來源:中宜環(huán)科環(huán)保產(chǎn)業(yè)研究 作者:李瑞玲
目前，我國的水環(huán)境治理技術主要包物理技術、化學技術、生物技術以及綜合技術的應用等。其中，曝氣增氧技術是物理技術中最核心的技術。雖然曝氣在污水治理中是非常成熟的技術與產(chǎn)品，但河道、景觀水體、水庫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)的曝氣技術與產(chǎn)品很難應用到地表水環(huán)境治理中。據(jù)調查，我國的水環(huán)境治理公司通過技術引進、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，并已成功地運用到多個項目中去。
隨著城市發(fā)展速度的加快，城市水體污染成為我國一個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，加上外源污染，極易造成水體的富營養(yǎng)化以及黑臭現(xiàn)象。通過曝氣增氧技術提高水體溶解氧來恢復水體環(huán)境并處理水中污染物是水環(huán)境治理中常見的手段。
增氧曝氣技術的類別
根據(jù)氣泡大小、作用原理及能源的不同，目前應用到工程中的曝氣技術及產(chǎn)品主要有以下三種。一種是微納米曝氣機，其通過氣相和液相的高度分散，產(chǎn)生直徑小于3μm的微米級氣泡和納米級氣泡。微納氣泡具有存活時間長、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，如太陽能曝氣機、風能曝氣機，及風光兩用曝氣機。這種曝氣機一般采用清潔能源帶動電機，以機械部件實現(xiàn)大氣富氧或者鼓風、氧的傳送等。
一種是推流曝氣機，可根據(jù)需要在一定區(qū)域內形成造流作用，增強水循環(huán)，同時兼具曝氣功能。從富氧效果來看，微納米氣泡曝氣機效果最好，但受制于作用面積小、耗電量大等問題。
增氧曝氣技術的兩種理論及產(chǎn)品
目前在學術界，對水環(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，只要水是流動的，水體通過自凈能力就能保持相對好的水質。這種理論在美國的曝氣技術產(chǎn)品中得到了好的應用。如美國的曝氣機solarbee，在河流、水庫及污水廠的曝氣池、自來水的大型儲蓄罐中均得到了廣泛應用。目前，該產(chǎn)品已被南京領先環(huán)保引進并消化吸收，研發(fā)出系列的艾溥IPOCH太陽能曝氣機。
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，不能因為治理水環(huán)境而破壞自然環(huán)境。這種理論在日本的曝氣技術產(chǎn)品中得到了應用。如日本NANOMAIZU超微氣泡技術，松江土建株式會社及日本土木研究所的深層曝氣技術等，僅是通過物理技術對底層富氧，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)被國內的公司引進吸收。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公司的WEP曝氣機。國內也研發(fā)了一些曝氣技術，這兩種理論都有應用。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，部分產(chǎn)品在國家的科技計劃，如水專項中得到了應用，但尚未產(chǎn)業(yè)化。
增氧曝氣技術在我國的應用
無論是微納米曝氣技術、還是太陽能、風能曝氣技術以及常規(guī)的推流曝氣技術，在我國的水環(huán)境治理中都得到了廣泛應用。
在大型的水庫及飲用水源地，如南京溧水方便水庫，東莞松木山水庫、北京官廳水庫、宜興龍珠水庫等，采用了太陽能曝氣機、WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)以防止水體的富營養(yǎng)化并改善水質。在一些富營養(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。
增氧曝氣技術產(chǎn)品的參數(shù)對比
在水環(huán)境治理中，筆者認為衡量增氧曝氣技術產(chǎn)品性能的參數(shù)主要為：氧氣輸送量、耗電量及擴散范圍。據(jù)筆者所知我們不妨以均具有專利技術并已得到應用的MBO微納氣泡發(fā)生器、IPOCH太陽能曝氣機、OBAO揚水式太陽能曝氣機、WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)、風光互補曝氣系統(tǒng)來進行對比。
MBO微納氣泡發(fā)生器：日本NANOMAIZU技術，在中國授權生產(chǎn)(南京金禾)，核心部件從日本進口，在國內按照日方的技術標準進行組裝生產(chǎn)。
IPOCH太陽能曝氣機：美國SOLARBEE技術產(chǎn)品在中國的消化吸收，南京領先環(huán)保已申請中國專利并生產(chǎn)。
OBAO揚水式太陽能曝氣機：技術原理依然為美國SOLARBEE技術，上海歐保環(huán)境生產(chǎn)。
WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)：日本松江土建株式會社及土木研究所開發(fā)的深層曝氣技術，授權江蘇中宜水體修復在中國生產(chǎn)，核心部件從日本進口，目前在國內已經(jīng)獲得專利。
風光互補曝氣系統(tǒng)：國家水專項課題成果，環(huán)境保護部南京環(huán)境保護研究所開發(fā)，技術原理為傳統(tǒng)的鼓風曝氣設備，但用清潔能源代替電能。
表1 增氧曝氣技術及產(chǎn)品參數(shù)性能對比
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)境修復系統(tǒng)及風光互補曝氣系統(tǒng)次之，而通過大氣復氧增氧的IPOCH太陽能曝氣機及OBAO揚水式太陽能曝氣機較低。嚴格意義上來說，MBO微納氣泡發(fā)生器并不是一種曝氣機，而是一種超微氣泡高級氧化技術，其通過超微氣泡帶能帶電高表面能的特性，對水中污染物進行開環(huán)降解、氧化降解和高溫熱解，徹底消除黑臭，活化水體，促使底泥表層礦化，改善水質，提高透明度。
研究發(fā)現(xiàn)，該技術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)境修復系統(tǒng)通過設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的厚度進行水平擴散，設備周圍的溶解氧可以高達25mg/L。
風光互補曝氣系統(tǒng)由于采用傳統(tǒng)的鼓風曝氣技術，氧氣輸送量也達到4m3O2/h，但氧的利用效率遠低于MBO微納氣泡發(fā)生器與WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)。IPOCH太陽能曝氣機與OBAO揚水式太陽能曝氣機通過將底層的水抽吸到頂層，利用大氣復氧增加水體中的氧，類似與污水治理中的轉碟曝氣機，但這種增氧能力與其他的技術產(chǎn)品相比效果最低。
從氧氣的擴散半徑看，WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)表現(xiàn)最佳，高濃度溶解氧在水中以每天200m的速度進行水平擴散，其半徑擴散距離可以達到1000m以上，惡劣條件下也可達到500m。其次為IPOCH太陽能曝氣機，由于采用了具有水力、機械原理的專利機械設備，水體的水循環(huán)能力明顯大于OBAO揚水式太陽能曝氣機，擴散半徑可達約150m。而MBO微納氣泡發(fā)生器、風光互補曝氣系統(tǒng)等設備的擴散半徑僅約50m。
從單臺耗電量來看，IPOCH太陽能曝氣機、OBAO揚水式太陽能曝氣機、風光互補曝氣系統(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)境修復系統(tǒng)最高，達22.5kw/h。若從覆蓋面積計算，一臺WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)約相當于20臺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
通過這5種增氧曝氣設備對比研究，發(fā)現(xiàn)在大型深水水庫、飲用水源及湖泊中建議采用WEP生態(tài)水環(huán)境修復系統(tǒng)，通過底層或實際需求增氧曝氣改善水質，防止水體的富營養(yǎng)化;在污染較嚴重的黑臭水體中建議采用MBO微納氣泡發(fā)生器及風光互補曝氣系統(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、OBAO揚水式太陽能曝氣機，不僅可以增氧曝氣改善水質，而且其水循環(huán)能力也可防止藍藻水華的發(fā)生。而這些增氧曝氣技術產(chǎn)品均可與生態(tài)修復技術等聯(lián)合共同改善水體水質。
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