水体曝气净化技术研究水体复氧技术研究Word文档格式.doc
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而自然界本身蕴含着巨大能量,本课题将开创一种不耗能的新型水体复氧技术,主要从以下两个方面进行研究:
1.利用河道人工建筑物强化水体自然复氧能力
河流在流动过程中本身蕴涵了巨大的能量,如果能充分利用此自然能量来增加水中溶解氧含量,将是一种理想的增氧措施。
水流经过河中兴建的闸、堰、坝等泄水建筑物的出流,由于水流的强烈紊动和掺气,会使水体的溶解氧含量有较为明显的提高。
为了充分利用水的紊动,可以通过设计一些特殊形状的加糙物如阶梯、半球等形状,设置在河道人工建筑物上,使溢过的水体紊动更加剧烈,因而大气中的氧气更多地进入水体中成为溶解氧,并在水体中合理地扩散、输移。
(1)溢流坝人工加糙处理
对普通的溢流坝进行加糙处理后,水体流经坝时可产生强烈紊动,导致水流破碎形成众多大小不一的水滴,加强了水体的掺气能力并增大了水-气界面的接触面积,其复氧能力获得增强。
如图所示,当水流碰撞到阶梯坝时产生强烈紊动,紊动能增大,造成大量气泡的卷入,使水体的氧传输面积大大增加,而大气和气泡的氧又是在紊动的作用下传递到水体中去的。
紊动在阶梯与滑移水流的交界处达到最大,这时大小不等的气泡增多,同时每个阶梯凹角内有顺时针旋涡产生,在旋涡以外的滑移水流中,沿着坡面法线方向,滑移速度逐渐增大,在接近坝底处速度最大。
旋涡的存在,就使进入到水体中的溶解氧更加激烈地卷入水流中,从而水体溶解氧增加。
而光滑溢流坝面上水流在流过坝面时没有遇到阻碍物,因而流速比阶梯溢流坝面上水流流速大,但是在没有阻碍物的情况下,紊动碰撞几乎没有,因而紊动能很小,造成了水体与空气接触的面积也减小,因此氧亏恢复率也减小。
我国很多城市河流都设有橡胶坝。
对橡胶坝做加糙处理,提高其复氧指数,充分利用水体自身能力提高水体自净能力,将会为国家节约大量资金,有效改善河流水质和生态环境,具有投资少,实用性好,管理简单方便等优点。
(2)高性能复氧堰(坝)的设计
传统堰或坝的修建主要是为了满足蓄水、灌溉、防洪等目的,而没有或较少地从净化水质的角度予以考虑,随着水污染趋势的加剧,很有必要对堰或坝的复氧能力作更多、更细致的研究。
通过一些高性能复氧堰或坝的设计,是可以满足较大幅度提高其复氧能力的目标的。
TheTennesseeValleyAuthority(TVA,美国田纳西州流域管理局)的研究人员提出了两种颇具创意性的高性能复氧堰型:
thelabyrinthweir和theinfuserweir。
Thelabyrinthweir在平面上呈锯齿形;
theinfuseweir实质上为宽顶堰,不同的地方在于:
堰顶上设置有隔栅,允许水流部分经隔栅垂直向跌落,部分水流从隔栅上水平向流过。
这两种堰见图。
Thelabyrinthweir
theinfuseweir
2.可再生能源复氧技术研究
(1)太阳能技术
人工曝气虽然具有充氧效果好、速度快的优点,但因高能耗限制了其在河道污染治理中的应用。
贾鲁河流域是太阳多辐射地区,使用太阳能曝气器将是最理想的方式之一。
a.太阳能曝气技术
通过采用太阳能光电板将太阳能转化为电能,并利用它带动高效的涡轮扇产生层状缓流。
从而使得较大范围内水体产生表面流。
通过表层水与底层水交换作用相结合,实现较大水域的纵横向环流,从而增加该区域底层水体的溶解氧,加快微生物的代谢活动,加速水体中N、P等污染物降解的速率,降低污染物负荷。
太阳能曝气器
将太阳能与先进的曝气技术有机结合,开创了不耗能的新型曝气技术,同时将水循环、物理、化学及生物处理技术有机组合,有效改善了除污效果,且无需布置管线、无需维护、可随意移动的特性有利于其推广应用。
b.太阳能底层水增温复氧技术(仅为设想)
水体中的溶解氧主要来自大气复氧,因此上层水与大气充分接触,溶解氧含量高,底层水的的溶解氧则通过主要分子扩散来补充,溶解氧含量低,从而出现溶解氧在竖直方向上的分层现象,夏季尤为严重。
冬季,由于上下层水受温度影响存在密度差,上层水受环境温度影响,水温低、密度大,下层水温度高、密度小,出现翻池现象,溶解氧分层不明显,分布较均匀,含量较高。
太阳能转化为电能受技术限制还存在成本高、转换效率低的问题,而太阳能转化为热能技术相对成熟。
本课题将研究在不影响水生生物正常生存的条件下,通过太阳能适度加热底层水,形成池内环流,实现上下层水质间的交换,加快大气复氧,促使溶解氧分布均匀。
此外,还可利用太阳能转化为电能,在河道适宜处设置喷泉、水车等,不仅达到增氧净化水质的目的,还可美化河道景观。
(2)风光互补低强度曝气技术
多年的气象资料和相关研究报告表明,太阳能和风能资源具有非常好的互补性。
风光互补发电技术弥补了独立风电和光电系统的不足,提供了稳定可靠的电源。
本课题通过风光互补技术研究,将清洁能源用于曝气复氧系统设备的供电来源,同时结合低强度曝气技术,用于贾鲁河流域水体治理。
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- 水体 净化 技术研究