湖泊水体富营养化的治理

2007年3月重庆大学学报(自然科学版)Mar.2007第30卷第3期JournalofChongqingUniversity(NaturalScienceEdition)Vo.l30No.3文章编号:1000-582X(2007)03-0116-04湖泊水体富营养化的治理*陈德淑,廖振方,刘晖霞,刘宁(重庆大学机械工程学院,重庆400030)摘要:提出利用电液压脉冲技术治理湖泊水体的富营养化的新方法.介绍了电液压脉冲技术的工作原理,电液压脉冲技术治理湖泊水体富营养化的净化机理并进行了相关的实验室实验.从研究所取得的大量实验数据表明:采用电液压脉冲技术治理湖泊水体的富营养化是可行的,也是一项很有效的措施.关键词:电液压脉冲技术;湖泊治理;水体富营养化中图分类号:X522;X524文献标识码:A中国是一个湖泊众多的国家,湖泊总面积为70988km2,大约占全国陆地总面积的0.8%,湖泊总储水量为7077多亿m3.随着城市和工业的不断发展,农业化肥和含磷洗涤剂的大量使用,大量未经处理的城市生活污水和工业废水流入江河和湖泊中,导致江河和湖泊的水体富营养化日趋严重,一些河流的部分河段由于富营养化已变成为“臭”水沟.它们已成为影响该地经济发展和人民生活水平提高的重大障碍.三峡工程蓄水后,如何保证库区水体的综合功能和水的净化能力(除黑臭、防止富营养化及藻类的滋生),已成为各级政府和国内外学者高度重视和研究的重要问题.目前,治理江河、湖泊水体的方法有:1)控制污染来源的截污方法(点污染源的截污),将入湖、入江的污染物尽量控制在最小量,以减轻入湖、江的负荷.2)采取在水面种植高等植物的方法,让植物在水中生长,吸收氮、磷等营养盐,同时植物的根系对水中悬浮物的吸附发挥净化作用.3)采取清淤挖泥的方法,希望通过对底部污泥的清掏,减少水体沉积物的营养盐含量,从而减轻可能发生的内源污染.4)采取引水冲污的方法稀释水体中氮、磷营养盐和藻类的浓度.这些方法各有优缺点,对水体的治理效果并不是十分理想.笔者通过多年对电液压脉冲的实验研究,认为采用电液压脉冲技术完全能达到预期的目的.1电液压脉冲工作原理电液压脉冲是将电能直接转换为液动力扰动而作用于水体的机械能,其工作原理如图1所示.该装置由脉冲电流发生器A和反应室B组成.脉冲电流发生器A包括高压变压器1、高压硅堆2、隔离开关3、限流电阻4、脉冲电容器5、空气开关6;反应室B则由电极7和9组成的反应室8.正电极常做成尖状电极,负电极根据工作特点的不同,可以做成尖状电极或板状电极.图1电液压脉冲的工作原理图当开关3闭合时,就向电容器5充电到给定电压,贮存在电容器上的能量在接通时就在放电间隙释放,释放出的能量(约103～106J)使通道内的物质被加热到20000～30000K,通道内的能量密度提高到109J/m3,从而形成等离子通道并以每秒数十到数百米的速度向外迅速膨胀.在图1的电路中,采用了带辅助间隙击穿方式,这种方式有两个优点:*收稿日期:2006-11-19基金项目:国家自然科学基金资助项目(59979029)作者简介:陈德淑(1963-),女,重庆大学讲师,主要从事特种加工工艺(高压水射流技术和电液压脉冲技术)研究,电话(Te.l):023-65103535;E-mail:chends0917@126.com.1)主间隙不变,调整辅助间隙可以控制电源电压或放电电流;2)消除了放电前主间隙(反应室内两电极之间的距离)因预放电所造成的电能损耗.电容器5上的电压升高时,由于辅助间隙的电阻比液中间隙的电阻大得多,所以作用在液中间隙上的电压非常之小,根本不会发生预放电.这样,就能大大地增加主间隙放电时产生的机械效应的强度.2电液压脉冲净化水的机理及实验研究实验表明:电液压脉冲的杀菌效果与其作用次数n呈指数关系,见式(1)dNdn=-bn,(1)式中,N为液体中的微生物浓度;b为系数,用以表示每放电一次杀菌效果的一个系数,该系数与液体的特性,微生物的型式和放电参数等有关,一般可用b来评价电液压脉冲的杀菌和消毒效果.b=f(E,U,C,l,V),(2)式中:E为次放电所产生的能量,J;U为放电电压,V;L为两电极间的距离,cm;V为反应室的体积,m3;C为电容器的电容量,μF.理论分析和实验证明:电液压脉冲对液体具有强大的综合作用.1)放电产生的电磁场、等离子体、强烈的离化作用和在放电区域内所发生的复合作用,使电液压脉冲对液体的作用具有与辐射化学过程相类似的特点,它能促使在液体中产生复杂的化合物.2)电液压脉冲能在水中产生活性很强的自由基、原子氧、原子氢,能形成氮的化合物甚至产生简单的氨基酸,溶解在水中的空气和其他气体则将促使这些过程的实现.3)电液压脉冲能产生强大的超声波,频率为10～40kHz,电液压脉冲设备工作时,在