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Abstract

一种快速消除水体黑臭的方法，包括以下步骤：将纯氧加压至0.3MPa或以上，通过混合器将加压后的纯氧与轴流泵从待处理水体中抽取的水流快速混合，制得溶解氧浓度为80～120mg/L的高浓度溶氧水；在待处理水体中设置若干旋转喷嘴，通过所述若干旋转喷嘴将混合器输出的高浓度溶氧水与待处理水体充分混合，使待处理水体中溶解氧浓度达到20mg/L以上。本发明采取主动压差纯氧曝气方式，通过静态压力与动态压力相结合的方式，短时间内大幅度提高水体溶氧浓度。其溶氧效率高，发挥作用快，效果持续时间长，具有广阔的应用前景。

Description

一种快速消除水体黑臭的方法
技术领域
本发明涉及水环境修复，是一种快速消除水体黑臭的方法，特别适合受到严重污染而引起水体黑臭现象的城市景观河流和湖泊。
背景技术
在社会城市化进程中，由于污水收集和处理系统不完善，大量污水进入河流和湖泊等水体，导致水体溶解氧被消耗殆尽，水体发生严重的“黑臭”现象。理论上，1mg/L的BOD需要消耗1.5-2mg/L的溶解氧，1mg/L的NH3-N则需要消耗4.5mg/L的溶解氧，而正常状态下河流的溶解氧一般只有8mg/L左右，因此，高浓度的BOD和NH3-N将很快将河道或者湖泊水体溶解氧耗尽，使水体大部分时间处于厌氧状态。水体进入厌氧阶段后，厌氧微生物大量繁殖，并对水体和底泥中大量有机物进行酸化分解，产生各种挥发性的有机物中间体，水体开始出现腐败性气味。当水体溶解氧接近0mg/L时，水体进入“严格”厌氧阶段，水体开始发黑发臭，其中代表“黑”的主要物质是硫化铁锰类无机物以及腐殖质类有机物，而代表“臭”的主要物质是硫化氢以及由厌氧放线菌分泌产生的土臭素和异莰醇，这类发“臭”物质的嗅阈值极低，容易引起强烈、的“臭”味效应。城市河流湖泊水体发生黑臭不仅使其失去资源功能，还会严重破坏周围的环境景观，甚至危害到水体周围居民的健康。
针对河流湖泊的黑臭现象，国内外展开了大量的研究。现有的研究主要分为两个部分：一是为了恢复河流湖泊的资源功能，保证饮用水的供应中不会出现嗅味而对传统的水处理工艺进行改进；另一方面的研究是针对城市中污染较为严重的河流湖泊水体，为了恢复其景观功能而对其进行原位处理。其中，饮用水方面的研究开始较早，研究成果较多；而针对污染较严重的城市河流湖泊的研究则开展得较晚，研究成果还不多，目前的治理方法主要包括物理法、化学法、生物法和曝气充氧等。
物理法主要包括截污、调水、清淤等水利工程，经过物理法治理的河流湖泊，因为淤泥疏浚，会对减轻水体的臭味起到良好的作用；截弯取直会增加河流的冲污能力。但这种方法需要建造大型的构筑物，费用高，也受到当地水利水文条件的限制，适应性较差，且因水体底泥营养物质的不断释放、地面各种干湿沉降的增加和污染物的持续排放，这种方法不能从根本上解决水体黑臭问题。
生物法是利用特定的生物(包括土著或外源微生物以及植物等)在一定的条件下降解消除环境污染物，是对被污染的环境进行恢复的生物过程。生物修复技术用于治理水体黑臭时，必须与其他环境工程技术如截污、清淤等结合同步进行，否则会由于外源污染物的不断注入，底泥污染物的不断释放而影响生物修复的效果。同时，这种方法并不能降解所有的污染物，还会受到环境中的有毒物质如重金属等的抑制，受到环境因素包括时间、季节等的影响。
曝气充氧技术是根据河流湖泊受到污染后缺氧的特点，人工向水体中充入空气或氧气，加速水体复氧过程，以提高水体的溶解氧水平，恢复和增强水体中好氧微生物的活力，使水体中的污染物质得以净化，从而改善水质。但是，由于空气中氧气比例只有21％，其在水体中饱和浓度也只有8mg/L左右，通过空气曝气进入水体的溶解氧会很快被消耗，因此空气曝气效果持续时间短，常常需要布置很多曝气器，投资和运行成本高。
采用纯氧曝气技术效果比空气曝气效果好。向遭受严重有机污染且处于黑臭状态的河道湖泊水体进行纯氧曝气，充入的溶解氧可以比较快地抑制产生黑臭物质的厌氧细菌，氧化有机物厌氧降解时产生的H2S、甲硫醚及FeS等黑臭物质，有效地消除水体黑臭现象。纯氧曝气一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式。德国在Emscher河、Teltow河、Fulda河、西班牙在Secura河，美国在Homewood河口治理中分别建立了固定式纯氧曝气设施，通过管道式布气扩散系统对河道进行人工充氧；德国在Saar河、英国在Thames河口、澳大利亚在Swan河治理中均采用了船载式移动纯氧曝气平台。但是，在重污染河流和湖泊消除黑臭治理中，常规气泡曝气或者水力曝气，效率比较低，消除黑臭需要时间比较长。例如，上海在苏州河消除黑臭治理中采用微泡式纯氧曝气，因效果不理想而放弃。
发明内容
鉴于现有消除水体黑臭技术存在上述缺陷，本发明的目的是提供一种快速消除水体黑臭的方法。
本发明是通过高浓度溶氧水的快速投放，在短时间迅速提高水体中的溶解氧浓度，快速氧化水体中“黑臭类”物质，进行转化和降解，使水体在比较短的时间内不黑不臭；通过使水体中的溶解氧在较长时间内维持在2mg/L以上，提高氧化还原电位，从而抑制水体中的厌氧微生物，中断“臭”的代谢产生和“黑”的转化过程，持续性地消除水体的“黑臭”；通过提高上覆水的溶解氧浓度，钝化河流底泥表层，抑制底泥污染物的释放，大幅度减轻底泥对河水造成的二次污染；大幅度提高水体的自净容量，强化水体抵抗降雨带来污染负荷冲击的能力。本发明具体技术方案如下：
一种快速消除水体黑臭的方法，包括以下步骤：
将纯氧加压至0.3MPa或以上，通过混合器将加压后的纯氧与轴流泵从待处理水体中抽取的水流快速混合，制得溶解氧浓度为80～120mg/L的高浓度溶氧水；
在待处理水体中设置若干旋转喷嘴，通过所述若干旋转喷嘴将混合器输出的高浓度溶氧水与待处理水体充分混合，使待处理水体中溶解氧浓度达到20mg/L以上。
本发明采取主动压差纯氧曝气方式，通过静态压力与动态压力相结合的方式，短时间内大幅度提高水体溶氧浓度。它在几分钟内能够将水体的溶解氧浓度从0升高至20mg/L以上，远远超过普通空气曝气对河流的复氧作用。能够使水体色度得到快速改善，使水体嗅阈值得到有效去除，水体色度可以稳定在20倍以下，嗅阈值达到5级以下，能够达到国家景观娱乐用水对色度和嗅味的要求。本发明方法的溶氧效率高，能够达到90％以上；发挥作用快，在数分钟之后，河流黑臭现象就开始得到控制；效果持续时间长，一次纯氧曝气的效果能够持续10小时左右，或者达到数公里远的距离。高浓度的溶解氧还能够大幅度提高水体的自净能力。另外，其系统结构紧凑，机动性强，操作运转方式灵活可靠，可以实现无人值守，具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明快速消除水体黑臭的原理图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
参照图1，本快速消除水体黑臭的方法，包括以下步骤：由制氧机1从空气中分离制备纯氧，然后由加压机2使输出氧气的压力达到0.3MPa，由轴流泵4从受污染水体6(河流或者湖泊)中抽取水，通过混合器3将加压后的纯氧与抽取的受污染水按一定比例混合，溶氧压差达到0.3MPa，使氧气以过饱和的方式快速溶解到抽取的水中，形成溶解氧浓度高达100mg/L左右的高浓度溶氧水。然后通过设置在受污染水体6中的若干旋转喷嘴5，进一步形成动态压力混合扩散，将所述高浓度溶氧水与河流或者湖泊的受污染水体6充分混合，使水体6的溶解氧浓度达到20mg/L以上，远远高于常规曝气中溶解氧浓度8mg/L的水平，从而达到河流或者湖泊受污染水体快速复氧的效果，溶氧利用效率达到90％以上。
所述若干旋转喷嘴5可以布置于受污染水体的河床或湖底，最好均匀布置，相邻旋转喷嘴之间的距离可以是1.0～3.0m，旋转喷嘴5由自身的马达驱动，旋转喷嘴5的转速为2000～6000转/分钟，喷水压力0.1～0.4MPa。所述混合器3包括壳体，壳体的内径为10～30cm、长度为20～100cm，壳体内充满蜂窝填料，该混合器3能实时将输入的水流和高压纯氧混合，形成高浓度溶氧水。可以将所述混合器3和纯氧制备加压装置(如图1中的制氧机1和加压机2)设置在待处理水体的沿岸，所述若干旋转喷嘴5通过管道和控制阀门与所述混合器3连接。
所述若干旋转喷嘴5也可以安装于船只底部，并将所述混合器3和纯氧制备装置(如图1中的制氧机1和加压机2)安装在所述船只上，将若干旋转喷嘴5通过管道和控制阀门与所述混合器3连接，制成一个船载移动式工作平台，从而可以用一个系统分时对不同的水体进行修复，减少建设成本。
纯氧可以由空气分离制氧机制得，也可以采用液态氧，并可以设置氧气存储和计量装置，以控制氧气与水的混合比例。
本发明通过纯氧静态压力与旋转喷嘴5形成的动态压力相结合，短时间内大幅度提高河流或者湖泊水体溶氧浓度，快速氧化形成水体“黑”的物质，快速中断臭味物质的产生并降解水体中呈现臭味的物质，达到快速消除水体黑臭的效果。可使水体溶解氧浓度达到20mg/L以上，处理后水体色度稳定在20倍以下，嗅阈值稳定在5级以下，曝气效果能持续数小时以上，或者水流效果能够持续数公里远。其曝气系统紧凑，能够安装在河流或者湖泊现场或者水面船只上，将曝气装置直接放置在河床或者湖底，进行原位曝气，溶氧压差达到0.3MPa以上，曝气效率达到90％以上，不需要在岸边另建曝气池，运转方式灵活，可以由自动控制单元控制实现连续或间歇工作。
实验1：黑臭河流水体之一，水温21℃，pH值6.94，溶解氧浓度0-0.07mg/L，COD浓度88-136mg/L，氨氮浓度18-34mg/L，色度34-155倍，嗅阈值23-46级。采用本发明方法，在水体中设置若干旋转喷嘴，旋转喷嘴的转速为4000转/min，喷水压力为0.25MPa，相邻旋转喷嘴之间的距离为2.0m，经过2分钟纯氧曝气，溶解氧浓度迅速上升到24mg/L，色度降低至20倍以下，嗅阈值降低至10以下；经过30分钟，色度稳定至20倍以下，嗅阈值稳定在5级以下，达到国家景观娱乐用水对于色度和嗅阈值的要求，效果持续时间达到9个小时，而COD和氨氮得到不同程度的逐渐去除，最高去除效率达到50％。
实验2：黑臭河流水体之二，水温19℃，pH值7.4，溶解氧浓度0-0.7mg/L，COD浓度74-84mg/L，氨氮浓度14-19mg/L，色度15-85倍，嗅阈值21-48级。采用本发明方法，在水体中设置若干旋转喷嘴，旋转喷嘴的转速为4000转/min，喷水压力为0.25MPa，相邻旋转喷嘴之间的距离为2.0m，经过2分钟纯氧曝气，溶解氧浓度迅速上升到23mg/L，色度降低至25倍以下，嗅阈值降低至10以下；经过30分钟，色度稳定至20倍以下，嗅阈值稳定在5级以下，达到国家景观娱乐用水对于色度和嗅阈值的要求，水体曝气效果持续距离达到4.7公里远，其中COD和氨氮得到不同程度的逐渐去除，最高去除效率达到50％。
试验3：黑臭湖泊水体，水温24℃，pH值7.1，溶解氧浓度0.05mg/L，COD浓度90.6mg/L，氨氮浓度6.9mg/L，色度250倍，土臭素浓度482ng/L。采用本发明方法，在水体中设置若干旋转喷嘴，旋转喷嘴的转速为4000转/min，喷水压力为0.25MPa，相邻旋转喷嘴之间的距离为2.0m，经过2分钟纯氧曝气，溶解氧浓度迅速上升到26mg/L，然后分别在0.5小时、2小时、3.5小时和5小时，进行取样分析检测，水样色度值分别为36、19、17和14倍，土臭素浓度分别为271、128、37、6.9ng/L，因此土臭素作为典型臭味物质的代表得到了显著去除，去除效率为98.5％，水样嗅阈值降低至5以下。

Claims (3)

1.一种快速消除水体黑臭的方法，其特征在于，采取主动压差纯氧曝气方式，通过纯氧静态压力与旋转喷嘴形成的动态压力相结合，短时间内大幅度提高水体溶氧浓度，该方法包括以下步骤：
将纯氧加压至0.3MPa或以上，通过混合器将加压后的纯氧与轴流泵从待处理水体中抽取的水流快速混合，制得溶解氧浓度为80～120mg/L的高浓度溶氧水；所述混合器包括壳体，壳体的内径为10～30cm、长度为20～100cm，所述壳体内充满蜂窝填料，该混合器能实时将输入的水流和高压纯氧混合，形成高浓度溶氧水；
在待处理水体中设置若干旋转喷嘴，通过所述若干旋转喷嘴将混合器输出的高浓度溶氧水与待处理水体充分混合，使待处理水体中溶解氧浓度达到20mg/L以上；
相邻旋转喷嘴之间的距离为1.0～3.0m；
所述旋转喷嘴由马达驱动，旋转速度为2000～6000转/分钟，喷水压力0.1～0.4MPa。
2.如权利要求1所述的快速消除水体黑臭的方法，其特征在于：所述若干旋转喷嘴均匀布置于待处理水体的河床或湖底，所述混合器和纯氧制备加压装置设置在待处理水体的沿岸，所述若干旋转喷嘴通过管道和控制阀门与所述混合器连接。
3.如权利要求1所述的快速消除水体黑臭的方法，其特征在于：所述若干旋转喷嘴安装于船只底部，所述混合器和纯氧制备加压装置安装在所述船只上，所述若干旋转喷嘴通过管道和控制阀门与所述混合器连接。
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