微纳米曝气法对上海郊区黑臭河水治理效果研究

作     者：钱岑 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：唐萌;许建华

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0815[工学-水利工程] 

主      题：黑臭水体 普通曝气法 微纳米曝气法 治理效果 

摘      要：背景:上海城市郊区地处长江三角洲前缘,东面与南面濒临东海,西面连接江苏、浙江两省,北界至长江入海口,土地面积为5900平方公里,占全市总面积的93%。上海郊区具体包括有闵行、宝山、嘉定、青浦、松江、金山等,户籍人口为628.4万人,占全市总人口的46.8%。由于工业体系庞大、人口密度高,大量工业、农业及生活污水的随意排放,导致水体大面积污染,引起水体富营养化,形成黑臭水体,严重影响了城市生活环境和形象。城市水体的生态系统结构严重失衡,不仅影响城市卫生文明形象,也给群众带来极度不适的感官体验,更为严重的是容易引起突发性水资源污染和引发流行病及恶性肿瘤,给群众身心健康造成极大的负面影响。目的:本课题研究微纳米曝气技术对黑臭河道的治理效果,并对其进行定性定量分析,找到适合的曝气方式、曝气时长与污染物去除率的关系,旨在寻求一种高效低耗的曝气方式,为推广微纳米曝气法治理黑臭河水提供参考。方法:本课题以上海郊区中小河流黑臭水体为小试实验研究对象,选择了p H、化学需氧量(Chemical oxygen demand COD)、溶解氧(Dissolved Oxygen DO)、氨氮、总磷(Total phosphorus TP)、总氮(Total nitrogen TN)为水体黑臭评价关键指标,探讨了普通曝气法和微纳米曝气法对黑臭水体的净化能力;在确认微纳米曝气法对黑臭水体净化能力是最有效的基础上,研究了微纳米曝气方式运行不同时间对改善黑臭水体效果。最后,将小试的经验运用到上海郊区姚浜河区域治理中,并进行公众满意度调查,采用SPSS分析,评价微纳米曝气法对黑臭水体治理和改善的效果。结果:1.经过18小时试验,运用微纳米曝气法,溶解氧(DO)从初始值的1.2mg/L迅速提高到5.2mg/L,水中溶解氧的含量丰富,水体达到自净水平。说明使用微纳米曝气方式的效果好。2.使用微纳米曝气法提高水体中溶解氧(DO)6小时就可以达到使用普通曝气法18小时后增长的数值,节省了近1/3的时间;使用微纳米曝气法去除化学需氧(COD)10小时后,可以达到普通曝气法18小时后的值;使用微纳米曝气法8小时就可以将氨氮数值降至与普通曝气法18小时后的水平值;使用微纳米曝气法去除总氮(TN)也比普通曝气法节约了1/2的时间。3.使用微纳米曝气法处理黑臭水中的化学需氧量(COD)、氨氮和总氮(TN)去除率分别为71.9%、77.5%、67.0%,去除效果好于普通曝气组。由此看出,使用微纳米曝气法对水中污染物的降解效率和去除率要明显高于普通曝气法。4.采用微纳米间歇曝气,运行8小时后停曝测定数值可知,溶解氧(DO)增长了2.68倍,氨氮去除率为61%,化学需氧量(COD)除去率为53.2%,总磷(TP)除去率为30.5%,总氮(TN)除去率为62.7%,去除效果要好于给水体连续48小时充氧曝气,并且更为经济。在微纳米曝气治理姚浜河区域中试实验中,仪器运行按8小时/天运行,在电费、人力等工程费用上,比连续运行成本要大幅度的减少。5.基于黑臭河水对周边人群健康影响及整治后的满意度进行人员问卷调查,采用SPSS分析,对整治工程的了解程度与整治后的满意度进行卡方检验得到P值为0.008(P0.05),说明对于整治工程全程了解和知晓的居民,对于本次黑臭河水治理工程的效果是持肯定态度的,而随着整治工程的完成,整治满意度和周围居民觉得治理后对自身健康的影响分析,P值为0.001(P0.05),说明治理工程完成以后,周边居民满意度较高,对于他们的身心健康也得到了一定的改善。进一步验证微纳米曝气法改善黑臭水体对人群健康的有益影响。为类似地区中小河道采用微纳米曝气法治理黑臭河水提供参考。结论:微纳米曝气是一种新型的水体曝气充氧技术,在黑臭河水治理过程中具有投资小、效率高的明显优势。4000m的水域共使用2台微纳米曝气机,每天开机8小时,运行22天,平均每天每小时每立方米耗电费用为0.07元/m/h,最终姚浜河水质基本达到《地表水环境标准》(GB3838-2002)中的Ⅴ类水质标准。而普通曝气法耗时长、气泡在水中停留时间短、溶解氧(DO)的上升效率不高,无法短时间内使黑臭水体达到良好的自净效果,不能使黑臭河水的水质得到改善。具体如下:(1)微纳米曝气法处理黑臭河水的效果比普通曝气法要好,水质恢复的周期短,节约成本。微纳米曝气法对水体的充氧能力,氧的利用率和对水中污染物的降解效率都要明显高于普通曝气法。(2)将微纳米曝气法应用于上海市嘉定区姚浜河的黑臭河水治理,采用微纳米间歇曝气的方法,每天曝气机运行8小时,在经济成本上要优于连续曝气。连续22天对水体进行监测,发现总体水体的生态恢复及水体自净能力恢复效果良好,水质最终达到环保Ⅴ类水质标准并稳定,治理工程实施效果良好。