專利名稱：抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法
技術領域：
本發明屬于環境治理中抑制水質惡化的技術范圍，特別涉及可修復受污染河流、湖泊和水庫水體的一種抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法。
背景技術：
中國的水環境污染非常嚴重，根據調查，我國有90％以上的城市河流受到嚴重污染。而且，大多數的城市河流已經失去了自然河流的特性，水流非常緩慢，甚至水體是靜止的，河流自然復氧能力變得非常差；另一方面，由于稠密的人口生活在城市河流兩岸，大量有機物以點源或者面源的方式進入城市河流水體，由此導致河流自凈能力下降，而污染程度增加。
由于城市河流污染嚴重，常見的水生植物和水生動物無法在其中生存，微生物成為城市河流水體中的優勢生物，大致分為好氧微生物和厭氧微生物。這兩類微生物的消長決定著河流水質的轉化特征。在河流未受到污染的情況下，好氧微生物利用水體中的溶解氧，通過氧化代謝而分解水體中的有機物，將其轉化成為二氧化碳和水，保持水體的清潔；同時，溶解氧也抑制了厭氧微生物的生長繁殖。當河流受到污染以后，大量有機物進入水體，為好氧微生物提供了營養基質，好氧微生物大量生長，導致溶解氧被急劇消耗。當溶解氧的消耗速率大于河流的復氧速率時，水體溶解氧逐漸被消耗殆盡，好氧微生物開始死亡，而厭氧微生物開始快速繁殖生長。此時，河流水體中依賴溶解氧進行呼吸的水生動物開始死亡，河流生態受到破壞。厭氧細菌迅速繁殖還產生一系列有毒有害的代謝產物，進一步引起河流大型水生植物的死亡。河流水生動物和水生植物的死亡導致河流生態的毀滅性損壞。因而，在水體受到污染的情況下，抑制水質惡化的關鍵在于設法維持或提高水中的溶解氧濃度，目前世界上普遍采用曝氣的方式向水體底部供氧而對受污染的水環境進行修復。但是，由于這種技術是向整個水體進行曝氣，而河流、湖泊和水庫的水體面積一般非常大，使得曝氣設備消耗機械動力非常大，建造和運行的成本非常高；對于面積較大、水體條件復雜的河流、湖泊和水庫，其實際操作很難實現。更為重要的是，曝氣充氧技術治標不治本，是在溶解氧已經降低的情況下采取的補救措施，此時水體水質已經下降，水體功能已經局部喪失。因此，開發簡便易行、成本低廉，而且能夠在水體受污染初期就能減緩溶解氧降低的技術具有非常重要的工程意義。
發明內容
本發明的目的是提供一種抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法，其特征在于該方法采取預防性措施，將紫外輻照技術應用于水體修復，通過紫外裝置對水體以低強度大劑量紫外輻照，抑制水體中好氧及兼氧微生物的生命活動以減緩水體溶解氧的消耗和代謝過程中有機酸的積累，但又確保它們以較低的速率生長代謝而使水體保持自凈的功能。從而提高水體的污染物負荷能力，延緩水質的惡化。另外，紫外裝置可以流動，也可以間歇式操作，從而增強了水體修復手段的靈活性。具體作法為1)將發射波長為254nm的強度可調的紫外燈管陣列置于移動式船體底部，利用太陽能等清潔能源提供船體動力，采用GPS衛星定位系統實現船體導航，向水體溶解氧濃度較低的區域或溶解氧消耗速率較高的區域實施紫外輻照。同時根據水體的濁度調節船體底部攪拌葉片的轉速以使微生物充分接受紫外線輻照。
2)紫外輻照強度在0.5～6mW/cm2，輻照時間在8～50min之間。使得受到較大污染的水體在不經過任何其他輸氧技術的支持下，溶解氧的濃度在8h后仍能保持在2.0mg/L以上，且水體酸化速率減緩。
本發明的有益效果是利用紫外線輻照抑制受污染水體中好氧及兼氧微生物的生長代謝，從而減緩溶解氧消耗的速率和水體pH值的下降速率，不會產生二次污染，因而也不會破壞水體的生態系統。而且紫外輻照裝置以船體承載，具有流動性，也可以視水體污染情況采用連續或者間歇式操作，操作更為靈活，在一次投入后即以較低的成本運行。好氧和兼氧微生物受到低強度紫外輻照后，代謝行為減緩，水中氧氣的消耗速率大大降低，同時污染物的降解時間分配更加均勻，由降解過程中產生的有機酸引起的水體酸化現象得到延緩，抑制了水體水質的惡化。
具體實施例方式
本發明是一種抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法。該方法采取預防性措施，將紫外輻照技術應用于水體修復，通過低強度紫外輻照，抑制水體中好氧及兼氧微生物的生命活動，使污染物以較為緩慢的方式降解，使水體有較為充分的時間復氧而延緩溶解氧濃度的下降速率，同時避免由于有機酸的迅速積累導致的水質快速酸化。但又確保好氧及厭氧微生物以較低的速率生長而使水體保持自凈的功能，從而提高水體的污染物負荷能力，延緩水質的惡化。具體作法為將發射波長為254nm的強度可調的紫外燈管陣列置于移動式船體底部，利用太陽能、電能或燃氣等清潔能源提供船體動力，采用GPS衛星定位系統實現船體導航，向水體溶解氧濃度較低的區域或溶解氧消耗速率較高的區域實施紫外輻照。輻照強度1～6mW/cm2，在輻照過程中，根據水體的濁度調節船體底部攪拌葉片的轉速以使微生物充分接受紫外線輻照，可根據輻照區域溶解氧的濃度和消耗速率在8min～50min之內選擇紫外輻照時間從而控制輻照劑量，并在2～5mW/cm2的范圍內選擇輻照強度以強化抑制效果。使得受到較大污染的水體在不經過任何其他充氧技術的支持下，溶解氧的濃度在8h后仍能保持在2.0mg/L以上，同時水體的酸化速率得到減緩，從而抑制的水質的迅速惡化。
下面舉具體實施例對本發明予以說明。
本發明對深圳市某受污染河流的水體進行了實驗。所取水樣在輕微攪拌后，水中溶解氧濃度在5.2～5.3mg/L左右，pH值在7.5～7.6左右，水樣濁度約為20～30NTU。
實驗1在1.0mW/cm2的輻照強度下，對水樣分別輻照1min、2min、4min、8min、16min和32min，以沒有紫外輻照的水樣作為對照樣，結果見表1和表2所示。在沒有進行紫外輻照的情況下，對照水樣的DO在3～4小時之間就降至2.0mg/L，水樣進入厭氧狀態。而當紫外輻照劑量僅僅為1min或2min時，DO消耗速率成倍下降，分別在6h和7h后降到2.0mg/L以下，但并未達到最理想的控制效果。而輻照時間達到8min時，水樣中的溶解氧在8h后仍然維持在2.0mg/L以上。但當輻照時間提高到32min后，溶解氧的下降變得非常緩慢，在8h后僅僅較之初值降低了0.98mg/L，溶解氧的消耗幾乎完全停止。
水樣pH值的降低速率也得到顯著抑制。未受輻照樣在8h后pH值下降了0.56，紫外輻照時間分別為1、2、4、8、16、32min的六個樣，pH值的下降分別為0.34、0.32、0.21、0.18、0.18和0.14，分別為前者的60.725％、57.125％、35.725％、32.125％、32.1和25％。
表1 不同輻照劑量下水樣溶解氧(DO)濃度的變化情況 單位mg/L
表2 不同輻照劑量下水樣pH值的變化情況
實驗2將紫外輻照劑量固定為720mW·s/cm2，分別選擇0.5mW/cm2和1.0mW/cm2、2.0mW/cm2和4.0mW/cm2高低兩組輻照功率，相應輻照時間為24min、12min、6min和3min。表3、表4所示的實驗結果顯示，輻照功率為0.5mW/cm2而輻照時間為24min的效果略好于輻照功率為1.0mW/cm2而輻照時間為12min的效果；輻照功率為2.0mW/cm2而輻照時間為6min的效果略好于輻照功率為4.0mW/cm2而輻照時間為3min的效果。但是由于對照組水樣耗氧速率較快，所以采用較高功率紫外輻照的抑制效果好于較低功率紫外輻照的效果，尤其是輻照功率為2.0mW/cm2的水樣，雖然輻照時間只有6.0min，但8h后溶解氧濃度仍保持在2.0mg/L以上，pH值的降低也是兒組樣中最低的，這是兼顧了輻照強度和輻照劑量后的效果。
表3 輻照功率對水樣溶解氧(DO)濃度的變化影響單位mg/L
表4 輻照功率對水樣pH值的變化影響單位mg/L
權利要求
1.一種抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法，其特征在于該方法是通過紫外線輻照，抑制水體中好氧及兼氧微生物的生命活動以減緩水體溶解氧的消耗和代謝過程中有機酸的積累，但又確保它們以較低的速率生長代謝而使水體保持自凈的功能；具體作法為將發射波長為254nm的強度可調的紫外燈管陣列置于移動式船體底部，利用清潔能源提供船體動力，采用GPS衛星定位系統實現船體導航，向水體溶解氧濃度較低的區域或溶解氧消耗速率較高的區域實施紫外輻照；調節船體底部攪拌葉片的轉速以使微生物充分接受紫外線輻照，確保水中溶解氧的濃度在8h后仍能保持在2.0mg/L以上。
2.根據權利要求1所述抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法，其特征在于所述紫外輻照強度選擇在0.5～6mW/cm2內，輻照時間在8～50min之間。
3.根據權利要求1所述抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法，其特征在于所述清潔能源為太陽能、電能或燃氣。
全文摘要
本發明公開了屬于環境治理中抑制水質惡化的技術范圍的一種修復受污染河流、湖泊和水庫水體的抑制受污染水體溶解氧消耗速率和水質酸化的方法。該方法通過對水體以低強度大劑量紫外線輻照，抑制水體中好氧及兼氧微生物的生命活動以減緩水體溶解氧的消耗和代謝過程中有機酸的積累，但又確保它們以較低的速率生長代謝而使水體保持自凈的功能。從而提高水體的污染物負荷能力，延緩水質的惡化。不會產生二次污染，因而也不會破壞水體的生態系統。紫外輻照裝置具有流動性，可以采用連續或者間歇式操作，操作更為靈活，在一次投入后即以較低的成本運行，這是水體修復采取的預防性措施，是實際可行的延緩水體溶解氧濃度下降和水質酸化的技術，具有廣闊的應用前景。
文檔編號C02F1/32GK1562777SQ20041003117
公開日2005年1月12日 申請日期2004年4月14日 優先權日2004年4月14日
發明者張錫輝, 焦洋 申請人:清華大學