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對比分析水環境治理中增氧曝氣技術
對比分析水環境治理中增氧曝氣技術
目前，我國的水環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zui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的曝氣技術與產品很難應用到地表水環境治理中。據調查，我國的水環境治理公司通過技術引進、研發等開發了多種適用于地表水環境的曝氣增氧產品，并已成功地運用到多個項目中去。
隨著城市發展速度的加快，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化以及黑臭現象。通過曝氣增氧技術提高水體溶解氧來恢復水體環境并處理水中污染物是水環境治理中常見的手段。
增氧曝氣技術的類別
根據氣泡大小、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，以機械部件實現大氣富氧或者鼓風、氧的傳送等。
pH做為zui基本的污水指標，勢必成為供求的熱點，這對廣大的E-1312 pH電極制造商，比如美國BroadleyJames來說是個重大利好。美國BroadleyJames做為老牌的E-1312pH電極制造商，必將為中國的環保事業帶來可觀的經濟效益。我們美國BroadleyJames生產的E-1312 pH電極經久耐用，質量可靠，測試準確，廣泛應用于各級環保污水監測以及污水處理過程。
一種是推流曝氣機，可根據需要在一定區域內形成造流作用，增強水循環，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，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品
目前在學術界，對水環境中富氧、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，該產品已被南京環保引進并消化吸收，研發出系列的艾溥IPOCH太陽能曝氣機。
另一種是尊重自然，不改變水體的生態環境理論。這種理論認為自然水體每層都有不同的生態環境，如根據氧的不同，在水體中有不同的藻類、微生物、魚類等，不能因為治理水環境而破壞自然環境。這種理論在日本的曝氣技術產品中得到了應用。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。
日本的這兩種產品，目前也已經被國內的公司引進吸收。如南京金禾水環境股份有限公司的微納米氣泡發生器，以及江蘇中宜水體修復公司的WEP曝氣機。國內也研發了一些曝氣技術，這兩種理論都有應用。比較典型的是由于水環境治理中用電的不便，一些科研院所、水環境治理公司等研發了以清潔能源為主的曝氣機，部分產品在國家的科技計劃，如水專項中得到了應用，但尚未產業化。
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的推流曝氣技術，在我國的水環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生態水環境修復系統以防止水體的富營養化并改善水質。在一些富營養化的湖泊中，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。
增氧曝氣技術產品的參數對比
在水環境治理中，筆者認為衡量增氧曝氣技術產品性能的參數主要為：氧氣輸送量、耗電量及擴散范圍。據筆者所知我們不妨以均具有技術并已得到應用的MBO微納氣泡發生器、IPOCH太陽能曝氣機、OBAO揚水式太陽能曝氣機、WEP生態水環境修復系統、風光互補曝氣系統來進行對比。
MBO微納氣泡發生器：日本NANOMAIZU技術，在中國授權生產(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。
IPOCH太陽能曝氣機：美國SOLARBEE技術產品在中國的消化吸收，南京環保已申請中國并生產。
OBAO揚水式太陽能曝氣機：技術原理依然為美國SOLARBEE技術，上海歐保環境生產。
WEP生態水環境修復系統：日本松江土建株式會社及土木研究所開發的深層曝氣技術，授權江蘇中宜水體修復在中國生產，核心部件從日本進口，目前在國內已經獲得。
風光互補曝氣系統：國家水專項課題成果，環境保護部南京環境保護研究所開發，技術原理為傳統的鼓風曝氣設備，但用清潔能源代替電能。
從氧氣輸送量來看，MBO微納氣泡發生器zui高，WEP生態水環境修復系統及風光互補曝氣系統次之，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微納氣泡發生器并不是一種曝氣機，而是一種超微氣泡氧化技術，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降解、氧化降解和高溫熱解，*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。研究發現，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生態水環境修復系統通過設置在陸地上的氧氣發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。
風光互補曝氣系統由于采用傳統的鼓風曝氣技術，氧氣輸送量也達到4m3O2/h，但氧的利用效率遠低于MBO微納氣泡發生器與WEP生態水環境修復系統。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品相比效果zui低。
從氧氣的擴散半徑看，WEP生態水環境修復系統表現*，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、機械原理的機械設備，水體的水循環能力明顯大于OBAO揚水式太陽能曝氣機，擴散半徑可達約150m。而MBO微納氣泡發生器、風光互補曝氣系統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、風光互補曝氣系統由于采用了清潔能源，耗電量均為零。MBO微納氣泡發生器為0.75Kw/h，而WEP生態水環境修復系統zui高，達22.5kw/h。若從覆蓋面積計算，一臺WEP生態水環境修復系統約相當于20臺MBO微納氣泡發生器，但其耗電量仍略高于MBO微納氣泡發生器。
小結
通過這5種增氧曝氣設備對比研究，發現在大型深水水庫、飲用水源及湖泊中建議采用WEP生態水環境修復系統，通過底層或實際需求增氧曝氣改善水質，防止水體的富營養化;在污染較嚴重的黑臭水體中建議采用MBO微納氣泡發生器及風光互補曝氣系統，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，而且其水循環能力也可防止藍藻水華的發生。而這些增氧曝氣技術產品均可與生態修復技術等聯合共同改善水體水質。
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