水体曝气净化技术研究水体复氧技术研究.docx

水体曝气净化技术研究（水体复氧技术研究） 污染严重的河道水体由于常处于缺氧状态，而使得水体发黑变臭。通过资料分析，实地调研及室内实验发现，水体曝气净化技术通过向河道充氧，可增强河道的自净能力，改善水质、恢复河道的生态环境，可为贾鲁河流域水体治理提供一条经济有效的途径。 传统的曝气技术一般采用人工曝气增氧措施，存在能耗高及运行管理不便等问题。而自然界本身蕴含着巨大能量，本课题将开创一种不耗能的新型水体复氧技术，主要从以下两个方面进行研究：1. 利用河道人工建筑物强化水体自然复氧能力河流在流动过程中本身蕴涵了巨大的能量，如果能充分利用此自然能量来增加水中溶解氧含量，将是一种理想的增氧措施。水流经过河中兴建的闸、堰、坝等泄水建筑物的出流，由于水流的强烈紊动与掺气，会使水体的溶解氧含量有较为明显的提高。为了充分利用水的紊动，可以通过设计一些特殊形状的加糙物如阶梯、半球等形状，设置在河道人工建筑物上，使溢过的水体紊动更加剧烈，因而大气中的氧气更多地进入水体中成为溶解氧，并在水体中合理地扩散、输移。（1）溢流坝人工加糙处理对普通的溢流坝进行加糙处理后，水体流经坝时可产生强烈紊动，导致水流破碎形成众多大小不一的水滴，加强了水体的掺气能力并增大了水-气界面的接触面积，其复氧能力获得增强。如图所示，当水流碰撞到阶梯坝时产生强烈紊动，紊动能增大，造成大量气泡的卷入，使水体的氧传输面积大大增加，而大气与气泡的氧又是在紊动的作用下传递到水体中去的。紊动在阶梯与滑移水流的交界处达到最大，这时大小不等的气泡增多，同时每个阶梯凹角内有顺时针旋涡产生，在旋涡以外的滑移水流中，沿着坡面法线方向，滑移速度逐渐增大，在接近坝底处速度最大。旋涡的存在，就使进入到水体中的溶解氧更加激烈地卷入水流中，从而水体溶解氧增加。而光滑溢流坝面上水流在流过坝面时没有遇到阻碍物，因而流速比阶梯溢流坝面上水流流速大，但是在没有阻碍物的情况下，紊动碰撞几乎没有，因而紊动能很小，造成了水体与空气接触的面积也减小，因此氧亏恢复率也减小。我国很多城市河流都设有橡胶坝。对橡胶坝做加糙处理，提高其复氧指数，充分利用水体自身能力提高水体自净能力，将会为国家节约大量资金，有效改善河流水质与生态环境，具有投资少，实用性好，管理简单方便等优点。（2）高性能复氧堰（坝）的设计传统堰或坝的修建主要是为了满足蓄水、灌溉、防洪等目的，而没有或较少地从净化水质的角度予以考虑，随着水污染趋势的加剧，很有必要对堰或坝的复氧能力作更多、更细致的研究。通过一些高性能复氧堰或坝的设计，是可以满足较大幅度提高其复氧能力的目标的。The Tennessee Valley Authority (TVA，美国田纳西州流域管理局)的研究人员提出了两种颇具创意性的高性能复氧堰型：the labyrinth weir与the infuser weir。The labyrinth weir在平面上呈锯齿形；the infuse weir实质上为宽顶堰，不同的地方在于:堰顶上设置有隔栅，允许水流部分经隔栅垂直向跌落，部分水流从隔栅上水平向流过。这两种堰见图。The labyrinth weirthe infuse weir2. 可再生能源复氧技术研究（1）太阳能技术人工曝气虽然具有充氧效果好、速度快的优点，但因高能耗限制了其在河道污染治理中的应用。贾鲁河流域是太阳多辐射地区，使用太阳能曝气器将是最理想的方式之一。a太阳能曝气技术通过采用太阳能光电板将太阳能转化为电能，并利用它带动高效的涡轮扇产生层状缓流。从而使得较大范围内水体产生表面流。通过表层水与底层水交换作用相结合，实现较大水域的纵横向环流，从而增加该区域底层水体的溶解氧，加快微生物的代谢活动，加速水体中N、P等污染物降解的速率，降低污染物负荷。太阳能曝气器将太阳能与先进的曝气技术有机结合，开创了不耗能的新型曝气技术，同时将水循环、物理、化学及生物处理技术有机组合，有效改善了除污效果，且无需布置管线、无需维护、可随意移动的特性有利于其推广应用。b太阳能底层水增温复氧技术（仅为设想）水体中的溶解氧主要来自大气复氧，因此上层水与大气充分接触，溶解氧含量高，底层水的的溶解氧则通过主要分子扩散来补充，溶解氧含量低，从而出现溶解氧在竖直方向上的分层现象，夏季尤为严重。冬季，由于上下层水受温度影响存在密度差，上层水受环境温度影响，水温低、密度大，下层水温度高、密度小，出现翻池现象，溶解氧分层不明显，分布较均匀，含量较高。太阳能转化为电能受技术限制还存在成本高、转换效率低的问题，而太阳能转化为热能技术相对成熟。本课题将研究在不影响水生生物正常生存的条件下，通过太阳能适度加热底层水，形成池内环流，实现上下层水质间的交换，加快大气复氧，促使溶解氧分布均匀。此外，还可利用太阳能转化为电能，在河道适宜处设置喷泉、水车等，不仅达到增氧净化水质的目的，还可美化河道景观。（2）风光互补低强度曝气技术多年的气象资料与相关研究报告表明，太阳能与风能资源具有非常好的互补性。风光互补发电技术弥补了独立风电与光电系统的不足，提供了稳定可靠的电源。本课题通过风光互补技术研究，将清洁能源用于曝气复氧系统设备的供电来源，同时结合低强度曝气技术，用于贾鲁河流域水体治理。第 5 页