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       我國(guó)許多流經(jīng)城鎮(zhèn)的河段和城鎮(zhèn)內(nèi)的溝渠塘壩很容易受到有機(jī)物和氮磷的污染，這些水體環(huán)境容量小，自凈能力弱，流動(dòng)緩慢，很容易形成黑臭水體，影響周邊自然環(huán)境和居民生活，嚴(yán)重威脅水質(zhì)安全。目前，對(duì)黑臭水體的治理，常用的方法有截污疏浚、生物修復(fù)和曝氣充氧等手段。水體自然富氧和耗氧的嚴(yán)重失衡是水體黑臭化的主要原因之一，因而，曝氣充氧、提高溶解氧濃度是一種行之有效的治理手段。

微氣泡曝氣是一種新型的高效曝氣技術(shù)，已經(jīng)在污水處理領(lǐng)域得到了較多的應(yīng)用。微氣泡是指直徑小于50μm的氣泡，其具有比表面積大、內(nèi)部壓力高、上浮速度慢等特點(diǎn)，與普通曝氣方式相比，采用微氣泡曝氣可以顯著提高氣體傳質(zhì)速率和持氣率。本課題組的前期研究發(fā)現(xiàn)微氣泡在水中自然破裂時(shí)能產(chǎn)生羥基自由基，微氣泡的水力空化處理對(duì)銅綠微囊藻的生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，也可以有效提高混凝沉淀除藻的效果。因此，微氣泡用于黑臭河道的曝氣增氧不僅可以提高富氧的效率，還兼?zhèn)湟衷宓纳鷳B(tài)修復(fù)作用。目前，已有采用微氣泡曝氣處理黑臭河道廢水的研究，但由于處理的時(shí)間短，不能獲得長(zhǎng)期微氣泡曝氣對(duì)水生態(tài)環(huán)境的修復(fù)作用。因而，本文采用微氣泡曝氣和普通曝氣對(duì)模擬黑臭水體開展了長(zhǎng)期修復(fù)治理工作，并對(duì)水質(zhì)改善效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)和對(duì)比。

1材料和方法

1.1曝氣裝置及運(yùn)行參數(shù)

本試驗(yàn)分別使用微氣泡曝氣和普通曝氣兩種曝氣方式處理模擬黑臭水體，并進(jìn)行對(duì)比。兩套裝置的水槽均為PVC材質(zhì)，形狀為近似長(zhǎng)方體，長(zhǎng)約550mm，寬約420mm，正常運(yùn)行時(shí)水深約280mm，總水量約為60L，水面下底泥厚度約為40mm。微氣泡的產(chǎn)生方式為加壓溶氣-減壓釋放法，需要水泵進(jìn)行連續(xù)的水循環(huán)，循環(huán)水量為4.8L/min，不考慮短流的情況，整個(gè)水槽中水循環(huán)一次的時(shí)間約為12.5min。為了防止出水對(duì)底泥產(chǎn)生攪動(dòng)，微氣泡出水距離底泥高度約110mm，且出水方向?yàn)樗�平；普通曝氣采用球形微孔曝氣頭，為了增加大氣泡在水中的停留時(shí)間，曝氣頭安裝在距底泥高度約為40mm處。微氣泡裝置在最佳運(yùn)行氣水比下運(yùn)行才能達(dá)到最好的微氣泡發(fā)生效果，因此，微氣泡裝置的曝氣量要明顯小于普通曝氣裝置的曝氣量，僅為0.12L/min，單位體積內(nèi)曝氣量為2mL/(min˙L)；而普通曝氣的曝氣量為1.3L/min，單位體積內(nèi)曝氣量為21.6mL/(min˙L)。兩種曝氣采用的氣源均為空氣�？紤]到微氣泡發(fā)生裝置中水泵運(yùn)行引起的水溫升高的問題，在本試驗(yàn)中兩裝置皆采用間歇運(yùn)行的方式。試驗(yàn)期間兩裝置同步開啟同步關(guān)閉，每天從8:00am~7:00pm，每小時(shí)運(yùn)行15min，共運(yùn)行12次。

1.2模擬黑臭水體來源及水質(zhì)

本試驗(yàn)所使用的模擬黑臭水體來源為校園內(nèi)一處富營(yíng)養(yǎng)化水塘，加入一定量含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和腐殖質(zhì)的河道底泥，充分?jǐn)嚢杌靹蚝箪o置10d，水中藻類和微生物繁殖，生態(tài)系統(tǒng)基本穩(wěn)定。此時(shí),該水體已呈深黃棕色，有臭味散出，透明度很低，根據(jù)《城市黑臭水體整治工作指南》中對(duì)城市黑臭水體的明確定義，可以認(rèn)為試驗(yàn)水體已經(jīng)形成了黑臭水體。此時(shí)兩裝置內(nèi)水質(zhì)如表1所示。

表1初始水質(zhì)

1.3水質(zhì)檢測(cè)方法

本文中涉及到的各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)的檢測(cè)方法如下。

氨氮：納氏試劑分光光度法；總磷：銻鉬抗分光光度法；透明度：塞氏盤法；TOC及TN：島津TOC—L；OD680：上海儀電UV765；濁度：哈希2100N；水溫及溶解氧：哈希HQ-30d。

2結(jié)果與討論

2.1運(yùn)行期間水質(zhì)變化

在25d的運(yùn)行中，持續(xù)對(duì)總有機(jī)碳（TOC）、總氮（TN）、總磷（TP）、氨氮、OD680和濁度這六項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，取樣時(shí)間均為9:00pm，此時(shí)距曝氣結(jié)束已有接近2h，因微氣泡氣浮作用而漂浮于水面的藻類已大部分靜沉，取樣點(diǎn)為水面下15cm處。各水質(zhì)指標(biāo)隨時(shí)間的變化如圖1所示。

整個(gè)試驗(yàn)期間，微氣泡曝氣系統(tǒng)的TOC濃度始終低于普通曝氣系統(tǒng)，如圖1（a）所示。初始運(yùn)行的5d內(nèi)，曝氣提高了水中溶解氧，微生物大量繁殖，使得兩裝置內(nèi)水中的TOC濃度均經(jīng)歷了一個(gè)快速下降的過程。之后，TOC濃度持續(xù)緩慢下降，試驗(yàn)?zāi)┢谖�氣泡曝氣系統(tǒng)的TOC為18.2mg/L，下降了76%。氨氮濃度的變化趨勢(shì)[圖1（c）]與TOC類似，微氣泡曝氣水體內(nèi)氨氮濃度下降更為迅速，在18d時(shí)，微氣泡曝氣水體的氨氮濃度已經(jīng)降為0，而普通曝氣水體的氨氮濃度在第9d之后不再變化。試驗(yàn)?zāi)┢�，微氣泡曝氣水體內(nèi)TN和TP濃度均低于普通曝氣水體，如圖1（b）和1（d）所示。另外，試驗(yàn)中觀察到水中的TN和TP較高，且變化不大，可能是與試驗(yàn)所取河道底泥上方水體為生活污水，含有大量的氮磷元素，可形成不易被降解的膠體有關(guān)。

在黑臭水體的修復(fù)過程中關(guān)注的重要水質(zhì)指標(biāo)是其表觀指標(biāo)，本試驗(yàn)中體現(xiàn)為OD680、濁度和透明度三個(gè)指標(biāo)。OD680為含藻液在680nm波長(zhǎng)處的吸光值，可以間接反映藻細(xì)胞的數(shù)量。對(duì)試驗(yàn)采用的水體進(jìn)行鏡檢發(fā)現(xiàn)，銅綠微囊藻是一種優(yōu)勢(shì)藻種，因此，用顯微鏡計(jì)數(shù)表示的藻細(xì)胞濃度與藻液在680nm處的吸光值進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)二者之間呈良好的線性關(guān)系（圖2）。

OD680的變化如圖1（e）所示。微氣泡曝氣水箱內(nèi)OD680在一周內(nèi)迅速?gòu)?/font>0.03降低到0.01，并一直維持在較低水平，說明微氣泡曝氣可以有效除藻并抑制藻類繁殖，而普通曝氣系統(tǒng)內(nèi)藻密度一直保持在模擬黑臭水體形成時(shí)的高濃度水平。本課題組在前期研究中發(fā)現(xiàn)微氣泡對(duì)于銅綠微囊藻的生長(zhǎng)有顯著的抑制作用，用微氣泡曝氣處理10min后的藻液密度在72h后降低了88%；同時(shí)，電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，藻細(xì)胞的結(jié)構(gòu)均已發(fā)生破損。需要說明的是，該試驗(yàn)對(duì)處理后的藻液采用靜態(tài)培養(yǎng)，因而，被破壞而沉降的藻無法得到足夠的光照進(jìn)行自我修復(fù)，加速了藻類的死亡；但在本試驗(yàn)中，由于整個(gè)日照期間（8:00am~7:00pm）不斷間歇循環(huán)曝氣，藻類可以得到足夠的光照進(jìn)行自我修復(fù)，死亡速度有所減緩