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浅析微纳米曝气技术在黑臭河道废水处理中的作用

2020-05-19 988 上传者：管理员

摘要：本文对黑臭河道的危害进行了论述，并分析了其产生的原因与原理。介绍了现阶段常用的黑臭河道治理技术—微纳米曝气技术，并探讨其在水体治理中的应用方式与作用原理，在此基础上对微纳米曝气技术的发展进行展望，旨在提升我国黑臭河道废水治理工作的成效。

关键词：
微纳米气泡
曝气技术
环境保护
黑臭废水处理
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1、引言

黑臭水体产生的主要原因为水体环境中有机物的堆积与氧气的缺乏，产生大量的有害物质，影响水资源的正常使用，同时散发大量刺激性气味气体，对于周边生态环境造成较为严重的损害。微纳米曝气技术在黑臭水体治理上表现较为突出，可以有效净化水体，提升环境质量，值得大范围推广。

2、黑臭河道产生的原因

黑臭废水是现代较为严重的水体污染，其产生与人类的生活有着直接的联系，具体可包括：

第一，生活污水随意排放。虽然国家不断强调生活污水处理，但在实际落实进程中一方面存在大量的偏远地区政策落实成效较低、居民环保意识较差、大量生活污水直接进入河道的现象；另一方面，我国城区主体大多修建较早，生活废水处理系统设置简陋，无法支撑城市运行的需要，存在部分区域生活污水不经处理直接进入河流[1]。此外，还存在许多小型工厂、作坊，污水处理技术不合格，排放废水中存在大量的污染物质。这些污水排放会导致河道内部有机物质不断堆积，进而形成特殊的缺氧水体环境，逐步演化为黑臭河道。

第二，雨水收集系统不完善。雨水收集系统不完善对河道造成污染在城市中体现较为直观。因为城市生活产生的废弃物、污染物较多，在收集系统不完善的情况下，地面雨水未经处理直接流入河道会将大量的城市生活垃圾带入河道，这些垃圾往往带有完全降解困难、分解耗氧量大的特点，对水体环境造成了较为严重的影响，进而形成黑臭河道。

第三，水体自身特质的影响。黑臭河道的形成本质原因为有机物的堆积，除分解缓慢外，流速较低，不能对有机物质形成有效搬运，局部区域内短时间分解需氧量过大也是黑臭河道产生的重要原因之一。

3、黑臭河道的危害

黑臭河道产生本质原因为河道内部短时间内堆积大量的有机物，水体微生物在有机物分解进程中消耗了大量氧气，导致水体环境呈缺氧状态[2]。此时，好氧细菌大量休眠，而厌氧细菌活性明显提升。虽然厌氧细菌也会对有机物质进行分解，但其分解速度缓慢，极易产生大量不完全降解的有机物，即河道底部常见的黑泥。同时，分解进程中会产生大量的有害性物质，如硫化砷等。致使水体发臭的主要物质也是这些中间产物，常见的有氨类、硫醇类等。

黑臭河道的产生会使大量的地表水资源利用难度较高，加重了我国水资源的短缺；在利用进程中，若未得到完全的净化处理，将会对居民的身体健康产生影响；地表水资源不足将加速地区地下水的开采，但地下水过量开采会对生态造成较为严重的破坏，随地下水总量的减少与水位的降低，硝酸盐等物质含量会明显上升，即居民常说的水质过硬。若沿海地区地下水位过低将会造成海水倒灌，大片区域内地下水环境将被改变，地下水资源利用变得十分困难；除生态影响外，黑臭河道对地区的经济也会产生一定影响，如需要投入大量的资金进行水资源净化，如影响城市整体美观程度，进而影响其旅游产业收入，15年前浙江省西溪湿地就是较为典型的案例。

4、微纳米曝气技术在黑臭河道废水处理中的应用

4.1 微纳米曝气技术

黑臭河道废水产生的本质原因为水体含氧量过低，因此，治理进程中最为直接的手段为，向水体内部补充氧气[3]。最早，氧气补充手段为简单曝气技术，该种技术虽然能改善水体环境，激活有氧微生物，但在治理进程中水体扰动较大，导致大量带有刺激性气味物质挥发，短期内会使周边环境恶化，甚至对居民的身体健康造成一定影响。微纳米气泡相较于传统曝气方法；第一，由于微纳米状态下特殊的力学性质，气泡在水中存在时间较长且在水中破裂，不会造成大幅度的水体扰动，避免了污水治理进程中对周边环境的影响；第二，在相同气体体积注入前提下，微纳米气泡由于其直径小，数量多，极大的增加了水体、气体的有效接触面积，水体溶氧效率大幅提升。

4.2 微纳米曝气技术在黑臭河道废水治理中的应用原理

微纳米曝气技术从本质上分析，其为利用某种设备提升污染水体内部的含氧量，激活自然水体环境，提升水体好氧微生物的活性，进而通过生态效应实现水体的净化。此外，微纳米曝气技术会将河道底部堆积的颗粒物质吸附在气泡表面，随河流的流动，实现河道颗粒物的净化，对于水体透明度提升有一定帮助。但河道污染进程中，其是在水体微生物高活性的状态下，发生了有机物质堆积，这也就表明了水体本身的自净能力是无法满足治理要求的。因此，在实际治理进程中，微纳米曝气技术常被与其他技术综合使用进行黑臭河道的治理。

如微纳米曝气技术与本土微生物活化技术的综合运用，在利用微纳米曝气技术提升水体含氧量、激活水体环境的基础上，通过水体无机环境的调整，促使水体内部细菌快速生长繁殖，提升微生物有机物分解速率，提升黑臭河道治理速度。此外，虽然黑臭河道水体环境治理完成后，微生物会大量的死亡或者陷入休眠，但相较于治理前，微生物种群有一定程度上的增加，会明显提升河道的有机质分解能力与抗逆性，对于避免河道再次遭受污染有一定帮助。

如微纳米曝气技术与固化微生物水生态修复技术。该修复手段与上文微生物活化的综合运用原理相似性较高，最大的区别在于固化微生物是人为添加新的微生物种群，并通过环境调整使其成为水体内部的优势种群。该种技术的优势在于可以依据水体堆积有机物的种类合理选择治理微生物，会明显提升治理效率与治理速度。但由于治理进程中使用外来生物，要尤其注重固化微生物对水体环境的影响，避免造成二次破坏。

此外，在纳米曝气技术黑河道废水处理完成后，常会采取一定的生态固定技术来避免水体的二次污染。常见的有生态基固定，生态基是为水体中微生物提供生长环境的预制载体，其在水中放置可以加速微生物有机质分解的速度，避免有机物再次过量堆积；水生植物优化，是通过生态手段对水体中植物种群进行调节，合理范围内提升水生植物的数量，加强水体环境中含氧量，避免无氧水体环境的再次产生。

4.3 微纳米曝气技术黑臭河道废水处理实例

浙江省舟山市某黑臭河道，治理全长约1300m。河道全程散发刺激性较强的气体，水体透明度较低，整体颜色呈绿色。污染物来源主要为工业废水与少部分生活污水。治理方案为优先隔绝污染源，避免污水不经处理向河道内部排放。全程共分为10段进行微纳米曝气，并配合微生物激活技术对水体进行治理，治理时间一个月后，河底沉积黑泥上翻现象明显减弱，局部区域臭味已经消除，水质明显改善。治理基本完成后，进行了生态基固定与水生植物优化，提升河道水体的自净能力。迄今河道治理已经完全完成，水体透明，全程无臭味产生。

西溪国家湿地公园洪府池塘水质净化工程于2015年展开。水质修复前，洪府池塘整体水环境质量较差，水体透明度较低，整体呈灰绿色，水面有大量蚊虫滋生，已开始散发刺激性气体，严重影响其生态价值与经济价值。洪府池塘为旅游景点内水体，主要污染物来源可归纳为生活污水。在治理进程中，每5000平方米的水域面积布置一台微纳米曝气设备，搭配固体微生物排放对水体进行治理。治理过后水体质量得到了较为显著的提升，水体较为纯净，透明度可达两米以上，无刺激性气味产生，经检验后已达到国家Ⅱ类水体标准。由于其为公园景观，出于观赏价值考虑，生态稳定措施采用的沉水植物的培育。现阶段洪府池塘景观价值与生态价值恢复程度较高，与污染前相比已无明显差距。

4.4 微纳米曝气技术的发展前景

微纳米曝气技术因其极高的生物活性与传质效率，被工程领域寄予厚望。现阶段微纳米气泡制作手段较少，常见的有减压和气水循环，由于制作方式的不同，其在物理性质上会表现出一定的差距。寻找更多的微纳米气泡制作手段，使该项技术更加符合不同环境的应用需求，对于该项技术的推广有重要意义。微纳米气泡在破裂进程中会释放出大量的能量，是否可以利用该种能量加速某种反应的展开，从而实现物理技术、化学技术、生物技术综合，进行黑臭河道水体治理，是重要的研究方向之一。微纳米气泡技术在黑臭河道治理进程中，以提升水体含氧量为主要目标。在气泡制作进程中，利用高氧比例的气体作为基础原料将会明显提升水体治理的效率，同样作为微纳米气泡技术在黑臭河道水体治理中重要发展方向。

5、结论

黑臭河道治理对居民生活与生态环境都会造成较为严重的影响，微纳米气泡技术相较于传统治理技术有着生态影响小，无二次污染发生概率，治理速度较高，治理成效较好，是现阶段黑臭水体治理较为常见的手段。相关部门及人员要加大推广力度与研发力度，不断提升我国黑臭水体治理工作的成效。

参考文献：

[1]陈丽娜,黄志心,白健豪,等.微纳米曝气—微生物活化技术在黑臭水体治理中的应用[J].给水排水,2019(12):18~23.

[2]黄磊,林佳,苏玉萍,等.微纳米曝气组合技术控藻围隔试验研究[J].福建师大福清分校学报,2019(5):88~95+116.

[3]朱兆阳.微纳米曝气增氧系统研发与应用研究[D].东南大学,2018.

徐睿枫.微纳米曝气技术处理黑臭河道废水的探析[J].绿色环保建材,2020(05):47+49.