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城市污染河道水体人工复氧技术盘点

原创2015-12-09曹欠欠，于鲁冀等环境工程

城市河道

城市河道介于天然河道和人工渠道之间，两岸和河底用混凝土衬砌，两岸植物以及水中生物

机较少，河道普遍较浅，河流顺直，水量小，流速慢。

而城市河道中的溶解氧含量是重要的水质指标之一，当水中溶解氧浓度较低时，水中有机污

染物得不到充分的降解而通过厌氧菌的分解引起腐败现象，产生甲烷、硫化氢、硫醇和氨等

恶臭气体，使水体变质发臭；此外，除厌氧微生物外，溶解氧是所有水生生物生存的必要条

件，一般当水中溶解氧含量在5-7mg/L之间时，鱼虾可以正常生长繁殖，而当溶解氧含量低

于2mg/L时，一般鱼类停止进食，当溶解氧含量低于1.3mg/L时，虾将窒息死亡。

因此，如何提高水体中溶解氧的含量就成为城市河道治理的关键所在，本文就目前城市河道

水体复氧技术的原理、方法及特点进行归纳总结，指出了研究中存在的问题，并对今后的研

究方向进行了展望。

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人工曝气复氧技术

河道人工曝气复氧的净化机理是：采用人工的方法向水体中充入空气或纯氧，提高水体中溶

解氧的浓度，抑制厌氧菌和藻类的繁殖，去除水体黑臭现象，同时增加好氧菌的繁殖速度，

增强水体的自净能力。人工曝气增氧的效果主要取决于氧气的溶解度和溶解速率，溶解度一

般处于稳定状况，溶解速率受氧亏、水-气的接触面积和方式及水的运动状况3个因素的影

响。

人工曝气复氧技术的效果与水温、水深、流速、曝气机充气量、曝气方式、曝气机安装位置、

水力停留时间、外来污染水质等有直接关系。

目前国内外采用的人工曝气技术主要有四种：

鼓风机-微孔布气管曝气系统；

叶轮吸气推流式曝气系统；

水下射流曝气系统；

纯氧增氧系统。

1.1微孔曝气

微孔曝气1915年最早出现在英国，具有分布均匀、通气量大、充气能力大、微孔不堵塞、

使用寿命长、氧利用率高、动力效率高等优点[20]。我国在借鉴国外技术的基础上，自主研

发的几种微孔曝气器充氧效率达15%-25%，比大中气泡型曝气器节能50%[21]。刘春等研究

结果表明微孔曝气可获得较高的气含率和气泡停留时间，氧总体积传质系数明显高于传统气

泡曝气[22]。盛义平等指出衡量鼓风曝气装置性能的2个指标是氧利用率和动力效率，恰当

地选取曝气器的浸没水深和所产生气泡直径的组合，既可使氧利用率高，又可使动力消耗少

[23]。李尔建立了微孔曝气最优气泡群理论模型，试验结果显示曝气池内存在着有效能耗总

利用率最高的高效曝气气泡分布段，通过控制曝气系统工况，可实现“低气量、高效能”的优

化运行[12]。

1.2叶轮吸气推流式曝气系统

叶轮吸气推流式曝气系统有复叶推流式曝气器与轴向流液下曝气器两种形式，在湖泊和河道

的曝气充氧中有着广泛的应用。1998年韩国水萦江（suyong）和1990年北京清河分别使用

叶轮吸气式曝气充氧装置，结果表明叶轮吸气推流式曝气方式能有效的改善区域内水体水

质，增加溶氧水平，水体透明度和臭味明显改善，COD显著降低。

1.3水下射流曝气

水下射流曝气是通过水泵将水吸入，在水体高速流动条件下经出水管道水射器将空气吸入，

气水混合液经水力混合切割后进入水体，形成湍流，从而达到复氧的目的。Baylar等人列举

了文丘里管、圆形喉管等水射流类型，提出水射流的复氧效率与水流的喷射形状、气泡的侵

入深度等因素有关。Kerr等人指出对于平原缺氧性河流，需要利用水泵提升水位，因此水射

流复氧需要较高的经济成本[27]。

1.4纯氧曝气

纯氧曝气法早在19世纪60年代由西方国家在传统活性污泥法的基础上发展起来，其机理与

空气曝气基本相同，其不同点在于纯氧是向水中充入纯氧，复氧效率高于空气曝气；纯氧曝

气包括纯氧-微孔管曝气系统和纯氧-混流增氧系统两种形式。上世纪80年代纯氧设备分别

在德国Enscher河和泰晤士河上得到应用，实验数据表明，纯氧增氧设备使河流缺氧段溶解

氧含量升高了6.8%。

由此可知，各类人工曝气被广泛的应用于世界各地的河道中并取得了良好的效果。但不同类

型曝气方式在复氧效果和经济成本方面也有一定的差别，微孔曝气及纯氧曝气的复氧效果优

于其他类型，王臻指出在同一供氧量下鼓风曝气较射流曝气年运行成本低2.14倍，工程投

资高1.16倍；鼓风曝气较叶轮吸气推流式年运行成本1.31倍，工程投资低1.06倍。此外，

人工曝气复氧可以达到消除黑臭减轻污染的目的，在一定程度上起到立竿见影的效果，但是

河道人工曝气复氧技术不能彻底切断污染源，且存在高能耗及运行管理不便等问题，难以保

证其持续