微气泡曝气对模拟黑臭水体的治理效果.docx

微气泡曝气对模拟黑臭水体的治理效果我国许多流经城镇的河段和城镇内的沟渠塘坝很容易受到有机物和氮磷的污染这些水体环境容量小自净能力弱流动缓慢很容易形成黑臭水体影响周边自然环境和居民生活严重威胁水质安全。目前对黑臭水体的治理常用的方法有截污疏浚、生物修复和曝气充氧等手段。水体自然富氧和耗氧的严重失衡是水体黑臭化的主要原因之一因而曝气充氧、提高溶解氧浓度是一种行之有效的治理手段。微气泡曝气是一种新型的高效曝气技术已经在污水处理领域得到了较多的应用。微气泡是指直径小于50μm的气泡其具备比表面积大、内部压力高、上浮速度慢等特点与普通曝气方式相比采用微气泡曝气可以显著提高气体传质速率和持气率。本课题组的前期研究发现微气泡在水中自然破裂时能产生羟基自由基微气泡的水力空化处理对铜绿微囊藻的生长有明显的抑制作用也可以有效提高混凝沉淀除藻的效果。因此微气泡用于黑臭河道的曝气增氧不仅可以提高富氧的效率还兼备抑藻的生态修复作用。目前已有采用微气泡曝气处理黑臭河道废水的研究但由于处理的时间紧迫不能获得长期微气泡曝气对水生态环境的修复作用。因而本文采用微气泡曝气和普通曝气对模拟黑臭水体开展了长期修复治理工作并对水质改善效果进行了评价和对比。1材料和方法1.1曝气装置及运转参数本试验分别使用微气泡曝气和普通曝气两种曝气方式处理模拟黑臭水体并进行对比。两套装置的水槽均为PVC材质形状为近似长方体长约550mm宽约420mm正常运转时水深约280mm总水量约为60L水面下底泥厚度约为40mm。微气泡的产生方式为加压溶气-减压释放法需要水泵进行连续的水循环循环水量为4.8L/min不考虑短流的情况整个水槽中水循环一次的时间约为12.5min。为了防止出水对底泥产生搅动微气泡出水距离底泥高度约110mm且出水方向为水平；普通曝气采用球形微孔曝气头为了增加大气泡在水中的停留时间曝气头安装在距底泥高度约为40mm处。微气泡装置在最佳运转气水比下运转才能达到最好的微气泡发生效果因此微气泡装置的曝气量要明显小于普通曝气装置的曝气量仅为0.12L/min单位体积内曝气量为2mL/(min˙L)；而普通曝气的曝气量为1.3L/min单位体积内曝气量为21.6mL/(min˙L)。两种曝气采用的气源均为空气。考虑到微气泡发生装置中水泵运转引起的水温升高的问题在本试验中两装置皆采用间歇运转的方式。试验期间两装置同步开启同步关闭每天从8:00am~7:00pm每小时运转15min共运转12次。1.2模拟黑臭水体来源及水质本试验所使用的模拟黑臭水体来源为校园内一处富营养化水塘加入一定量含有大量营养物质和腐殖质的河道底泥充分搅拌混匀后静置10d水中藻类和微生物繁殖生态系统基本稳定。此时该水体已呈深黄棕色有臭味散出透明度很低根据《城市黑臭水体整治工作指南》中对城市黑臭水体的明确定义可以认为试验水体已经形成了黑臭水体。此时两装置内水质如表1所示。表1初始水质1.3水质检测方法本文中涉及到的各项水质指标的检测方法如下。氨氮：纳氏试剂分光光度法；总磷：锑钼抗分光光度法；透明度：塞氏盘法；TOC及TN：岛津TOC—L；OD680：上海仪电UV765；浊度：哈希2100N；水温及溶解氧：哈希HQ-30d。2结果与探讨2.1运转期间水质变化在25d的运转中持续对总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮、OD680和浊度这六项水质指标进行检测取样时间均为9:00pm此时距曝气结束已有接近2h因微气泡气浮作用而漂浮于水面的藻类已大部分静沉取样点为水面下15cm处。各水质指标随时间的变化如图1所示。整个试验期间微气泡曝气系统的TOC浓度始终低于普通曝气系统如图1（a）所示。初始运转的5d内曝气提高了水中溶解氧微生物大量繁殖使得两装置内水中的TOC浓度均经历了一个快速下降的过程。之后TOC浓度持续缓慢下降试验末期微气泡曝气系统的TOC为18.2mg/L下降了76%。氨氮浓度的变化趋势[图1（c）]与TOC类似微气泡曝气水体内氨氮浓度下降更为快速在18d时微气泡曝气水体的氨氮浓度已经降为0而普通曝气水体的氨氮浓度在第9d之后不再变化。试验末期微气泡曝气水体内TN和TP浓度均低于普通曝气水体如图1（b）和1（d）所示。另外试验中观察到水中的TN和TP较高且变化不大可能是与试验所取河道底泥上方水体为生活污水含有大量的氮磷元素可形成不易被降解的胶体有关。在黑臭水体的修复过程当中关注的重要水质指标是其表观指标本试验中体现为OD680、浊度和透明度三个指标。OD680为含藻液在680nm波长处的吸光值可以间接反映藻细胞的数量。对试验采用的水体进行镜检发现铜绿微囊藻是一种优势藻种因此用显微镜计数表示的藻细胞浓度与藻液在680nm处的吸光值进行对比发现两者之间呈良好的线性关系（图2）。OD680的变化如图1（