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超微米气泡技术应用于黑臭河水质处理试验研究 张奎兴罗建中 广东工业大学环境科学与工程学院， 广州 510006 摘要 以珠江水系某一支涌为研究对象， 采用 AH 型超微米气泡发生水处理装置， 研究试验其治理污水能力。试验结 果表明 该方法能显著降低 BOD 和总磷及氨氮含量， 处理后， 溶解氧大幅度提高， 水质明显改善。对超劣质水 ρ COD＞500 mg/L ， COD 和 BOD 去除率达 70以上， 同时氨氮和总磷也得到大幅度去除， 对色度也有较好去除， 大大缓解了该支涌的水质污染压力。通过运行成本的分析， 其每吨水成本为 0. 277 元， 处理费用较低。该技术为河涌 水质改善和治理提供新的参考。 关键词 超微米气泡; 黑臭河; 水质 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201402007 STUDY ON APPLICATION OF SUBMICＲON BUBBLE TECHNOLOGY IN TＲEATMENT OF WATEＲ FＲOM BLACK- ODOＲ ＲIVEＲS Zhang KuixingLuo Jianzhong Faculty of Environmental Science and Engineering， Guangdong University of Technology，Guangzhou 510006，China AbstractTaking a surge in the Pearl Ｒiver water system as the research object，the AH super micro bubble water treatment device was used its to study sewage treatment capacity． The experimental results show that this can significantly reduce the content of BOD，total phosphorus and ammonia nitrogen， after the treatment，DO is greatly improved，the water quality is improved obviously;the removal rate of COD amd BOD in the ultra poor water COD above about 500 mg/Lis more than 70，at the same time，ammonia nitrogen and total phosphorus have been greatly decreased． The decoloring and deodorising effects are good，thus greatly easing the pressure of the river water pollution． Through the analysis of the running cost， the cost per ton of water is 0. 277 ， the processing cost is very low，which provides new experience for river water quality improvement and management． Keywordssubmicron bubble;black- odor river;water quality 收稿日期 2013 －05 －09 0引言 近年来城市化进程加快使得城市污水排放量不 断增加。作为重要资源和污水载体的城市河流已受 到严重污染， 许多河流黑臭问题严重。城市化的扩张 也使很多村镇的河涌遭受同样的问题， 农村河涌变黑 变臭的现象也越来越普遍， 如何治理河涌黑臭， 是当 前重要的环境问题。 珠江三角洲， 经济高度发达， 人口也高度密集。 据报道， 珠三角城乡有近 1 000 条河涌水体发黑发 臭， 近 2 000 万 m3/d 的污水亟待处理。 曝气复氧作为处理河道水体技术在国内外已有 许多研究和应用 ［1- 5 ］。曝气复氧对消除水体黑臭的良 好效果已被国内一些实验室试验及河流曝气中试所 证实 ［6- 8 ］。其原理是通过进入水体的溶解氧与黑臭物 质 H2S、FeS 等还原物质 之间发生了氧化还原反 应，有效地改善或缓解黑臭现象。由于河道曝气复 氧具有效果好、 见效快的特点， 已成为一些发达国家 如美国、德国、 法国、英国及中等发达国家与地区如 韩国、香港等在中小型污染河流污染治理经常采用 的方法 ［9- 11 ］。超微气泡 micro bubble 指的是 50 μm 以下气泡。污水处理技术中， 超微气泡技术实际上是 超微泡增氧技术， 是在传统气浮曝气方法基础上发展 而来。这此领域中， 人们采用各种曝气方法， 最大可 03 环境工程 Environmental Engineering 能地满足污水中好氧微生物在新陈代谢过程中需要 的氧气量， 达到水质处理的目的。因此， 曝气技术设 备及曝气质量成为这种处理方法最主要的部分。 1试验部分 1. 1珠江水系某支涌简介 该支 涌 属 于 珠 江 水 系 的 一 条 支 涌， 总 长 约 600 m， 宽 1 ～ 2. 5 m， 深 0. 5 ～ 1 m， 根据相关调查， 该涌每天 150 ～900 m3量直接排入支涌。排入河涌 的废水来源主要为沿线企业的工业废水、 农业生产 废水、 生活污水、 鱼塘水及地表径流。主要排污企 业有两家饮料企业、 豆腐作坊、 电池厂及一个养鸭 场。由于沿线的工业废水和农业生产废水和生活 污水没有经过处理直接排入河涌， 河涌严重淤塞导 致其河涌污染严重， 常年黑臭， 生态环境恶化， 严重 影响附近居民的生产生活及下游河涌的水生态环 境。水质状况见表 1。 表 1水质现状 Table 1Water quality status pH 值 ρ SS / mg L －1 色度 ρ DO / mg L －1 ρ LAS / mg L －1 ρ 动植物油 / mg L －1 ρ COD / mg L －1 ρ BOD / mg L －1 ρ TP / mg L －1 ρ NH3- N / mg L －1 6. 3 ～7. 820 ～25010 ～1280. 16 ～31. 4 ～3. 40. 22 ～1. 5662 ～256019 ～7550. 9 ～14. 18 ～147 1. 2试验方案 本次试验段发气装置产生的气泡平均粒径在 200 ～4 000 μm， 称为纳米微泡 nano bubble 。纳米 气泡是指粒径在 1 μm 以下的气泡。含有纳米气泡 的水， 气 化 后 会 兼 具 氧 气 或 臭 氧 特 性， 表 面 带 电 －30 ～50 mV， 可加压到数十个大气压以上。可改 善水质项目有 BOD、 COD、 pH、 SS、 氮、 磷等。 根据佛山市环保局提供的普查数据， 相应配置的 水处理发泡装置为 AH 型。AH 型装置配置 2 个发泡 释放器， 每个释放器每小时出水 3 m3， 可满足试验段 需要。 保持河涌截面积、 自然河床结构及两岸景观不改 变。截取一段河道， 试验段前置格栅， 试验段尾做一 简单浮渣收集池即完成。但在本试验段实施过程中， 河涌流水时断时续， 考虑到目前是枯水季节， 采用全 封闭水泥结构贮水处理。前段做一个小水坝蓄水， 保 证水流的持续。试验河段设置在支涌汇入主涌70 m 处， 与主涌间有西堤坝， 最近处离支涌堤坝涵洞20 m。 整体工程截取河断约 10 m， 按原有涌道宽度建造， 不 影响河道原有功能。在一般流量情况下， 涌水得到 100处理; 在短暂丰水 强降水或鱼塘水 时， 涌水 自然流过试验段， 涌水处理率为 30 ～ 80。工程 目标 保持河涌截面积、 自然河床结构不改变， 保持河 涌两岸景观不破坏。但在实际设计过程中， 考虑到目 前是枯水季节， 采用全封闭水泥结构贮水处理， 气浮 氧化后河床淤泥减少的功能不在此试验范围内。 1. 3试验工艺流程及简介 工艺流程如图 1 所示。格栅栅条间隙为 20 mm、 栅宽为 1. 5 m， 在处理前可阻隔杂物进入; 前置混合 池， 对进水进行简单沉淀， 并注入絮凝剂; 释放器， 每 个喷头每小时喷出3 m3气泡， 按照平均水量计算， 采 用 2 个喷头完全可以满足该支涌日常水质处理需要。 在反应处理池中， 气泡与絮凝剂产生作用。 图 1工艺流程 Fig．1The flow chart of the process 2试验结果与分析 2. 1监测结果 本监测结果含两部分， 包括日常水质监测和破坏 性监测试验， 日常的监测包括上午 2 次和下午 2 次， 分进水出水共 4 次进行监测， 监测结果如表 2 所示。 各污染物的去除情况如图 2 所示。 图 2试验去除效果 Fig．2The removal effect of the test 由表 2 可以看出 微孔曝气的复氧效果比较理 13 水污染防治 Water Pollution Control 表 2日常监测结果 Table 2The daily monitoring results 试验次数采样pH ρ COD / mg L －1 ρ DO / mg L －1 ρ BOD / mg L －1 ρ 动物油 / mg L －1 ρ 悬浮物 / mg L －1 色度 ρ LAS / mg L －1 ρ 总磷 / mg L －1 ρ 氨氮 / mg L －1 1处理前7. 61890. 4135. 10. 4655400. 512. 64132 处理后7. 69468. 518. 960. 06480. 450. 689. 62 2处理前7. 64850. 4436. 10. 5933400. 562. 57129 处理后7. 71468. 489. 40. 14680. 420. 7215. 4 3处理前7. 741240. 5844. 20. 8556400. 590. 4142 处理后7. 73439. 078. 590. 13580. 320. 520. 2 4处理前7. 701300. 6245. 81. 53116400. 543. 7120 处理后7. 70449. 018. 810. 07680. 30. 4822. 9 想， 均达到 7. 5 mg/L， 达一类水质标准。从图 2 可以 看出 由于该日取样的 COD 值本身并不高， 前两次取 样 COD 的去除效果一般， 后两次取样去除效果接近 于70; BOD 去除效果较好， 达70 ～80; 动物油、 悬浮物和氨氮去除率， 达 80 以上; 总磷去除效果， 除第 3 次监测出现异常， 基本达 80。 2. 2破坏性试验 为验证本装置的承受负荷， 对 AH 型超微米气泡 发生装置进行破坏性试验。将附近豆腐厂残液作为 试验对象， 处理结果如表 3 所示。 表 3破坏性试验结果 Table 3Destructive test results 项目pH 值 ρ SS / mg L －1 色度 ρ DO / mg L －1 ρ LAS / mg L －1 ρ 动植物油 / mg L －1 ρ COD / mg L －1 ρ BOD / mg L －1 ρ TP / mg L －1 ρ NH3- N / mg L －1 处理前6. 1297160. 82. 561. 3613804226. 3291. 23 处理后6. 852744. 20. 960. 163351020. 6825. 26 去除率/72 75638876768972 从表 3 可知 主要项目去除率较理想， 均达到 70以上， 其中污水中的 ρ COD 进水达 1 380 mg/L， 出水达 335 mg/L， 去除效果达 76。 3运行成本分析 本试验段设备运行费用主要包括 电费、 药剂费和 人工管理费用。运行成本直接与水量、 水质相关。一般 来说， 水量越大运行成本越低。水质越差， 运行成本越 高。按容量和一般性水质理论计算 2 套标准释放器每 小时处理污水40 m3。总装机容量为4.62 kW h。 每天运行 24 h， 按每度电 0. 9 元计算。则每日耗 电量为 99． 79 元， 处理 1 m3水耗电费为 0. 1 元。 絮凝剂的费用与水质、 水量有直接关系。一般来 说， 水质越差， 水量越小， 絮凝剂成本越高; 反之， 水质 越好， 水量越大， 絮凝剂成本越低。聚合氯化铝 PAC 用量为每吨水 10 mg/L，即需0. 02 元; 聚丙烯 酰胺 PAM 用量为每吨水 3 mg/L，即需 0. 057 元。 则每吨水药剂消耗费用为 0. 077 元。 4结论 1 从监测总体结果看， 该技术可显著降低 BOD 含量; 污染程度较高时 COD 去除效果理想; 可大幅 度提高水质的溶解氧; 悬浮物显著降低; 同时总磷 及氨氮含量得到较大去除。处理后， 水质得到明显 改善。 2 AH 型超微米气泡技术的优点为 ①低处理成 本 设备体积小、 效率高、 成本低。②保护环境 不破 坏水域环境， 对水中动植物无影响。达到饱和溶解氧 状态时间短、 不堵塞、 噪音小、 耗能低。③灵活性 可 对河涌、 开放式或封闭式河流湖泊等多种地形进行处 理。处理水量的可调节性强， 可以单机或多机组串 联、 并联同时处理， 而且可分别处理多种不同污染物。 ④多样性 将微生物制剂负载在气泡上在水中扩散、 混合， 实现乳化效果。 参考文献 ［1］刘延恺， 陆苏， 孟振全． 河道曝气法 － 适合我国国情的环境污水 处理工艺［J］． 环境污染与防治， 1994， 16 1 22- 25. ［2］于金莲， 石登荣， 韩秀娣． 提高中、 小河道曝气处理效果的方法 ［J］． 上海师范大学学报． 自然科学版， 1999， 28 2 88- 92. ［3］凌晖等． 纯氧曝气在污水处理和河道复氧中的应用［J］． 中国 给水排水， 1999， 15 8 49- 51. 下转第 76 页 23 环境工程 Environmental Engineering General， 1993， 27 14 2009- 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