扬州市城区典型水体溶解氧分布特性及充氧技术研究

论文摘要

扬州地处江苏中部,境内河湖广布,水系发达,襟江枕淮,随着城市经济建设的加速发展,扬州的河流、湖泊受到不同程度的污染,尤其是流经中心城区的20多条河道水体污染严重,需要从长远角度来进行水环境保护和水环境生态安全维护。本课题基于对扬州市城区各种典型水体的溶解氧分布规律、氧转移机制及其与水质的关联性的深入调查研究,利用多宾斯-坎普（Dobbins-Camp） BOD-DO水质模型,以CODMn代替BOD。进行河道的溶解氧平衡计算以及维持末端溶解氧的补水流量,从而有效的优化扬州市城区水系的补水调控技术,节省资源。并且开发了泥水界面充氧装置,进而改善水体底部低溶解氧的状况。本文选择扬州市城区典型水体研究溶解氧的季节变化、日变化、竖向变化规律。选取的大型河道为古运河；小型河道为二道河；浅水湖泊为瘦西湖和荷花池。溶解氧季变化：冬季含量最高,平均饱和度为87.64%；夏季次之,平均饱和度为79.07%,春秋季含量最小,平均饱和度为54.78%。溶解氧日变化情况是表层溶解氧在日出后逐渐上升,至下午16：00达最高值,此后逐渐下降。夏季和春、秋季表层溶解氧的日变化幅度很大,水体中层和底层溶解氧的日变化幅度较小,而冬季的表底层的溶解氧日变化幅度都不大。在空间上,主要存在垂直方向即不同深度的变化,溶解氧含量随深度的增加,逐渐降低。如2米深的荷花池夏季2010年7月29日,表层和底层溶解氧的饱和度差164.28%。但冬季溶解氧的垂直变化幅度不大,如荷花池冬季2011年1月7日的表底层的溶解氧饱和度差值为2.93%。显而易见,冬季水体溶解氧含量高,日变化和空间变化幅度都很小。以二道河大虹桥断面和荷花池为例分析扬州市河道水质变化情况发现水体富营养化严重,道河的总氮含量范围为1.02-4.12mg/L,均值为2.28mg/L。达到富营养化标准的5.1-20.6倍。荷花池总氮含量范围为3.76-4.68mg/L,均值为4.30mg/L,达到富营养化标准的18.8-23.4倍。二道河总磷含量范围为0.12～0.45mg/L,均值为0.21mg/L,达到富营养化标准的6～22.5倍；荷花池总磷含量范围为0.26～0.51mg/L,均值为0.34mg/L,达到富营养化标准的13～25.5倍。通过实验室模拟测定,底泥耗氧速率p1（mg/m2.h）与温度T（℃）呈线性关系：p1=aT+b,α,b为与河道底泥特征有关的参数。古运河7个断面a=1.835～3.0104,b=-11.038-6.7189。城区11条主要内河a=2.3925-6.8412,b=-28.454--11.069,瘦西湖a=2.3925,b=-11.069,荷花池a=1.5566,b=8.7493。扬州市内河夏季单位浓度叶绿素（μg/L）光合作用产氧量为0.0421mgO2/（μgChl.d）,秋季为0.0299mgO2/（μgChl.d）,冬季忽略不计。扬州市内河夏季藻类生长速率为25.758μg/L.d,秋季藻类生长速率为16.206μg/L.d。冬季藻类生长极其缓慢,生长速率可视为0,这就是夏季水体溶解氧日变化幅度大,夏季溶解氧高于春秋季的原因。根据扬州市城市水体水深范围,经比较,本文采用丘吉尔公式法计算流动水体表面复氧速率。自创了原位测定法测定河道承受的总污染负荷R。通过实验室模拟测定研究底泥污染释放特性,随着温度升高CODMn、TP、NH4+-N、TN释放速率加快,但各监测断面增加的幅度不同。温度从10℃增加到30℃时,释放速率都增加了几倍。计算静止河道在一天内的需氧量时,二道河需补充氧量夏季、秋季、冬季分别为116.13kg/d、7.29kg/d、39.8kg/d。试算出夏季、秋季、冬季保障河道末端DO≥2mg/类)需要的最小补水流速分别为8.7×10-3m/s,1.02×10-3m/s,3.72×10-3m/s。再根据河道横断面积计算需要的最小补水流量为0.2349m3/s、0.02754m3/s、0.10044m3/s。开发了泥水界充氧装置,进行了小试和现场中试研究。界面充氧小试装置在300L/h的充气量下充氧能力最高；在100L/h的充气量下氧利用率最高。界面充氧装置的充氧能力OC和氧利用率已都是在水深1.5m处最高。从OC～充气量和EA～充气量曲线的变化还可看出,随着水深的不断增加,充氧能力和氧利用率的单位水深的变化值也越大。表明界面充氧装置可以对底层水体充氧,从而抑制底泥污染物的释放。随着气量的增加,荷花池湖水溶解氧的上下垂直差异越来越小,而且上下水体的溶解氧含量也都有所增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 综述
• 1.1 城市水体溶解氧状况及其对水质的影响
• 1.1.1 典型城市水体的溶解氧状况
• 1.1.2 城市水体的溶解氧分布规律及其影响因素
• 1.1.3 溶解氧对城市水体水质的影响
• 1.2 城市水体的溶解氧模型
• 1.2.1 多宾斯-坎普（Dobbins-Camp）BOD-DO水质模型
• 1.2.2 多宾斯-坎普（Dobbins-Camp）BOD-DO水质模型修正
• 5-DO-温度模型'>1.2.3 BOD₅-DO-温度模型
• Phelps方程（简称：S-P方程）'>1.2.4 Streeter_Phelps方程（简称：S-P方程）
• 1.3 城市水体的充氧方法研究现状
• 1.3.1 分类
• 1.3.2 性能分析
• 1.3.3 充氧设备选择
• 1.3.4 国内外水质改善与修复技术应用实例
• 1.4 课题的研究内容和创新点
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 论文创新点
• 2 扬州市城区水体溶解氧时空分布特性研究
• 2.1 研究目的
• 2.2 典型水体及监测点选择
• 2.3 典型水体溶解氧分布测定
• 2.3.1 测定方法
• 2.3.2 测定结果与讨论
• 2.4 典型水体水质测定
• 2.4.1 研究方法
• 2.4.2 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 3 水体耗氧与复氧特性研究
• 3.1 水体耗氧特性研究
• 3.1.1 沉积物耗氧速率测定研究
• Mn关系研究'>3.1.2 水体耗氧速率与水体COD_Mn关系研究
• 3.1.3 水体耗氧与底泥耗氧在河道耗氧中的贡献比较
• 3.2 水体复氧特性研究
• 3.2.1 藻类生长规律研究
• 3.2.2 光合复氧速率研究
• 3.2.3 水体表面复氧计算方法研究
• 3.3 本章小结
• 4 水体污染负荷研究
• 4.1 水体总污染负荷研究
• 4.1.1 研究方法
• 4.1.2 计算结果
• 4.2 底泥污染释放特性研究
• 4.2.1 研究方法
• 4.2.2 实验结果与讨论
• 4.3 本章小结
• 5 典型河道溶解氧平衡计算
• 5.1 河流水质模型
• 5.2 模型参数确定
• 5.3 模型计算
• 5.3.1 河道需氧量计算
• 5.3.2 水体换水补氧流量计算
• 5.4 本章小结
• 6 泥水界面充氧装置的开发与充氧性能研究
• 6.1 界面充氧装置构造
• 6.2 界面充氧装置小试实验研究
• 6.2.1 实验目的
• 6.2.2 研究方法
• 6.2.3 实验结果与分析
• 6.3 中试研究
• 6.3.1 研究方法
• 6.3.2 实验结论
• 6.4 本章小结
• 7 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文