《水环境治理中增氧曝气技术对比分析》

  • 来源专题:水体污染治理
  • 编译者: shenxiang
  • 发布时间:2017-08-03
  • 近年来,我国污水治理技术不断攻坚克难,使水环境治理技术日益成熟。现下水环境治理技术不仅完成了多种曝气技术的进一步革新,而且使曝气技术在地表水环境治理中得到了更广泛的应用。而多种曝气增氧技术登上市场舞台,哪一种对水环境的治理作用更为显著?且看文中的对比分析。

    目前,我国的水环境治理技术主要包物理技术、化学技术、生物技术以及综合技术的应用等。其中,曝气增氧技术是物理技术中最核心的技术。虽然曝气在污水治理中是非常成熟的技术与产品,但河道、景观水体、水库等城市地表水体具有面积大、形状各异、通电困难等问题,造成污水处理中常规的曝气技术与产品很难应用到地表水环境治理中。据调查,我国的水环境治理公司通过技术引进、研发等开发了多种适用于地表水环境的曝气增氧产品,并已成功地运用到多个项目中去。

      随着城市发展速度的加快,城市水体污染成为我国一个突出的问题和治理难题。城市河流、景观水体多为静止或流动性差的封闭水体,具有水域面积小、易污染、水环境容量小、水体自净能力差等特点,加上外源污染,极易造成水体的富营养化以及黑臭现象。通过曝气增氧技术提高水体溶解氧来恢复水体环境并处理水中污染物是水环境治理中常见的手段。

      增氧曝气技术的类别

      根据气泡大小、作用原理及能源的不同,目前应用到工程中的曝气技术及产品主要有以下三种。一种是微纳米曝气机,其通过气相和液相的高度分散,产生直径小于3μm的微米级气泡和纳米级气泡。微纳气泡具有存活时间长、比表面积大、高界面活性、带能带电等特殊的理化特性。一种是清洁能源曝气机,如太阳能曝气机、风能曝气机,及风光两用曝气机。这种曝气机一般采用清洁能源带动电机,以机械部件实现大气富氧或者鼓风、氧的传送等。一种是推流曝气机,可根据需要在一定区域内形成造流作用,增强水循环,同时兼具曝气功能。从富氧效果来看,微纳米气泡曝气机效果最好,但受制于作用面积小、耗电量大等问题。

      增氧曝气技术的两种理论及产品

      目前在学术界,对水环境中富氧、曝气主要有两种理论。一种是“活水”理论,即活水不死,只要水是流动的,水体通过自净能力就能保持相对好的水质。这种理论在美国的曝气技术产品中得到了好的应用。如美国的曝气机solarbee,在河流、水库及污水厂的曝气池、自来水的大型储蓄罐中均得到了广泛应用。目前,该产品已被南京领先环保引进并消化吸收,研发出系列的艾溥IPOCH太阳能曝气机。

      另一种是尊重自然,不改变水体的生态环境理论。这种理论认为自然水体每层都有不同的生态环境,如根据氧的不同,在水体中有不同的藻类、微生物、鱼类等,不能因为治理水环境而破坏自然环境。这种理论在日本的曝气技术产品中得到了应用。如日本NANOMAIZU超微气泡技术,松江土建株式会社及日本土木研究所的深层曝气技术等,仅是通过物理技术对底层富氧,而不改变水体中层及上层的状态。

      日本的这两种产品,目前也已经被国内的公司引进吸收。如南京金禾水环境股份有限公司的微纳米气泡发生器,以及江苏中宜水体修复公司的WEP曝气机。国内也研发了一些曝气技术,这两种理论都有应用。比较典型的是由于水环境治理中用电的不便,一些科研院所、水环境治理公司等研发了以清洁能源为主的曝气机,部分产品在国家的科技计划,如水专项中得到了应用,但尚未产业化。

     

     增氧曝气技术在我国的应用

      无论是微纳米曝气技术、还是太阳能、风能曝气技术以及常规的推流曝气技术,在我国的水环境治理中都得到了广泛应用。

      在大型的水库及饮用水源地,如南京溧水方便水库,东莞松木山水库、北京官厅水库、宜兴龙珠水库等,采用了太阳能曝气机、WEP生态水环境修复系统以防止水体的富营养化并改善水质。在一些富营养化的湖泊中,如太湖、云南滇池、无锡五里湖等,温州蒲州横河、南京里圩河等黑臭水体,以及上海豫园、北京北海公园等城市景观水体均采用了增氧曝气技术。

     

    增氧曝气技术产品的参数对比

      在水环境治理中,笔者认为衡量增氧曝气技术产品性能的参数主要为:氧气输送量、耗电量及扩散范围。据笔者所知我们不妨以均具有专利技术并已得到应用的MBO微纳气泡发生器、IPOCH太阳能曝气机、OBAO扬水式太阳能曝气机、WEP生态水环境修复系统、风光互补曝气系统来进行对比。

      MBO微纳气泡发生器:日本NANOMAIZU技术,在中国授权生产(南京金禾),核心部件从日本进口,在国内按照日方的技术标准进行组装生产。

      IPOCH太阳能曝气机:美国SOLARBEE技术产品在中国的消化吸收,南京领先环保已申请中国专利并生产。

      OBAO扬水式太阳能曝气机:技术原理依然为美国SOLARBEE技术,上海欧保环境生产。

      WEP生态水环境修复系统:日本松江土建株式会社及土木研究所开发的深层曝气技术,授权江苏中宜水体修复在中国生产,核心部件从日本进口,目前在国内已经获得专利。

      风光互补曝气系统:国家水专项课题成果,环境保护部南京环境保护研究所开发,技术原理为传统的鼓风曝气设备,但用清洁能源代替电能。

      从氧气输送量来看,MBO微纳气泡发生器最高,WEP生态水环境修复系统及风光互补曝气系统次之,而通过大气复氧增氧的IPOCH太阳能曝气机及OBAO扬水式太阳能曝气机较低。严格意义上来说,MBO微纳气泡发生器并不是一种曝气机,而是一种超微气泡高级氧化技术,其通过超微气泡带能带电高表面能的特性,对水中污染物进行开环降解、氧化降解和高温热解,彻底消除黑臭,活化水体,促使底泥表层矿化,改善水质,提高透明度。

相关报告
  • 《DNA示踪系统在水环境保护中的应用》

    • 来源专题:水环境管理与流域管理
    • 编译者:王阳
    • 发布时间:2018-07-19
    • 导读: 不同水体之间通过流动、入渗、蒸发等复杂水文地质过程相互交换,导致水环境中污染源的识别极为困难,加大了水环境保护的难度,致使水环境持续恶化。因此,水环境污染控制迫在眉睫,而如何定位污染源位置是水环境保护的前提和关键,也一直是世界各国科学家共同关注的热点问题。 DNA是生命系统的重要生物分子,主要功能是存储和编码基因信息。DNA的分子结构具有可设计性、多样性和多功能性等优点。这些独特理化和生物特性使得DNA纳米示踪系统能够全面克服传统示踪系统存在的不足。例如,DNA纳米示踪系统具有数量无限且独立可彼此区分、无环境背景值影响、运移和降解特性一致等诸多传统示踪剂所不具备的优点,并且环境友好,十分适合于研究复杂水文地质条件下的多污染源识别问题。 近期,天津大学化工学院仰大勇教授课题组提出了DNA示踪系统的设计、制作和检测方法。近些年,工业和农业污染物肆意向环境水体中排放,严重污染了有限的水资源。而且,不同水体之间通过流动、入渗、蒸发等复杂水文地质过程相互交换,导致水环境中污染源的识别极为困难,加大了水环境保护的难度,致使水环境持续恶化。因此,水环境污染控制迫在眉睫,而如何定位污染源位置是水环境保护的前提和关键,也一直是世界各国科学家共同关注的热点问题。 仰大勇教授课题组从DNA示踪剂的设计和制作方法入手,详细介绍了DNA示踪剂在序列设计、保护、信号读取等方面的重要内容,综述了其在水环境示踪研究领域中的应用情况,着重探讨了DNA示踪剂制作材料的选取、DNA分子的保护和环境影响效应等关键问题,并深入讨论了DNA示踪技术应用过程中可能困扰大家的问题,最后对DNA示踪技术未来主要研究内容的发展方向提出了思考。DNA示踪系统的建立为准确识别水环境中污染物的来源,从而制定有效的控制策略提供了新的思路。 在工厂、医院、社区、农场等可能存在排污的场所放置不同的DNA示踪剂,在河流下游取水样进行检测,通过qPCR分析DNA示踪剂的类型和数量,就可以定位污染物的来源和污染物排放量。 首先对DNA分子序列进行特异性设计,确保其无环境背景值影响,经过BLAST特异性比对后进行生物和化学合成;判断水环境状况,在相对清洁的水环境中可以进行直接投放应用,在水环境条件复杂的环境中,采用粘土、高分子聚合物或硅等材料对其进行保护后再投放应用。
  • 《传感器技术未来的发展重点分析》

    • 来源专题:集成电路
    • 编译者:shenxiang
    • 发布时间:2020-10-29
    • 随着材料科学、纳米技术、微电子等领域前沿技术的突破以及经济社会发展的需求,四大领域可能成为 传感器 技术未来发展的重点。 一、可穿戴式应用 据美国ABI调查公司预测,2017年可穿戴式传感器的数量将会达到1.6亿。以谷歌眼镜为代表的可穿戴设备是最受关注的硬件创新。谷歌眼镜内置多达10余种的传感器,包括 陀螺仪 传感器、加速度传感器、磁力传感器、线性加速传感器等,实现了一些传统终端无法实现的功能,如使用者仅需眨一眨眼睛就可完成拍照。 二、 无人驾驶 在该领域,谷歌公司的无人驾驶车辆项目开发取得了重要成果,通过车内安装的照相机、雷达传感器和 激光 测距仪,以每秒20次的间隔,生成汽车周边区域的实时路况信息,并利用人工智能软件进行分析,预测相关路况未来动向,同时结合谷歌地图来进行道路导航。奥迪、奔驰、宝马和福特等全球汽车巨头均已展开无人驾驶技术研发,有的车型已接近量产。 三、医护和健康监测 国内外众多医疗研究机构,包括国际著名的医疗行业巨头在传感器技术应用于医疗领域方面已取得重要进展。 如奥松电子气体流量传感器AFM3000系列是专为呼吸机设计,可精确 测量 空气、氧气和其他非侵蚀性气体流量。该款传感器采取独特的风道设计,确保传感器中的流动体压损极低,可适用于各种苛刻的应用场景。 AFM3000系列流量传感器具有体积小、重量轻、读数直观清晰、可靠性高、低压损等诸多优点,广泛应用医疗器械、环境监测、实验室等多个领域。 四、工业控制 2012年,GE公司在《工业互联网:突破智慧与机器的界限》报告中提出,通过智能传感器将人机连接,并结合软件和 大数据 分析,可以突破物理和材料科学的限制,并将改变世界的运行方式。报告同时指出,美国通过部署工业互联网,各行业可实现1%的效率提升,15年内能源行业将节省1%的燃料(约660亿美元)。2013年1月,GE在纽约一家 电池 生产企业共安装了1万多个传感器,用于监测生产时的温度、能源消耗和气压等数据,而工厂的管理人员可以通过i Pad 获取这些数据,从而对生产进行监督。 未来,这四大领域可能成为传感器技术未来发展的重点。