摘 要：微纳米曝气是一种新型高效率曝气技术，在提升水质和恢复水生态
系统中，因其特殊的内部结构和产气机理，可在水中产生直径数十纳米到几个微米的气泡，大大提高了空气中氧的利用率，具有投资小，效率高的明显优势。本文分析了微纳米曝气的原理和参数，结合在中心沟水体提质工程实际工程中的应用，揭示微纳米曝气技术的应用效果，进而对微纳米曝气技术的推广和应用起到宣传作用。
关键词：微纳米；曝气；提升水质；恢复水生态
0 引言
为全面贯彻落实国务院《水污染防治行动计划》（国发〔2015〕17 号）和《湖北省水污染防治行动计划工作方案》（鄂政发〔2016〕3 号），进一步加强水污染防治工作，改善水环境质量，保障人民群众身体健康，促进经济社会可持续发展，武汉市政府制定了《武汉市水污染防治行动计划工作方案（2016—2020 年）》，方案提出到2017 年，城市建成区基本消除黑臭水体；到2020年，实现主要河流和湖泊水环境质量明显改善，污染严重水体较大幅度减少，饮用水水源水质稳定达标；到2030 年，全市水环境质量总体改善，水生态系统功能初步恢复的目标要求。方案提出到2017 年底之前，城市建成区基本消除黑臭水体。到2020 年，全市国控、省控考核断面和点位水质优良比例达到80%以上，府河、通顺河入江断面达到水质考核目标；基本消除中心城区劣V类湖泊，非中心城区劣V 类湖泊比例下降20 个百分点；城市集中式饮用水水源水质达标率达到100%，乡镇集中式饮用水水源水质达到或者优于III 类比例高于95%；地下水质量考核点位水质级别保持稳定。以上这些都表明，水污染污染问题已成为社会焦点问题，成为全民关注的热点问题。
1 微纳米曝气复氧装置
1.1工作原理
缺氧是受污染水体较普遍的特征，恢复水体耗氧/复氧平衡、提高水体溶解氧含量是水环境治理与水生态恢复的首要目标。曝气能快速提高水体溶解氧、氧化水体污染物，还兼具景观、底泥修复和抑藻作用，是水体增氧的主要方法。为了满足渠道水体净化过程对氧的需求，并为构建水生态系统创造有利条件，选用合适的曝气充氧技术对明渠水体进行强制曝气是必要且十分有效的措施。 与传统的曝气充氧技术相比，微纳米曝气是一种新型高效率曝气技术。根据有关试验测算，在标况下纳米曝气的氧利用率可以达到 60~70%，是常规微孔曝气氧利用率的 4 倍。在河道原位修复中利用纳米曝气技术，可以节省大量的能耗。
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图1 管式纳米曝气
微纳米曝气通过微纳米曝气设备实现向水体充氧，使水体有充足的溶解氧，并且随着循环水流将曝气处的复氧水体带到河道的各个角落，使整个河道都成为溶解氧充盈的好氧环境。从根本上杜绝了水体因缺氧而发臭，并为整个水体生态环境提供溶氧基础，恢复和增强水中好氧微生物的活性。
1.2 设计参数
水体的需氧量包括两部分，即：（1）物理需氧量（将水体含氧量从现状 DO 浓度提高到目标 DO 浓度的直接需氧量）；（2）微生物需氧量（微生物分解有机物所消耗的氧量），计算公式如下： O 总=O 物+O 生
式中 O 总——总需氧量，kg/h；
O 物——物理需氧量，kg/h；
O 生——微生物需氧量，kg/h；
其中：
O 物 =（DO 目标-DO 现状）V/t
式中 DO 目标——目标溶解氧浓度，mg/L；
DO 现状——现状溶解氧浓度，mg/L；
V——水体蓄水体积，m3；
t——要求复氧时间，h。
O 生 =（C0-BOD - Cs-BOD）VKBOD/t
式中 C0-BOD——目标 BOD5浓度，mg/L；
CS-BOD——现状 BOD5浓度，mg/L；
KBOD——生物好氧负荷，kgO2/kgBOD5；
t——要求复氧时间，h。
曝气设备数量的计算公式如下：L=O 总/Bη×k
式中 L——曝气设备数量，套；
B——单台装置充氧能力，kg/h；
η——氧气利用率；
k——安全系数。
2 应用实例
2.1 工程简介
中心沟为横贯将军路街片区东西的一条排水主干明渠，其分为东段、中段和西段。中心沟起于金银潭大道和宏图大道道口，沿金银潭大道北侧穿越宏图一路后平行于银潭路南侧，向西穿过城际铁路后，平行于地铁2 号线车场用地北侧，继续向西最终排入机场河明渠，总长约5.6km，主要承担将军路地区雨水排放。其汇水面积约12.61km2。
中心沟明渠为行洪排涝渠道，渠道水质管理目标规划未作要求，然而目前中心沟明渠现状水质为黑臭，严重
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根据黑臭程度的不同，《城市黑臭水体整治工作指南》将黑臭水体细分为“轻度黑臭”和“重度黑臭”两级。城市黑臭水体分级的评价指标包括透明度、溶解氧（DO）、氧化还原电位（ORP）和氨氮（NH3-N），分级标准见下表2。
表2：城市黑臭水体污染程度分级标
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2.2工程建设方案
城市黑臭水体的整治技术方案包括“控源截污、内源治理、面源控制、清水补给、水质净化、生态修复”等多个方面，其中截污是基础、治理是关键、保持是根本。控源截污主要是截污纳管，对点源污染、面源污染进行综合治理；内源治理则是内源污染物的清除与固化，包括河道沿岸垃圾清理、水体生物残体及漂浮物清理及河道清淤等；水质净化、生态修复主要是净化河道水质，恢复水体生态系统自净能力，恢复明渠生态。根据区域内明渠概况、环境条件、污染源来源及排水系统现状及规划和存在的相关问题，并结合明渠水质资料，综合分析水体黑臭的成因，本工程按照“控源截污、面源控制、内源治理、生态补水、水生态修复、”的技术路线具体实施。此外，黑臭水体整治应体现长效机制，应加强综合管理，建立完善的监测系统。
根据中心沟的现状和功能定位，采取“自然为主、人工为辅”的原位净化生态修复措施，逐步构建渠道水生态系统，同步构建水生植物系统，增强河道的自净能力，从根本上提高河道本身的抗污染物冲击能力，提升景观效果。工艺路线如下：
表3：中心沟需氧量计算初始输入参数表
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将曝气设备数量计算输入参数代入公式：L=O 总/Bη×k，通过计算可得出需要的微纳米曝气设备数量。
3 结论
微纳米曝气装置在提升水质和恢复水生态系统中，通过产生的微小气泡在被污染水体中，具有很强的除杂质、除色、除臭、不堵塞、阻止藻类与细菌增生的特点。能够有效提高水体溶解氧水平，减少水体污染负荷，改善水体黑臭现象。 该装置在水体增氧效果好的同时，还可有效地净化水质，具有很强的实用性。
参考文献
[1]王美丽, 袁震, 何连生,等. 微纳米曝气技术处理黑臭河道废水的研究[C]// 中国环境科学学会学术年会. 2019.23-24
[2]陆晖, 胡湛波, 蒋哲,等. 微纳米曝气技术对城市景观水体修复的影响[J]. 环境工程学报, 2016, 10(04):183-188.