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伊通河某河段納污能力與凈化技術探析

來源:長春工程學院 作者:張春雨
發布于:2021-04-12 共5920字

  摘    要

  
  本論文以長春市伊通河南南段作為研究對象,結合河流污染特征,研究COD、NH3-N和TP三項指標在天然河流中的納污能力,污染物降解系數和設計流量是納污能力模型的重要參數,求得兩參數帶入納污能力模型中,得到天然水體已沒有納污能力,設計水生植物凈化水質的實驗,研究通過水生植物提升河流納污能力。主要研究內容如下:



伊通河某河段納污能力與凈化技術探析
 

  
  在伊通河南南段現場布設6個監測斷面,根據實測數據用兩點估值法測得COD、NH3-N、和TP的降解系數。得到枯水期(4、5、10月)COD、NH3-N、TP的降解系數,在水溫在4.5-12.0℃之間,溶解氧在8.10-11.3 mg/L之間,p H在7.12-8.87條件下,取值范圍分別為0.051-0.153d-1、0.132-0.201d-1、0.024-0.031d-1,豐水期(6-9月)在水溫在15.3-20℃之間,溶解氧在6.13-9.4 mg/L之間,p H在6.37-8.16條件下,取值范圍分別為0.129-0.210d-1、0.217-0.339d-1、0.034-0.055d-1。
  
  選用長系列歷史資料法和水量平衡法兩種方法推求設計流量。用長系列歷史資料法推求50%保證率下的豐水期設計流量為3.19m3/s,枯水期設計流量為1.39m3/s;用水量平衡法模擬得到的豐水期、枯水期設計流量分別為3.59m3/s、1.52m3/s;因此長系列歷史資料與水量平衡法結果相似。根據求得到污染物降解系數與設計流量,再基于河流一維模型,采用分段求和法得到長春市伊通河南南段COD、NH3-N、TP納污能力在豐水期分別為-31.97g/s、-1.10g/s、-0.22g/s;枯水期分別為-5.98g/s、-0.06g/s、-0.08g/s。
  
  設計蘆葦組、香蒲組、蘆葦和香蒲組合三組實驗。蘆葦組對COD、TP凈化效果較好,水力停留時間為4d、5d時去除率最高,分別達到37.5%、47.1%,香蒲組對NH3-N去除率在第4d達到最高為45.8%,蘆葦、香蒲混合組對COD、NH3-N、TP凈化效果介于蘆葦組與香蒲組之間,雖然兩種植物混種相比單種對單一指標凈化效果較弱,但是兩種植物混種對多種污染物指標綜合凈化效果顯著,在第5d各個污染指標達到了最佳的凈化效果,COD、NH3-N、TP去除率分別為36.3%、44.5%、46.9%,5d以后趨于穩定。
  
  關鍵詞:   納污能力;污染物降解系數;設計流量;蘆葦;香蒲 。
  

  Abstract

  
  This  thesis  takes  the  southern  section  of  Yi  tong  River  in  Changchun  City  as  theresearch  object.  Combining  the  characteristics  of  river  pollution,  study  the  pollutionholding  capacity  of  COD,  NH3-N  and  TP  in  natural  rivers.  The  pollutant  degradationcoefficient and the designed flow rate are important parameters of the pollution holdingcapacity model. The two parameters are obtained and brought into the pollution holdingcapacity model, obtained that the natural water body has no pollution-holding capacity,design aquatic plants to purify water quality experiments, and study the improvement ofrivers' pollution-holding capacity through aquatic plants. The main research contents areas follows:
  
  Six monitoring sections were set up on the southern section of Yi tong River, and thedegradation  coefficients  of  COD,  NH3-N,  and  TP  were  measured  using  the  two-pointestimation method based on the measured data. Obtained the degradation coefficients ofCOD, NH3-N and TP during the dry period(4、5、10). When the water temperature isbetween  4.55-12.0℃, the dissolved oxygen is between 8.10-11.3  mg/L,  and  the  p H  isbetween 7.12 and 8.87, the value ranges are respectively 0.051- 0.153d-1, 0.119-0.201d-1,0.024-0.031d-1,During  the  wet  season(6-9),  when  the  water  temperature  is  between10.3-20℃, the dissolved oxygen is between 6.13-9.4mg/L, and the p H is between 6.37-8.16, the value ranges are 0.114-0.210d-1, 0.217-0.339d-1. 0.034-0.055d-1.
  
  Two methods, the long-series historical data method and the water balance method,are used to calculate the design flow. Using the long series of historical data method, thedesign flow rate in the wet period under 50% guarantee rate is calculated to be 3.19m3/s,and  the  design  flow  rate  in  the  dry  period  is  1.39m3/s;  the  design  flow  rate  in  the  wetperiod and the dry period simulated by the water balance method are 3.59 respectivelym3/s, 1.52m3/s; therefore, the long series of historical data is similar to the results of thewater  balance  method.  According  to  the  calculation  of  the  pollutant  degradationcoefficient and the designed flow rate, and then based on the one-dimensional model ofthe river, the subsection  summation method is used to obtain the COD, NH3-N and TPpollutant holding capacity of the south section of the Yi tong River in Changchun Cityduring the high water period-31.97g/s, -1.10g/s, -0.22g/s; the dry periods are -5.98g/s, -0.06g/s, -0.08g/s, respectively. Three experiments were designed for the reed group, thecattail  group,  the  reed  group  and  the  cattail  combination.  The  reed  group  has  a  better  purification effect on COD and TP. The removal rate is the highest when the hydraulicretention time is 4d and 5d, reaching 37.5% and 47.1% respectively. The removal rate ofNH3-N in the cattail group reached the highest 45.8% on the 4th day, and the purificationeffect of the reed and cattail mixed group on COD, NH3-N and TP was between the reedgroup and the cattail group. Although the mixing of two plants has a weaker purificationeffect on a single indicator than a single species, the mixed species of two plants has asignificant comprehensive purification effect on multiple pollutant indicators. At the 5thday,  each  pollution  indicator  achieves  the  best  purification  effect,  the  removal  rates  ofCOD, NH3-N and TP were 36.3%, 44.5%, 46.9%, respectively, and tended to be stableafter 5 days.
  
  Key words:   pollution holding capacity, pollutant degradation coefficient, design flow, reed, cattail 。
  

  1 、緒  論
 

  
  1.1、 研究背景 。
  

  隨著現代社會的經濟發展以及人類對自然環境的開發程度愈來愈加劇,大量的生活和工農業的廢、污水排放入河,致使河流水質日益惡化,水環境問題日益突出,因此控制水污染及治理水污染是當前解決水環境問題主要采取的措施。
  
  河流納污能力核定是有效改善河流環境、有效控制污染物進入河流的重要依據,而且為水污染防治、水資源保護工作提供重要技術支持,河流納污能力指的是在滿足一定的水文設計條件時,對于河流上某種污染物滿足相應水功能區管理目標時,河流能承受該污染物的最大容量[1]。
  
  污染物降解系數是影響河流納污能力大小的關鍵因素之一。天然河流中污染物質降解過程受溫度、流量、流速等因素影響,目前國內外普遍采用概化的一級降解模型模擬天然河流污染物自然降解過程,常規測定污染物降解系數的方法有現場實測法、室內模擬法、模型參數率定法、經驗估值法等方法,這些方法都各有優劣,現場實測法常用的估值方法是兩點估值法,兩點估值法就是在某一河段上下斷面測定污染物濃度及歷時,就可以得到污染物降解系數。工作量雖大,但卻是現階段最精確的方法,河流流量是影響河流納污能力大小的關鍵因素之一,針對我國北方中小型河流,河流流量受季節特征影響較大,夏秋季節相比于冬春季節降水豐沛,徑流量較大,而春冬季節降雨較少,徑流量小或斷流,根據《規程》僅以最枯月平均流量考慮河流納污能力顯得不夠合理,不同季節水期下納污能力顯著不同;在推求北方中小河流設計流量時,一般以長系列歷史流量資料排頻分析計算得到,但對北方很多河流流量資料相對缺乏,考慮河流受降水、蒸發等因素影響,水量均衡法也是核算河流流量方法之一。
  
  為了有效治理河流水污染,提升河流納污能力。有些污水治理技術多應用于經濟技術發達地區城市,而我國北方地區河流多屬于中小型河流,這些河流常常作為承載小型城鎮廢污水的受納水體,隨著人們生活水平的提高,河流所接納的污染負荷也隨之越來越大,遠遠超過其納污能力,河流逐漸變黑發臭,治理這種受污染小型河流,通過水生植物凈化水質來提升河流納污能力具有經濟、實用性較強,目前也正在興起這種河口濕地技術治理河流中廢污水。
  
  1.2 、研究目的及意義 。
  
  本論文研究了伊通河南南段納污能力及通過水生植物凈化水質提升河流納污能力的研究,可為北方河流控制水污染及治理水污染提供重要參考依據。北方河流受季節特征影響較大,河流流量隨著季節特征變化而變化,在不同水期納污能力是顯著不同的,考慮不同水期河流納污能力,可為北方河流在水環境規劃與管理中科學、合理控制水污染;我國很多中小型河流污染的治理由于受到資金和人力等方面的限制,得不到有效控制。根據水生植物凈化水質機理,研究通過水生植物提升河流納污能力的方法,具有投資低、操作簡單、運行和維護費低等優點,特別是在北方地區受季節特征的影響,植物容易衰敗脫落,影響凈化效果,篩選出耐污、耐寒又能美化環境植物是非常重要的。
  
  1.3 、研究內容 。
  
  本論文以長春市伊通河南南段作為研究對象,選取河流特征污染物COD、NH3-N、TP,采用現場實驗法測定降解系數并結合設計流量核算污染物納污能力,通過室內實驗法模擬蘆葦、香蒲對水質凈化效果,為研究提升河流納污能力方法提供理論參考依據。本論文包括三部分內容:
  
  (1)確定河流納污能力降解系數。
  
  污染物降解系數是反映污染物質在水體作用下濃度下降速率快慢程度的參數,是污染物質在水體中發生一系列降解作用綜合概化后的表征。結合河流的水文、水質特性和支流分布狀況,在無支流匯入、無大的取水口的河段上布設監測點位,根據現場實測數據用兩點估值法分析計算確定污染物降解系數。
  
  (2)分析確定河流納污能力。
  
  河流納污能力指的是在滿足一定的水文設計條件時,對于河流上某種污染物滿足相應水功能區管理目標時,河流能承受該污染物的最大容量。根據河流實際情況,采用分段求和法確定河流納污能力。根據納污能力計算模型,污染物降解系數和設計流量是納污能力重要參數,推求出設計流量選用長系列歷史資料和水量均衡法兩種方法,在結合測定的河流污染物降解系數,將影響納污能力的參數帶入模型中得到河流納污能力。
  
  (3)河流納污能力提升研究。
  
  大量研究表明,水生植物對水質有一定的凈化效果。篩選濕地常見的蘆葦、香蒲植物,分別設計蘆葦組、香蒲組、蘆葦和香蒲混合三組實驗,研究其隨著水力停留時間延長對不同污染物的凈化效果,研究水生植物提升河流納污能力。
  

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  1.4、納污能力的研究進展
  1.5、污染物降解系數研究進展
  1.6、納污能力提升的研究進展
  1.7、技術路線
  
  2、研究區概況
  

  2.1、流域概況.
  2.2、水文氣象
  2.3、水環境現狀
  2.4、水質現狀
  
  3、納污能力降解系數研究
  
  3.1、實驗方案設計
  3.1.1、采樣點的布設及采樣時間
  3.1.2、水樣的采集與保存
  3.1.3、實驗儀器及試劑
  3.2、實驗數據處理
  3.2.1、 COD降解系數
  3.2.2、NH-N降解系數
  3.2.3 、TP降解系數
  3.3、結果分析
  3.4、小結
  
  4、納污能力模型計算.
  
  4.1、模型的選取
  4.2、設計流量的推求
  4.2.1、歷史資料法
  4.2.2、水量均衡法
  4.3、其他參數的確定
  4.4、模型計算結果
  4.5、小結
  
  5、納污能力的提升研究
  
  5.1、實驗方案設計.
  5.1.1、實驗反應器設計.
  5.1.2、 實驗運行周期
  5.2、實驗材料與方法
  5.2.1、實驗植物篩選與培養
  5.2.2、 實驗用水與基質
  5.2.3、實驗儀器
  5.3、結果分析
  5.3.1、水力停留時間對污染物凈化效果
  5.3.2、實驗分組對污染物去除率的影響.
  5.4、小結
 

  6、  結  論

  本論文根據在實踐中遇到的核算北方河流納污能力以及北方河流水污染治理問題進行研究。北方河流很多河流缺乏長期的流量等資料,而且流量、降解系數隨著季節的變化而變化,本論文采用根據現場實測數據,用兩點估值法得到豐水期污染物降解系數在水溫、水量等多種因素的影響下比枯水期污染物降解系數偏大;為了能準確、有效核算北方河流納污能力問題,分別用歷史資料法、水量均衡法推求設計流量,在沒有長期流量資料前提下,水量均衡法可彌補資料不足的問題;在天然水體已經沒有納污能力的情況下,根據水生植物凈化水質機理,研究不同植物組合隨著水力停留時間凈化效果,能有效提升天然水體納污能力。取得主要結論如下:

学术论文代写,学术论文翻译,英文学术写作   (1)確定河流污染物綜合降解系數在伊通河南南段現場布設6個監測斷面,根據現場實測數據用兩點估值法測得COD、NH3-N、和TP的降解系數,得到枯水期(4、5、10月)COD、NH3-N、TP的降解系數,在水溫在4.5-12.0℃之間,溶解氧在8.10-11.3  mg/L之間,p H在7.12-8.87條件下,取值范圍分別為0.051-0.153d-1、0.132-0.201d-1、0.024-0.031d-1,豐水期(6-9月)在水溫在15.3-20℃之間,溶解氧在6.13-9.4 mg/L之間,p H在6.37-8.16條件下,取值范圍分別為0.129-0.210d-1、0.217-0.339d-1、0.034-0.055d-1。

  (2)分析確定河流納污能力結合北方河流季節特征,很多河流缺少實測資料,考慮通過多年平均水文要素,先用水量平衡法推求設計流量,本論文主要以長春市伊通河南南段為研究對象,選用26年長系列歷史資料法驗證了水量均衡法的可行性,結果表明,在要求控制新立城下游生態流量在3m3/s條件下,依據長系列歷史資料推求出的50%保證率下的豐水期設計流量為3.19m3/s,枯水期設計流量為1.39m3/s;用水量平衡法模擬得到的豐水期、枯水期設計流量分別為3.59m3/s、1.52m3/s。在此條件下,長系列歷史資料與水量平衡法結果相似。COD、NH3-N、TP納污能力在豐水期分別為-31.97g/s、-1.1g/s、-0.22g/s;枯水期分別為-5.98g/s、-0.06g/s、-0.08g/s。

  (3)河流納污能力提升研究選用長春市伊通河南南段支流堿草溝河水及沿伊通河兩岸土壤基質,篩選出當地常見蘆葦、香蒲水生挺水植物,采取了單種與混種的方式,設計3組實驗,蘆葦組表現出對COD、TP較好的去除效果,對COD去除率最高為37.5%,最佳水力停留時間為4d,對TP去除率最高為47.1%,最佳水力停留時間為5d時,香蒲組對NH3-N去除率較高在第4d達到45.8%,蘆葦、香蒲混合組對COD、NH3-N、TP凈化效果介于蘆葦組與香蒲組之間,雖然兩種植物混種相比單種對單一指標凈化效果較弱,但是兩種植物混種對多種污染物指標綜合凈化效果顯著,在第5d各污染物得到很好的去除效果,COD去除率為36.3%,NH3-N去除率為44.5%,TP去除率為46.9%,5d以后趨于穩定。

  參考文獻.

作者單位:長春工程學院
原文出處:張春雨. 伊通河南南段納污能力及其提升研究[D].長春工程學院,2020.
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