黑臭河道中曝气效果及实例运用

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黑臭河道中曝气效果及实例运用

　摘　　　　要：　水体黑臭现象成为我国诸多城市河流的污染问题，本文介绍了一种针对黑臭河道

治理的人工曝气技术措施，并简述了人工曝气在黑臭河道治理中的净化原理以及常见的曝气设

备。在此基础上，本文还总结了人工曝气在国内外河道的应用，曝气方式的不同对河道治理的

效果，同时还展开人工曝气技术与其他治理技术的联合使用。

　　　　　 Abstract：　 The　black-odorous　has　become　a　pollution　problem　in　many　urban　rivers　of　

China.　This　paper　introduces　an　artificial　aeration　technology,and　its　purification　principle　and　some　

common　aeration　equipments　for　the　treatment　of　black-odorous　rivers.　Based　on　that,this　paper　

summarizes　the　application　of　artificial　aeration　in　rivers　at　home　and　abroad　as　well　as　the　control　

effect　of　rivers　by　different　aeration　modes.　Meanwhile,　the　combination　of　the　artificial　aeration　

technology　and　other　treatment　technologies　is　discussed.

　　　 Keyword 　：aeration;　black-odorous　river;　pollution　control;

在工业化和城镇化快速发展的过程中，城市环境基础设施日渐不足，具体表现为排水设施建设

的滞后以及管网设计规划的不合理，配套收集系统不完善以及排污管道去向不明确等。这些问

题导致河道排口雨污混流，污水截污不彻底，使大量污水未经处理直接排入河道，河道污染严

重。相关调查结果显示，在过去几年我国 138 个城市河段中，38%的河道水体水质低于国家

《地表水环境质量标准》（GB3838-2002)V 类水标准[1]，全国 295 个地级城市的河道中有 70%

以上为黑臭水体。水污染防治行动计划提出，我国地级以上城市建成区到 2020 年黑臭水体控

制在 10%以内，并于 2030 年总体消除黑臭水体[2]。

黑臭河道的主要治理方法有物理法（底泥疏浚、引水调水、人工增氧等），化学法（强化絮

凝、化学除藻、化学固定等），生物生态法（微生物强化、水生植物净化、生态浮床净化

等）。人工曝气作为河道污染治理中占地面积小、成本低、见效快的技术[3]，在 20 世纪 60 年

代就被许多国家应用于河道治理中。相关研究表明，在河道中进行曝气，有利于提高氧的传递

速率，提高水体中的溶解氧水平和微生物活性，使河床形成一个以兼性微生物为主的环境，从

而抑制底泥氮磷等营养物质的释放，降低水体中有机污染物浓度，改善水体黑臭环境[4]。虽然

“ ”人工曝气在污染河道治理中具有广泛的应用前景，但由于人工曝气作为一种先污染后治理的

被动治理技术，水体外源污染量的大小和变化幅度直接决定了它的治理效果。尤其是对于固定

式曝气设备，如果外源污染的水量和水质波动变化程度较高，曝气效果稳定性就较差。同时人

工曝气作为一种机械设备，在河道治理应用中受外界运行条件的限制，长期运行费用高，治理

不彻底等。本文通过对曝气净化原理、曝气方式、黑臭河道中曝气效果与实例应用以及黑臭河

道中曝气与其他措施的结合应用进行综合阐述，以期为人工曝气在黑臭河道治理提供理论依据

和技术经验。

1 　、曝气技术的净化原理

河道黑臭问题是水体有机污染过度导致水体产生致黑致臭物质，从而使水体在视觉上呈现黑

色，在嗅觉上具有刺激性味道，造成不愉快甚至恶心的不适感。水体致黑是由于水体中有机污

染大量分解使水体耗氧速率小于复氧速率，水体呈现缺氧状态，水体中铁元素（Fe）和硫元素

（S）的动态转化失衡[5,6]，产生大量 Fe2+、S2-以及 FeS 等致黑物质，并被悬浮物质中的腐殖

酸和富里酸等吸附上浮[7]，造成水体发黑；同时，有机物厌氧分解产生的硫化氢（H2S）、甲

烷（CH4）、氨（NH3）以及硫醚类化合物等挥发性带有异味的化合物气体逸出水面，使水体

发臭[8]。由此可见，河道中溶解氧水平的降低会加剧水体黑臭程度。

曝气技术对黑臭水体的改善主要是通过充入氧气，使水体中复氧速率大于好氧速率，恢复水体

好氧水平，从而快速氧化分解有机物厌氧分解产生的 H2S、FeS 以及 NH3 等致黑臭物质，改善

水体现状。研究表明，水体复氧过程影响有机污染迁移、扩散以及转化过程，进而影响水体自

净能力[9]。同时溶解氧水平的提高，可以提高好氧微生物的活性，抑制变形杆菌和放线菌等加

剧水体黑臭的厌氧微生物的生长繁殖[10,11]，使河底有机物通过微生物吸收、降解和转化作用

被逐渐削减，减少内源污染负荷[12]。王美丽等[13]对黑臭河道污染物释放进行研究发现，曝

气可以加速沉积物中有机物的降解，释放的氮磷小分子物质被硝化细菌、释磷菌等好氧微生物

降解，使水体中 COD、NH3 以及 TP 等物质浓度快速下降。

曝气还可以增加水体扰动、交换和微循环流动，加速水体中溶解氧的传递和扩散，叶�F蓉

[14]对南京市河道进行研究发现，静止状态与外界水体交换量少的水体，当水体受到外源污染

后，由于自净能力较弱，容易发生水体黑臭现象。此外，溶解氧的提高，Fe2+被氧化生成

Fe3+，减少水体中致黑物质 FeS 的同时，所生成的氢氧化铁络合物还可以吸附固定 P[15]，从

而降低河底沉积物中 P的释放，减少水体中磷酸盐的含量。

　 2　、常见曝气设备

曝气技术根据溶解氧的来源，可分为空气曝气、纯氧曝气和臭氧曝气；根据充氧位置，可分为

表面曝气和水下曝气；根据安装方式，可分为固定式充氧站和移动式充氧平台。曝气方式的选

择是影响河道治理效果的关键因素，影响因素包括河道条件、河段水功能要求以及污染源特

征。国内外常见的曝气方式主要由以下几种：

　 (1）鼓风机-微孔布气管曝气系统

鼓风机-微孔布气管道系统由鼓风机、空气输送管道及氧气装置组成，它是通过鼓风机将空气

或者氧气输送至送气管道并通过曝气扩散系统进行溶解氧的扩散，达到水体中溶解氧升高的目

的。该曝气系统充氧效率较高，可达 25%～35%，但由于布气管道位于水体中，对航运具有一

定的影响。同时，由于受水位波动影响，为避免布气管道露出水面，安装时需在低水位下进

行。

根据曝气扩散器的不同，鼓风机-微孔布气管道系统可分为微孔曝气和微孔膜曝气。与微孔曝

气相比，微纳米曝气所产生的气泡比表面积大、浮力小，具有更高的气液界面积以及更长的停

留时间，因此可有效提高水体中氧传递效率，增强对水体中氮磷的去除效果[16]。

　 (2）机械曝气设备

机械曝气设备主要以用于水深较浅且无航运功能和景观要求的河道。常见的曝气形式主要为推

流式曝气机和射流式曝气机，其中推流式曝气机是利用旋桨在进气通道造成负压，从而吸入空

气并随水流进入河道；射流式曝气机是利用潜水泵将水吸入并在喷嘴处高速推出，由于喷嘴周

边形成负压吸入空气，使夹杂气泡的水流在河道中涡旋搅拌，完成曝气。两种设备均采用浮筒

式结构进行固定安装，由于设备漂浮在水面上，受水位波动变化影响较小。但由于这两种设

备，在曝气过程中会产生泡沫，会影响河道景观。

(2）移动式充氧平台

移动式充氧平台是在不影响河道航道功能的基础上，对需要曝气增氧的河道进行自由曝气的可

移动曝气增氧措施。常见的移动式充氧平台为曝气船和移动式曝气器。与固定式曝气相比，移

动式曝气克服了固定式曝气以固定点为中心，依靠氧分子浓度差进行扩散导致充氧速度缓慢且

氧气分布不均的缺点[17]。该设备主要应用于应急情况。

　 3　、黑臭河道中曝气效果及实例应用

　　　 3.1 　、曝气在黑臭河道中应用实例

从二十世纪五六十年代起，德国、英国和美国等国家通过曝气增氧技术来提高水体溶解氧水

平，解决工业废水、生活污水及径流雨水带来的水体缺氧、自净能力不足等问题[18,19]，如德

国的鲁尔河、Saar 河，英国的泰晤士河，美国的 homewood 运河，其中最着名的河道整治项目

为泰晤士河。由于大量生活污水直排入河道，水体水质恶化，甚至导致鱼类等水生动物死亡。

针对此问题，英国通过机动增氧纯氧-混流系统对水体进行人工增氧，其充氧效率高达70%，

快速有效解决泰晤士河因缺氧导致的水体恶化问题[20]。

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摘要：

黑臭河道中曝气效果及实例运用　摘　　　　要：　水体黑臭现象成为我国诸多城市河流的污染问题，本文介绍了一种针对黑臭河道治理的人工曝气技术措施，并简述了人工曝气在黑臭河道治理中的净化原理以及常见的曝气设备。在此基础上，本文还总结了人工曝气在国内外河道的应用，曝气方式的不同对河道治理的效果，同时还展开人工曝气技术与其他治理技术的联合使用。　　　　　Abstract：　The　black-odorous　has　become　a　pollution　problem　in　many　urban　rivers　of　China.　This　paper　introduces　an　artificial　ae...

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