曝气充氧技术在上海新港河道污染治理中的应用

摘要

随着我国城市化的进程、人口的剧增，污废水的排放量也快速增长，致使许多城市河流受到不同程度的污染，其中有机污染比较普遍，表现为水体严重缺氧，甚至发黑发臭。本文结合上海市新港河道污染治理工程，通过实验室研究、河道曝气中试试验、计算机模拟试验等方法，分析曝气充氧技术在城市中小河道有机污染治理中的应用。 首先，通过实验室研究，分析了新港河道的耗氧特性。运用耗氧特性曲线，可以得知水体和底泥耗氧的阶段历时、阶段耗氧特性及动力学过程；运用一级反应动力学方程和Logistics反应动力学方程进行拟合，得到各阶段的耗氧速率常数；以水体和底泥的耗氧量总和估计水体的需氧量，计算结果为26.92kg/d，其中底泥耗氧占84.1％。 其次，通过实验室和计算机模拟试验，分析了影响曝气效果的因素，为工程上实施技术改进措施提供依据。实验室曝气对比试验包括不同活性污泥含量、不同曝气量以及连续曝气和间歇曝气两种不同曝气方式的对比。试验表明，增加活性污泥含量、提高曝气强度对水体的CODCr、NH3-N和TN的去除率提高；间歇曝气有利于脱氮，TN去除率提高。计算机模拟试验包括模型的建立和运用两部分内容。曝气充氧条件下的河流水质模型是结合零维水质模型、一维水质模型和以Streeter-Phelps模型为基础的单一河段水质模型，利用组合推流式反应器的原理建立的。运用MATLAB软件编程运算，经与实际监测数据进行对照，结果基本令人满意。计算机进行模拟试验结果显示曝气可以提高河流的自净能力，有效改善曝气段下游水质；曝气段的水质不随曝气量和河段数量的进一步增加而明显提高，而温度、流速和底泥悬浮对水质的影响较大。 综合实验室研究、中试试验和计算机模拟试验结果得出：曝气充氧能够提高水体的溶解氧水平，消除黑臭，改善水质，而且具有见效快、投资省、基本不占地等优点，适用于我国城市中小河道的有机污染治理。但是仅仅采用该技术对水体水质的改善有一定的局限性，处理效果难以进一步提高。研究表明影响曝气效果的主要因素有微生物含量、温度、曝气量、曝气方式和水体流速。在工程实践中，要结合环境效益和经济效益，确定水体需氧量，选择合适的曝气设备、数量，在适宜的季节进行曝气，而且要妥善安装曝气机，避免发生底泥悬浮。同时可以采取投加外源微生物、间歇曝气运行方式、控制河流流速、种植水生植物等措施改善曝气充氧的效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1我国水环境现状

1.2水体污染物类型及危害

1.2.1水体污染物类型

1.2.2耗氧污染物对水体的危害

1.3河流污染的历史与污染治理的发展

1.3.1河流污染的历史

1.3.2河流污染治理的发展

1.4河流污染治理的主要措施

1.4.1调水控制

1.4.2底泥疏浚

1.4.3生态修复措施

1.4.4曝气充氧技术

1.5国内外河流污染治理实例

1.5.1泰晤士河污染治理

1.5.2莱茵河污染治理

1.5.3苏州河污染治理

1.6本文的研究对象、主要内容和技术路线

1.6.1研究对象

1.6.2研究内容

1.6.3技术路线

参考文献

第二章新港河道耗氧特性研究

2.1耗氧特性研究方法

2.1.1水体耗氧特性研究方法

2.1.2底泥耗氧特性研究方法

2.2耗氧反应动力学研究

2.2.1反应动力学方程推导

2.2.2河道耗氧动力学方程

2.3新港河道水体耗氧特性

2.3.1试验和动力学模拟结果

2.3.2水体耗氧特性分析

2.4新港河道底泥耗氧特性

2.4.1试验和动力学模拟结果

2.4.2底泥耗氧特性分析

2.5本章小结

参考文献

第三章实验室曝气充氧试验

3.1试验方案

3.1.1试验方法的选择

3.1.2试验装置

3.1.3水样测定方法和仪器

3.1.4试验用水

3.1.5试验内容

3.2试验结果和讨论

3.2.1直接曝气和投加活性污泥的对比

3.2.2曝气强度对污染物去除效果的对比

3.2.3连续曝气和间歇曝气的效果对比

3.3本章小结

参考文献

第四章新港河道曝气中试试验研究

4.1曝气段位置的选择

4.2需氧量的计算

4.2.1组合推流式反应器模型

4.2.2箱式模型

4.2.3耗氧特性曲线法

4.2.4需氧量计算结果

4.3曝气设备的选择

4.3.1曝气设备充氧量的计算

4.3.2曝气设备的选型

4.4曝气点的布置

4.5曝气试验内容及结果

4.5.1试验内容

4.5.2试验结果与讨论

4.6曝气阶段能耗与CODcr去除量分析

4.7其它辅助措施

4.7.1投加外源微生物

4.7.2种植水生植物

4.7.3设置人工“浮岛”

4.8本章小结

参考文献

第五章曝气充氧环境下的河流水质模型

5.1建立河流水质模型的一般方法

5.2河流水质模型的选择

5.2.1零维水质模型

5.2.2一维水质模型

5.2.3 BOD-DO耦合模型

5.3新港河道在曝气充氧环境下的水质模型

5.3.1计算原理及假设

5.3.2模型计算

5.4模型参数识别

5.4.1参数k1的确定

5.4.2参数k2的确定

5.4.3底泥耗氧速率常数SL的确定

5.4.4参数KN的确定

5.4.5参数P和R的测定

5.5模型在新港河道曝气充氧中的应用

5.6计算机模拟试验

5.6.1曝气量的影响及曝气河段下游的水质模拟

5.6.2流速和底泥悬浮的影响

5.6.3温度的影响

5.6.4曝气设备数量的影响

5.7本章小结

参考文献

第六章结论、建议和展望

6.1结论

6.2建议

6.2.1改善曝气效果的措施

6.2.2曝气设备的选型和安装

6.2.3环境效益和经济效益结合

6.2.4保持治理效果的长效性

6.3展望

附录

攻读硕士研究生期间发表的论文目录

致谢