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对比分析水环境治理中增氧曝气技术

2017-4-13 11:35| 发布者: candy| 查看: 963| 评论: 0|来自: 中宜环科环保产业研究

目前,我国的水环境治理技术主要包物理技术、化学技术、生物技术以及综合技术的应用等。其中,曝气增氧技术是物理技术中最核心的技术。虽然曝气在污水治理中是非常成熟的技术与产品,但河道、景观水体、水库等城市地表水体具有面积大、形状各异、通电困难等问题,造成污水处理中常规的曝气技术与产品很难应用到地表水环境治理中。据调查,我国的水环境治理公司通过技术引进、研发等开发了多种适用于地表水环境的曝气增氧产品,并已成功地运用到多个项目中去。

随着城市发展速度的加快,城市水体污染成为我国一个突出的问题和治理难题。城市河流、景观水体多为静止或流动性差的封闭水体,具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力差等特点,加上外源污染,极易造成水体的富营养化以及黑臭现象。通过曝气增氧技术提高水体溶解氧来恢复水体环境并处理水中污染物是水环境治理中常见的手段。

增氧曝气技术的类别

根据气泡大小、作用原理及能源的不同,目前应用到工程中的曝气技术及产品主要有以下三种。一种是微纳米曝气机,其通过气相和液相的高度分散,产生直径小于3μm的微米级气泡和纳米级气泡。微纳气泡具有存活时间长、比表面积大、高界面活性、带能带电等特殊的理化特性。一种是清洁能源曝气机,如太阳能曝气机、风能曝气机,及风光两用曝气机。这种曝气机一般采用清洁能源带动电机,以机械部件实现大气富氧或者鼓风、氧的传送等。

一种是推流曝气机,可根据需要在一定区域内形成造流作用,增强水循环,同时兼具曝气功能。从富氧效果来看,微纳米气泡曝气机效果最好,但受制于作用面积小、耗电量大等问题。

增氧曝气技术的两种理论及产品

目前在学术界,对水环境中富氧、曝气主要有两种理论。一种是“活水”理论,即活水不死,只要水是流动的,水体通过自净能力就能保持相对好的水质。这种理论在美国的曝气技术产品中得到了好的应用。如美国的曝气机solarbee,在河流、水库及污水厂的曝气池、自来水的大型储蓄罐中均得到了广泛应用。目前,该产品已被南京领先环保引进并消化吸收,研发出系列的艾溥IPOCH太阳能曝气机。

另一种是尊重自然,不改变水体的生态环境理论。这种理论认为自然水体每层都有不同的生态环境,如根据氧的不同,在水体中有不同的藻类、微生物、鱼类等,不能因为治理水环境而破坏自然环境。这种理论在日本的曝气技术产品中得到了应用。如日本NANOMAIZU超微气泡技术,松江土建株式会社及日本土木研究所的深层曝气技术等,仅是通过物理技术对底层富氧,而不改变水体中层及上层的状态。

日本的这两种产品,目前也已经被国内的公司引进吸收。如南京金禾水环境股份有限公司的微纳米气泡发生器,以及江苏中宜水体修复公司的WEP曝气机。国内也研发了一些曝气技术,这两种理论都有应用。比较典型的是由于水环境治理中用电的不便,一些科研院所、水环境治理公司等研发了以清洁能源为主的曝气机,部分产品在国家的科技计划,如水专项中得到了应用,但尚未产业化。

增氧曝气技术在我国的应用

无论是微纳米曝气技术、还是太阳能、风能曝气技术以及常规的推流曝气技术,在我国的水环境治理中都得到了广泛应用。

在大型的水库及饮用水源地,如南京溧水方便水库,东莞松木山水库、北京官厅水库、宜兴龙珠水库等,采用了太阳能曝气机、WEP生态水环境修复系统以防止水体的富营养化并改善水质。在一些富营养化的湖泊中,如太湖、云南滇池、无锡五里湖等,温州蒲州横河、南京里圩河等黑臭水体,以及上海豫园、北京北海公园等城市景观水体均采用了增氧曝气技术。

增氧曝气技术产品的参数对比

在水环境治理中,笔者认为衡量增氧曝气技术产品性能的参数主要为:氧气输送量、耗电量及扩散范围。据笔者所知我们不妨以均具有专利技术并已得到应用的MBO微纳气泡发生器、IPOCH太阳能曝气机、OBAO扬水式太阳能曝气机、WEP生态水环境修复系统、风光互补曝气系统来进行对比。

MBO微纳气泡发生器:日本NANOMAIZU技术,在中国授权生产(南京金禾),核心部件从日本进口,在国内按照日方的技术标准进行组装生产。

IPOCH太阳能曝气机:美国SOLARBEE技术产品在中国的消化吸收,南京领先环保已申请中国专利并生产。

OBAO扬水式太阳能曝气机:技术原理依然为美国SOLARBEE技术,上海欧保环境生产。

WEP生态水环境修复系统:日本松江土建株式会社及土木研究所开发的深层曝气技术,授权江苏中宜水体修复在中国生产,核心部件从日本进口,目前在国内已经获得专利。

风光互补曝气系统:国家水专项课题成果,环境保护部南京环境保护研究所开发,技术原理为传统的鼓风曝气设备,但用清洁能源代替电能。

表1 增氧曝气技术及产品参数性能对比


说明:1代表微纳米泡中换算氧量,2代表高浓度氧气输送量

从氧气输送量来看,MBO微纳气泡发生器最高,WEP生态水环境修复系统及风光互补曝气系统次之,而通过大气复氧增氧的IPOCH太阳能曝气机及OBAO扬水式太阳能曝气机较低。严格意义上来说,MBO微纳气泡发生器并不是一种曝气机,而是一种超微气泡高级氧化技术,其通过超微气泡带能带电高表面能的特性,对水中污染物进行开环降解、氧化降解和高温热解,彻底消除黑臭,活化水体,促使底泥表层矿化,改善水质,提高透明度。

研究发现,该技术可使自然水体中硫磷的水解半衰期由108天降至20分钟。而WEP生态水环境修复系统通过设置在陆地上的氧气发生器将空气中的氧气浓缩为90%以上的高浓度氧气,然后输送给设置在水中的气液溶解装置;高浓度溶解氧水在水中以2m的厚度进行水平扩散,设备周围的溶解氧可以高达25mg/L。

风光互补曝气系统由于采用传统的鼓风曝气技术,氧气输送量也达到4m3O2/h,但氧的利用效率远低于MBO微纳气泡发生器与WEP生态水环境修复系统。IPOCH太阳能曝气机与OBAO扬水式太阳能曝气机通过将底层的水抽吸到顶层,利用大气复氧增加水体中的氧,类似与污水治理中的转碟曝气机,但这种增氧能力与其他的技术产品相比效果最低。

从氧气的扩散半径看,WEP生态水环境修复系统表现最佳,高浓度溶解氧在水中以每天200m的速度进行水平扩散,其半径扩散距离可以达到1000m以上,恶劣条件下也可达到500m。其次为IPOCH太阳能曝气机,由于采用了具有水力、机械原理的专利机械设备,水体的水循环能力明显大于OBAO扬水式太阳能曝气机,扩散半径可达约150m。而MBO微纳气泡发生器、风光互补曝气系统等设备的扩散半径仅约50m。

从单台耗电量来看,IPOCH太阳能曝气机、OBAO扬水式太阳能曝气机、风光互补曝气系统由于采用了清洁能源,耗电量均为零。MBO微纳气泡发生器为0.75Kw/h,而WEP生态水环境修复系统最高,达22.5kw/h。若从覆盖面积计算,一台WEP生态水环境修复系统约相当于20台MBO微纳气泡发生器,但其耗电量仍略高于MBO微纳气泡发生器。

小结

通过这5种增氧曝气设备对比研究,发现在大型深水水库、饮用水源及湖泊中建议采用WEP生态水环境修复系统,通过底层或实际需求增氧曝气改善水质,防止水体的富营养化;在污染较严重的黑臭水体中建议采用MBO微纳气泡发生器及风光互补曝气系统,可快速消除黑臭;在较封闭及静止的城市景观水体及小型湖泊中,可以采用IPOCH太阳能曝气机、OBAO扬水式太阳能曝气机,不仅可以增氧曝气改善水质,而且其水循环能力也可防止蓝藻水华的发生。而这些增氧曝气技术产品均可与生态修复技术等联合共同改善水体水质。

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