ne l i m i n a t i o np o l l u t a l l te 行e c ti n n u e n c ei sv e r ) ，b i g ， e m e r g e n c yr e p a i r e f f e c ti s p o o r e r ；w h e nt h ei n n u e n tc o d c rv o l 啪el o a di s o 0 0 5 k ( m d ) ，t h ei n f l u e n ta m m o n i an i t r o g e nv o l 啪el o a di so 0 0 0 8 2 k ( m 3 d ) ，也e i n n u e n tt pv o l u m el o a di so 0 0 0 0 4 k ( m 3 d ) ，t ob ee q u a le v e r ) ，d a yi n f l u e n ta b o u t 10 0 0 m 3w a t e ri n t oc o n c e n t r i cr i v e rn o w ，t h ea n i f i c i a l2 u e r a t i o nt 0m ep o l l u t a n t e l i m i n a t i o nc 锄p l a yt h eg o o de l i m i n a t i o nr o l e i t i s s u g g e s t e d t i l a tk u n s h a i lc o n c e n t r i cr i v e rd i s p e r s e si n t 0t h ev o l 啪eo f c o n t 锄i n a t e dw a t e rw a s t et or e d u c ef r o m4 0 0 0 m 3t o9 5 9 m 3a b o u t ( a d d i t i o n a lc u t o f f v o l 啪eo fc o n t 锄i n a t e dw a t e rw a s t e3 0 0 0t o n s ) e v e 巧d a y a r e rt r i m c a t i o nd i r t ，m e t o t a lp o l l i i 眦 q u a n t i t yw h a ti i l _ n o w i n t ot 1 1 ec o n c e n l d cr i v e r r e s p e c t i v e l y i s c o d c f 2 2 0 5 7 k d ，n h 4 + - n = 1 4 5 8 k 酣，t p = 3 4 5 k 鲋e v e 巧d a y t 1 1 ea e r a t i o n m a c l l i n ec a nr e d u c et l l e p o l l u t a n tm e a l s u r e sc o d c ri s 2 2 0 6 9k g d ，n h 4 + - ni s 4 1 6 6 k g d ，t p i s 3 6 k g d a r e ra d d i t i o n a l 仃u n c a t i o nd i n ，n m n i n gm ee x i s t i n g a n i f i c i a la e r a n d nc o n d i t i o nc a na c l l i e v et h es h o r t - t e 肌g o v e m m e n tg o a l a uc o n c l u s i o n so ft h ee x p e r i m e n t sh a v et l l ei m p o n a i l tt h e o d ，a n dt 1 1 ep r a c t i c e s i g n i f i c a n c e t 0m ec o n c e n t r i cr i v e ra r t m c i a l神r a t i o n e m e 唱e n c yr e p a i r a i l d d e f a e c a t i n g k e yw o r d s ：a n i f i c i a ja e r a t i o n ，b l a c ks m e l l yr i v e rc o u r s e ，p o l l u t a i l tv o l 啪el o a d ，l i f e w a s t ew a t e r ，7 l n m c a t i o nd i r t 苏州科技学院硕十学何论文门录 目汞 摘要i a b s t r a c t i 第一章前言1 1 1 课题研究的背景1 1 1 1 河道污染及其危害1 1 1 2 河道的形态、特征及功能1 1 1 3 河道的污染现状2 1 2 人工曝气强化技术3 1 2 1 人工曝气强化技术机理3 1 2 - 2 人工曝气强化技术工艺特点3 1 2 3 人工曝气强化技术的影响因素3 1 2 4 人工曝气强化技术研究动态4 1 2 5 人工曝气强化技术国内外应用4 1 3 课题的目的与意义5 1 4 课题研究的内容与创新之处6 1 4 1 研究的基本内容6 1 4 2 创新点6 第二章同心中心河治理示范工程及研究8 2 1 同心中心河概况8 2 2 同心河前期水质监测分析9 2 2 1 水体溶解氧的变化10 2 2 2 水体有机物的变化10 2 2 3 水体氨氮的变化1 1 2 2 4 水体总磷的变化。1 1 2 3 同心河水环境状况评价1 2 2 3 1 单因子评价法1 2 2 3 2 同心中心河污染源分析1 4 2 4 同心中心河治理目标1 5 2 5 人工曝气强化技术应用1 6 2 5 1 人工曝气强化技术设计参数1 6 2 5 2 人工曝气强化技术运行简介1 7 2 6 人工曝气对同心河水质影响研究1 8 2 6 1 溶解氧的改善情况19 苏州科技学院硕十学何论文日录 2 6 2 浊度的改善情况2 0 2 6 3c o d c r 的改善情况2 0 2 6 4 氨氮的改善情况2 1 2 6 5 硝酸盐氮的改善情况2 1 2 6 6 溶解性磷酸盐的改善情况2 2 2 6 7 总磷的改善情况2 2 2 7 示范工程问题总结与研究方法2 3 2 7 1 示范工程问题总结2 3 2 7 2 示范工程研究方法2 3 2 8 本章小结2 3 第三章试验材料与研究方法2 5 3 1 试验材料2 5 3 1 1 试验器材一2 5 3 1 2 试验用水和底泥2 6 3 1 3 外源污染用水水质2 6 3 2 监测项目与分析方法2 7 3 3 试验的运行及研究方法2 7 3 3 1 曝气强度对缓流重污染水体水质净化的参数控制与研究方案2 7 3 3 2 污染负荷对缓流重污染水体水质净化的参数控制与研究方案2 7 3 4 清水实验2 8 第四章曝气强度对缓流重污染水体水质净化的研究3 1 4 1 试验目的3 1 4 2 试验数据结果与分析3 1 4 2 1 曝气强度对缓流重污染水体c o d c r 去除影响3 1 4 2 2 曝气强度对缓流重污染水体氨氮去除影响3 3 4 2 3 曝气强度对缓流重污染水体t p 去除影响3 4 4 2 4 曝气强度对缓流重污染水体d o 变化情况3 5 4 3 试验结果讨论3 6 4 4 本章小结3 7 第五章污染负荷对缓流重污染水体水质净化的研究3 8 5 1 试验目的3 8 5 2 试验数据结果与分析3 8 5 2 1 污染负荷对缓流重污染水体c o d c r 去除影响3 8 5 2 2 污染负荷对缓流重污染水体氨氮去除影响4 0 苏州科技学院硕十学何论文 口录 5 2 3 污染负荷对缓流重污染水体t p 去除影响。4 1 5 2 4 污染负荷对缓流重污染水体d o 变化情况4 2 5 3 试验结果讨论4 3 5 4 新增截污量计算4 4 5 5 水体污染负荷与曝气强度影响研究4 6 5 5 1 水体c o d c r 负荷与曝气强度影响研究4 6 5 5 2 水体氨氮负荷与曝气强度影响研究4 7 5 5 3 水体t p 负荷与曝气强度影响研究4 8 5 6 本章小结4 9 第六章结论与建议5 0 6 1 结论5 0 6 2 建议5 0 参考文献5 2 致谢5 6 作者简历5 7 苏州科技学院硕十学位论文第一章前言 1 1 课题研究的背景 1 1 1 河道污染及其危害 第一章前言 水是“万物之源”，人类目前所面临的环境问题，主要是通过城市环境所体现 出来的【i 】。城市环境污染主要是由大气污染和水体污染造成的，尤其是水体污染， 而其中又以河流污染最为严重，许多河流变成排污专道以及污水滞留地【2 】。水体 是许多污染物质的媒介，与大气相比，水体扩散条件和自净能力较差，易于富集 和迁移转化1 3 j 。另外随着经济建设和城市的不断发展，用水量几乎呈指数增长， 经过新陈代谢作用产生的污水也急剧增长，导致城市河流成为大量污水的受纳 体，部分河流终年发黑发臭，严重影响城市生活环境和水资源的再利用【4 】。 城市河流，由于受城市化建设影响，污染状况从污染类型到污染强度都发生 了重大变化1 5 6 7 引。其一方面会制约城市的社会、经济与环境的可持续发展；另 一方面会危害附近人们的身体健康，因此，城市污染河流的治理刻不容缓。水环 境污染严重、水资源紧张已经成为我国经济发展的瓶颈不容忽视，我们必须从水 利、生态、环境的宏观角度，对受污染水体问题进行总结经验，制定维持环境可 持续发展的策略【9 ，1 0 1 。 1 1 2 河道的形态、特征及功能 河道具有泄洪、排水、引源、灌溉、航运等功能【1 1 1 。河道可以根据历史、 社会不同的要求和人工设计，不同的断面形式主要有：复式、梯形、矩形和双层。 河道的物理特征主要包括纵剖面、横剖面、纵向坡度、弯曲度、水体流速、河床 材质以及是否有堰等水工建筑物。河水的流动主要取决于河道形状和物理性质。 河道形态、纵向水深、水体流速等变化丰富，常伴随有流域的生物的多样性，对 河流生态环境具有重要意义。 河水水质特征【l2 】：首先水流不断更替，其更新周期较其他陆地水体短，水 流与地表物质接触时间不长，水面蒸发小，因此与其他陆地水体相比河水矿化度 较低，一旦遭受污染，易于恢复，是水源保护的有利因素。 其次，在河流流域内水文气象条件影响下，河水化学成分变化迅速，河水在 流动过程中随着水量增减及支流或坡面水流汇入而变化，气象条件影响下的大气 降水，不仅改变河流水文动态，也为河水增补大气中的溶解物，河水与大气的良 苏州科技学院硕_ 学何论文第一章前言 好接触致使河水中经常溶有大气中的气体成分。 第三，水生生物生命活动过程为河水提供大量的有机物及大气中不含有的极 微量的气体成分，但生物过程对水中离子和气体成分作用比较弱，气体成分多以 分子形态存在。 第四，河水化学成分与水流补给来源有关，河水不仅与地表水之间有交换过 程，而且与地下水有着水力联系，致使河水化学成分复杂多样，这主要表现在水 中化学组成沿程变化与时间变化强烈。 第五，河流是人类社会主要供给水源，也是人类活动频繁的场所，它被污染 的机会多，污染的途径多，污染物来源广，种类复杂，_ 旦遭到污染就会严重影 响人类生活和生产活动。 1 1 3 河道的污染现状 据报道目前我国的河道水环境污染情况日趋严重，具体表现为富营养化【1 3 】。 在自然状况下，河流本身具有一定的自净能力，大气复氧及水生植物供养足以满 足自净过程中微生物分解有机物的需氧量，然而由于经济发展及人类的需要，采 取各种措施破坏水生植被、缩小水体自净容量、在沿岸进行工农业生产活动、又 以点源、面源的形式通过河渠、径流等水文径流向水体排放生活、工业和农业废 水，内源污染物的不断释放导致大气复氧不能及时补充消耗的d o ，d o 含量大幅 降低，出现缺氧或无氧的河段，对好氧生物的生存构成威胁，同时形成厌氧环境 后，厌氧细菌的繁殖，形成厌氧分解，产生c h 4 、h 2 s 等有害气体，影响水体感 官，加剧了河流湖泊的富营养化进程，进而导致水体黑臭，水质恶化。 经过多年粗放型经济发展，我国大部分的城市河流受到污染，许多江河的城 市段已达不到i i i 类水质的标准l l4 1 。据2 0 0 6 年全国多个检测站的统计【”】，在1 0 0 多 个城市河道中，符合i i 、i i i 类水质标准的仅占2 3 左右，超过v 类水质的约占到 3 8 ，能饮用的地面水所剩无几。根据我国环境状况公报显示，国家监测的七大 水系的近2 0 0 条河流的多个监测断面数据显示：i i i i 类水质约占4 6 ，、v 类 水质约占2 8 ，劣v 类水质约占2 6 。水体污染特征多为有机污染和营养盐，主 要污染指标为高锰酸盐指数、石油类、氨氮及磷酸盐等。我国现阶段湖泊、河流、 水库富营养化状况蔓延迅速，尤其集中在经济发达及水资源丰富地区。由于污染 从而进行河道的综合整治已引起了人们的广泛关注。国内外对河流实行综合治 理，从生态保护和环境治理结合考虑，把工程措施与水环境、社会环境结合起来。 2 苏州科技院硕十。学何论文 第一章前言 1 2 人工曝气强化技术 1 2 1 人工曝气强化技术机理 曝气复氧是通过人工控制的方法向水体中充氧来恢复水体环境生态功能的 一种措施【i6 】。上世纪6 0 年代起，人工曝气强化技术就被应用于河道治理【i7 1 。国 内外的运行表明，在污染河道中进行人工曝气复氧能改变污染水体感官的黑臭状 况，使河道上层底泥中还原性物质被氧化降解。曝气能在河底沉积物表层形成一 个以兼性菌及好氧菌为主的生态环境，并使沉积物表层具备了好氧菌生长刺激的 条件，从而能在较短时间内降低水体中有机污染物，提高水体d o ，增强水体的 自净作用，使水体水质得到有效改善。 河道曝气主要分为固定式充氧和移动式充氧两种，氧源可以采用空气或者纯 氧【l 引。固定式充氧的优点是单位体积的充氧量的成本和充氧设备运行成本较低， 移动式充氧能较灵活地根据河道的d o 水平与污染源排放状状对治理河道进行充 氧。底泥疏浚是解决沉积物中污染物回归的有效方式，但是清淤工程往往代价较 大，而且疏浚底泥的处理问题尚未完全解决，这就使底泥疏浚的某些技术问题有 待进一步研究。底泥疏浚必须与河道整治的其它措施综合应用，否则，河道污染 问题难以得到彻底解决。 1 2 2 人工曝气强化技术工艺特点 人工曝气强化技术的最大优点是见效快，在运行短期内可消除河水的黑臭， 提高水体透明度，恢复水体感官的视觉和嗅觉功能。该技术的缺点如下：影响河 道的景观功能；设备运行时噪音较大，单台曝气机的噪音达8 0 分贝；电耗高；河 道流动性差，导致河道的自然复氧能力受到限制等问题。其优缺点见表1 1 。 表1 1 人工曝气强化技术特点 优点 缺点 1 强化的人工充氧可在短时间内改善 河道的表观形状，解决有机污染引 1 设备噪声影响周边居民正常生活环境，甚 起的黑臭，提高水体透明度； 至引起居民投诉； 2 可充分利用底泥中土著微生物和外 2 对河道景观功能造成不利影响； 加优势细菌的作用； 3 对氮、磷等植物性营养污染物去除效率低， 3 一次性投资较小，日常维护简单： 可能造成藻类疯长、引起水华等新问题； 4 不影响排涝功能，不需要改变河道 4 流动性较差，不利于水生生态环境的重建 和食物链的形成； 现有水利设施： 1 2 3 人工曝气强化技术的影响因素 河道曝气技术综合了曝气氧化塘和氧化沟的原理，结合推流和完全混合这两 苏州科技学院硕 ：学何论文 第一章前言 种流态的特点，有利于克服短流和提高缓冲能力，同时也有利于氧的传递，液体 混合和污泥絮凝，是一种有效的河流水质净化方法【1 9 】。虽然河道曝气修复效果 好，但也存在不少问题，包括： ( 1 ) 没有彻底断绝污染源： ( 2 ) 以消除黑臭为目的，氮磷等营养元素难以大幅消减； ( 3 ) 未能确切计算曝气量，考虑曝气技术的成本； ( 4 ) 可能引起底泥扰动，造成二次污染； ( 5 ) 治污效率不高，缺乏成熟稳定系统； ( 6 ) 日常维护繁琐，设备被偷盗， 其中最主要问题是治污效率不高，缺乏成熟稳定系统。 1 2 4 人工曝气强化技术研究动态 根据国外河道曝气的工程实践【2 0 2 1 ，2 2 1 ，人工曝气强化技术主要应用在以下两 种情况：一是在污水管道和周围污水处理厂运行之前，解决河道的有机污染问题 而进行人工曝气修复。二是在已治理过的河道中安装人工曝气设施作为对付突发 性的河道污染的应急措施。德国s a a r 河采用多种曝气方式联合使用，沿河连续监 测，河水溶解氧增加至3 m g l 左右；德国柏林t e l t o w 运河采用纯氧间歇曝气，利 用率为3 8 q 4 。该曝气系统除了监控充氧装置的运行状态外，还设有溶解氧 浓度的测量控制仪表，可根据水体的实际溶解氧浓度调节供氧量；英国泰晤士河 使用一条机动曝气船。该船采用p s a 制氧，同时附装v i t o x 注氧设备，每天有 5 7 t 的纯氧溶于河水中。 国外对河道治理技术的研究与应用始于上世纪5 0 年代的日本、美国及欧洲一 些发达国家【2 3 讲】。日本研究开发的河流强化净化技术大多是对河流的间接净化， 即将净化设施建在河流的一侧，利用河道落差将水引到净化设施内净化后再放流 回河道。欧美等国家倾向于向河道直接曝气、河道清淤、恢复河流两岸湿地和恢 复弯道等的自然净化方式。近几十年来我国对河流强化治理技术也进行了积极的 研究和实践，实际中应用较多的有引水稀释、清淤等机械物理的方法，在部分地 区的小河道治理中使用河道曝气【2 5 1 ，而利用生物对污染河流进行强化净化的研 究也已经进行了大量的试验和实践【2 6 1 。将生物修复联合曝气应用于城市重污染 河道治理，可显著降低重污染河道内的有机污染负荷及n 、p 营养盐，提高水体 透明度。 1 2 5 人工曝气强化技术国内外应用 在我国，仅北京、重庆和上海等地的小河道治理中使用过河道曝气技术，其 4 苏州科技学院硕f ：学何论文 第章前言 尚未在河道大规模综合治理中应用过。 清河的曝气试验工程【2 7 】：上世纪9 0 年初，在北京市清河长约4m 的河段中 建起了河道曝气试验工程。工程运行4 7 d ，通过曝气基本消除了曝气河段的臭味， b o d 5 去除率在8 0 左右，c o d c r 去除率达8 0 左右，s s 去除率达8 1 9 ，n h 4 + - n 去除率近5 0 。曝气区的d o 从0 上升到5 m g l ，曝气区邻近区域的d o 上升到 4 m l 。污染河水经曝气处理后，主要水质指标均达到国家地表水v 类水质标准。 上澳塘的曝气工程试验【2 8 】：上海市徐汇区环保局在1 9 9 6 年对上海市上澳塘 潘家桥河段进行了河道人工曝气修复试验。经过1 个月的曝气，河道水质得到很 大改善，b o d 5 去除率为5 0 左右，c o d c r 的去除率为5 0 左右。 苏州河的曝气技术应用1 2 9 ，3 0 】：上海市的苏州河是一条严重污染的河流，河水 黑臭，平均d o o 5m l ，其它水质指标也严重超标。上海环科院在苏州河的支 流下游进行了人工控制曝气试验。结果表明，人工纯氧曝气可有效减小水体黑臭 及水体中的c o d c r 浓度，特别是河水流速较平缓时，c o d c r 的去除率可达3 0 左右， 河水的颜色变浅，臭味消除，能够有效控制污染。 德国鲁尔河的曝气治理【3 l 】：为了提高河水中的溶解氧，降低废水和暴雨溢 流引起的污染，在鲁尔河流域建造了一系列水库和贮水湖，作为辅助废水处理系 统。由于其本身有良好的自净作用，所以在自净过程中水体的d o 由6 5m g l 下 降到4m l 。此外该湖藻类大量繁殖，使湖中溶解氧下降到2m g l 以下。在此 基础上鲁尔河沿岸共设有4 处连续记录的溶解氧监测站，当河水中溶解氧显著下 降时，即发出警报，然后根据情况需要向河中充氧。曝气系统运转事实证明，向 鲁尔河下游人工充氧是一个有效提高水质，治理污染的方法，可保持水体溶解氧 含量在3 m g l 左右。 为了进一步提高河道曝气治污效率，使工程运行更加成熟稳定，国内外研究 者进行了大量改进和措施【3 2 ，3 3 ，3 4 1 ，总结归纳为两个方面：一是改变河道曝气的形 式，直接提高溶氧效果，增加曝气效率，如纯氧微孔布气设备、鼓风微孔布 气设备、悬挂链布气设备、水下射流曝气、移动船增氧曝气等；二是与其他技术 联合使用，提高治理效果，如投加生物制剂、增加生物膜、设置浮床水上花卉、 增设生态化工程措施等。 1 3 课题的目的与意义 ( 1 ) 本研究的主要目的：通过课题研究，分析昆山市同心中心河的河道污染状 况，识别和诊断河流污染应急修复中存在的问题，研究河道人工曝气强化复氧技 术对污染河道修复的效果，通过合理布置，优化运行技术参数，针对总结发现的 苏州科技学院硕十学何论文第一章前言 问题，提出合理的优化建议，达到改善缓流重污染河流水质的目标。 ( 2 ) 本研究的主要意义：通过监测，分析昆山市同心中心河水体污染原因，获 得河道污染物时空分布规律和主要污染负荷，在应急方案实施的基础上，开展工 程条件下河道人工曝气修复运行的研究分析，识别曝气修复过程中存在的问题并 提出改进的优化建议；通过对不同曝气设施及其组合方式复氧和对污染物去除效 果的试验研究，摸索工程条件下强化曝气对缓流重污染河道复氧和水质改善的规 律，从而为今后缓流重污染河道应急修复提供参考依据。 1 4 课题研究的内容与创新之处 1 4 1 研究的基本内容 本研究将在昆山同心中心河现场调试及水质监测的基础上，通过试验考察在 人工控制条件下，最优工况的探索、不同曝气强度及不同负荷外源污染的除污效 果。试验采用的设备数量较少，运行管理方便。研究内容主要包括以下三个方面： ( 1 ) 通过常规沿程取样监测，分析同心中心河水质污染状况，研究河道污染物 时空分布规律；调查分析昆山市同心中心河主要污染源，研究分析河道污染主要 负荷；研究两种不同类型曝气机单台、多台的充氧、改善水质能力，确定曝气机 的运行服务范围及多台曝气机最优位置组合，摸索曝气机运行的最优工况。 ( 2 ) 不同人工曝气强度处理缓流重污染水质的试验研究。以同心中心河水质水 体为处理对象，在无外源污染的条件下，将曝气强度分别调至2 5 0 l ( m 3 h ) 、 10 0 0 l ( m 3 h ) 、2 0 0 0 l ( m 3 h ) 、4 0 0 0 l ( m 3 h ) 、l0 0 0 0 l ( m 3 h ) ，考察不同曝气强度 对水质的影响，以得出人工曝气系统运行条件下的最优曝气强度，同时对昆山市 同心中心河的现场曝气运行提出优化建议。 ( 3 ) 不同外源污染负荷