新型微纳米曝气机治理黑臭水体的研究

段相锋　吴风华　杨学喜

摘 要：水体黑臭是我国河湖水较为普遍的水污染现象，水体中溶解氧含量过低是造成水体黑臭的根本原因。黑臭水体中氧含量严重不足，导致水中水生动物和植物的死亡、蓝藻爆发、水体丧失使用其功能，并影响公众的感官及人类生活和健康。基于此，本文首先分析黑臭水体治理的基本路线，然后探讨将新型微纳米曝气增氧机应用于处理黑臭水体中，并组织试验，探讨新型微纳米曝气机的优势。

关键词：黑臭水体;微纳米气泡;曝气增氧;溶解氧

中图分类号：X52文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0153-03

Study on Treatment of Black and Odorous Water

by New Micro Nano Aerator

DUAN Xiangfeng1 WU Fenghua2 YANG Xuexi1

（1.Zhengzhou Beauty Environmental Protection Technology Co.， Ltd.，Zhengzhou Henan 450003;2.Henan Agricultural University，Zhengzhou Henan 450003）

Abstract： Black odor is a common water pollution phenomenon in rivers and lakes in China. The low dissolved oxygen content in water is the fundamental cause of black odor. Oxygen content in black and odorous water is seriously inadequate， leading to the death of aquatic animals and plants， cyanobacteria outbreak， water loss of its function， and affecting the public's sense and human life and health. Based on this， this paper first analysed the basic route of treatment of black and odorous water， then discussed the application of new micro-nano aeration aerator in treatment of black and odorous water， and organized experiments to explore the advantages of the new micro-nano aerator.

Keywords： black-odor water;micro-nano bubble;aeration increases oxygen;dissolved oxygen

随着我国经济的发展，工业废水和生活污水的排放量增加，河流和湖泊水体中COD、悬浮物、氮、磷等污染物浓度超标，导致水体出现严重污染，很多水体出现季节性或终年黑臭。黑臭水体导致生态系统结构严重失衡，严重影响了人们的生活和身体健康。为此，国务院在2015年发布了《水污染防治行动计划》，对黑臭水体的治理提出明确要求，到2020年，我国地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内;到2030年，城市建成区黑臭水体总体得到消除[1]。

1 黑臭水体形成的原因

①流动性差甚至封闭的水体，其复氧能力差较，水动力不足，尤其容易形成黑臭水体。

②大量氮、磷有机物污染排入水体，使水体的自净能力降低，微生物好氧分解使水体中耗氧速率大于复氧速率，最后水体中溶解氧基本被消耗完，造成水体缺氧，有机物厌氧分解产生黑臭类物质。

③水体热污染也是黑臭水体的成因之一。水体黑臭现象的发生频率是夏季大于冬季，一方面是因为微生物的活动频率与温度呈现出正相关性;另一方面是因为水体中的溶解氧含量随温度升高而降低。

④其他因素：重金属污染、航运、垃圾的随意堆放等。

2 黑臭水体治理基本路线

根据《城市黑臭水体整治工作指南》，城市黑臭水体的治理应该按照“控源截污、内源治理;活水循环、清水补给;水质净化、生态修复”的基本技术路线具体实施[2]。其中，水质净化与生态修复包括：絮凝沉淀，水生植物构造的人工湿地、水生植物氧化塘、生态浮床、人工浮岛等和曝气增氧。其中，絮凝沉淀已经被生态环境部在2018年10月叫停，而采用水生植物有很多局限性，只有曝气增氧简单、快捷、无局限性、无二次污染。尤其是最近几年兴起的微纳米曝气，更是大幅度提升了溶解氧的效率。

由于微纳米气泡具有气泡尺寸小、比表面积大、吸附效率高、在水中上升速率慢等特点[3]，因此在人工曝气领域得到广泛发展与应用。微纳米气泡在水中的停留时间长，与水体的氧交换时间也长，加上比表面积大这一特性，能在水中快速溶解，大大提高水体的复氧速率，最近几年得到快速发展。

微纳米曝气增氧工艺的核心在于针对水体溶解氧含量不足，利用特制设备通过水体大面积曝气，给水体增加溶解氧，激活土族微生物菌群，让好氧微生物得以存活，利用微生物的新陈代谢作用快速对水体中的污染物质进行降解或转移，短时间内能显著降低水体中COD、BOD、悬浮物、氨氮的含量，明显增加水体能见度，使水体能恢复自净能力和使用功能[4]，维持稳定的水生态系统的平衡，使水体具备自净功能。

3 新型微纳米曝气增氧机

新型微纳米曝气增氧机是在对微纳米气泡发生装置进行优化自主研发而成的，克服了治理水体视觉污染和噪声污染，使水体治理在无声中进行。设备主要由气液混合泵、微纳米曝气頭、压力表及连接管件组成，在设备上部添加了荷花造型和灯光效果（见图1），使其在外观上给人更好的视觉效果。该设备通过水泵加压，然后曝气头内部的切割片高速旋转，在离心作用下，使其内部形成负压区，空气通过进气口进入负压区，在容器内部分成周边液体带和中心气体带，高速旋转的气室出气部将空气均匀切割成直径5～30[μm]的微纳米气泡。由于气泡细小，不受空气在水中溶解度的影响，不受温度、压力等外部条件的限制，可以在污水中长时间停留，具有较好的气浮效果。同时，微纳米气泡可以大幅度增加氧气的供给量，增强水中生物的活性，加速对水体底泥中污染物的降解，实现水体净化。

4 新型微纳米曝气增氧机处理黑臭水体试验

4.1 试验目的

通过试验得到溶解氧、COD、透明度等的数据变化，以此表征水的清洁程度和新型微纳米曝气增氧机的性能。

4.2 仪器

三个池子分别标号为A、B、C（尺寸：4m×4m×3m），功率为1.1kW的新型微纳米曝气机三台;溶解氧仪、测量尺等。

4.3 步骤

①取某轻度黑臭水体为水样，取样方法为垂直取样、随机取样（不取特别清澈的区域或者污染特别严重的区域），并且取一些该区域底泥，为试验环境构建天然系统的模型。测得原水水质指标：DO为0.8mg/L，COD为92mg/L，透明度为0.4m。

②A池中的曝气机每天分别曝气3h且曝气10d，B池中每天曝气2h且曝气10d，C池中每天曝气1h且曝气10d，每两天测定一次数据。数据应在曝气结束后，待水体中溶解氧稳定下来再测，做好数据记录。

4.3 结果分析

记录结果如图1至图3所示。

由上图可以看出，大概曝气6d后，A、B池中，COD、DO就能达到国家Ⅱ类水质要求，第6天后再继续曝气，只有C池中测得的数据有所变化，A和B的数据基本稳定，无明显变化。由此得出，该功率下大约需要花费12～18h即可使轻度污染的水体变为清洁水体。

可见，新型微纳米曝气增氧机的性能达到设计目的，能在短时间内恢复水体的功能要求，对黑臭水体的治理也有显著效果，且无副作用，不会形成新污染造成水体二次伤害。

4.5 试验影响因素

①该模拟环境处理过的水不流走，也没有新的污水进入，所以，处理效果与实际运用会有一些偏差。

②该模拟环境的水中微生物种类少，可能造成食物链缺失，微生物的种类对水体的影响也是其中的因素之一。

③其他一些原因：如温度（T）、设备安装深度（H）、通气流速（V）、孔隙空间（S）、孔隙率（K）、孔隙量（N）等，也会造成试验误差。

5 新型微纳米曝气机的优势

5.1 结构材料优势

采用超疏水材料，保证荷花外观干净、历久常新;防水、防风、防渗漏、防撞设计;结构简单，便于维护;耐老化，使用寿命長。

5.2 操作优势

智能控制，可以用手机控制，也可以现场控;可以根据不同的水质设置曝气间隔;花朵多级开放模式，配合灯光变换，也可以多族荷花联调联动。

5.3 施工优势

工艺施工及治理效果受水体底部黑臭淤泥影响小，无需对河底进行改造;其可对整条河、湖同步展开净化，不受水量限制;无大型机房、占地面积极小、设备材料大部分为水下淹没式安装，不需要大量土建工程，施工周期短，有水无水均可安装。

5.4 使用优势

曝气效率高，氧气利用率在90%以上;处理工艺能耗低，见效快，效果持久，运行过程中几乎为无人化的管理。

5.5 其他优势

整体工艺实施后，花朵配有多级开放模式，加上灯光变换，视觉上的感官效果更好，环境更美观;下沉式安装时噪声更小。

参考文献：

[1]国务院.国务院关于印发水污染防治行动计划的通知（国发〔2015〕17号）[EB/OL].（2015-04-02）[2018-10-01].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2015-04/16/content_9613.htm.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国环境保护部.住房城乡建设部 环境保护部关于印发城市黑臭水体整治工作指南的通知[EB/OL].（2015-08-28）[2018-10-01]. http：//www.mohurd.gov.cn/wjfb/201509/t20150911_224828.html.

[3]陈冀孙，胡斌.气浮净水技术的研究与应用[M].上海：上海科学出版社，1985.

[4]洪涛，叶春，李春华，等.微米气泡曝气技术处理黑臭河水的效果研究[J].环境工程技术学报，2011（1）：20-25.