1 / 7
文档名称:

关于活水循环增氧技术治理黑臭水体的模型建立及分析.docx

格式:docx   大小:16KB   页数:7页
下载后只包含 1 个 DOCX 格式的文档,没有任何的图纸或源代码,查看文件列表

如果您已付费下载过本站文档,您可以点这里二次下载

分享

预览

关于活水循环增氧技术治理黑臭水体的模型建立及分析.docx

上传人:shijijielong001 2022/11/26 文件大小:16 KB

下载得到文件列表

关于活水循环增氧技术治理黑臭水体的模型建立及分析.docx

文档介绍

文档介绍:该【关于活水循环增氧技术治理黑臭水体的模型建立及分析 】是由【shijijielong001】上传分享,文档一共【7】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【关于活水循环增氧技术治理黑臭水体的模型建立及分析 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。模型建立及分析
摘要:黑臭水体是我国当前比较突出的水环境问题,目前城乡区域的水污染处理问题也逐渐成为城镇管理的重点与难点,随着城市化进程的不断加快,水体黑臭不仅导致原有生态环境遭到破坏,而且还严重影响周边居民的生活质量。城市黑臭水体治理是一项长期系统的工程,因地制宜选择合适的治理措施显得尤为重要。本文通过设计系统模型,探索活水循环增氧技术治理黑臭水体的参数分析方法,以期为我国黑臭水体治理提供参考。
关键词:活水循环;增氧技术;黑臭水体;模型建立
1.
概述
活水循环增氧技术是指通过向黑臭水体中补水及曝气充氧,促进水的流动和污染物的稀释、扩散与分解,提高水体的溶解氧,主要适用于整治后城市水体的水质保持,增强水体自净能力。目前,业内活水循环技术和曝气增氧技术相对比较分离,并且未能建立指导性的设计模型,主要以经验设计为主。同时,活水循环的效果也需要根据不同的情况对流场进行模拟,建立相关模型非常复杂。目前相关设计都只停留在经验层面,从模型层面的系统性研究尚在起步阶段。
黑臭水体由于体量较大,复杂程度很高,水体的耗氧量和COD、氨氮、底泥、无机还原物等多方面因素有关,模型设计得是否合理将直接影响计算结果的准确性。参数估值是水质模型研究的重要组成部分,参数估计的正确与否,直接影响模型的可靠性,进而影响工程投资成本和实施效果。因此,本阶段研究的主要内容为活水增氧系统模型中的耗氧及复氧参数的探究,基于已有的对水质模型参数估计的研究,通过书籍和文献资料的查询,来获得参数的取得和计算方法,及经验值范围。
水体耗氧及复氧特性
天然水体中溶解氧(DO)的多少是评价水环境质量优劣的一项重要指标,水中DO的变化是一个不断消耗又不断补充的动态平衡过程。
(1)水中溶解氧的消耗包括:
水中有机物BOD在被氧化过程中变为无机物,其中包括含氮有机物氨化,这是废水排入水体初期的主要耗氧过程。
水中氨氮继续硝化,转化为亚***盐、***盐的耗氧过程。
河床底泥中的有机物在厌氧条件下发酵、分解出有机酸、甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等还原性气体,当它们逸出底泥迁移到水体后,有些可被氧化,如氨的硝化和硫化氢氧化等,从而消耗水中的溶解氧。另外,底泥有机物在流速较大时发生再悬浮,将像水中的有机物一样耗氧。
水生生物,尤其藻类,晚间光合作用停止,由于呼吸作用而耗氧。
水中其他还原性物质引起的耗氧。
流出本水体的水流,将挟带一定的溶解氧到下游。
根据氧化底物的不同,水体的耗氧过程可分为4个阶段:还原性物质耗氧阶段、有机物降解耗氧阶段、硝化耗氧阶段和难降解有机物/污泥消化耗氧阶段。
(2)水中溶解氧的来源包括:
水体与大气接触过程中,大气中的氧会源源不断地向水体扩散和溶解,称为大气对水体的复氧,是水体溶解氧补充的主要来源。
水中繁殖的光合型水生生物,主要是藻类,白天通过光合作用吸收CO,
2在合成碳水化合物的过程中放出氧,并溶于水中。这在藻类大量繁殖的湖泊、水库和港湾中,表现比较明显,对促进水生动物的生长具有重要作用。
流入本水体中的水流(包括排放的废水)中挟带的溶解氧,随水流带入本水体。
造成水体“黑臭”的主要原因是当排入水体的有机污染物过量时,微生物大量繁殖,在分解有机物的过程中消耗大量的溶解氧,导致水体的溶解氧失去平衡如果DO降到3~4mg/L以下,鱼类生活就会大受影响,甚至无法生存;当DO继续降低,甲壳类动物、轮虫和原生动物等也将陆续死亡,最终厌氧微生物占主导,水质恶化。此外,DO含量还会影响氮磷、重金属、硫化物、***化物等污染物的去除。因此,恢复水体的复氧能力,提高水中的DO是促进水体中有机污染物和氮磷的生物降解的关键所在。
模型建立
天然水体中既有耗氧过程,也有复氧过程。水体耗氧主要来源为水中的还原性无机物、有机物和底泥,而溶解氧的恢复过程也依靠水体自身的复氧能力,自然的复氧过程包括:1)水面与空气接触增加溶解氧,即大气复氧;2)水生植物光合作用释放氧。因此,水体的实际需氧量应该扣除自身复氧过程而增加的溶解氧量。
水体需氧量可用以下公式计算:
X=Jj-X;
式中:
X——本段水体需氧量(kg);
X——本段水体耗氧量(kg);
1
X——本段水体复氧量(kg);
2

河道水体耗氧特性描述了水体中各特定耗氧阶段的物质耗氧过程,包括其开始时间、阶段历时、阶段耗氧量等。在缺乏可靠的水质模型时,可利用耗氧特性对河道曝气复氧工程的充氧量及充氧点位置大致进行估计。水体的耗氧过程可分为4个阶段:
(1)无机还原物耗氧
在河流水体中存在具有还原性的无机物,不能被生物降解,只能通过化学过程被氧化,从而消耗水中的溶解氧,在水体耗氧中占比不大。
(2)有机物耗氧
有机物氧化分解所消耗的氧一般是河流中耗氧的主要部分。有机物通过微生物而氧化分解的过程分为两个阶段:碳化阶段和硝化阶段。
第一阶段,碳化阶段。主要是有机物的碳化,是有机物中的碳氧化为二氧化碳的过程。此阶段所消耗的氧称为碳化需氧量。此阶段去除BOD称为CBOD,其反应接近于一级动力学反应,其反应速度同某一时间剩余有机物的浓度成正比。
第二阶段,硝化阶段。主要是有机物中含氮物质的氧化,此时去除BOD称为NBOD。硝化阶段所消耗的氧称为氮化需氧量。河流的硝化作用与河流的物理、化学性质有关。比较清洁的河流其硝化作用不明显;受有机物或生活污水污染较严重的,特别是小河流,硝化作用是影响水质的原因之一。
在好氧条件下有机物的氧化分解是通过微生物的生物化学作用,这个过程包含碳化耗氧和硝化耗氧两个阶段,第二阶段大致是在第一阶段的5~10天后发生对于这两个阶段的耗氧能力,常用两个定量数值表征,既碳化反应耗氧速率系数与硝化反应耗氧速率系数。第二阶段耗氧过程的发生除与水体溶解氧含量有关外,还取决于pH值,当pH=,硝化反应最佳;pH=6时,硝化反应能力只相当最佳时的10%。
(3)底泥耗氧
此外,河流中的沉积物与悬浮物是众多污染物在环境中迁移转化的载体、归宿和蓄积库,是长时间污水排放累积的污染物。在水的外源污染控制达到一定程度后,底泥的污染将会突出表现出来,成为内源污染。有机物沿着河底沉淀下来后,在缺氧的环境中,被细菌厌氧分解,产生有机酸、甲烷、二氧化碳和氨等物质。有机酸会慢慢地从底泥转移到上层水域,并在底泥与水的接触面处进行耗氧分解而消耗水中的DO。甲烷、氨等还原性气体及CO释放到上层水体,逸出到大
2
气或消耗水中的氧。底泥作为河流内在的污染源,对水体溶解氧的消耗有显著的影响。在某些河流中,SOD可能会占系统总耗氧速率的50%以上,在一些感潮河流中,这个比例甚至会达到90%。
因此在水质模型的选取中,主要考虑水中无机还原性物质、碳化需氧量(可用BOD计算)、硝化需氧量以及底泥对溶解氧的消耗,并以此作为模型中的变量
5
分析河流的需氧量。
对于河流等流动水体需氧量的计算,本课题参考了《环境水质模型概论》、《河流水质数学模型及其模拟计算》、《环境科学与工程原理》等书籍以及国内外对水质模型的相关研究后,在充分利用河道现有水质、水力资料的基础上,对相关边界条件作了合理的简化和假设后,综合考虑了无机还原性物质耗氧、有机物耗氧、硝化耗氧、底泥耗氧等耗氧作用,建立了以下水体耗氧量计算模型:
X、=K2tv-®-^eX+^/'(l-f+t(ttv
式中:
匚;表示无机还原物的耗氧量;
宀---表示碳化需氧量;
表示硝化需氧量;
U表示底泥耗氧量。
t――充氧时间,(d);
V水体体积,(m3);
K无机还原物质的耗氧速率,[mg/()];
K——BOD生化反应速率常数,(d-J;
25
K为硝化反应速率常数,(d-1);
3
二——本段入口BOD浓度,(mg/L);
5
'本段入口氨氮浓度,(mg/L);
3・2复氧模型建立
在自然环境中,水体的复氧主要依靠大气复氧过程和水生植物光合作用的增
氧过程。水体复氧量的计算公式如下:
X.=(C,-c)(l-占")P+ptv
式中:
:二-壬―表示大气复氧量,(kg);
<-T,'表示植物复氧量,(kg);
C——(20°C);
s
-——本段入口溶解氧含量,(mg/L);
t——河水流过本段河道的时间,(d);
V水体体积,(m3);
T'——本段植物所占体积,(m3)。
由此可知,当河流的流量、流速等特征值一定时,耗氧参数K、K、K、K
1234
于复氧参数K、将是影响水体耗氧量的关键值。
La
4・结论
城市黑臭水体治理技术的选择遵循“适用性、综合性、经济性、长效性和安全性”原则。回顾国内外城市黑臭水体治理的实际工程案例,可以发现,城市黑臭水体整治可以采用的技术措施非常多,技术原理和应用形式也各不相同。《城市黑臭水体整治工作指南》根据各种技术的功能将其划分为控源截污、内源控制、活水循环增氧、净化药剂投加、生态修复五类。
通过对黑臭水体治理各类技术进行分析比较,可以发现,活水循环增氧技术是黑臭水体治理关键技术,最具研究价值。由于水体产生黑臭的本质原因是河道或湖库内水流缓慢、溶解氧量减少、水体自净能力降低导致。因此,对水体进行辅助增氧、提高自净能力、实现“流水不腐”是黑臭水体治理的核心。本文通过水体耗氧模型和复氧模型的建立,给出了活水循环增氧技术中需要探索的一些关键参数,为未来的研究提供了方向。
参考文献:
[1]程曦,张明旭,[J].
上海环境科学,2001,20(5):215-230.
[2][D].河海大学,2005.