河道曝气技术原理及设备选型

河道曝气技术原理及河道曝气技术原理及 设备选型设备选型 1 目录目录 1 1 河道曝气技术简介河道曝气技术简介 3 3 2 2 河道曝气原理河道曝气原理 4 4 3 3 需氧量的计算需氧量的计算 5 5 3.13.1 组合推流式反应器模型组合推流式反应器模型. . 5 5 3.23.2 箱式模型箱式模型. . 6 6 3.33.3 好氧特性曲线法好氧特性曲线法. . 7 7 4.44.4 曝气设备的选择曝气设备的选择 . .7 7 4.14.1 曝气设备充氧量的计算曝气设备充氧量的计算. . 7 7 4.24.2 曝气设备的选型曝气设备的选型. . 8 8 4.2.1 固定式充氧站 . 8 4.2.2 移动式充氧平台9 2 河道曝气技术原理及设备选型河道曝气技术原理及设备选型 1 1 河道曝气技术简介河道曝气技术简介 溶解氧在河水自净过程中起着非常重要的作用， 水体的自净能力直接与复氧能力有关。 河 水中的溶解氧主要来源于大气复氧和水生植物的光合作用， 水体溶解氧主要消耗在有机物的 好氧生化降解、氨氮的硝化、底泥的耗氧、还原物质的氧化、水生生物和植物生长等化学、 生化及生物合成等过程中。 污染河道就是由于溶解氧的总消耗量大于复氧量， 水体的溶解氧 大幅下降，甚至被消耗殆尽，河流水体处于无氧状态， 有机物的分解就从好氧分解转为厌氧 分解，水体生态系统遭到严重破坏，导致污染水体黑臭。 河道曝气技术就是根据河流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，从而改善河流的水质。 曝气复氧对消除水体黑臭的良好效果已被实验室试验与河流曝气所证实。 其机理是进入水 体的溶解氧与黑臭物质（如H2S，FeS 等还原性物质）之间发生了氧化还原反应。相关研究 结果表明即使严重黑臭的水体，在有氧条件下 20h 后臭味基本消除，水体颜色明显改观， COD、BOD5都有大幅度（30%～50%）降低。通过复氧，可以使天然水体逐步恢复自然的 生态功能，达到最终消 除黑臭污染的目的。 河道曝气复氧技术作为一种投资少、见效快的河流污染治理技术已经在很多国家得到应 用。20 世纪五六十年代起，英、 德、 美等发达国家就开始利用河道曝气技术治理河道污 染。英国的Thames，德国的Ruhr、Enshcer 与 Saar 河，澳大利亚的Swan 河、Canning 河和 美国的 Homewood 等河流就先后利用河道曝气技术明显改善了河流水质.河道曝气技术在国 外应用已非常成熟。 近年来， 我国一些大中城市也进行了一定规模的河道人工曝气复氧试验。 上海市在苏洲河 环境综合整治一期工程中建造了一艘充氧能力为 150m3/h 的充氧船（ “沪苏曝氧 I 号” ） ，实 测结果表明，该船在夏季可使苏洲河水体增加的 0.56mg/L 的 DO，在冬季增加 0.61mg/L； 充氧时的有效影响范围可以到达下游 1200～1500m，能够对黑臭现象有较明显的改善。此 外， 北京的清河环境改善曝气工程、 上澳塘和新径港的曝气工程、 重庆的桃花溪曝气措施等、 都取得了较好的治理效果。 3 根据国外河道曝气的工程实践， 河道曝气一般应用在以下两种情况： 第一种是在污水截流 管道和污水处理厂建成之前。 为解决河道水体的有机污染问题而进行人工充氧。 如德国莱茵 河支流 Emscher 河的情况。第二种是在已经过治理的河道中设立人工曝气装置作为对付突 发性河道污染的应急措施。突发性河道污染是指连续降雨时，城市雨污混合排水系统溢流， 或企业因发生突发性事故排放废水造成的污染。另外，在夏季，因水温较高， 有机物降解速 率和耗氧速率加快，也可能造成水体的溶解氧降低。 以上两种情况发生后， 进行河道曝气复 氧是恢复河道的生态环境和自净能力的有效措施。 河道曝气技术是近年来国内外治理河流污染的有效工程措施， 能在较短的时间内对河道的 黑臭现象有明显的改善。 研究表明， 河道曝气技术会受到温度、 水体微生物与水的混合程度、 微生物活性等因素的影响， 因此，河道曝气技术的应用要充分考虑污染水体的特征， 并结合 一些生物方法以提高其效率。 目前， 关于河道曝气技术的研究主要集中在研制新型的充氧设 备，高现代化的曝气船，提高充氧效率，降低曝气的成本。 2 2 河道曝气原理河道曝气原理 河水中溶解氧的含量是反映水体污染状态的一个重要指标， 受污染水体溶解氧浓度变化的 过程反映了河流的自净过程。 当水体中存在溶解氧含量下降， 浓度低于饱和值，水面大气中 的氧就溶解到河水中，补充消耗掉的氧。 如果有机物含量太多，溶解氧消耗太快， 大气中的 氧来不及供应。水体的溶解氧将会逐渐下降乃至消耗殆尽， 从而影响水生态系统的平衡。 当 河水中的溶解氧耗尽之后河流就出现无氧状态，有机物的分解就从有氧分解转为无氧分解， 水质就会恶化，甚至出现黑臭现象。此时，水生态系统已遭到严重破坏，无法自行恢复。由 此可见， 溶解氧在河水自净过程中起着非常重要的作用。 并且水体的自净能力直接与曝气能 力有关。 河道曝气技术就是根据河流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，从而改善河流的水质。 河水中的溶解氧主要来源于大气复氧和水生植物的光合作用， 其中大气复氧是水体中溶解 氧的主要来源。 大气复氧是指空气中氧溶于水的气一液相传质过程． 这一过程也可称为天然 曝气。但是，单靠天然曝气作用，河水的自净过程非常缓慢。 故此需要采用人工曝气弥补天 然曝气的不足。 如果向一条已遭受严重有机污染且处于黑臭状态的河道进行人工曝气。 充人 4 的溶解氧可以迅速地氧化有机物厌氧降解时产生的致黑致臭物质， 有效地改善、 缓和水体的 黑臭程度。 3 3 需氧量的计算需氧量的计算 曝气设备的选型和充氧方式的确定是影响河道曝气效果的关键因素。 要进行设备选型， 首 先要确定水体的需氧量， 进而根据设备的充氧动力效率确定设备充氧量。 需氧量主要取决于 水体的类型、水质现状以及河道治理的预期目标。 水体需氧量=水体耗氧+底泥耗氧大气复氧-植物光合作用产氧 一般河道曝气需氧量计算忽略大气复氧和植物光合作用产氧， 以总耗氧量作为河道需氧量 的参考数值。耗氧量计算模型如下所述。 3.13.1组合推流式反应器模型组合推流式反应器模型 该模型是将河道看成多个推流式反应器的串联组合， 利用现有的水质、水力资料，对相应 边界条件进行合理的简化和假设，并综合多种耗氧和复氧作用建立起来的。其假设条件有： （1）各污染源只是在各反应器首端集中进入； （2）入流污染源的水质、水量不随时间变化； （3）入流污染源与反应器进水立即混合均匀。 此种方法是每段反应器中各项耗氧量和复氧量的简单代数和， 是一种近似的计算方法， 将 河道分成尽量多的河段可提高计算精度。 模型中任意一个（第 n 个）反应器的需氧量可用下式计算： Q n (C 0n k 0tn )1.4Q nC 1n (1exp(k ctn ))