微氣泡曝氣對模擬黑臭水體的治理效果
【蘭州純水設(shè)備http://m.smarts-edu.cn】我國許多河流流經(jīng)城市和鎮(zhèn)溝水塘壩容易受有機(jī)物和氮、磷污染,水環(huán)境容量很小,自然凈化能力較差,流動(dòng)緩慢,很容易形成黑臭的水,影響周圍的自然環(huán)境和居民的生活,嚴(yán)重威脅水質(zhì)安全。目前，處理黑水和臭水的常用方法有疏浚、生物修復(fù)和曝氣。天然富氧與水中耗氧量的嚴(yán)重失衡是導(dǎo)致水體變黑、脫臭的主要原因之一。實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
微泡曝氣是一種新型的高效曝氣技術(shù)，在廢水處理中得到了廣泛的應(yīng)用。氣泡直徑小于50微米的微氣泡，具有較大的比表面積純水設(shè)備內(nèi)部壓力大，緩慢上升，與普通曝氣方式相比，采用微氣泡曝氣可以顯著改善氣體和氣體含率和傳質(zhì)率。因此，微泡在黑臭河曝氣增氧中的應(yīng)用，不僅可以提高增氧效率，還可以提供海藻抑菌的生態(tài)修復(fù)效果。目前已有研究通過微氣泡曝氣處理黑、臭河廢水，但由于處理時(shí)間較短，不能獲得微氣泡曝氣對水體生態(tài)環(huán)境的長期恢復(fù)效果。因此，本文采用微泡曝氣和一般曝氣對模擬黑臭水進(jìn)行長期修復(fù)和處理，并對水質(zhì)改善效果進(jìn)行評價(jià)和比較。實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
1材料和方法
1.1曝氣裝置及操作參數(shù)
本實(shí)驗(yàn)分別采用微泡曝氣和普通曝氣兩種曝氣方法對模擬黑水和臭水進(jìn)行處理，并進(jìn)行對比。兩套設(shè)備的水箱是用PVC材料,形狀類似長方體,長約550毫米,寬度約420毫米,水深約280毫米在正常操作中,總水量約60 l和大約40毫米的厚度下的水。微泡產(chǎn)生加壓溶氣方式——應(yīng)力釋放方法,需要連續(xù)水循環(huán)泵,水循環(huán)是4.8升/分鐘純水設(shè)備,而不考慮短流,循環(huán)在整個(gè)水箱的12.5分鐘。為了防止流出攪拌底部泥,微泡的水出口大約110毫米的高度底泥漿,和水出口方向是水平的。為了增加大氣泡在水中的停留時(shí)間，在離底泥約40mm處安裝曝氣器。微設(shè)備最佳運(yùn)行氣體比水達(dá)到最好的微泡沫的效果,因此,微氣泡裝置遠(yuǎn)小于普通空氣曝氣裝置,只有0.12升/分鐘,單位體積空氣2毫升/分鐘˙L);曝氣的平均體積的1.3 L / min,單位體積空氣21.6 mL / min˙L)。曝氣的來源都是空氣?？紤]到微泡發(fā)電裝置水泵運(yùn)行引起的水溫升高問題，本試驗(yàn)采用兩種裝置的間歇運(yùn)行方式。在測試過程中，兩款設(shè)備同步開啟和關(guān)閉，每天早上8:00至晚上7:00，每小時(shí)運(yùn)行15min，共12次。實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
1.2模擬黑水、臭水的來源和水質(zhì)
這個(gè)測試是用來模擬校園的黑臭水源水庫的富營養(yǎng)化,含有大量的營養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)河流沉積物,加入腌10 d后完全浸沒在水中藻類和微生物繁殖,生態(tài)系統(tǒng)是穩(wěn)定的。此時(shí)，水體有一種深黃棕色，有異味，透明度低，根據(jù)《城市黑臭水治理指南》中對城市黑臭水的明確定義，可視為試驗(yàn)水已形成黑臭水。兩種設(shè)備的水質(zhì)如表1所示。
1.3水質(zhì)檢測方法
本文所涉及的各種水質(zhì)指標(biāo)的檢測方法如下。
氨氮:nah試劑分光光度法;總磷:鉬銻分光光度法;透明度:賽氏盤方法;TOC和TN: TOC - L;OD680:上海yidian UV765;濁度:散列2100 n;水溫和溶解氧:hq-30d。
2結(jié)果與討論
2.1運(yùn)行過程中水質(zhì)變化
25 d運(yùn)行的總有機(jī)碳(TOC)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮、六OD680和水質(zhì)濁度指標(biāo)測試、采樣時(shí)間是晚上7點(diǎn),在年底之前曝氣接近2 h,浮在水面上的微泡浮選效果的藻類有大部分的靜態(tài)下沉,采樣點(diǎn)15厘米。
在整個(gè)測試中,微泡曝氣系統(tǒng)的TOC濃度總是低于普通曝氣系統(tǒng),如圖1所示(一個(gè))。在5 d的初始操作,增加曝氣在水中溶解氧,和大量的微生物數(shù)量激增,導(dǎo)致迅速減少的濃度在水中TOC的設(shè)備。之后，TOC濃度繼續(xù)緩慢下降純水設(shè)備，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)微泡曝氣系統(tǒng)的TOC下降76%至18.2mg/L。氨氮濃度的變化趨勢(圖1(c))類似于TOC,微氣泡曝氣水體內(nèi)氨氮濃度下降更快,當(dāng)18 d,微氣泡曝氣水氨氮濃度一直減少到0,和普通曝氣水氨氮濃度9 d后不再變化。在實(shí)驗(yàn)的最后,TN和TP濃度微泡汽水都低于普通汽水,如圖1所示(b)和1(d)。此外,實(shí)驗(yàn)觀察到在水中TN和TP較高,變化不大,可能與測試接管污水河流沉積物,含有大量的氮、磷元素,可以形成膠體的難降解。
黑臭水恢復(fù)中重要的水質(zhì)指標(biāo)是表觀指標(biāo)，在本次實(shí)驗(yàn)中體現(xiàn)為OD680、濁度、透明度三個(gè)指標(biāo)。OD680是藻液在680nm處的光吸收值，可以間接反映藻細(xì)胞的數(shù)量。為了對水體進(jìn)行顯微鏡檢查，發(fā)現(xiàn)verdigris微囊藻是一種邊緣效應(yīng)，因此，顯微鏡計(jì)數(shù)說海藻細(xì)胞濃度與海藻溶液在680 nm吸光度值的比較，發(fā)現(xiàn)兩者之間有良好的線性關(guān)系
OD680的變化如圖1所示(e),微氣泡曝氣池OD680很快在一周內(nèi),從0.03下降到0.03,并保持在一個(gè)較低的水平,并表明,微氣泡曝氣能有效去除藻類和抑制藻類繁殖,和普通曝氣系統(tǒng)保持在一個(gè)模擬的藻密度在黑臭的水形成高濃度水平。在之前的研究中，我們小組發(fā)現(xiàn)微泡對銅綠假單胞菌的生長有顯著的抑制作用純水設(shè)備，在與微泡通氣72h后海藻液密度下降了88%。同時(shí)，電子顯微鏡也破壞了藻細(xì)胞的結(jié)構(gòu)。需要說明的是，在本實(shí)驗(yàn)中對處理過的海藻液進(jìn)行了靜態(tài)培養(yǎng)，使受損和沉淀的海藻無法獲得足夠的光進(jìn)行自我修復(fù)，加速了海藻的死亡。但在本實(shí)驗(yàn)中，由于整個(gè)日照周期(上午8點(diǎn)至晚上7點(diǎn))持續(xù)間歇性曝氣，使藻類獲得足夠的光進(jìn)行自我修復(fù)，降低了死亡率
微泡曝氣對海藻去除有顯著影響，濁度也有所降低。兩種設(shè)備的水透明度變化如表2所示。由于水深較淺，測試的透明度每隔5厘米。在實(shí)驗(yàn)的中后期，微泡曝氣裝置的透明度有了很大的提高，可以清晰的看到池底，而普通曝氣裝置中水的透明度基本沒有變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，由于水質(zhì)指標(biāo)的改善，兩種設(shè)備的水體基本沒有黑臭。實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備
2.2水溫和溶解氧
水溫和溶解氧也是影響水體黑臭和藻類繁殖的兩個(gè)重要水質(zhì)指標(biāo)。因此，在運(yùn)行過程中，對水溫和溶解氧進(jìn)行全天監(jiān)測，監(jiān)測時(shí)間從10點(diǎn)到21點(diǎn)15分，監(jiān)測深度在水面以下10cm，曝氣前后進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)控日設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為10:00 - 20:00。監(jiān)視數(shù)據(jù)如圖3所示。
由于微氣泡曝氣需要水泵循環(huán)，水溫會(huì)升高。10點(diǎn),內(nèi)部設(shè)備的溫度26℃,開始后曝氣裝置,微氣泡裝置內(nèi)水溫上升波動(dòng),曝氣設(shè)備開放15分鐘內(nèi)水溫上升,停止運(yùn)行后,下午8點(diǎn)水溫上升到34℃,然后,曝氣后已經(jīng)停止下降水溫度;普通曝氣裝置內(nèi)的水溫保持在26℃左右。一般來說,水溫34℃時(shí)藻類增長速度高于26℃,在藻類密度和微氣泡裝置顯示出下降的趨勢,可見,溫度不是兩種曝氣方式藻類去除和控制效果差異的原因。
而水溫較高不利于溶解氣體越多,但溶解氧的濃度在微氣泡設(shè)備總是高于普通曝氣設(shè)備,曝氣 后停止波動(dòng)很小,平均濃度的溶氧曝氣裝置在15分鐘后曝氣已經(jīng)停止下降?？紤]到微氣泡曝氣本身僅為平均曝氣量的十分之一左右，因此可以推測，在實(shí)際的黑臭河曝氣中，采用微氣泡曝氣法可以大大減小氣泡體積。
2.3停止運(yùn)行后水質(zhì)變化
運(yùn)行期結(jié)束后，持續(xù)監(jiān)測了8d兩裝置內(nèi)的水質(zhì)變化情況（OD680、濁度和透明度），OD680和濁度數(shù)據(jù)如圖4所示，透明度數(shù)據(jù)列于表2。在停止曝氣后，由于沒有了曝氣引起的水面攪動(dòng)和持續(xù)通入的溶解氧，普通曝氣裝置內(nèi)水中藻類迅速繁殖，形成水華，OD680和濁度大幅上升，水質(zhì)迅速劣化；而微氣泡曝氣裝置內(nèi)水中藻類繁殖速度非常緩慢，僅在水面四周貼近水槽的部位發(fā)現(xiàn)了少量的藻類，并在上層水中觀察到肉眼可見的浮游動(dòng)物成群出現(xiàn)。研究表明，浮游生物對藻類繁殖有控制作用，這可能是停止微氣泡曝氣后，藻密度OD680增長緩慢的因素之一，但是微氣泡曝氣促進(jìn)浮游生物大量繁殖的原因尚需進(jìn)一步研究。
3結(jié)論
（1）與普通曝氣方式相比，微氣泡曝氣可以顯著降低該模擬黑臭水體的藻細(xì)胞濃度和濁度，從而提高透明度。
（2）在結(jié)束曝氣處理后，雖然水中仍有營養(yǎng)物質(zhì)存在，但微氣泡系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)可以保持一段時(shí)間，而普通曝氣系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)會(huì)迅速惡化。
（3）試驗(yàn)?zāi)┢谟^察到微氣泡曝氣系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了大量浮游生物，表明微氣泡曝氣可以改善水體生態(tài)系統(tǒng)。更多環(huán)保純水處理設(shè)備資訊請關(guān)注皙全蘭州水處理設(shè)備網(wǎng)。
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