水体富营养化程度的研究.doc

PINGDINGSHAN UNIVERSITY毕业论文 题 目: 平西湖水体富营养化程度的研究 院(系): 化学化工学院 专业年级: 化学工程与工艺2010级 姓 名: 贾晓青 学 号: 101170111 指导教师: 杜娴 讲师 2014年5月6日原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括试验记录、原始数据、实物照片、图片等），知识产权归属平顶山学院。本人完全了解平顶山学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权平顶山学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为平顶山学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为平顶山学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 平西湖水体富营养化程度的研究摘要平西湖位于平顶山市新城区，是本市重要的地表饮用水水源。随着城市经济的迅速发展，作为水源地平西湖的生态环境变化备受各方关注。本课题选取总氮(TN)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)作为平西湖水体富营养程度的评价指标，2014年4月份采集平西湖的8个采样断面进行测定，COD含量范围为51.2 mg/L137.29 mg/L，为地表水质III类标准的2.566.86倍，TN污染水平为2.82 mg/L9.40 mg/L，为地表水质III类标准的2.869.40倍，TP浓度范围为0.11 mg/L0.69 mg/L，为地表水质III类标准的0.221.38倍，并对各因子做了比较。研究结果表明平西湖已经处于富营养化状态，现状令人担忧。关键词：平西湖；化学需氧量；总氮；总磷；富营养化Research of degree of eutrophication for Pingxi lake water bodyAbstractPingxi lake was located in pingdingshan new city region, it is important to thecity of surface drinking water source. With the rapid urban economy , Pingxi lake as the water source-the ecological environment change wac concerned by all parties. This research topic selected total nitrogen, total phosphorus, chemical oxygen demand (COD) as the Pingxi lake water eutrophication degree of evaluation indexes, April 2014 on 10 tributary of the Pingxi lake surface water sampling measurement, COD from 51.2 mg/L to 137.29 mg/L、TN from 2.82 mg/L to 9.40 mg/L、TP from 0.11mg/L to 0.69 mg/L, make comparison of each factor. The results showed that flat state, Pingxi lake was at rich eutrophication and the situation was worrying.Keywords：Pingxi lake; COD; TN; TP; eutrophication目 录1 绪 论11.1 引言11.2 水体富营养化现状及特点11.3 水体富营化的成因21.3.1 氮、磷的作用21.3.2 溶解氧、温度、光照的作用21.4 本论文研究目的与内容22实验部分42.1 实验仪器与试剂42.1.1 仪器42.1.2 试剂与材料42.2 实验部分52.3.1 化学需氧量（COD）的测定52.3.2 总氮（TN）含量的测定52.3.3 总磷（TP）含量的测定63结果与讨论83.1 采样区域状况83.2 平西湖水中化学需氧量含量83.3 平西湖水中总氮含量93.4 平西湖水中总磷含量103.5 平西湖水体富营养化程度分析104 结 论11参考文献12致 谢131 绪 论1.1 引言目前，我国地表水体富营养化形式越来越严峻。全国大部分的湖泊、水库、流域水体氮、磷等营养物质含量高导致水体接近富营养化或者已经处于富营养化程度1。水体富营养化日益严重的趋势是我们面临的一大问题，需要我们去解决。富营养化是指氮、磷等营养物质大量进入湖泊、海湾等相对封闭、水流缓慢的水体，导致藻类和其他水生植物大量死亡，水体生态系统能力逐渐减弱的现象。近几年，由于人口增加和工农业生产的发展，进入地表水的污染物质急剧增加，人类赖以生存的淡水生态系统日益退化，特别是水体富营养化问题，已严重威胁社会经济的持续发展，成为世界范围内最严重的水质问题之一。1.2 水体富营养化现状及特点富营养化表现为水体逐渐衰老，属于湖泊分类的一个指标。富营养化水体中营养盐浓度高，藻类生产力提高，引起水质恶化，水资源价值遭到破坏2。随着时间推移与自然环境的改变，湖泊吸收天然降水中所含的氮、磷等营养物质，同时由于地表土壤的侵蚀，大量营养元素流入湖泊。进人20世纪以来，工业排放的废水逐年增加，但由于资金不足与技术落后，大部分工业废水只经过简单处理没有达到排放标准就排入湖泊等水体中，废水中所含的营养物质就积累在湖泊、江河、水库等水体中3。 在农业污染源方面，大量有机肥和化肥的使用，使含氮、含磷化合物、有机物在地表和土壤中累积，随地表径流进入湖泊，污染了水体和环境。畜牧业的牲畜粪便和水产养殖业中投放的饵料也增加了水体中氮、磷等营养物质。以上几方面会使水体营养物质浓度由贫营养状态迅速转变为富营养水体，加快富营养化进程。当水体处于富营养化状态时，会表现以下特点。(1)降低水体透明度 在发生富营养化的水体中，生长着以绿藻、蓝藻为主的大量藻类，飘浮在水体表面，形成了一层“绿色浮渣”，大大降低了水体的透明度4。(2)水体产生难闻异味 富营养水体中的很多藻类会散发出腥臭异味，扩散到湖泊以及周围环境中，影响周边居民正常生活。(3)影响水体溶氧量 藻类在湖泊表面密集，阳光难以透射进入湖泊底层，水中溶氧量减少。藻类死亡腐烂沉积湖泊底部，消耗水中的氧，严重时溶解氧消耗完呈厌氧状态。(4)影响水生生态 在正常情况下，水体中生物之间都处于相对平衡的状态。当水体处于富营养化状态时，鱼和水产品种类减少，藻类和浮游生物的数量增多，水生生物的稳定性和多样性降低，水生生态平衡遭到破坏5。1.3 水体富营化的成因1.3.1 氮、磷的作用在水体中氮、磷是生物生长必需元素，是浮游植物藻类生长和再生所需的重要物质。如果水体中氮磷的含量低于水生生物生长所需的最低限度，藻类等生物生长繁殖将会受到抑制，水体可能不会产生富营养化6。氮、磷在水体循环过程中，在有机质中磷的保持力较氮强，溶解性无机物质对磷有较强的吸附力等两方面原因导致磷的循环较氮慢，可能导致氮磷的比例较高，从而使磷成为藻类生长的限制因子7。大量的磷、氮进入水循环，造成水体中氮、磷营养负荷提高。1.3.2 溶解氧、温度、光照的作用水中溶氧量的多少与水体富营养化有着重要的关系，当水体被污染时，水体透明度下降，湖泊底部水生生物由于得不到足够的光照，释放氧气的量减少，导致水中溶解氧降低8。大部分鱼类因氧不足会窒息甚至死亡。水中生产者以小型生物为主，生物链会断开，此时水生态系统中的生产者藻类会大量繁殖，而微生物分解者会因溶氧量减少生长受到限制，不能及时有效的分解藻类遗体，极易发生“水华”9。温度是水体中浮游植物进行光合作用的必要条件，它决定了浮游植物细胞内酶促反应的速率和生产力的水平10。在夏季温度高，光照充足，水体中的营养物质丰富，水体中浮游植物光合作用较强，生长旺盛，易出现“水华”暴发现象。水温随着时间、水域、季节的变化而变化，它是水质指标中非常重要的变量之一。1.4 本论文研究目的与内容平西湖位于平顶山市新城区，是平顶山市一座大型水库，总库容6.4亿立方米，平均每年可向平顶山市供水6870万立方米，水库可供灌区灌溉面积50万亩，也作为平顶山市地表水饮用水源地。平西湖水质的好坏，特别是水质富营养化问题，将对本地区工农业及人民生活产生重要影响。本课题以平西湖为研究对象，对水质富营养化情况(TN、TP、COD)进行分析，根据水库各支流地表采样点的测定数据，探究影响水体富营养化的因素，为改善水质、预防和治理平西湖水体富营养化提供了数据支撑。2实验部分2.1 实验仪器与试剂2.1.1 仪器表2.1 实验仪器仪器名称型号生产单位高压蒸汽灭菌器YQS-LS-75S11上海博讯实业有限公司医疗设备厂紫外分光光度计UV-2550岛津企业管理（中国)有限公司电子分析天平BS-124-S赛多丽斯科学仪器（北京）有限公司电子天平JA3003N上海佑科仪器仪表有限公司恒温干燥箱766-3上海苏达试验仪器有限公司2.1.2 试剂与材料表2.2 实验试剂与材料试剂名称纯度生产单位硫酸亚铁铵分析纯天津市大茂化学试剂厂磷酸二氢钾分析纯北京红星化工厂重铬酸钾分析纯洛阳市化学试剂厂抗坏血酸分析纯天津市福晨化学试剂厂氢氧化钠分析纯天津市大茂化学试剂厂过硫酸钾分析纯北京化工厂硫酸银分析纯烟台市双双化工有限公司硝酸钾分析纯天津市致远化学试剂有限公司钼酸铵分析纯天津市福晨化学试剂厂硫酸分析纯烟台市双双化工有限公司盐酸分析纯洛阳市化学试剂厂2.2 实验部分2.3.1 化学需氧量（COD）的测定本实验采用重铬酸钾法测定水中COD的含量。取20.00mL混匀的水样置于250mL圆底烧瓶中，准确加入10.00mL重铬酸钾标准溶液（0.25mol/L)，连接回流冷凝管，从冷凝管上端加入30mL硫酸-硫酸银溶液，轻轻摇动圆底烧瓶使溶液混合均匀，加热回流2h11。用50mL纯净水从上部慢慢冲洗冷凝管壁，使溶液总体积不少于140mL。加3滴邻菲啰啉指示剂，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定到溶液的颜色由黄色经蓝绿色变为红褐色即到达终点，记录硫酸亚铁铵标准溶液所用的体积V2。另取20.00mL纯净水，按以上步骤做纯净水空白对照实验，记录滴定纯净水时硫酸亚铁铵标准溶液的用量V1，则溶液COD为：COD (mg/L)C(V1-V2) 81000/V (式2.1) 2.3.2 总氮（TN）含量的测定本实验采用过硫酸钾氧化，使有机氮和无机氮类化合物转变为硝酸盐后，再以紫外法进行测定。分别吸取0.00、0.20、0.50、1.00、3.00、7.00硝酸钾标准使用液 (10.00mg/L) 置于25mL比色管中，用无氨水稀释至10mL标线，加入5mL碱性过硫酸钾溶液，塞紧比色管塞，用纱布和绳子裹紧管壁，将比色管置于高压蒸汽灭菌器中，开始加热，升温至120时计时开始，使比色管在水蒸气中加热30min，自然冷却后开阀放气，移去外盖，取出比色管自然冷却至室温。向比色管中加入（1+9）盐酸1mL，用无氨水稀释至25mL标线。在紫外分光光度计上，以无氨水做参比，用10mm比色皿分别在220nm及275nm波长处测定溶液吸光度，用校正的吸光度绘制校准曲线。准确量取10mL水样，按校准曲线绘制步骤2至6同样操作。然后依据校正吸光度，在校准曲线上查出相应的总氮量，用下列公式计算总氮含量。 总氮(mg/L)= （式2.2）式中：m从校准曲线上查得的含氮量(mg)； V所取水样体积(L)。表2.3 KNO3浓度与吸光度的关系实验编号硝酸钾溶液(mg/L)吸光度A10.000.06322.000.05135.000.073410.000.119530.000.306670.000.765图2.1 总氮标准曲线以吸光度A对KNO3浓度作线性回归，得到线性回归方程为：A=0.0099CTN0.0398 (R=0.9994) (式2.3)2.3.3 总磷（TP）含量的测定本实验采用过硫酸钾酸钾消解法，以紫外法测定总磷含量。取7支具塞比色管，分别加入磷酸盐标准使用液 (2.00mg/L) 0.00、0.50、1.00、3.00、5.00、10.0、15.0mL，按照测定氮含量标准曲线的方法进行消解，再自然冷却后加水至50mL标线。向比色管中加入1mL 10%抗坏血酸显色剂，1min后加入2mL钼酸盐溶液混匀静置15min。用10mm石英比色皿，在 700nm波长处，以蒸馏水做参比，测量其吸光度。分别取25.00mL混匀经消解的五个水样加入50mL比色管中，用蒸馏水水稀释至标线。然后按照绘制校准曲线的步骤进行显色和测量，减去空白对照试验的吸光度，并从校准曲线上查出含磷量。表2.4 测定TP的吸光度实验编号1234567磷酸盐浓度(mg/L)0.000.0200.0400.1200.2000.4000.600吸光度0.0700.0740.1050.1460.2010.3380.485图2.2 总磷标准曲线以TP的吸光度A对TP的浓度做线性回归，得到线性回归回归方程为：A=0.06895CTP+0.0668 (R=0.9984) (式2.4) 3结果与讨论3.1 采样区域状况平西湖地处河南省平顶山市的西部，属于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区，集农业灌溉、工业用水和水产养殖为一体，现总库容量有6.49亿立方米，平均每年可向平顶山市供水6870万立方米。2014年4月对水样进行采集，采样位置见图3.1。图3.1 采样位置图(1-应河入口；2-澎河入口；3-沙岛；4-西留村；5-姚孟村；6-沙岛南；7-自来水取水口；8-柳村)3.2 平西湖水中化学需氧量含量图3.2 水体中COD含量表3.1 地表水环境质量标准基本项目标准限值水质分类COD含量(mg/L)TN含量(mg/L)TP含量(mg/L)I类150.20.02II类150.50.1III类201.00.2IV类301.50.3V类402.00.4由图3.2可知，平西湖水中COD含量范围为51.2 mg/L137.29 mg/L，均高于地表水水质质量标准(表3.1)III类标准，浓度超过该标准的1.56倍5.86倍，8个采样断面水质均以达到V类水质。说明平西湖水体已遭受有机物的污染，水体有进一步恶化的趋势。其中6号采样点沙岛南COD含量最高，这与沙岛周围环境有关。沙岛作为平顶山市区的旅游景点，人流量较大，周边饭店排放的生活污水都可能造成该处水中有机营养物质含量较高，水体需氧量高。3.3 平西湖水中总氮含量图3.3 水体中TN含量平西湖水中TN浓度范围为2.82 mg/L9.40 mg/L (图3.3)，水质也达到V类水质(表3.1)。其中2号采样点澎河入口TN含量最高，这与澎河入口周围环境有关。在澎河入口处，天然的土壤结构和植被面貌已经被周边人群的活动破坏，使土壤表层裸露在自然环境，形成泥沙区。当降雨时，在入口处泥沙、氮类无机盐等污染物随地表径流进人水体从而导致水体中氮类营养物质含量高，水体受到污染。3.4 平西湖水中总磷含量图3.4 水体中TP含量测定由图3.4可知，平西湖水中TP污染水平为0.11 mg/L0.69 mg/L，除沙岛（3号）、沙岛南（6号）和自来水取水口（7号）3个采样断面水质优于III类标准（表3.1），其他5个采样点水质都较差，有些甚至超过V类水质标准。其中5号采样点姚孟村TP含量最高（0.69 mg/L），这与姚孟村地处环境有关。姚孟电厂位于姚孟村庄附近，工业废水中含大量的磷有机物，溶于水体中，水中含磷营养物质较高。此外，姚孟村农业面污染源经过地表径流、降雨等溶入水体内，会提高水体中营养物质磷的含量。3.5 平西湖水体富营养化程度分析实验结果表明，平西湖水中COD、TN和TP含量较高，可能由于长时间未下雨，大量有机肥和化肥的使用，使含氮、含磷化合物、有机物在地表和土壤中累积，采样前由于下雨，污染物随地表径流进入湖泊而引起的。此外，采样区域附近电厂排放的工业废水都可能是造成水体COD、TN、TP污染水平较高。依据地表水水质质量标准(表3.1)，2014年4月8个采样断面水样中含有COD、TN、TP含量绝大多数超过III类水质标准，有些断面水质甚至达到劣V类水质，说明平西湖水体水质恶化趋势严峻，水体已处于富营养化状态。4 结 论平西湖是平顶山市重要的饮用水水源地，水质的好坏影响当地居民身体健康和经济生产。论文以平西湖8个采样断面为研究对象，对水中总氮、总磷、化学需氧量进行分析测定。实验结果为：2014年4月采集的水样COD含量范围为51.2 mg/L137.29 mg/L，TN污染水平为2.82 mg/L9.40 mg/L，TP 浓度范围0.11 mg/L0.69 mg/L，除个别采样点外，大部分采样点COD、TN、TP含量超过地表水III类水质标准，有些断面水质甚至达到劣V类水质，这与农业面源污染及地表径流等因素有关。总之，平西湖水体水质已处于富营养化状态，水质有进一步恶化的趋势，水质状况令人担忧。参考文献1 金相灿. 中国湖泊富营养化M. 北京:中国环境科学出版社, 1990.2 金相灿, 刘树坤, 章宗涉. 中国湖泊环境 (第