太湖等浅水湖泊暴发的藻源性局部黑臭水体严重威胁饮用水安全和湖泊生态系统,快速大面积复氧是控制黑臭水体形成及应急处置的技术关键。本论文在人工复氧控制黑臭水体试验研究的基础上,集成了曝气接触复氧、扬水筒等技术优势,研发了一种适宜浅水湖泊人工复氧的的升流循环复氧装置,通过构造和运行参数的优化研究,大幅度提升了该装置的复氧及溶解氧扩散能力;并通过性能研究、氧传递研究及fluent模型研究,分析了该装置对黑臭水体的复氧性能及参数优化潜力,为局部黑臭水体应急处置提供了技术支撑和新型复氧装备。在人工复氧控制湖泊局部黑臭水体影响因素研究中,取藻密度为1.0×109cells/L的太湖蓝藻堆积区富藻水在28℃水温下进行静态模拟试验,从黑臭水体的发生、抑制黑臭水体产生和黑臭水体应急处置3个层面进行研究,通过对致臭和致黑物质产生与溶解氧定量关系的解析发现:无复氧条件下蓝藻堆积区富藻水中CODMn、铁、锰、二甲基三硫醚浓度随时间持续升高,6d后水质发生明显的黑臭现象;当采用人工复氧维持1.00mg/L以上的溶解氧浓度时,还原态铁、锰离子和硫醚等致黑臭物质得到氧化,可有效防止水体发黑发臭,并可使已发生黑臭的水体恢复正常感观和水质,表明溶解氧是控制水体黑臭问题的关键因素,研发出适宜湖泊的复氧装置是解决湖泊局部黑臭水体问题的技术关键。有鉴于此,本研究团队研发了 3种适于局部黑臭水体应急处置的升流循环复氧装置,其中敞开式带气体分割填料的Ⅲ型小试装置复氧效果优于小试装置Ⅰ和Ⅱ;通过优化该设置的释放头、增加复氧区域的高度、使用多面空心球填料、设置最佳长度的曝气管等构造方面的优化提高了该装置的复氧效果;通过提高进水孔的数量、采取错行横切进水口、增加提升筒直径等方法,可有效提升该装置的提水循环能力和氧扩散能力。在上述研究基础上建立了该装置氧传质模型。在小试装置基础上研发了中试复氧装置并开展了中试装置性能试验研究。研究结果表明,升流循环复氧装置具有良好的复氧效率,Ⅲ型复氧装置可在28h内,使水深1.80m,面积200m2模拟黑臭水体边缘溶解氧恢复到1.69mg/L,供氧效率26%,复氧对水中CODCr、氨氮等的降解具有促进的作用,该装置实现了对模拟黑臭水体的应急复氧和处置,研发的复氧装置获得了2项国家发明专利授权。本研究采用Ⅲ型中试复氧装置进一步开展了氧传递规律研究试验,研究表明,升流循环复氧装置的氧传递规律为由中心点向四周径向扩散,氧浓度递减;纵向溶解氧先由装置区向复氧区水面表层扩散,继而由表层向水面下层传递;表层和中层溶解氧浓度接近,近池底溶解氧升高缓慢。中试装置实际氧传递能力为2.57kgO2/h,氧利用率为34%,其中84.09%的溶解氧参与水中CODCr的降解,15.91%体现为表观水体氧溶解氧值。采用fluent模型对中试复氧装置在黑臭水体中的氧传递规律进行了数学模拟,模拟中试装置在长宽各100m,深1.80m的黑臭水体复氧时的流态及区域复氧性能,模拟结果显示:复氧装置速度流场影响半径为82.50m,呈伞状速度梯度分布;水中DO分布是一个非稳态过程,模拟显示中试复氧装置48h理论服务半径为72.00m,结果与试验研究基本一致,可反映出复氧装置的氧传递特征。研究为升流循环复氧装置的性能优化和工程装置的参数确定奠定了理论基础。