【摘要】采用太陽能水質(zhì)凈化系統(tǒng)對北京市亮馬河微污染水體進行了試驗研究。通過對各項水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測,研究了該系統(tǒng)對河湖微污染水體的處理性能。結(jié)果顯示水質(zhì)凈化系統(tǒng)安裝后,有效改善了試驗區(qū)內(nèi)水體表層富氧、底層缺氧的狀況,緩解了藻類在水體表層大量聚集的現(xiàn)象,表、底層和葉綠素分布日趨均勻。
【關(guān)鍵詞】太陽能、處理、微污染、水體
河湖微污染水體富營養(yǎng)化的治理一直是一個世界性的難題。利用機械能人為破壞水體的靜水狀態(tài),增加水體溶解氧和流速,強化水體自凈能力,從而改善水質(zhì)的技術(shù),在國外有所應(yīng)用,目前在國內(nèi)應(yīng)用較少。原因在于水體交換設(shè)備多數(shù)需要動力源驅(qū)動,因運行成本太高,安全可靠性及可維護性較差等因素,應(yīng)用受到限制；另一類以美國PumpSystem公司設(shè)計生產(chǎn)的太陽能水質(zhì)凈化系統(tǒng)為代表,將渦輪泵系統(tǒng)和太陽能電機系統(tǒng)相結(jié)合,完全利用自然能源驅(qū)動系統(tǒng),不需要岸上動力源,近年來在國外微污染水處理領(lǐng)域得到了應(yīng)用。
北京市水利科學(xué)研究所課題組采用太陽能水質(zhì)凈化系統(tǒng)對北京市亮馬河微污染水體進行了試驗研究,現(xiàn)將試驗研究情況介紹如下。
1工作原理
太陽能水質(zhì)凈化系統(tǒng)主要工作原理如下。
（1）通過采用太陽能光電板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，并利用它帶動高效的渦輪扇產(chǎn)生層狀緩流,從而使得較大范圍內(nèi)水體產(chǎn)生表面流。
（2）通過與深層水交換作用相結(jié)合,實現(xiàn)較大水域的縱橫向環(huán)流,從而增加該區(qū)域底層水體的溶解氧,加快微生物的代謝活動,加速水體中N、P等污染物降解的速率,降低污染物負荷。
（3）通過水體交換作用破壞水中浮游藻類的生活環(huán)境,抑制和減少水華藻類的繁殖,從而達到控制水華及緩解水體富營養(yǎng)化程度的作用。
2試驗方法
試驗區(qū)在河道內(nèi)布置,選擇北京市亮馬河上段、漁陽飯店以南三岔口水域,面積約1000m2。考慮河道的行洪功能,試驗區(qū)內(nèi)外水體之間不設(shè)圍隔,為自然連通狀態(tài)。
2.1試驗裝置
試驗裝置采用美國泵系統(tǒng)公司（PumpSystemInc）生產(chǎn)的SolarBee125OV12型太陽能水質(zhì)凈化系統(tǒng),主要用于城市河湖等小水體。系統(tǒng)由太陽能/電能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)裝置、配水系統(tǒng)、浮體、錨定系統(tǒng)組成,因系統(tǒng)內(nèi)部加裝蓄電池,在不需要岸上附屬設(shè)備的情況下可實現(xiàn)24h晝夜運行。
2.2設(shè)備現(xiàn)場安裝
在試驗區(qū)內(nèi)三岔口的中心位置安裝太陽SolarBee太陽能水質(zhì)凈化系統(tǒng)（SBL25OV12型）1套。
系統(tǒng)安裝采用陸上與水上相結(jié)合的方式。首先在岸上將太陽能電能轉(zhuǎn)換裝置、旋轉(zhuǎn)裝置、配水管及裝置、浮體等組裝完畢,然后推人水中由船只牽引系統(tǒng)到達安裝位置。此時浮體支持系統(tǒng)漂浮在水面上,通過系鏈和水下錨定物固定系統(tǒng)的位置,使系統(tǒng)距離安裝位置不致漂移太遠。
系統(tǒng)安裝人水后需進行調(diào)試,主要調(diào)整浮體臂長度使配水盤水平及調(diào)整系鏈長度使吸水軟管達到指定位置,見圖1、圖2。
圖1：系統(tǒng)組裝后
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圖2：體統(tǒng)調(diào)試后
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2.3監(jiān)測方案
2.3.1監(jiān)測目的
（1）通過對各監(jiān)測點的連續(xù)觀測,了解DO、葉綠素、透明度、COD、TN、TP、NH3-N等指標(biāo)隨時間的變化規(guī)律,考察系統(tǒng)對各指標(biāo)的作用效果。
（2）通過斷面上不同深度監(jiān)測點的設(shè)置,了解DO、葉綠素在水中的分布情況,考察系統(tǒng)對2項指標(biāo)均勻性的作用效果。
2.3.2監(jiān)測點布置
平面設(shè)置4個監(jiān)測點,每個監(jiān)測點在垂直斷面上各設(shè)置3個點,具體如表1所示。
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2.3.3監(jiān)測項目
監(jiān)測項目為水溫、pH、DO、透明度、TP、TN、NH3-N、CODcr、葉綠素-a。水溫、pH、DO采用便攜式測速儀器測定,TP、TN、NH3-N、CODcr等項目采用實驗室測速方法測定。
3試驗結(jié)果分析
3.1DO變化
水質(zhì)凈化系統(tǒng)安裝后,4個監(jiān)測點在中層和底層水體的DO變化均出現(xiàn)了相似的增長規(guī)律。可見,水質(zhì)凈化系統(tǒng)對于提高中層、底層水體的DO具有一定的作用。
3.1.1不同深度水體的DO隨時間的變化
（1）中層水體。4個監(jiān)測點中層水體的DO初始值為2.4-3.7mg/L,后期多次監(jiān)測平均值為6-15.5mg/L,北點、中點、東點、西點的增長率分別為274%、399%、381%、317%。可見,隨著時間的延長,中層水體的DO呈逐漸上升的趨勢,說明是水質(zhì)凈化系統(tǒng)作用的結(jié)果。
（2）底層水體。4個監(jiān)測點底層水體的DO初始值為0.13-0.21mg/L,后期多次監(jiān)測平均值為0.54-0.73mg/L,北點、中點、東點、西點的增長率分別為300%、290%、382%、558%。可見,隨著時間的延長,底層水體的DO呈逐漸上升的趨勢,說明是水質(zhì)凈化系統(tǒng)作用的結(jié)果。
3.1.2均勻性比較
通過比較DO在不同深度水體中的分布情況,來說明系統(tǒng)對改善DO在水中分層現(xiàn)象的作用效果。將各監(jiān)測點表層與中層、中層與底層水體的DO差值進行平均,用來表征DO在水中的均勻程度,差值越大,說明分布越不均勻；差值越小,說明分布越均勻。
如圖3所示,隨著時間的延長,各監(jiān)測點DO的差值平均值均呈現(xiàn)上升、下降、持平、再下降的變化曲線。DO上升應(yīng)是系統(tǒng)運行初期,水流攪動底泥對DO影響的結(jié)果。各點下降幅度類似,第12周時的差值平均值是第2周的0.3-0.6倍,說明DO在水中的分布越來越均勻。
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3.2葉綠素變化
水質(zhì)凈化系統(tǒng)安裝后,在一定區(qū)域內(nèi)營造出了水體的垂直流循<
