基于太陽能曝氣技術(shù)的市內(nèi)河重污染河道治理實(shí)驗(yàn)研究

姜 丹

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

基于太陽能曝氣技術(shù)的市內(nèi)河重污染河道治理實(shí)驗(yàn)研究

姜 丹

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的大背景下，市內(nèi)河道的污染問題越發(fā)突出。本文以花園河橋至桃源橋工程段為依托，進(jìn)行了污染治理的實(shí)際工程對比實(shí)驗(yàn)，介紹了太陽能曝氣機(jī)的功能原理，并對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了研究分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：太陽能曝氣機(jī)能在較大范圍內(nèi)進(jìn)行污染治理；有效提升了DO濃度，均衡了水體內(nèi)氧含量，增大了微生物的活性；顯著降低了水體中COD及TP的含量，有效解決了河道黑臭問題。

太陽能曝氣機(jī)；河道污染；治理

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)代化背景下，工業(yè)化進(jìn)程明顯加快，城市居民生活水平顯著提高，隨之市內(nèi)河道污染問題逐漸嚴(yán)重，甚至出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了人們的生活。曝氣技術(shù)在國外有了相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，因此，有必要對曝氣技術(shù)進(jìn)行深入研究，用以解決水體污染問題。本文介紹太陽能曝氣機(jī)的工作原理及技術(shù)參數(shù)，并采用實(shí)際工程的對比實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用理論與實(shí)際工程相結(jié)合的技術(shù)路線，對河道治理進(jìn)行探討。

1 工程概況

花園河是鴨綠江在丹東市段的5條支流之一，源頭位于八道溝里，進(jìn)入丹東市匯入鴨綠江。河畔花園為花園河的花園河橋到桃源橋沿岸的一處居住地，此段屬于花園河中下游，河面寬6～10m，水深1～1.60m，全長1290m，河道呈倒“T”形。雖然河道設(shè)置了截污裝置，但由于緊鄰居住區(qū)，加之周邊群眾生活污水及垃圾排入河內(nèi)，形成黑臭河道，導(dǎo)致水體自凈能力完全喪失。

2 太陽能曝氣機(jī)的工作原理及技術(shù)參數(shù)

2.1 太陽能曝氣機(jī)工作原理

太陽能曝氣機(jī)是一種漂浮式設(shè)備，主要由泵系統(tǒng)及太陽能動力系統(tǒng)組成(見圖1)。在設(shè)備工作時，泵系統(tǒng)驅(qū)動水體垂直向流動，同時，在水氣交界面形成水平向平流層。經(jīng)過曝氣機(jī)的攪拌作用，可使表層與底部含氧量不平衡的現(xiàn)象得到較好緩解，促進(jìn)河道生物快速發(fā)展，增強(qiáng)水體自凈功能。

圖1 太陽能曝氣機(jī)結(jié)構(gòu)

2.2 太陽能曝氣機(jī)技術(shù)參數(shù)

a.設(shè)備整體概況。設(shè)備整體呈蘑菇形，最寬處達(dá)4.88m，重量達(dá)272.40kg。

b.驅(qū)動系統(tǒng)。設(shè)備采用直流電供能，運(yùn)用無刷電機(jī)帶動葉輪轉(zhuǎn)動。

c.浮筒系統(tǒng)。由三個浮筒按正三角形方式排列，各浮筒安裝有漂浮臂，可垂直調(diào)節(jié)浮筒的漂浮狀態(tài)。

d.軟管系統(tǒng)。軟管直徑90cm，長1.50m，上部與泵系統(tǒng)相連，下部與引水口相連。

e.傳動裝置。主要由馬達(dá)、葉輪、套管等組成。其中，馬達(dá)上安裝有配套可拆卸組件，葉輪控制球形物的擺動情況，套管用于傳動軸和墊片的保護(hù)。

f.流量。主要擾動水流量為11.20m2/min，周圍感應(yīng)區(qū)流量為26.30m2/min，總體擾動水流量為37.50m2/min。

g.電子控制器。由晶體管和保險(xiǎn)絲組成，兩者相互結(jié)合，安裝于耐腐蝕設(shè)施之內(nèi)。

h.錨固方法。用不銹鋼鏈將設(shè)備和混凝土塊連接起來。

3 實(shí)驗(yàn)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及采樣分布

采用太陽能曝氣機(jī)作為主要治理設(shè)施，治理開始前，首先進(jìn)行河道截留處理。在“T”形三岔口處設(shè)置攔水壩，將整段黑臭河段分為治理區(qū)與原始區(qū)兩部分，在原始區(qū)設(shè)置一個采樣點(diǎn)，在治理區(qū)設(shè)置三個取樣點(diǎn)，分別編號為Y1、X1、X2、X3，其中三個治理點(diǎn)相隔50m(見圖2)。

圖2 取樣點(diǎn)分布

3.2 對照組可行性驗(yàn)證

在攔水壩建成后，對檢測點(diǎn)的污染指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，以驗(yàn)證對照組的合理性(檢測結(jié)果見下表)。

治理前檢測點(diǎn)水質(zhì)狀況表

由表可知，治理區(qū)與原始區(qū)內(nèi)檢測點(diǎn)各污染指標(biāo)濃度相近，其指標(biāo)值均嚴(yán)重超標(biāo)，因此，對比實(shí)驗(yàn)的可行性良好，能充分驗(yàn)證治理效果。

4 研究結(jié)果及分析

經(jīng)過為期3個月的治理，河道污染狀況已得到明顯改善，各污染指標(biāo)均達(dá)到治理目標(biāo)。

4.1 水體內(nèi)DO及COD的治理結(jié)果

經(jīng)過治理之后，DO 含量明顯增高，COD含量明顯降低(見圖3、圖4)。

圖3 DO濃度變化趨勢

圖4 COD濃度變化趨勢

由圖3可知，治理區(qū)內(nèi)的三個檢測點(diǎn)濃度變化趨勢基本相同，對于X1、X2、X3、Y1，7月中旬檢測濃度分別為4.70 mg/L、5.20 mg/L、3.70mg/L、0.50 mg/L，相比之下，治理區(qū)DO濃度顯著增高。這充分說明了太陽能曝氣機(jī)在100m范圍內(nèi)作用良好，能夠使水體充分?jǐn)嚢?，有效改善了污染現(xiàn)狀。

由圖4可知，治理一段時間之后治理區(qū)COD濃度相對于原始區(qū)反而有所上升。經(jīng)分析，原因是太陽能曝氣機(jī)攪拌水體使底部污染物上翻至水面。隨著時間的增加，COD濃度逐漸下降，最終的X1、X2、X3、Y1，7月中旬檢測濃度分別為37 mg/L、35.40 mg/L、36.20 mg/L、95.30 mg/L，此類現(xiàn)象是由于DO濃度增高，增加了水體含氧量，促進(jìn)微生物降解能力，使得COD濃度下降，達(dá)到治理要求。

4.2 水體內(nèi)TP及透明度的治理結(jié)果

由圖5可知，隨著時間的增加，TP濃度呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢，最終達(dá)到0.20 mg/L。經(jīng)分析，水溫升高增強(qiáng)了微生物的活性，在一定范圍內(nèi)，水溫與TP的去除成現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。

圖5 TP濃度變化趨勢

由圖6可知，水體透明度明顯增大，相比于原始區(qū)，治理區(qū)的透明度提升了2倍之多。

圖6 透明度變化趨勢

4.3 治理效果分析

a.太陽能曝氣機(jī)能較大程度提升DO濃度，加速水體垂直向氧含量均勻分布，使整個治理區(qū)域DO平衡。通過近4個月的治理，基本消除了水體黑臭現(xiàn)象，加強(qiáng)了微生物活性。

b.太陽能曝氣機(jī)在上游50m及下游50m之內(nèi)的處理效果基本相同。充分證明太陽能曝氣機(jī)能在較大范圍內(nèi)處理水體污染現(xiàn)象。

c.經(jīng)過近4個月的治理，太陽能曝氣機(jī)在較大程度上提升了水體透明度，使其他污染評定指標(biāo)明顯降低。其中COD、TP的濃度分別降到37 mg/L、0.20 mg/L，有效降低了水體污染。

d.太陽能曝氣機(jī)巧妙地將豎直向與水平向水體流動結(jié)合起來，加強(qiáng)了河道底部與水氣交接處水體的對流，使整個處理區(qū)水體內(nèi)的氧含量均勻分布，為好氧微生物活性提供動力。

e.太陽能曝氣機(jī)結(jié)合先進(jìn)的太陽能技術(shù)，有效節(jié)省了能源，同時將多種污染處理技術(shù)相結(jié)合，達(dá)到較好的治理效果。

5 結(jié) 語

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)代化城市內(nèi)，解決河道污染問題已經(jīng)迫在眉睫。運(yùn)用太陽能曝氣技術(shù)，對丹東市內(nèi)花園河的花園河橋到桃源橋段進(jìn)行近4個月的治理，污染問題基本解決，河道生態(tài)基本恢復(fù)。太陽能曝氣機(jī)能在較短時間內(nèi)改善水質(zhì)，治理效果達(dá)到Ⅴ級水平。隨著時間的推移，治理效果并不能再進(jìn)一步提高，下一步可對微生物治理與曝氣技術(shù)結(jié)合進(jìn)行研究，以更好地達(dá)到預(yù)期治理效果。

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Urban River Heavy Pollution Riverway Treatment Experiment Research Based on Solar Power Aeration Technique

JIANG Dan

(LiaoningDandongHydrographicOffice,Dandong118000,China)

Under the big background of rapid economy development, pollution problems of urban river are becoming more and more obvious. The article relies on engineering from Huayuanhe Bridge to Taoyuan Bridge, carries out practical engineering comparison experiment of pollution regulation, introduces principle of work and power for solar power aeration machine, and carries out research and analysis to the experiment result. The experiment result indicates: The solar power aeration machine can carry out the pollution regulation in a relative large range, enhances the DO concentration effectively, balanced the oxygen content in water, enlarges the liveness of microorganism,obviously lowering the COD and TP content in water, effectively solves the black and sour problem of riverway.

solar power aeration machine; riverway pollution; regulation

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.018

TV85

A

1673- 8241(2017)03- 0067- 04