富營(yíng)養(yǎng)化湖泊局部黑臭水體復(fù)氧技術(shù)研究.pdf

1、太湖等淺水湖泊暴發(fā)的藻源性局部黑臭水體嚴(yán)重威脅飲用水安全和湖泊生態(tài)系統(tǒng)，快速大面積復(fù)氧是控制黑臭水體形成及應(yīng)急處置的技術(shù)關(guān)鍵。本論文在人工復(fù)氧控制黑臭水體試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，集成了曝氣接觸復(fù)氧、揚(yáng)水筒等技術(shù)優(yōu)勢(shì)，研發(fā)了一種適宜淺水湖泊人工復(fù)氧的的升流循環(huán)復(fù)氧裝置，通過(guò)構(gòu)造和運(yùn)行參數(shù)的優(yōu)化研究，大幅度提升了該裝置的復(fù)氧及溶解氧擴(kuò)散能力;并通過(guò)性能研究、氧傳遞研究及fluent模型研究，分析了該裝置對(duì)黑臭水體的復(fù)氧性能及參數(shù)優(yōu)化潛力，為局部黑

2、臭水體應(yīng)急處置提供了技術(shù)支撐和新型復(fù)氧裝備。
　　在人工復(fù)氧控制湖泊局部黑臭水體影響因素研究中，取藻密度為1.0×109cells/L的太湖藍(lán)藻堆積區(qū)富藻水在28℃水溫下進(jìn)行靜態(tài)模擬試驗(yàn)，從黑臭水體的發(fā)生、抑制黑臭水體產(chǎn)生和黑臭水體應(yīng)急處置3個(gè)層面進(jìn)行研究，通過(guò)對(duì)致臭和致黑物質(zhì)產(chǎn)生與溶解氧定量關(guān)系的解析發(fā)現(xiàn):無(wú)復(fù)氧條件下藍(lán)藻堆積區(qū)富藻水中CODMn、鐵、錳、二甲基三硫醚濃度隨時(shí)間持續(xù)升高，6d后水質(zhì)發(fā)生明顯的黑臭現(xiàn)象;當(dāng)采用人工復(fù)

3、氧維持1.00mg/L以上的溶解氧濃度時(shí)，還原態(tài)鐵、錳離子和硫醚等致黑臭物質(zhì)得到氧化，可有效防止水體發(fā)黑發(fā)臭，并可使已發(fā)生黑臭的水體恢復(fù)正常感觀和水質(zhì)，表明溶解氧是控制水體黑臭問(wèn)題的關(guān)鍵因素，研發(fā)出適宜湖泊的復(fù)氧裝置是解決湖泊局部黑臭水體問(wèn)題的技術(shù)關(guān)鍵。
　　有鑒于此，本研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了3種適于局部黑臭水體應(yīng)急處置的升流循環(huán)復(fù)氧裝置，其中敞開(kāi)式帶氣體分割填料的Ⅲ型小試裝置復(fù)氧效果優(yōu)于小試裝置Ⅰ和Ⅱ;通過(guò)優(yōu)化該設(shè)置的釋放頭、增加復(fù)氧區(qū)

4、域的高度、使用多面空心球填料、設(shè)置最佳長(zhǎng)度的曝氣管等構(gòu)造方面的優(yōu)化提高了該裝置的復(fù)氧效果;通過(guò)提高進(jìn)水孔的數(shù)量、采取錯(cuò)行橫切進(jìn)水口、增加提升筒直徑等方法，可有效提升該裝置的提水循環(huán)能力和氧擴(kuò)散能力。在上述研究基礎(chǔ)上建立了該裝置氧傳質(zhì)模型。
　　在小試裝置基礎(chǔ)上研發(fā)了中試復(fù)氧裝置并開(kāi)展了中試裝置性能試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明，升流循環(huán)復(fù)氧裝置具有良好的復(fù)氧效率，Ⅲ型復(fù)氧裝置可在28h內(nèi)，使水深1.80m，面積200m2模擬黑臭水體邊緣溶

5、解氧恢復(fù)到1.69mg/L，供氧效率26％，復(fù)氧對(duì)水中CODCr、氨氮等的降解具有促進(jìn)的作用，該裝置實(shí)現(xiàn)了對(duì)模擬黑臭水體的應(yīng)急復(fù)氧和處置，研發(fā)的復(fù)氧裝置獲得了2項(xiàng)國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利授權(quán)。
　　本研究采用Ⅲ型中試復(fù)氧裝置進(jìn)一步開(kāi)展了氧傳遞規(guī)律研究試驗(yàn)，研究表明，升流循環(huán)復(fù)氧裝置的氧傳遞規(guī)律為由中心點(diǎn)向四周徑向擴(kuò)散，氧濃度遞減;縱向溶解氧先由裝置區(qū)向復(fù)氧區(qū)水面表層擴(kuò)散，繼而由表層向水面下層傳遞;表層和中層溶解氧濃度接近，近池底溶解氧升高緩慢

6、。中試裝置實(shí)際氧傳遞能力為2.57kgO2/h，氧利用率為34％，其中84.09％的溶解氧參與水中CODCr的降解，15.91％體現(xiàn)為表觀水體氧溶解氧值。
　　采用fluent模型對(duì)中試復(fù)氧裝置在黑臭水體中的氧傳遞規(guī)律進(jìn)行了數(shù)學(xué)模擬，模擬中試裝置在長(zhǎng)寬各100m，深1.80m的黑臭水體復(fù)氧時(shí)的流態(tài)及區(qū)域復(fù)氧性能，模擬結(jié)果顯示:復(fù)氧裝置速度流場(chǎng)影響半徑為82.50m，呈傘狀速度梯度分布;水中DO分布是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)過(guò)程，模擬顯示中試復(fù)氧