成果展示︱黑臭水体曝气复氧理论与技术

水体曝气复氧技术是湖泊、河道污染治理的一项有效技术，通过增强水体自净能力，改善水环境质量，恢复水生态环境，在英国、德国、法国、美国等许多国家得到广泛应用，并取得良好效果。上海市环境科学研究院自1990年代起，以苏州河、淀山湖、滇池等水体及其支流为研究对象，对黑臭水体曝气理论与技术开展了系统研究，形成了系列技术成果：

一是提出了黑臭水体“四阶段”耗氧理论。通过大量实验分析发现，黑臭水体一般具有如下4个耗氧阶段：还原性物质耗氧、有机物生化降解耗氧、硝化耗氧和难降解有机物耗氧，并基于LOGISTIC模型和MONOD公式建立了耗氧过程曲线和动力学模型。研究结果显示，还原性物质耗氧、有机物生化降解耗氧是导致上世纪末苏州河下游水体严重缺氧和黑臭的主要原因。

苏州河某断面水体的耗氧特性曲线

I：还原物耗氧阶段；II有机物耗氧阶段；III硝化耗氧阶段；IV难降解有机物与污泥消化耗氧阶段

二是建立了基于“推流反应器”原理的水体需氧量计算模型。该模型综合考虑了还原物质耗氧、有机物耗氧、硝化耗氧、底泥耗氧等耗氧作用和大气复氧、藻类光合作用复氧等复氧作用，可用于苏州河等水体需氧量的计算和充氧后水质的预测，为苏州河曝气复氧工程设计提供了可靠的技术方法。利用该模型计算了2000年的苏州河水体需氧量：在调水情况下，为确保苏州河各河段的溶解氧水平达到DO≥2mg/L的预期目标，苏州河（北新泾－河口）水体的总需氧量为24.72kgO₂/d。

三是形成了水体曝气复氧工程设计技术路线和方法。基于大量现场中试研究，明确了3种水体充氧量的计算方法，建立了系统的充氧点设置及优化方法，总结了充氧设备特点和选型的技术方法，形成如下设计思路：一是根据水体特征和水质改善的目标，正确计算水体需氧量；二是在综合考虑水质对设备充氧效率影响的基础上，准确估算设备的充氧能力；三是根据现场条件和设备特点，合理确定适当的充氧设备型式或组合。

四是在国内首次制定了大型充氧船运行方案。作为工程性试验和辅助消除黑臭的手段，上海市在苏州河环境综合整治一期工程中建造了一艘充氧能力为150Nm³/h的充氧船（“沪苏曝氧I号”）。该船是当时国内现代化程度最高、充氧能力最大的充氧船，也是第一艘在苏州河这样的大型水体中正式投入运行的大型充氧船，于2003年7月正式投入运行。我院课题组在对苏州河水体水动力、水质（特别是溶解氧）特征进行深入研究的基础上，根据科学性和可操作性相结合的原则，制定了包括适航要求、工作河段、工作时间、运行负荷、紧急状态处置等内容的运行方案，用于指导该充氧船的日常运行作业。

苏州河充氧船——“沪苏曝氧I号”

五是首次提出低强度曝气的概念和技术方法。为突破水体充氧技术能耗高、需外接电源的局限性，我院课题组结合太阳能和风能等清洁能源的使用，创新性的提出了低强度曝气的概念与方法，进一步拓展了水体充氧技术应用的范围，在上海浦东、云南昆明等地的黑臭河道治理中进行了试点应用，取得良好效果。

该技术成果先后获得2000年度上海市科技进步三等奖，2008年度上海市科技进步一等奖，并被环保部2014年组织编制的《湖泊流域入湖河流河道生态修复技术指南（试行）》收录（见7.1.3节）。

作者：孙从军

责任编辑：院办公室