專利名稱：一種快速消除水體黑臭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水環(huán)境修復(fù)，是一種快速消除水體黑臭的方法，特別適合受到嚴(yán)重污染而引起水體黑臭現(xiàn)象的城市景觀河流和湖泊。
背景技術(shù)：
在社會城市化進(jìn)程中，由于污水收集和處理系統(tǒng)不完善，大量污水進(jìn)入河流和湖泊等水體，導(dǎo)致水體溶解氧被消耗殆盡，水體發(fā)生嚴(yán)重的“黑臭”現(xiàn)象。理論上，lmg/L的BOD 需要消耗1. 5-2mg/L的溶解氧，lmg/L的NH3-N則需要消耗4. 5mg/L的溶解氧，而正常狀態(tài)下河流的溶解氧一般只有8mg/L左右，因此，高濃度的BOD和NH3-N將很快將河道或者湖泊水體溶解氧耗盡，使水體大部分時(shí)間處于厭氧狀態(tài)。水體進(jìn)入?yún)捬蹼A段后，厭氧微生物大量繁殖，并對水體和底泥中大量有機(jī)物進(jìn)行酸化分解，產(chǎn)生各種揮發(fā)性的有機(jī)物中間體，水體開始出現(xiàn)腐敗性氣味。當(dāng)水體溶解氧接近Omg/L時(shí)，水體進(jìn)入“嚴(yán)格”厭氧階段，水體開始發(fā)黑發(fā)臭，其中代表“黑”的主要物質(zhì)是硫化鐵錳類無機(jī)物以及腐殖質(zhì)類有機(jī)物，而代表“臭” 的主要物質(zhì)是硫化氫以及由厭氧放線菌分泌產(chǎn)生的土臭素和異莰醇，這類發(fā)“臭”物質(zhì)的嗅閾值極低，容易引起強(qiáng)烈、的“臭”味效應(yīng)。城市河流湖泊水體發(fā)生黑臭不僅使其失去資源功能，還會嚴(yán)重破壞周圍的環(huán)境景觀，甚至危害到水體周圍居民的健康。針對河流湖泊的黑臭現(xiàn)象，國內(nèi)外展開了大量的研究?，F(xiàn)有的研究主要分為兩個(gè)部分一是為了恢復(fù)河流湖泊的資源功能，保證飲用水的供應(yīng)中不會出現(xiàn)嗅味而對傳統(tǒng)的水處理工藝進(jìn)行改進(jìn)；另一方面的研究是針對城市中污染較為嚴(yán)重的河流湖泊水體，為了恢復(fù)其景觀功能而對其進(jìn)行原位處理。其中，飲用水方面的研究開始較早，研究成果較多； 而針對污染較嚴(yán)重的城市河流湖泊的研究則開展得較晚，研究成果還不多，目前的治理方法主要包括物理法、化學(xué)法、生物法和曝氣充氧等。物理法主要包括截污、調(diào)水、清淤等水利工程，經(jīng)過物理法治理的河流湖泊，因?yàn)橛倌嗍杩?，會對減輕水體的臭味起到良好的作用；截彎取直會增加河流的沖污能力。但這種方法需要建造大型的構(gòu)筑物，費(fèi)用高，也受到當(dāng)?shù)厮臈l件的限制，適應(yīng)性較差，且因水體底泥營養(yǎng)物質(zhì)的不斷釋放、地面各種干濕沉降的增加和污染物的持續(xù)排放，這種方法不能從根本上解決水體黑臭問題。生物法是利用特定的生物(包括土著或外源微生物以及植物等)在一定的條件下降解消除環(huán)境污染物，是對被污染的環(huán)境進(jìn)行恢復(fù)的生物過程。生物修復(fù)技術(shù)用于治理水體黑臭時(shí)，必須與其他環(huán)境工程技術(shù)如截污、清淤等結(jié)合同步進(jìn)行，否則會由于外源污染物的不斷注入，底泥污染物的不斷釋放而影響生物修復(fù)的效果。同時(shí)，這種方法并不能降解所有的污染物，還會受到環(huán)境中的有毒物質(zhì)如重金屬等的抑制，受到環(huán)境因素包括時(shí)間、季節(jié)等的影響。曝氣充氧技術(shù)是根據(jù)河流湖泊受到污染后缺氧的特點(diǎn)，人工向水體中充入空氣或氧氣，加速水體復(fù)氧過程，以提高水體的溶解氧水平，恢復(fù)和增強(qiáng)水體中好氧微生物的活力，使水體中的污染物質(zhì)得以凈化，從而改善水質(zhì)。但是，由于空氣中氧氣比例只有21 %，其在水體中飽和濃度也只有8mg/L左右，通過空氣曝氣進(jìn)入水體的溶解氧會很快被消耗，因此空氣曝氣效果持續(xù)時(shí)間短，常常需要布置很多曝氣器，投資和運(yùn)行成本高。采用純氧曝氣技術(shù)效果比空氣曝氣效果好。向遭受嚴(yán)重有機(jī)污染且處于黑臭狀態(tài)的河道湖泊水體進(jìn)行純氧曝氣，充入的溶解氧可以比較快地抑制產(chǎn)生黑臭物質(zhì)的厭氧細(xì)菌，氧化有機(jī)物厭氧降解時(shí)產(chǎn)生的H2S、甲硫醚及FeS等黑臭物質(zhì)，有效地消除水體黑臭現(xiàn)象。純氧曝氣一般采用固定式充氧站和移動式充氧平臺兩種形式。德國在Emscher河、 Teltow河、Fulda河、西班牙在kcura河，美國在Homewood河口治理中分別建立了固定式純氧曝氣設(shè)施，通過管道式布?xì)鈹U(kuò)散系統(tǒng)對河道進(jìn)行人工充氧；德國在Mar河、英國在 Thames河口、澳大利亞在Swan河治理中均采用了船載式移動純氧曝氣平臺。但是，在重污染河流和湖泊消除黑臭治理中，常規(guī)氣泡曝氣或者水力曝氣，效率比較低，消除黑臭需要時(shí)間比較長。例如，上海在蘇州河消除黑臭治理中采用微泡式純氧曝氣，因效果不理想而放棄。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有消除水體黑臭技術(shù)存在上述缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種快速消除水體黑臭的方法。本發(fā)明是通過高濃度溶氧水的快速投放，在短時(shí)間迅速提高水體中的溶解氧濃度，快速氧化水體中“黑臭類”物質(zhì)，進(jìn)行轉(zhuǎn)化和降解，使水體在比較短的時(shí)間內(nèi)不黑不臭； 通過使水體中的溶解氧在較長時(shí)間內(nèi)維持在ang/L以上，提高氧化還原電位，從而抑制水體中的厭氧微生物，中斷“臭”的代謝產(chǎn)生和“黑”的轉(zhuǎn)化過程，持續(xù)性地消除水體的“黑臭”; 通過提高上覆水的溶解氧濃度，鈍化河流底泥表層，抑制底泥污染物的釋放，大幅度減輕底泥對河水造成的二次污染；大幅度提高水體的自凈容量，強(qiáng)化水體抵抗降雨帶來污染負(fù)荷沖擊的能力。本發(fā)明具體技術(shù)方案如下一種快速消除水體黑臭的方法，包括以下步驟將純氧加壓至0. 3MPa或以上，通過混合器將加壓后的純氧與軸流泵從待處理水體中抽取的水流快速混合，制得溶解氧濃度為80 120mg/L的高濃度溶氧水；在待處理水體中設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)噴嘴，通過所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴將混合器輸出的高濃度溶氧水與待處理水體充分混合，使待處理水體中溶解氧濃度達(dá)到20mg/L以上。本發(fā)明采取主動壓差純氧曝氣方式，通過靜態(tài)壓力與動態(tài)壓力相結(jié)合的方式，短時(shí)間內(nèi)大幅度提高水體溶氧濃度。它在幾分鐘內(nèi)能夠?qū)⑺w的溶解氧濃度從O升高至 20mg/L以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通空氣曝氣對河流的復(fù)氧作用。能夠使水體色度得到快速改善，使水體嗅閾值得到有效去除，水體色度可以穩(wěn)定在20倍以下，嗅閾值達(dá)到5級以下，能夠達(dá)到國家景觀娛樂用水對色度和嗅味的要求。本發(fā)明方法的溶氧效率高，能夠達(dá)到90%以上； 發(fā)揮作用快，在數(shù)分鐘之后，河流黑臭現(xiàn)象就開始得到控制；效果持續(xù)時(shí)間長，一次純氧曝氣的效果能夠持續(xù)10小時(shí)左右，或者達(dá)到數(shù)公里遠(yuǎn)的距離。高濃度的溶解氧還能夠大幅度提高水體的自凈能力。另外，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，機(jī)動性強(qiáng)，操作運(yùn)轉(zhuǎn)方式靈活可靠，可以實(shí)現(xiàn)無人值守，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖1為本發(fā)明快速消除水體黑臭的原理圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。參照圖1，本快速消除水體黑臭的方法，包括以下步驟由制氧機(jī)1從空氣中分離制備純氧，然后由加壓機(jī)2使輸出氧氣的壓力達(dá)到0. 3MPa,由軸流泵4從受污染水體6 (河流或者湖泊)中抽取水，通過混合器3將加壓后的純氧與抽取的受污染水按一定比例混合， 溶氧壓差達(dá)到0. 3MPa，使氧氣以過飽和的方式快速溶解到抽取的水中，形成溶解氧濃度高達(dá)100mg/L左右的高濃度溶氧水。然后通過設(shè)置在受污染水體6中的若干旋轉(zhuǎn)噴嘴5，進(jìn)一步形成動態(tài)壓力混合擴(kuò)散，將所述高濃度溶氧水與河流或者湖泊的受污染水體6充分混合，使水體6的溶解氧濃度達(dá)到20mg/L以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于常規(guī)曝氣中溶解氧濃度8mg/L的水平，從而達(dá)到河流或者湖泊受污染水體快速復(fù)氧的效果，溶氧利用效率達(dá)到90%以上。所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴5可以布置于受污染水體的河床或湖底，最好均勻布置，相鄰旋轉(zhuǎn)噴嘴之間的距離可以是1. 0 3. 0m，旋轉(zhuǎn)噴嘴5由自身的馬達(dá)驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)噴嘴5的轉(zhuǎn)速為2000 6000轉(zhuǎn)/分鐘，噴水壓力0. 1 0. 4MPa。所述混合器3包括殼體，殼體的內(nèi)徑為10 30cm、長度為20 100cm，殼體內(nèi)充滿蜂窩填料，該混合器3能實(shí)時(shí)將輸入的水流和高壓純氧混合，形成高濃度溶氧水?？梢詫⑺龌旌掀?和純氧制備加壓裝置(如圖 1中的制氧機(jī)1和加壓機(jī)2、設(shè)置在待處理水體的沿岸，所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴5通過管道和控制閥門與所述混合器3連接。所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴5也可以安裝于船只底部，并將所述混合器3和純氧制備裝置 (如圖1中的制氧機(jī)1和加壓機(jī)2、安裝在所述船只上，將若干旋轉(zhuǎn)噴嘴5通過管道和控制閥門與所述混合器3連接，制成一個(gè)船載移動式工作平臺，從而可以用一個(gè)系統(tǒng)分時(shí)對不同的水體進(jìn)行修復(fù)，減少建設(shè)成本。純氧可以由空氣分離制氧機(jī)制得，也可以采用液態(tài)氧，并可以設(shè)置氧氣存儲和計(jì)量裝置，以控制氧氣與水的混合比例。本發(fā)明通過純氧靜態(tài)壓力與旋轉(zhuǎn)噴嘴5形成的動態(tài)壓力相結(jié)合，短時(shí)間內(nèi)大幅度提高河流或者湖泊水體溶氧濃度，快速氧化形成水體“黑”的物質(zhì)，快速中斷臭味物質(zhì)的產(chǎn)生并降解水體中呈現(xiàn)臭味的物質(zhì)，達(dá)到快速消除水體黑臭的效果。可使水體溶解氧濃度達(dá)到20mg/L以上，處理后水體色度穩(wěn)定在20倍以下，嗅閾值穩(wěn)定在5級以下，曝氣效果能持續(xù)數(shù)小時(shí)以上，或者水流效果能夠持續(xù)數(shù)公里遠(yuǎn)。其曝氣系統(tǒng)緊湊，能夠安裝在河流或者湖泊現(xiàn)場或者水面船只上，將曝氣裝置直接放置在河床或者湖底，進(jìn)行原位曝氣，溶氧壓差達(dá)到0. 3MPa以上，曝氣效率達(dá)到90%以上，不需要在岸邊另建曝氣池，運(yùn)轉(zhuǎn)方式靈活，可以由自動控制單元控制實(shí)現(xiàn)連續(xù)或間歇工作。實(shí)驗(yàn)1 黑臭河流水體之一，水溫2l°C，pH值6. 94，溶解氧濃度0-0. 07mg/L，C0D濃度88-136mg/L，氨氮濃度18_3%ig/L，色度34-155倍，嗅閾值23-46級。采用本發(fā)明方法， 在水體中設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)噴嘴，旋轉(zhuǎn)噴嘴的轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/min，噴水壓力為0. 25MPa,相鄰旋轉(zhuǎn)噴嘴之間的距離為2. Om,經(jīng)過2分鐘純氧曝氣，溶解氧濃度迅速上升到2%ig/L，色度降低至20倍以下，嗅閾值降低至10以下；經(jīng)過30分鐘，色度穩(wěn)定至20倍以下，嗅閾值穩(wěn)定在5 級以下，達(dá)到國家景觀娛樂用水對于色度和嗅閾值的要求，效果持續(xù)時(shí)間達(dá)到9個(gè)小時(shí)，而COD和氨氮得到不同程度的逐漸去除，最高去除效率達(dá)到50%。實(shí)驗(yàn)2 黑臭河流水體之二，水溫19°C，pH值7. 4，溶解氧濃度0_0. 7mg/L, COD濃度74-8%ig/L，氨氮濃度14-19mg/L，色度15-85倍，嗅閾值21-48級。采用本發(fā)明方法，在水體中設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)噴嘴，旋轉(zhuǎn)噴嘴的轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/min，噴水壓力為0. 25MPa,相鄰旋轉(zhuǎn)噴嘴之間的距離為2. 0m，經(jīng)過2分鐘純氧曝氣，溶解氧濃度迅速上升到2;3mg/L，色度降低至25倍以下，嗅閾值降低至10以下；經(jīng)過30分鐘，色度穩(wěn)定至20倍以下，嗅閾值穩(wěn)定在5 級以下，達(dá)到國家景觀娛樂用水對于色度和嗅閾值的要求，水體曝氣效果持續(xù)距離達(dá)到4. 7 公里遠(yuǎn)，其中COD和氨氮得到不同程度的逐漸去除，最高去除效率達(dá)到50%。試驗(yàn)3 黑臭湖泊水體，水溫M°C，pH值7. 1，溶解氧濃度0. 05mg/L, COD濃度 90. 6mg/L，氨氮濃度6. 9mg/L，色度250倍，土臭素濃度482ng/L。采用本發(fā)明方法，在水體中設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)噴嘴，旋轉(zhuǎn)噴嘴的轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)/min，噴水壓力為0. 25MPa,相鄰旋轉(zhuǎn)噴嘴之間的距離為2. Om，經(jīng)過2分鐘純氧曝氣，溶解氧濃度迅速上升到^mg/L，然后分別在0. 5 小時(shí)、2小時(shí)、3. 5小時(shí)和5小時(shí)，進(jìn)行取樣分析檢測，水樣色度值分別為36、19、17和14倍， 土臭素濃度分別為271、1觀、37、6. 9ng/L，因此土臭素作為典型臭味物質(zhì)的代表得到了顯著去除，去除效率為98. 5%，水樣嗅閾值降低至5以下。
權(quán)利要求
1.一種快速消除水體黑臭的方法，其特征在于包括以下步驟將純氧加壓至0. 或以上，通過混合器將加壓后的純氧與軸流泵從待處理水體中抽取的水流快速混合，制得溶解氧濃度為80 120mg/L的高濃度溶氧水；在待處理水體中設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)噴嘴，通過所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴將混合器輸出的高濃度溶氧水與待處理水體充分混合，使待處理水體中溶解氧濃度達(dá)到20mg/L以上。
2.如權(quán)利要求1所述的快速消除水體黑臭的方法，其特征在于所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴均勻布置于待處理水體的河床或湖底，所述混合器和純氧制備加壓裝置設(shè)置在待處理水體的沿岸，所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴通過管道和控制閥門與所述混合器連接。
3.如權(quán)利要求1所述的快速消除水體黑臭的方法，其特征在于所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴安裝于船只底部，所述混合器和純氧制備加壓裝置安裝在所述船只上，所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴通過管道和控制閥門與所述混合器連接。
4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的快速消除水體黑臭的方法，其特征在于相鄰旋轉(zhuǎn)噴嘴之間的距離為1.0 3. Om0
5.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的快速消除水體黑臭的方法，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)噴嘴由馬達(dá)驅(qū)動，旋轉(zhuǎn)速度為2000 6000轉(zhuǎn)/分鐘，噴水壓力0. 1 0. 4MPa。
6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的快速消除水體黑臭的方法，其特征在于所述混合器包括殼體和設(shè)置在殼體內(nèi)的蜂窩填料，殼體的內(nèi)徑為10 30cm、長度為20 100cm，該混合器能實(shí)時(shí)將輸入的水流和高壓純氧混合，形成高濃度溶氧水。
全文摘要
一種快速消除水體黑臭的方法，包括以下步驟將純氧加壓至0.3MPa或以上，通過混合器將加壓后的純氧與軸流泵從待處理水體中抽取的水流快速混合，制得溶解氧濃度為80～120mg/L的高濃度溶氧水；在待處理水體中設(shè)置若干旋轉(zhuǎn)噴嘴，通過所述若干旋轉(zhuǎn)噴嘴將混合器輸出的高濃度溶氧水與待處理水體充分混合，使待處理水體中溶解氧濃度達(dá)到20mg/L以上。本發(fā)明采取主動壓差純氧曝氣方式，通過靜態(tài)壓力與動態(tài)壓力相結(jié)合的方式，短時(shí)間內(nèi)大幅度提高水體溶氧濃度。其溶氧效率高，發(fā)揮作用快，效果持續(xù)時(shí)間長，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C02F3/26GK102190370SQ20101011835
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者宋乾武, 張錫輝, 鄧偉斌, 高靜思 申請人:東莞市環(huán)保產(chǎn)業(yè)促進(jìn)中心, 中國環(huán)境科學(xué)研究院, 深圳市金達(dá)健水科技有限公司, 清華大學(xué)深圳研究生院