曝气复氧技术在广东地区河流水质污染治理中的应用研究

孙 珊

(深圳市宝安区水务局，广东 深圳 518100)

当前国际上治理河流水质污染问题所采用的方式主要分为三大类别：一是物理方法，具体包括人工复氧、引水冲污、疏浚河道等；二是化学方法，具体包括化学除藻、重金属固定等；三是生态方法，具体包括微生物强化、植物强化、生物膜等。其中曝气复氧技术主要是通过向水体内充注氧气或空气，使水体的复氧速度加快，提升水体对氧进行溶解的水平与好氧微生物的活跃程度，从而净化水体里的污染物[1]。这种技术是一种应用范围十分广泛且较为成熟的技术，因此在对广东地区河流水质污染治理问题进行研究的过程中对该技术进行应用并进行试验研究。

1 研究方法与材料

1.1 研究目的

构建人工模拟河道，通过曝气复氧技术对广东地区污染河流水质进行处理，从而确定曝气运行的最佳方式以及曝气的最佳强度，并对最佳生物填料进行筛选等[2]。获取曝气复氧技术应用对广东地区河流水质污染治理的效果，以对将该技术应用于广东地区河流水质污染治理中的可用性进行评估[3]。

1.2 试验河水

试验中选用的河水来自广东地区河流水质污染问题较为严重的河流，水质的具体数据见表1[4]。

表1 试验河水水质的具体数据

利用潜水泵对水流进行提升，利用流量计对河水进行调节控制，使河水进入试验中的河道模拟反应装置[5]。

1.3 试验分析项目

在测试分析水样时，具体方法与项目见表2[6]。

表2 测试分析水样的方法与项目

测定微生物时将生物填料取出，用清水对表面进行清洗，通过生物显微镜进行镜检，对微生物的形态、种类、数量进行观察[7]。

1.4 试验场地选择

在广东地区一个污水处理公司中的苗圃里圈出一块较为窄长的空地，将其作为本次试验的场地[8]。

1.5 模拟河道构建

考虑氧的利用率与填料设置等问题，在试验中反应器需满足一定的长、深、宽要求。构建的河道模拟反应器长为3.0m、高为1.2m、宽为0.5m，能够达到1m的有效水深。模拟河道的具体材料为不锈钢板，可达到1.5m3的有效容积、1.8m3的单槽容积。并联或串联五个河道单槽进行不同试验[9]。

在进水端对穿孔导流板进行设置，使布水更加均匀。在反应器中可以对不同种类的填料进行设置，根据不同试验需求可以对填料体积进行改变[10]。出水堰出水方式为溢流，并在反应器底部对观察孔和放空管进行设置。单槽的实际进出水管路见图1。在底部对PVC环形穿孔管进行设置，选择的孔径为0.2cm，放置方式为45°角斜向下，连接空压机与穿孔管，以进行鼓风曝气。

图1 单槽的实际进出水管路

1.6 研究方法

试验方案具体如下：

a.在模拟河道内对1m3的生物膜填料进行设置。对流量进行调节从而模拟广东地区河流的实际情况。连续进行60h的曝气，每6h对TP、NH3-N、TN、CODCr、浊度进行测定。在不同流速下，对生物膜净化与曝气技术的治理效果进行测定[11]。

b.分别在模拟河道内对天然棕毛、组合填料、卵石、弹性填料进行设置，进行10天的连续曝气后，分别对其生物膜的重量、厚度进行测定，并对微生物相进行观察，对两种未成功挂膜的填料进行淘汰，对于剩余的填料则进行一整天的曝气，每2h对TP、NH3-N、TN、CODCr、浊度进行测定，对治理效果最佳的填料进行优选。

c.在条件相同的情况下，连续在一个模拟河道内曝气，在另一个河道中则交替进行曝气，每曝气0.5h后静止1.5h，连续运行16h。在试验中每隔0.5h对DO进行测定，每隔2h对NH3-N、TN、CODCr等进行测定[12]。通过这种方式对适合广东地区污染河流水质的曝气方式进行选择。

d.对空气管阀门进行调节，将进气量控制在三个范围内，分别为微量曝气、中度曝气、充分曝气，连续运行两天，比较 NH3-N、CODCr的实际去除效果，对曝气的最佳强度进行选择。

e.在条件相同的情况下，首先在模拟河道内直接进行曝气，接着加入5%比例的活性污泥进行曝气，加入10%比例的活性污泥进行曝气，加入20%比例的活性污泥进行曝气。在试验中每隔6h对河水进行取样，对CODCr进行测定，在36h后分别对TP、TN、NH3-N、CODCr、DO进行测定[13]。通过这种方式对直接曝气的效果与加入活性污泥后的效果进行比较。

分三个阶段进行本次试验，每个阶段的类型与内容具体见表3[14]。

表3 试验各阶段的类型与内容

2 研究结果

2.1 动水环境研究结果

模拟广东地区河流的两种实际流速，一种是调查后的河流平均流速，一种是一些断头洪地区的流速，将这两种河流流速作为试验中的进水流速。

在动水环境设置的条件具体如下：在模拟河道内对1m3的生物膜填料进行设置，利用调节流量计将进水流速调节成试验流速。

TP、NH3-N、TN、CODCr、浊度的测量结果见表4～表8。

表4 浊度测量结果

表5 TP测量结果

表6 NH3-N测量结果

表7 TN测量结果

表8 CODCr具体测量结果

根据以上试验结果，生物膜净化与曝气技术具有良好的河流水质污染治理效果，并且对于较慢流速的水体治理效果更好。

2.2 填料试验结果

试验中选择的填料包括天然棕毛、组合填料、卵石、弹性填料，进行挂膜试验后，发现卵石和弹性填料挂膜效果更好。接着进行二者的对比试验，治理试验结果见表9。

表9 治理试验结果

由表9试验数据可知，初期试验中，卵石的治理效果整体更好，而随着时间的推移，弹性填料则表现出了更好的治理效果，因此弹性填料更适用于广东地区的河流水质污染治理，同时可以将卵石作为治理中的辅料。

2.3 曝气方式试验结果

对间歇式曝气方式与连续性曝气方式进行比较，对NH3-N、TN、CODCr、DO的含量进行测试。

其中DO的含量测试结果为连续性曝气时在4.2～6.0mg/L的范围内波动，而间歇式曝气时在0.1～4.4mg/L的范围内波动。

根据试验结果可知，连续性曝气方式的DO含量更高，且波动整体较小，而间歇式曝气方式的DO含量更低，并且整体波动明显。

NH3-N、TN、CODCr的含量测试结果见图2～图4。

图2 CODCr含量测试结果

图3 TN含量测试结果

图4 NH3-N含量测试结果

根据以上试验结果，对于 CODCr而言，连续性曝气方式能够获得更好的水质污染治理效果；对于TN而言，连续性曝气方式能够获得更好的水质污染治理效果；对于NH3-N而言，间歇式曝气方式能够获得更好的水质污染治理效果。

2.4 曝气强度试验结果

对于微量曝气、中度曝气、充分曝气三种方法，水质污染治理效果见表10。

表10 三种方法的水质污染治理效果

由表10三种方法的水质污染治理试验数据可知，曝气强度的最佳选择为中度曝气。

2.5 加入活性污泥的试验结果

将直接曝气的效果与加入活性污泥后的效果进行比较，见表11。

表11 水质指标实验结果

试验结果说明加入适量活性污泥能够带来更好的水质污染治理效果，最适当的活性污泥加入量为10%。

3 结 语

多方面的试验表明，曝气复氧技术在广东地区河流水质污染治理中的应用前景广阔，可对该技术进行大范围推广。