复合型河道曝气工艺对黑臭河道的净化效果研究

葛扬

摘 要：为提高传统曝气复氧工艺对黑臭河道河水的处理效果，该文比较了不同曝气强度、不同微生物投加量、不同砾石填料高度的影响，通过现场模拟河道试验手段，验证了投加微生物和设置砾石填料层与河道曝气工艺相结合的可行性与有效性。结果表明：该复合工艺可以有效提高现有曝气工艺的处理效果，并能减少能耗。

关键词：河道曝气；微生物菌剂；砾间接触；黑臭水体

中图分类号 X703 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）06-108-03

城市水体通常指城市中自然或人工形成的河流、河道和小型湖泊等景观水体，受规划不合理、排污集中、截污不够、流量不足等因素影响，普遍污染较重，有的甚至发黑发臭，人民群众反映强烈，成为水污染防治工作的薄弱环节和难点，也是新型城镇化绕不开的“伤疤”。黑臭水体一度成为“水十条”发布后的首要环保话题，如何吸取前车之鉴，为城市留下更多河流，维系好每一条河，将成为这一轮城镇化过程中必须面对的挑战[1]。

曝气复氧技术作为一种有效改善和治理黑臭河道的工程技术，从20世纪60年代开始就被应用于河道治理。最先运用曝气复氧技术的是欧美的一些发达国家，由于工业化进程较早，许多重要河流相较于发展中国家也较早被污染。现如今，欧美国家黑臭河流则已经经历一个污染-治理的过程，而目前我国的许多重要河流出现了不同程度的污染[2～5]。廖丽华等通过现场模拟试验，比较了4种曝气工艺对改善佛山水道水质的影响，4种工艺平均复氧效率为14.3%～36.6%，对COD的平均去除率为9.6%～24.6%[6]。李开明等利用3种不同曝气设备进行了黑臭河道曝气试验，结果表明，不同曝气设备对污染物去除有一定区别，对CODCr去除率为24%～33.3%，对NH3-N去除率为3.2%～26%[7]。

曝气复氧工艺对改善水体感官颜色、消除水体恶臭有非常明显的效果，但是许多情况下，黑臭河道本身有益微生物量太少，污染物降解速度有限，并且河道自身没有彻底切断污染源，河道曝气复氧工程对水体污染物的去除效果有待进一步的提高[8]。本文通过一系列现场模拟试验，探究河道曝气与投加微生物菌种、设置砾石填料等方式结合的复合工艺对黑臭河水的净化效果。

1 材料与方法

1.1 试验地点 试验地点位于江苏省宜兴市和桥镇和桥公园内公园河一侧绿地，试验水质为原水。公园河长约115m，宽约8m，深1～1.5m，西侧联接和桥公园内的景观湖，东侧联接城镇街道下暗沟，暗沟长450m，向东排入武宜运河。由于河岸两侧纳污管年久破损，公园河两侧的酒店、浴室、公共厕所的污水部分或全部排入水体。试验期间公园河水质状况见表1。

1.2 试验装置 试验采用自制的模拟河道反应器，长3.3m、宽1m、高1.2m，有效水深1m，有效体积3m3。模拟河道底部设置预留曝气软管，曝气软管外径为16mm，内径为10mm，所产生的微气泡直径为0.5～2mm。模拟河道采用聚丙烯PP材料制作，共3个。模拟河道装置剖面图1所示。

1.3 试验方法 模拟试验分为：（1）曝气强度试验：在不进水状态下分别采用1m3/h、5m3/h、10m3/h的气量对河水进行曝气，通过调节进气阀门和气体流量计控制曝气气量；（2）微生物投加量试验：在使用5m3/L曝气强度每天曝气2h条件下，分别向装置投加150mL、500mL、1 500mL微生物菌剂，微生物采用丹阳尚德微生物公司的微生物产品；（3）砾石填料高度试验：在使用5m3/L曝气强度每天曝气2h条件下，在装置中分别设置30cm、50cm、80cm天然砾石填料，粒径为32～64mm，试验开始前10d为挂膜阶段，在模拟河道装置中投加500mL微生物菌剂，保持缓慢进水，试验开始后不再投加微生物菌种。

2 结果与分析

2.1 不同曝气强度对水质的影响 由图2、图3可见，3个强度的曝气条件对CODMn78h的去除率分别为17%、33%和35%，曝气对CODMn的去除基本集中在曝气的开始阶段，在曝气启动后的前30hCODMn下降明显，而30h后CODMn基本维持在相当水平，降幅很小。3个曝气强度对比下，5m3/h后提升曝气强度对CODMn去除率从33%提升到35%，并不明显。曝气对NH3-N的去除与CODMn的特征十分相似，对NH3-N的去除基本集中在曝气开始阶段，最终3个强度曝气NH3-N去除率分别为15%、22%、24%。

2.2 不同微生物投加量对水质的影响 由图4、图5可见，投加微生物会使河道的CODMn暂时升高，因为微生物菌剂中含有大量维持微生物生长的营养物质。微生物进入水体后，凭借自身带入的营养物质与河道中原本有的污染物，形成大量菌胶团悬浮于水体，大约在5d时间，菌胶团沉至装置底部，所以3个装置中CODMn从5d之后均开始很快地降低。3个投加量7d的最终去除率分别为19%、45%、51%，故微生物投加对CODMn在前期暂时升高后有明显的去除。150mL剂量的微生物对NH3-N去除效果不明显，500mL与1 500mL剂量对NH3-N有明显的去除。与CODMn类似，微生物对NH3-N的明显去除也发生在5d菌胶团沉淀的时候。

2.3 不同砾石层高度对水质的影响 由图6、图7可见，砾石高度对CODMn和NH3-N有较大影响，砾石填料层厚度越大，对污染物的截流作用越大，填料层附着的微生物量越大，故而对CODMn和NH3-N去除效果越明显。3个高度砾石层对CODMn的7d去除率分别为21%、34%和45%，对NH3-N的去除率分别为11%、19%和35%。

3 结论与讨论

由本次试验可知：曝气复氧工程是处理黑臭河道的有效方法，本试验水质下最佳曝气量为5m3/L，78h对CODMn和NH3-N的去除率分别达到33%、22%。投加外源微生物是提高曝气处理效果较为廉价、有效的方法，投加该种外源微生物的最佳用量为500mL每3m3河水。在曝气河段中设置砾石河床能提高工艺的截污能力，同时防止微生物菌种随河水流动而流失，但过高的砾石河床可能影响河道通航等功能。

参考文献

[1]国务院.水污染防治行动计划[S].2015.

[2]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，1994，01：22-25.

[3]朱广一，冯煜荣，詹根祥，等.人工曝气复氧整治污染河流[J].城市环境与城市生态，2004，03：30-32.

[4]周杰，章永泰，杨贤智.人工曝气复氧治理黑臭河流[J].中国给水排水，2001，04：47-49.

[5]刘晓海，高云涛，陈建国，等.人工曝气技术在河道污染治理中的应用[J].云南环境科学，2006，01：44-46.

[6]廖丽华，彭闪江，陶涛，等.不同曝气工艺对佛山水道水质DO和COD的影响[J].环境工程，2008，S1：23-26.

[7]李开明，刘军，刘斌，等.黑臭河道生物修复中3种不同增氧方式比较研究[J].生态环境，2005，06：816-821.

[8]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），1999，02：88-92.

（责编：张宏民）