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扬水曝气水源水质改善技术研究

丛海兵  
【摘要】: 针对大水深水库水源富营养化、沉积物内源污染严重等突出问题,以及缺乏有效水源水质改善技术的现状,研究开发了解决此类水质问题的扬水曝气水源水质改善技术。系统研究了扬水曝气水源水质改善理论与技术。建立了扬水曝气器的理论模型,研究了藻类运动分布规律、沉积物污染释放规律。模拟了流速场、溶解氧分布场和温度场。确定了扬水曝气技术的应用方法和应用条件。将该技术应用于水源水质改善,混合上下水层,破坏水体分层,抑制藻类生长;给水体充氧,提高下层水体溶解氧,控制沉积物污染释放,取得了显著的水质改善效果。 研究了藻类在水体中的生长运动规律,测定了藻类的上浮速度,揭示了通过改变流场抑制藻类生长的机理。研究揭示了沉积物中污染物释放规律。在此基础上,提出了扬水曝气水源水质改善技术,针对扬水曝气器优化设计,建立了扬水曝气器结构优化模型、提水速度数学模型、充氧能力数学模型,利用CFD模型对混合流场进行了流速场、水质场、温度场的定量模拟,形成了系统的扬水曝气技术理论基础。 研究开发出了具有提水和充氧能力的扬水曝气器,通过实验室试制、中试和生产性试验,确定了扬水曝气器的结构组成,实现了提水和充氧两大功能,并将扬水曝气器设计成长度可调结构,自动适应水位变化,提高混合效果。研究开发了扬水曝气与生物接触氧化组合水质改善技术,确定了组合技术的结构组成、组合方式。扬水曝气技术及其组合技术能够用于混合上下水层,抑制藻类生长;增加水体溶解氧,控制沉积物中污染物释放,解决大水深水库水源富营养化和沉积物内源污染问题。 研究确定了扬水曝气技术抑制藻类生长的应用条件、应用方法和作用范围。扬水曝气技术抑制藻类生长的水力条件是:循环水流的下向流速大于1.65cm/min,抑制藻类生长的水深条件是:水深大于10m。通过CFD模型模拟了扬水曝气器周围的流速场,确定了扬水曝气技术抑制藻类生长的能力和作用范围,从而确定扬水曝气器的布置间距。将扬水曝气技术应用于天津市芥园水厂预沉池,抑制藻类生长,在停留时间为27h的条件下,成功抑制了藻类的生长,使藻类由正增长9.32%转变成衰减4.64%,总量下降了14%,影响范围内藻类下降了26.5%。根据理论分析,在大水深、停留时间长的水源水体中,藻类的生长将基本被控制。 研究确定了扬水曝气技术控制沉积物中污染物释放的应用条件、应用方法和作用范围。扬水曝气技术抑制沉积物中氮、有机质释放的条件是将沉积物表面溶解氧提升到2mg/L以上,抑制磷、铁、锰释放的条件是将沉积物表面溶解氧提升到1mg/L以上。通过CFD模型模拟了扬水曝气器周围的溶解氧分布场,确定了扬水曝气技术控制沉积物中污染物释放的作用范围。将扬水曝气技术应用于山西省引黄工程汾河水库,控制沉积物中污染物释放,确定了系统组成、工艺布置、施工方法等应用方法,使污染物释放量减少了95%,取得了显著的水质改善效果。


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