來源:中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究  作者:李瑞玲

目前，我國(guó)的水環(huán)境治理技術(shù)主要包物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)以及綜合技術(shù)的應(yīng)用等。其中，曝氣增氧技術(shù)是物理技術(shù)中最核心的技術(shù)。雖然曝氣在污水治理中是非常成熟的技術(shù)與產(chǎn)品，但河道、景觀水體、水庫(kù)等城市地表水體具有面積大、形狀各異、通電困難等問題，造成污水處理中常規(guī)的曝氣技術(shù)與產(chǎn)品很難應(yīng)用到地表水環(huán)境治理中。據(jù)調(diào)查，我國(guó)的水環(huán)境治理公司通過技術(shù)引進(jìn)、研發(fā)等開發(fā)了多種適用于地表水環(huán)境的曝氣增氧產(chǎn)品，并已成功地運(yùn)用到多個(gè)項(xiàng)目中去。

隨著城市發(fā)展速度的加快，城市水體污染成為我國(guó)一個(gè)突出的問題和治理難題。城市河流、景觀水體多為靜止或流動(dòng)性差的封閉水體，具有水域面積小、易污染、水環(huán)境容量小、水體自凈能力差等特點(diǎn)，加上外源污染，極易造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化以及黑臭現(xiàn)象。通過曝氣增氧技術(shù)提高水體溶解氧來恢復(fù)水體環(huán)境并處理水中污染物是水環(huán)境治理中常見的手段。

增氧曝氣技術(shù)的類別

根據(jù)氣泡大小、作用原理及能源的不同，目前應(yīng)用到工程中的曝氣技術(shù)及產(chǎn)品主要有以下三種。一種是微納米曝氣機(jī)，其通過氣相和液相的高度分散，產(chǎn)生直徑小于3μm的微米級(jí)氣泡和納米級(jí)氣泡。微納氣泡具有存活時(shí)間長(zhǎng)、比表面積大、高界面活性、帶能帶電等特殊的理化特性。一種是清潔能源曝氣機(jī)，如太陽能曝氣機(jī)、風(fēng)能曝氣機(jī)，及風(fēng)光兩用曝氣機(jī)。這種曝氣機(jī)一般采用清潔能源帶動(dòng)電機(jī)，以機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)大氣富氧或者鼓風(fēng)、氧的傳送等。

一種是推流曝氣機(jī)，可根據(jù)需要在一定區(qū)域內(nèi)形成造流作用，增強(qiáng)水循環(huán)，同時(shí)兼具曝氣功能。從富氧效果來看，微納米氣泡曝氣機(jī)效果最好，但受制于作用面積小、耗電量大等問題。

增氧曝氣技術(shù)的兩種理論及產(chǎn)品

目前在學(xué)術(shù)界，對(duì)水環(huán)境中富氧、曝氣主要有兩種理論。一種是“活水”理論，即活水不死，只要水是流動(dòng)的，水體通過自凈能力就能保持相對(duì)好的水質(zhì)。這種理論在美國(guó)的曝氣技術(shù)產(chǎn)品中得到了好的應(yīng)用。如美國(guó)的曝氣機(jī)solarbee，在河流、水庫(kù)及污水廠的曝氣池、自來水的大型儲(chǔ)蓄罐中均得到了廣泛應(yīng)用。目前，該產(chǎn)品已被南京領(lǐng)先環(huán)保引進(jìn)并消化吸收，研發(fā)出系列的艾溥IPOCH太陽能曝氣機(jī)。

另一種是尊重自然，不改變水體的生態(tài)環(huán)境理論。這種理論認(rèn)為自然水體每層都有不同的生態(tài)環(huán)境，如根據(jù)氧的不同，在水體中有不同的藻類、微生物、魚類等，不能因?yàn)橹卫硭h(huán)境而破壞自然環(huán)境。這種理論在日本的曝氣技術(shù)產(chǎn)品中得到了應(yīng)用。如日本NANOMAIZU超微氣泡技術(shù)，松江土建株式會(huì)社及日本土木研究所的深層曝氣技術(shù)等，僅是通過物理技術(shù)對(duì)底層富氧，而不改變水體中層及上層的狀態(tài)。

日本的這兩種產(chǎn)品，目前也已經(jīng)被國(guó)內(nèi)的公司引進(jìn)吸收。如南京金禾水環(huán)境股份有限公司的微納米氣泡發(fā)生器，以及江蘇中宜水體修復(fù)公司的WEP曝氣機(jī)。國(guó)內(nèi)也研發(fā)了一些曝氣技術(shù)，這兩種理論都有應(yīng)用。比較典型的是由于水環(huán)境治理中用電的不便，一些科研院所、水環(huán)境治理公司等研發(fā)了以清潔能源為主的曝氣機(jī)，部分產(chǎn)品在國(guó)家的科技計(jì)劃，如水專項(xiàng)中得到了應(yīng)用，但尚未產(chǎn)業(yè)化。

增氧曝氣技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用

無論是微納米曝氣技術(shù)、還是太陽能、風(fēng)能曝氣技術(shù)以及常規(guī)的推流曝氣技術(shù)，在我國(guó)的水環(huán)境治理中都得到了廣泛應(yīng)用。

在大型的水庫(kù)及飲用水源地，如南京溧水方便水庫(kù)，東莞松木山水庫(kù)、北京官?gòu)d水庫(kù)、宜興龍珠水庫(kù)等，采用了太陽能曝氣機(jī)、WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)以防止水體的富營(yíng)養(yǎng)化并改善水質(zhì)。在一些富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊中，如太湖、云南滇池、無錫五里湖等，溫州蒲州橫河、南京里圩河等黑臭水體，以及上海豫園、北京北海公園等城市景觀水體均采用了增氧曝氣技術(shù)。

增氧曝氣技術(shù)產(chǎn)品的參數(shù)對(duì)比

在水環(huán)境治理中，筆者認(rèn)為衡量增氧曝氣技術(shù)產(chǎn)品性能的參數(shù)主要為：氧氣輸送量、耗電量及擴(kuò)散范圍。據(jù)筆者所知我們不妨以均具有專利技術(shù)并已得到應(yīng)用的MBO微納氣泡發(fā)生器、IPOCH太陽能曝氣機(jī)、OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)、WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)、風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)來進(jìn)行對(duì)比。

MBO微納氣泡發(fā)生器：日本NANOMAIZU技術(shù)，在中國(guó)授權(quán)生產(chǎn)(南京金禾)，核心部件從日本進(jìn)口，在國(guó)內(nèi)按照日方的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行組裝生產(chǎn)。

IPOCH太陽能曝氣機(jī)：美國(guó)SOLARBEE技術(shù)產(chǎn)品在中國(guó)的消化吸收，南京領(lǐng)先環(huán)保已申請(qǐng)中國(guó)專利并生產(chǎn)。

OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)：技術(shù)原理依然為美國(guó)SOLARBEE技術(shù)，上海歐保環(huán)境生產(chǎn)。

WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)：日本松江土建株式會(huì)社及土木研究所開發(fā)的深層曝氣技術(shù)，授權(quán)江蘇中宜水體修復(fù)在中國(guó)生產(chǎn)，核心部件從日本進(jìn)口，目前在國(guó)內(nèi)已經(jīng)獲得專利。

風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)：國(guó)家水專項(xiàng)課題成果，環(huán)境保護(hù)部南京環(huán)境保護(hù)研究所開發(fā)，技術(shù)原理為傳統(tǒng)的鼓風(fēng)曝氣設(shè)備，但用清潔能源代替電能。

表1 增氧曝氣技術(shù)及產(chǎn)品參數(shù)性能對(duì)比

說明：1代表微納米泡中換算氧量，2代表高濃度氧氣輸送量

從氧氣輸送量來看，MBO微納氣泡發(fā)生器最高，WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)及風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)次之，而通過大氣復(fù)氧增氧的IPOCH太陽能曝氣機(jī)及OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)較低。嚴(yán)格意義上來說，MBO微納氣泡發(fā)生器并不是一種曝氣機(jī)，而是一種超微氣泡高級(jí)氧化技術(shù)，其通過超微氣泡帶能帶電高表面能的特性，對(duì)水中污染物進(jìn)行開環(huán)降解、氧化降解和高溫?zé)峤?，徹底消除黑臭，活化水體，促使底泥表層礦化，改善水質(zhì)，提高透明度。

研究發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)可使自然水體中硫磷的水解半衰期由108天降至20分鐘。而WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)通過設(shè)置在陸地上的氧氣發(fā)生器將空氣中的氧氣濃縮為90%以上的高濃度氧氣，然后輸送給設(shè)置在水中的氣液溶解裝置;高濃度溶解氧水在水中以2m的厚度進(jìn)行水平擴(kuò)散，設(shè)備周圍的溶解氧可以高達(dá)25mg/L。

風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)由于采用傳統(tǒng)的鼓風(fēng)曝氣技術(shù)，氧氣輸送量也達(dá)到4m3O2/h，但氧的利用效率遠(yuǎn)低于MBO微納氣泡發(fā)生器與WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)。IPOCH太陽能曝氣機(jī)與OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)通過將底層的水抽吸到頂層，利用大氣復(fù)氧增加水體中的氧，類似與污水治理中的轉(zhuǎn)碟曝氣機(jī)，但這種增氧能力與其他的技術(shù)產(chǎn)品相比效果最低。

從氧氣的擴(kuò)散半徑看，WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)表現(xiàn)最佳，高濃度溶解氧在水中以每天200m的速度進(jìn)行水平擴(kuò)散，其半徑擴(kuò)散距離可以達(dá)到1000m以上，惡劣條件下也可達(dá)到500m。其次為IPOCH太陽能曝氣機(jī)，由于采用了具有水力、機(jī)械原理的專利機(jī)械設(shè)備，水體的水循環(huán)能力明顯大于OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)，擴(kuò)散半徑可達(dá)約150m。而MBO微納氣泡發(fā)生器、風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)等設(shè)備的擴(kuò)散半徑僅約50m。

從單臺(tái)耗電量來看，IPOCH太陽能曝氣機(jī)、OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)、風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)由于采用了清潔能源，耗電量均為零。MBO微納氣泡發(fā)生器為0.75Kw/h，而WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)最高，達(dá)22.5kw/h。若從覆蓋面積計(jì)算，一臺(tái)WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)約相當(dāng)于20臺(tái)MBO微納氣泡發(fā)生器，但其耗電量仍略高于MBO微納氣泡發(fā)生器。

小結(jié)

通過這5種增氧曝氣設(shè)備對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)在大型深水水庫(kù)、飲用水源及湖泊中建議采用WEP生態(tài)水環(huán)境修復(fù)系統(tǒng)，通過底層或?qū)嶋H需求增氧曝氣改善水質(zhì)，防止水體的富營(yíng)養(yǎng)化;在污染較嚴(yán)重的黑臭水體中建議采用MBO微納氣泡發(fā)生器及風(fēng)光互補(bǔ)曝氣系統(tǒng)，可快速消除黑臭;在較封閉及靜止的城市景觀水體及小型湖泊中，可以采用IPOCH太陽能曝氣機(jī)、OBAO揚(yáng)水式太陽能曝氣機(jī)，不僅可以增氧曝氣改善水質(zhì)，而且其水循環(huán)能力也可防止藍(lán)藻水華的發(fā)生。而這些增氧曝氣技術(shù)產(chǎn)品均可與生態(tài)修復(fù)技術(shù)等聯(lián)合共同改善水體水質(zhì)。

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