水体曝气复氧工程充氧量计算与设备选型

水体曝气复氧工程充氧量计算与设备选型王瑟澜1,孙从军2,张明旭2(1.上海市苏州河综合整治建设有限公司,上海200002;2.上海市环境科学研究院,上海200233)摘要:从需氧量的计算、充氧量的确定和充氧设备的选择等方面阐述了污染水体曝气复氧工程中需要注意的环节,并提出了充氧设备选型的一般步骤和方法。关键词:污染水体;曝气复氧;充氧设备中图分类号:TU991.11文献标识码:C文章编号:1000-4602(2004)03-0063-04国内外的实践证明[1],曝气复氧技术是一种快速、高效、简便易行的污染水体治理技术,它既可以有效去除水体中的致黑致臭物质,改善水质,又可以提高水体中的溶解氧含量,强化水体的自净功能,促进水体生态系统的恢复。1充氧量的计算要进行污染水体曝气复氧工程的设备选型,首先必须确定河道水体的需氧量,进而根据设备的充氧效率确定供氧量。111水体需氧量的计算污染水体的需氧量主要取决于:①水体的类型,按水流状态分为静止水体(如湖泊、水库)和流动水体(如河流);②水体目前的水质,即设计水质;③所要达到的预定目标,即改善后水体的水质。其中水体类型的不同决定了需氧量计算方法的不同。11111组合式推流反应器模型对于河流等流动水体需氧量的计算,上海市环境科学研究院曾在苏州河曝气复氧工程方案研究中建立了一种简便的组合式推流反应器模型[2]。该模型是将河流近似地看作多个推流式反应器(河段)的串联组合,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简化和假设后,综合考虑了还原物质耗氧、有机物耗氧、硝化耗氧、底泥耗氧等耗氧作用和大气复氧、藻类光合作用复氧等复氧作用而建立起来的。该模型是一种近似的计算方法,要提高其计算精度,只需将河道分成尽可能多个反应器(河段)即可。11112箱式模型对小型静止水体(如公园、居住小区的景观湖泊或池塘),由于其面积较小、水深较浅,且外界输入污染负荷一般较小,因此可以采用基于一级反应的箱式模型。为方便起见,只考虑有机物生化降解与大气复氧作用,则:O=[1.4L0(1-eK1t)-(Cs-C)(1-eK2t)+Cm]·V(1)式中O———水体的需氧量,gV———水体的体积,m3t———充氧时间,dC———水体的溶解氧浓度,mg/LL0———水体初始的BOD5浓度,mg/LK1———BOD5生化反应速率常数,d-1Cs———水体的饱和溶解氧,mg/LK2———水体的复氧速率常数,d-1Cm———维护水体好氧微生物生命活动的最低溶解氧浓度,一般可取2mg/L充氧时间t根据下式确定:L=L0(1-e-K1t)(2)式中L———水体改善后的BOD5浓度,mg/L如果水体污染严重,长期处于黑臭状态,则在计算需氧量时还需考虑无机还原物质(如Fe2+)和底泥耗氧作用的影响。11113耗氧特性曲线法在缺乏水质模型和污染源资料不全的情况下,·36·中国给水排水2004Vol.20CHINAWATER&WASTEWATERNo.3可利用实验室试验确定设计水体的耗氧特性曲线,根据设计目标和各阶段耗氧量可以对总需氧量和各曝气点的充氧量进行估算。这种方法适用于没有外界输入污染负荷条件下的湖泊、水库等静止水体。如将河道分段并对各河段水体分别进行试验,以相应的耗氧曲线(或相应的耗氧动力学模型)来计算需氧量,那么也可用于河流等流动水体。这种方法比较简单,计算结果令人满意,但工作量大,而且试验结果只能反映当前水体的耗氧状况。112充氧量的计算水体的需氧量并不等于设备的充氧量。充氧设备标称的充氧动力效率均是通过清水试验获得的。在标准条件下(水温为20℃,气压为1.013×105Pa),单位时间内转移到脱氧清水中的溶解氧量为:R0=KLa(20)Cs(20)V(3)式中KLa(20)———水温为20℃时的氧总转移系数,h-1Cs(20)———水温为20℃时的饱和溶解氧浓度,mg/LV———水体的容积,m3。与清水不同,污染水体中含有大量的杂质,这些杂质不仅直接影响氧的总转移系数KLa,还会影响水体的饱和溶解氧Cs,因此,充氧设备在污染水体中的氧转移速率与清水有很大不同,在设备选型计算充氧量时需进行适当的校正。一般引入系数α校正水中杂质对KLa的影响,引入系数β校正杂质对Cs的影响。在污染水体条件下单位时间内转移到水体的溶解氧量为:R=αKLa(20)(β·ρ·Cs(T)-C)1.024(T-20)V(4)式中R———单位时间转移到实际水体中的溶解氧量,在此处即为需氧量ρ———压力修正系数T———设计水温,℃C———水体中实际溶解氧浓度,mg/Lα、β值可通过污水、清水的充氧试验予以确定。对于城市生活污水而言,α、β值分别在0.80～0.85和0.90～0.97之间[3]。通常河流水体的污染程度低于城市生活污水,因此其α、β