苏州河环境综合整治

在已经过治理的河道中设立人工曝气装置可作为对付突发性河道污染的应急措施。突发性河道污染是指连续降雨时城市雨污混合排水系统溢流，或企业因发生突发性事故排放废水进入河道造成的污染。此外，夏季水温较高，有机物降解速率和耗氧速率加快，也可能造成水体的缺氧或溶解氧降低。以上情况发生后，进行河道人工复氧是恢复河道生态环境和增强河道自净能力的有效措施。

对综合调水工程实施前后苏州河下游水体的耗氧特性进行了实验室研究，并得到了多条耗氧特性曲线。实验水样取自苏州河下游的武宁路桥、北新泾桥下游200m与福建路桥断面。

根据耗氧阶段性质的区分，苏州河下游河段的耗氧过程包括四个阶段：还原性物质耗氧阶段、CBODI耗氧阶段、NBOD耗氧阶段和CBODII耗氧阶段。苏州河水体的悬浮物较多，一般情况下固态有机物生物降解耗氧可能是最主要的耗氧过程。

研究发现，还原性物质耗氧阶段具有耗氧速率快、历时短、阶段反应为化学反应、CODCr削减量大于充氧量等特点，并且曝气对消除水体黑臭有着良好的效果。

根据各耗氧阶段动力学方程推导出苏州河水体CBODI、NBOD与CBODII耗氧过程同步连续动力学数学式：

采用实验室批式试验验证耗氧动力学模型及动力学参数。根据苏州河的水质特点，分别在距离河口23km的黄渡、17km的北新泾和2.5km的福建路桥三个断面采集水样进行了实验室试验，每次试验约有250-650个测定数据。模拟计算曲线与试验测定数据之间的相关性非常令人满意，相关系数r2> 0.998。动力学模型甚至能够将＃2试验中在时间坐标上几乎完全重叠的NBOD与CBODII耗氧阶段定量分离出来。

苏州河华漕断面上游河床的沉积物以粉沙和粘土为主，底泥呈灰褐色，至华漕断面时，底泥颜色开始变深，华漕断面以下河床沉积了大量黑色污泥，黑臭污染底泥主要分布于此。苏州河河床中央底泥较两岸底泥密实，基本上可分为三层：上层是0.2~0.5m的浮泥，中层是厚度约为0.5~2.0m沉积较久的黑色沉积层，河床底部是灰黄色的自然沉积层。

研究发现，上覆水体的紊动程度对SOD有较大的影响。对于苏州河来说，造成水流紊动的主要因素是流速，其中包括航运船只螺旋桨对相对狭小的河道水体的剧烈搅动。流速对SOD的影响为：增加了下层水体溶解氧与还原性物质的扩散速率或减少了上下层水体的DO梯度。此外，当流速高时，较松散的表层底泥颗粒起动进入下层水体，这时表层底泥颗粒之间的孔隙率与孔径、孔隙水的紊动程度、还原性物质与溶解氧的扩散速率、扩散通量均大幅增加，加速了溶解氧、有机物－微生物之间的传质过程。

根据实验室试验数据并综合考虑流速、上覆水体水质的时空变化等因素，目前苏州河下游河道底泥的平均静态SOD为3~5gO2/m2.d，考虑到流速的因素后实际平均SOD可能为6~12 gO2/m2.d。

选定在新泾港陆家浜桥至苏州河口约1800m的河道内进行中试，其中包括新泾港的2条支流：周家浜和新渔浦。

考察评估曝气设备的工作状况和对河道的适应性是中试的主要目的之一。为此，中试中先后采用了6种不同类型的曝气设备：纯氧－微孔布气管曝气系统、沉水式射流曝气器、污水处理厂中广泛使用的鼓风机－微孔布气管曝气系统、轴向流液下曝气机（国产）、AIRE-O2 Aspirator曝气器（进口）和复叶推流式曝气器（国产）。其中后3种均属叶轮推动吸气式曝气器。

考虑到中试目的、资金、供电位置等因素，中试河段内共设置5个曝气点。周家浜、新渔浦两条支流内各设一个曝气点，主要目的为定量评估曝气对水质改善的效果，在新泾港陆家浜、陆家浜桥和天山西路桥三个断面各设一个曝气点，主要目的为考察6种不同曝气设备的效率及工作状况以及评估曝气对水质改善的效果。

中试实验自1998年11月5日开始至12月30日结束。在实验过程中，水温变化幅度在12～18℃之间。在水闸的调节下，新泾港水闸上游、周家浜和新渔浦两条支流的水位差在20～30cm之间；新泾港水闸下游河段的水位差在70～100cm之间。

溶解氧是水质改善的主要指标之一。根据中试准备阶段对新泾港水体的测定，其还原物耗氧阶段耗氧量在13～15mg/L左右，由于中试单位水体的设计充氧量在4～6mg/L之间，因此充氧后的反应处在还原物耗氧阶段初期。中试期间对曝气河段水体溶解氧的测定充分证实了还原物耗氧阶段耗氧速率快的特点。

各曝气河段的流量和水质，尤其是黑臭程度的不同，其CODCr和BOD5的去除率不同，见表1。

河段与监测断面		CODCr平均去除率（%）	BOD5平均去除率（%）
周家浜	凇虹路桥－马家桥内桥	11.1	10.7
新渔浦	凇虹路桥－北渔路桥	20.3	22.3
新泾港	陆家浜桥－仙霞西路桥	3.4	2.6
新泾港	马家桥－新泾闸后桥		－
新泾港	新渔路桥－天山西路桥	3.9	6.8

中试中发现充氧后的水体颜色由原来的黑色或黑黄色变成较浓的乳白色，特别是周家浜和新渔浦水体充氧后颜色变化较为明显。这种颜色的变化是水体中的固状还原物颗粒与溶解氧反应的结果。

经过一段时间的充氧后，曝气河段上层底泥的颜色由曝气前的黑色转变成乳白色，这种乳白色与周家浜、新渔浦充氧后水体的颜色相同。充氧后上层底泥和水体颜色的变化可能是底泥和水体中还原性物质的氧化造成的。

计算模型采用组合推流反应器模型计算法，是根据推流反应器的作用原理，在充分利用苏州河现有水文、水质资料的基础上，对相关边界条件做了合理简化和假设后，综合考虑还原物质耗氧、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而建立起来的。

1999年7月28日－8月28日，有关部门采用控制苏州河沿线干、支流闸门启闭的方式，成功地实施了苏州河调水试验，同时得到了有关苏州河及其支流的水质、水量和其他污染源的大量监测数据和资料。本计算中使用的基础数据即采用此次调水期间相对稳定期（8月17日－21日）中取得的数据（取五日平均值），以便于将模型计算的结果与实测数据相比较，并在此基础上进行苏州河曝气复氧工程需氧量的计算。

在调水的情况下，应用组合推流反应器模型对苏州河水质进行计算，除河口处各水质参数的计算值偏高外，计算结果与实测数据之间有较好的相关性，尤其是在华漕和北新泾这两个断面，利用该模型计算得到的结果能够较好地反映实际状态下苏州河水质的变化情况。

在苏州河华漕断面下游实施河道曝气复氧工程。在调水的情况下，应用组合式推流反应器模型对苏州河（北新泾－河口）曝气复氧工程的需氧量进行计算，为确保溶解氧水平达到DO?1.5mg/L的预期目标，苏州河（北新泾－河口）水体的总需氧量为23.19tO2/d。

考虑成本和中试期间对新泾港河道恶劣环境的适应能力，苏州河河道人工充氧的设备选取叶轮吸气推动曝气器和Biox纯氧曝气系统。

本课题于1999年7月16日通过了市科委组织的专家鉴定，鉴定意见如下：

1．苏州河为严重缺氧水体，研究提出河道曝气复氧增加苏州河水体的溶解氧是消除黑臭改善水质的重要手段之一。

2．课题组对苏州河水体和底泥的耗氧特性进行了实验室研究，结果表明，曝气复氧对消除水体黑臭及改善表层底泥性质具有良好的效果。河道中试的结果进一步验证了河道曝气对去除水体黑臭的效果。

3．苏州河河道曝气复氧工程方案技术上合理，经济上是可行的，对下阶段工作具有指导作用。

4．对河道曝气复氧工程进行系统研究及大规模的中试在国内尚属首次，研究课题定位正确，内容丰富，数据翔实，结论合理，具有较高的学术水平，课题总体达到国际先进水平。