基于太阳能曝气技术的市内河重污染河道治理实验研究

姜 丹

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)

基于太阳能曝气技术的市内河重污染河道治理实验研究

姜 丹

(辽宁省丹东水文局，辽宁 丹东 118000)

在经济快速发展的大背景下，市内河道的污染问题越发突出。本文以花园河桥至桃源桥工程段为依托，进行了污染治理的实际工程对比实验，介绍了太阳能曝气机的功能原理，并对实验结果进行了研究分析。实验结果表明：太阳能曝气机能在较大范围内进行污染治理；有效提升了DO浓度，均衡了水体内氧含量，增大了微生物的活性；显著降低了水体中COD及TP的含量，有效解决了河道黑臭问题。

太阳能曝气机；河道污染；治理

在经济快速发展的现代化背景下，工业化进程明显加快，城市居民生活水平显著提高，随之市内河道污染问题逐渐严重，甚至出现黑臭现象，严重影响了人们的生活。曝气技术在国外有了相当广泛的应用，因此，有必要对曝气技术进行深入研究，用以解决水体污染问题。本文介绍太阳能曝气机的工作原理及技术参数，并采用实际工程的对比实验，运用理论与实际工程相结合的技术路线，对河道治理进行探讨。

1 工程概况

花园河是鸭绿江在丹东市段的5条支流之一，源头位于八道沟里，进入丹东市汇入鸭绿江。河畔花园为花园河的花园河桥到桃源桥沿岸的一处居住地，此段属于花园河中下游，河面宽6～10m，水深1～1.60m，全长1290m，河道呈倒“T”形。虽然河道设置了截污装置，但由于紧邻居住区，加之周边群众生活污水及垃圾排入河内，形成黑臭河道，导致水体自净能力完全丧失。

2 太阳能曝气机的工作原理及技术参数

2.1 太阳能曝气机工作原理

太阳能曝气机是一种漂浮式设备，主要由泵系统及太阳能动力系统组成(见图1)。在设备工作时，泵系统驱动水体垂直向流动，同时，在水气交界面形成水平向平流层。经过曝气机的搅拌作用，可使表层与底部含氧量不平衡的现象得到较好缓解，促进河道生物快速发展，增强水体自净功能。

图1 太阳能曝气机结构

2.2 太阳能曝气机技术参数

a.设备整体概况。设备整体呈蘑菇形，最宽处达4.88m，重量达272.40kg。

b.驱动系统。设备采用直流电供能，运用无刷电机带动叶轮转动。

c.浮筒系统。由三个浮筒按正三角形方式排列，各浮筒安装有漂浮臂，可垂直调节浮筒的漂浮状态。

d.软管系统。软管直径90cm，长1.50m，上部与泵系统相连，下部与引水口相连。

e.传动装置。主要由马达、叶轮、套管等组成。其中，马达上安装有配套可拆卸组件，叶轮控制球形物的摆动情况，套管用于传动轴和垫片的保护。

f.流量。主要扰动水流量为11.20m2/min，周围感应区流量为26.30m2/min，总体扰动水流量为37.50m2/min。

g.电子控制器。由晶体管和保险丝组成，两者相互结合，安装于耐腐蚀设施之内。

h.锚固方法。用不锈钢链将设备和混凝土块连接起来。

3 实验方案

3.1 实验设计及采样分布

采用太阳能曝气机作为主要治理设施，治理开始前，首先进行河道截留处理。在“T”形三岔口处设置拦水坝，将整段黑臭河段分为治理区与原始区两部分，在原始区设置一个采样点，在治理区设置三个取样点，分别编号为Y1、X1、X2、X3，其中三个治理点相隔50m(见图2)。

图2 取样点分布

3.2 对照组可行性验证

在拦水坝建成后，对检测点的污染指标进行检验，以验证对照组的合理性(检测结果见下表)。

治理前检测点水质状况表

由表可知，治理区与原始区内检测点各污染指标浓度相近，其指标值均严重超标，因此，对比实验的可行性良好，能充分验证治理效果。

4 研究结果及分析

经过为期3个月的治理，河道污染状况已得到明显改善，各污染指标均达到治理目标。

4.1 水体内DO及COD的治理结果

经过治理之后，DO 含量明显增高，COD含量明显降低(见图3、图4)。

图3 DO浓度变化趋势

图4 COD浓度变化趋势

由图3可知，治理区内的三个检测点浓度变化趋势基本相同，对于X1、X2、X3、Y1，7月中旬检测浓度分别为4.70 mg/L、5.20 mg/L、3.70mg/L、0.50 mg/L，相比之下，治理区DO浓度显著增高。这充分说明了太阳能曝气机在100m范围内作用良好，能够使水体充分搅拌，有效改善了污染现状。

由图4可知，治理一段时间之后治理区COD浓度相对于原始区反而有所上升。经分析，原因是太阳能曝气机搅拌水体使底部污染物上翻至水面。随着时间的增加，COD浓度逐渐下降，最终的X1、X2、X3、Y1，7月中旬检测浓度分别为37 mg/L、35.40 mg/L、36.20 mg/L、95.30 mg/L，此类现象是由于DO浓度增高，增加了水体含氧量，促进微生物降解能力，使得COD浓度下降，达到治理要求。

4.2 水体内TP及透明度的治理结果

由图5可知，随着时间的增加，TP浓度呈现出逐步下降的趋势，最终达到0.20 mg/L。经分析，水温升高增强了微生物的活性，在一定范围内，水温与TP的去除成现正相关关系。

图5 TP浓度变化趋势

由图6可知，水体透明度明显增大，相比于原始区，治理区的透明度提升了2倍之多。

图6 透明度变化趋势

4.3 治理效果分析

a.太阳能曝气机能较大程度提升DO浓度，加速水体垂直向氧含量均匀分布，使整个治理区域DO平衡。通过近4个月的治理，基本消除了水体黑臭现象，加强了微生物活性。

b.太阳能曝气机在上游50m及下游50m之内的处理效果基本相同。充分证明太阳能曝气机能在较大范围内处理水体污染现象。

c.经过近4个月的治理，太阳能曝气机在较大程度上提升了水体透明度，使其他污染评定指标明显降低。其中COD、TP的浓度分别降到37 mg/L、0.20 mg/L，有效降低了水体污染。

d.太阳能曝气机巧妙地将竖直向与水平向水体流动结合起来，加强了河道底部与水气交接处水体的对流，使整个处理区水体内的氧含量均匀分布，为好氧微生物活性提供动力。

e.太阳能曝气机结合先进的太阳能技术，有效节省了能源，同时将多种污染处理技术相结合，达到较好的治理效果。

5 结 语

在经济快速发展的现代化城市内，解决河道污染问题已经迫在眉睫。运用太阳能曝气技术，对丹东市内花园河的花园河桥到桃源桥段进行近4个月的治理，污染问题基本解决，河道生态基本恢复。太阳能曝气机能在较短时间内改善水质，治理效果达到Ⅴ级水平。随着时间的推移，治理效果并不能再进一步提高，下一步可对微生物治理与曝气技术结合进行研究，以更好地达到预期治理效果。

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Urban River Heavy Pollution Riverway Treatment Experiment Research Based on Solar Power Aeration Technique

JIANG Dan

(LiaoningDandongHydrographicOffice,Dandong118000,China)

Under the big background of rapid economy development, pollution problems of urban river are becoming more and more obvious. The article relies on engineering from Huayuanhe Bridge to Taoyuan Bridge, carries out practical engineering comparison experiment of pollution regulation, introduces principle of work and power for solar power aeration machine, and carries out research and analysis to the experiment result. The experiment result indicates: The solar power aeration machine can carry out the pollution regulation in a relative large range, enhances the DO concentration effectively, balanced the oxygen content in water, enlarges the liveness of microorganism,obviously lowering the COD and TP content in water, effectively solves the black and sour problem of riverway.

solar power aeration machine; riverway pollution; regulation

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.03.018

TV85

A

1673- 8241(2017)03- 0067- 04