（环境工程专业论文）黄河兰州段水体磷素（p）污染水平及其传输通量的研究.pdf

黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 a b s t r a c t p l l o s p h o n l si i lw a t e rb o d yw o u l dc 踟s ee u b 的p h i e a t i o n ，w h i c hp r o d u c e s “s h l l i h u a ”i i l 6 e s h w a t e rl a k e0 rr i v e r 柚d 西v e sb i m lt o “r e dt i d e ”i ng u l fo ro 伍n gs e a ，m ee c o l o 西c a l e q u i l i b r i 啪锄de c o n o m yd e v e l o p m e n t w e r c g r e a t l y a 行e c t e d m e r ci s 黟e a tp r a 蛋i c a l s i 盟m c a l l c es t u d ) ，i n gm ep h o s p h o r u sc o n t 锄i n a t i o no fl a n 出o us e c t i o no fh u a i l 曲er i v e r a i l dr e l a t e dt r e a t i l l e n tt e c l l i l o l o 百e s f o rr e f l e c t i n gt h ep h o s p h o m sc o n t 锄i n a t e sc o n d i t i o no fh u a n 曲er i v e ra r e rf l o w i n g t h r o u 鲈tl 觚z h o uc i t 弘i n “sp a p e r ，m i 出n gt ot r a 街c ，t a k i n gs 锄p l e sc o n d i t i o nm d s oo n ， s e i e c t e d ) ( i n c h e n gb n d g es e c t i o nm a th u a l l g l l er i v e re n t e r e dl a n z h o ud o w n t o w na r e aa l l d y - 皴e 侧a nb 稍g et h a th u a n 曲er i v e rg o 锱o u to fl a l l z h o ud o w n t o w na r e af o rm o n i t 0 矗n g ， d i s c u s s e dm ev a r i o u sf 0 吼so fp h o s p h o n l sc o n t e n ti nl a 心h o us e c t i o no fm ey e l l o wr i v e r w a t e r 觚da l l a l y s e dm ec o n e l a t i v i t yo fp h o s p h o r u sc o n t e l l tw i t hm ec h a l l g i n gc h a r a c t 谢s t i c s o fs u l 7 f a c ew a t e rt e m p e r a n m e 、p hv a l u e 、d i s s 0 1 v e do x y g e n ，e t c t h er e s u l t ss h o w e dt h a tm ew a t e rq u a l i t yo fm ex i n c h e i l gb r i d g ea n dy a ne r w a l lb r i d g e b o t hb e l o n gt oi i i ，) ( i n c h e n g d g ct pw a s0 o l8 - 0 0 9 7 m l ，m ea i l ：n u a la v e r a g e1 e v e lw a s o 0 4 2m l ，y a n e 刑龇m d g et pw 嬲o 0 4 - 0 10 5 m 鲋，m ea n n u a la v e r a g e l e v e lw a s 0 0 5 9 m 鲋；s o l u b l ep h o s p h a t ec o n t e n to f n c h e n gb d d g es e c t i o ni i ly e l l o wr i v e r w a t e rw a s 0 0 1 4 o 0 3 5 m l 锄dy a n e n ) i r a nb r i d g es e “o nw 硒o 0 2 6 一o 7 2 m 1 ；s o l u b l eo r c l l o p h o s p h a t e c o n t 铋to f c h e n g d g es e c t i o ni ny e l l o w 黜v 豺w a t 匿w a so 0 0 9 0 0 4 m 鲥，也ea n n u a l a v e r a g el e v e lw a s0 0 2 3 m la i l d e 刑a ns e c t i o nw 鹤0 0 2 - 0 0 7 m l ，m e 雅n u a la v c r a g e l e v e lw a so 0 4 2 m l ；1 1 1m ew i n t e ra i l d 洲n gw a t e rs o l u b i eo m l o p h o s p h a t ec o n c e n t r a t i o n s w e r e1 l i 曲e r ，u pt o0 0 7m 舭 吼m s p o r tf l u x e so fv 撕o u sf o m so fpi nt h et 、) l ，os e c t i o n so fy e l l o wr i v e ri nl 舭乙l l o u c i t yi n2 0 0 7 ：( 1 ) ) ( i n c h e i l gb r i d g et pw a s1 3 8 8 1 0 2 t ，s 0 1 u b l ep h o s p h a t ec o n t e n tw a s7 6 1 0 z t ，s o l u b l eo m i o p h o s p h a t ec 0 n t e i l tw a s7 6 l0 2t ：( 2 ) y 抽删a 1 1b r i d g et pw 嬲19 4 9 1o z t ，s o l u b l ep h o s p h a t ec o n t e i l 铆a s1 3 8 7 1 0 z t ，s o l u b l eo r t l l o p h o s p h a t ec o n t e n tw 邪7 2 8 1 0 z t 。 t r a l l s m i s s i o nn u x e so fp h o s p h o n l sa c c r o s st l l ey 跚e 州a nb r i d g es e “o nw e r eo b v i o u s l y h i 曲e rt h 锄t h e n c h 髓g 嘶d g es e c t i o n ，t pw a st a l l e r t h a l lo u t2 8 7 8 a n ds o l u b l ep h o s p h a t e c o n t 锄tw a st a l l e rt h mo u t4 4 8 5 ，m er e s u l ts h o w e dm a tt r a i l s m i s s i o nf l u x e so fp h o s p h o r u s o ft h ey e l l o wr i v c ri nl a n z h o uc i 够w e r ec l o s e l yr e l a t e dw i t hh 啪a 1 1p r o d u c t i o na n dd a i l y 1 i f ea c t i v i t i e s t h r o u 曲a 1 1 a l y s i s i n gt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e i lm ep h o s p h o m sc o m e n ta l l d t h ew a t e r s u r f a c et e m p e r a t l l r e ，p h ，d i s s o l v e do x y g e n ，c o n d u c t i v i t y ，t d s ，锄do m e rb a s i cw a t e rq u a l i t y i i 硕士学位论文 p a r 锄e t e r ss h o w e dt h a t ：t pc o n t e l l tw i t l l l et e m p e r a t u r e ，p hv a l u eh a d as i g n i f i c 锄tp o s i t i v e c o r r e l a t i o n ，t 1 1 ec o r r e l a t i o nc o e m c i e i l tr c s p e c t i v e l y w a s ：( 1 ) a n dm et e m p e r a t u _ r e ：m ex i n c h e n g b r i d g es e c t i o nr = 0 8 9 5l5 ，m ey _ a n e r w a ns e c t i o ni t = o 5 9 6 9 9 ；( 2 ) a n dp hv a l u e ：t h ex i n c h e n g b r i d g es e c t i o r 瓜= 0 7 7 0 7 8 ，m ey a n e 刑a l ls e c t i o ni p o 6 5 0 7 7 ；觚dw i m m en o w 、d i s s o l v e d o x y g e n 、c o n d u c t i v i t yh a das i 嘶6 c 锄tn e g a t i v ec o n e l a t i o n ，t h ec o n e l a t i o nc o e 伍c i e n tw e r e 嬲f 0 1 1 0 w s ：( 1 ) a 1 1 dn o w ：x i n c h c i l g 嘶d g es e “o ni b - o 7 7 4 0 8 ， m e m e n a i ls e c t i o n i k - o 6 0 7 6 2 ；( 2 ) a n dd i s s o l v e do x y g e l l ：x i n c h e i l gb r i d g es e c t i o r 瓜= 一0 4 5 5 4 l ；t h ey a n e 刑a l l s e c t i o m p - o 4 0 3 9 8 ；( 3 ) a n dc o n d u c t i v i t y ：) ( i n c h 肌gb n d g es e c t i o n r _ - - o 5 9 7 16 ，1 ey m e n v a i l s e c t i o nr = 一0 4 7 8 2 3 。t l l er e l e v a n tc h a n g c so fs o l u b l ep h o s p h a t e sa n ds 0 1 u b l eo m l o p h o s p h a t e c o m e l l tc h a l l g e sw i t hm en o w ，t 锄p e r a _ t u r e ，p h ，d i s s o l v e do x y g e n ，c o n d u c t i t yv a l u e s ，t d s w e r en o tl l i 曲l i g h t e d k e yw o r d s ： l a n z h o us e c t i o no fh u a n g h el u v e r ； p h o s p h o r u s ； c o n t a m i n a t i o n ； t i r a n s p a t i o nn u x ； f u n d a m e n t a lw a t e rq u a h t yp a r a m e t e r l i i 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 钠寸 日期：c 1 9 哂年岁月形日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者签名： 饿迭 导师签名：净彳銎更 日期：加释夕月悟日 聃二世r 只| 7 日 硕士学位论文 1 1 黄河兰州市区段概况 第1 章绪论 黄河是流经兰州市区的唯一地面水源，也是兰州市工业生产和居民生活用水的唯一 地面水源，对兰州的经济发展和城市居民生活有着重大的意义。但随着黄河上游工、农 业生产的发展和人口的增多，伴随产生的环境污染对供水水源水质的影响越来越严重， 近2 0 年来，黄河水污染严重，水质下降，直接影响到兰州、白银、临夏三市、州，造成 不同程度的污染，进而影响了各区城乡经济和人民生活水平的持续、稳定发展。 1 1 1 地理位置和气候 黄河兰州市区段西起西固区西柳沟，东至城关区桑园峡，全长4 4 8 4 k m ，河床宽度 3 0 0 一2 0 0 0 m ，年平均流量1 3 8 0 m 3 s ，经西固区、安宁区、七里河区、城关区，穿行于峡谷 和平地之间，沿途接纳了湟水河、庄浪河、宛川河，由于深居内陆，海洋暖湿气流不易 到达，所以成雨机会较少，大部分地区十年九旱，气候干燥，多年平均降水量在2 0 0 4 0 0 舳之间，水量很不稳定，9 1 的降水集中在夏秋季节( 5 1 0 月) ，1 1 月至次年4 月为 枯水期n 1 。 1 。1 2 黄河兰州市区段污染概况 工业污水是黄河兰州段水域的主要污染源，其次是生活污水，兰州市大部分工业污 水和生活污水未经达标处理便直接排入黄河，经过调查，2 0 0 5 年兰州市重点工业污染源 工业污水排放量为3 7 8 0 6 2 万吨，处理达标率仅为5 0 9 6 ；2 0 0 6 年，兰州市共排放废水1 6 8 8 0 万吨，其中工业废水4 2 5 5 万吨，生活及其它污水1 2 6 2 5 万吨。 据2 0 0 卜2 0 0 5 年兰州市环境监测站水质监测结果表明，黄河兰州段水体污染呈现以 生物、有机类污染为主，无机类次之，重金属较轻的特征；水体主要的污染物为大肠菌 群、挥发酚、化学需氧量、石油类、非离子氨、高锰酸盐指数和总磷；污染分布规律为 生物类和有机类污染沿流程逐渐加重，丰水期比平水期和枯水期更加显著，另外，城市 生活污水污染突出，面源污染同趋严重，主要污染因子是化学需氧量、非离子氨、挥发 酚和石油类乜1 。 1 2 水体磷( p ) 污染及危害 磷是生物体必需的营养元素之一，也是引起水体富营养化的主要元素，磷元素是生 物地球化学循环和水体生态系统的重要组成部分，对整个水体生态系统、水质、水体结 黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 构等的变化都有重要的影响，对这一领域的研究也是环境科学的重要内容。很多研究表 明，近年来我国大河流域磷等营养元素含量有升高的趋势口刮。正常情况下，自然水体 环境中磷的含量非常低，总磷的分布范围通常在0 0 0 5 0 0 5 m g l 之间，一般不应超过 0 1 m g 1 。水系中以磷浓度2 0 m g l 为是否富营养化的临界值哺1 。随着我国工农业的迅速发 展，人口的增加以及人们生活水平的不断提高，居民生产生活衍生的大量废弃物排入水 体，相应的城市污水和工业废水也不断增加，许多废水和生活污水未经过处理就直接排 入水体，使得水体中的有机物和n 、p 营养物大量增加，引起水体的富营养化，造成水体 的严重污染。因此，氮磷污染对水环境及其生态系统的影响研究刻不容缓，有关水体中 磷的研究已引起世界各国的关注，中国也正在开展水体中磷的研究和治理。 1 2 1 磷( p ) 的存在形式 天然水体及城市污水中存在的含磷物质基本上都是不同形式的磷酸盐 3 ( 简称磷或 总磷，用p 或t p 表示) ，且各种形态可以相互转化。天然水中的磷是通过矿石风化侵蚀、 淋溶、细菌的同化和异化作用等自然因素引入的。作为人为来源，主要是含于城市污水 中的合成洗涤剂含磷组分排入水体，与含氮肥料易从土壤流失进入水体的情况不同，土 壤中磷肥的溶解度很小，经水流作用而迁移的能力也很小。图1 1 所示为水体中磷的各 种存在形态和各形态间相互转化的途径。 图1 1 各种形式的磷之间的转化 其中悬浮态磷( 含无机态和有机态) 大多存在于细菌和动植物残骸的碎屑中，溶解态 磷以各种形态的正磷酸盐存在，如p 0 4 3 ，h p 0 4 争，h 。p 0 4 + ，可作为营养物质被藻类吸收，聚 合磷酸盐是合成洗涤剂中的重要助剂，在水中以p ：0 7 卜，p 。o 。铲，h p 。0 9 等形态存在，也可 为藻类吸收，可溶性有机磷酸物主要有葡萄糖一6 一磷酸，2 一磷酸，2 一磷酸甘油酸，磷肌酸 等。溶解态磷中的所有聚磷酸盐都会在水中水解成更简单的产物碑，其水解速率取决于包 括p h 在内的若干因素，而且最后产物总是正磷酸盐。最简单的水解反应是焦磷酸水解为 2 硕士学位论文 正磷酸： h 4 p 2 0 7 + h 2 0 2 h 3 p 0 4 藻类和其他微生物可以催化聚磷酸盐的水解。然而，即使在缺少生物活性的情况下， 聚磷酸盐在水中仍以适当的速率水解，天然水体中许多正磷酸盐都来自聚磷酸盐类的水 解。 溶解态的磷酸盐磷可被浮游生物( 包括藻类和浮游动物) 等水生生物吸收转化为颗 粒态有机磷的形式。有机磷附着在固体颗粒物的表面，沉淀到水体底部，然后，从死亡 的浮游生物( 包括藻类和浮游动物) 等水生生物体内脱落或分离，转化为颗粒态无机磷。 颗粒态无机磷在厌氧条件下会以溶解态磷酸盐磷的形式再次释放到水体中。溶解态磷酸 盐磷也可以吸附于固体颗粒物的表面，随固体颗粒物沉淀下来，转化为颗粒态无机磷。 研究表明，可溶性正磷酸盐和沉积物中的铝和磷的化合物及有机磷易被藻类吸收峥1 。除 了离子态的磷酸根，溶液中还存在着磷酸根与金属离子所形成的可溶性络合物，在水中 还经常含有一些可与磷酸根形成络合物的金属离子，如k + 、n a + 、c a 2 + 、m 9 2 + 等。 1 2 2 磷的来源 水体中磷的来源可分为外源性磷和内源性磷。外源包括面源和点源，水体中磷的来 源以点源为主，点源包括生活污水和工业废水等；非点源则包括地表径流、降雨、降雪、 地下水以及养殖投饵和动物排泄粪便等。我国一些富营养型湖泊污染调查及研究结果表 明，通过点源排放的磷通常占有很大的比重，排入湖泊水体中的磷有6 3 9 8 来自城市废 水，而来自湖面沉降、湖区径流和其他来源的磷总量则不足4 0 u 0 j 。 通常各种外界来源水体中磷的贡献率由高到低依次为：农业排水、生活污水、工业 源污染。农业上，由于农业磷肥的使用，土壤中积累了相当数量营养物质，它们随农田 排水及径流流入水体，此外，家畜所产生的废物中也含有相当数量的营养物质，可通过 排水进入临近水体；城市污水所含磷的主要来源是粪便、食品污物和合成洗涤剂，尤其 是合成洗涤剂，其中城镇生活污水中来自使用合成洗涤剂产生的磷占5 0 1 ；工业废水 中的磷源主要来自少数生产磷和磷( 膦) 化合物的厂矿、循环冷却水处理中采用的磷系药 剂n 2 3 和金属表面处理过程中产生的磷酸盐废水等，此外，食品加工、发酵、鱼品加工、 化肥工业、洗涤剂、金属抛光等工厂的废水也含有大量的磷n 引。 1 2 3 磷污染的危害及标准 水体中磷过剩带来的直接危害是会造成水体富营养化，在淡水湖泊或河流会发生 “水华”现象，在海湾或近海产生“赤潮”。 磷污染最严重也是最重要的危害是水体营养化问题，现已引起广泛的关注。虽然氮 和磷都是生物的重要营养物质，但藻类等水生生物对磷更为敏感。当水体中磷处于低浓 度时，即使氮营养物能满足藻类等水生生物所需，其生产能力也会大受遏制，水体中的 黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 氮不足，往往可由许多固氮的微生物来补充，而磷则不能，而且水体中磷的浓度在 0 0 2 m g 1 以上时，对水体的富营养化就起明显的促进作用n “。因此，控制水体中磷的含 量，比控制氮含量更有实际意义。 水体富营养化主要是由于水体中氮、磷等营养元素含量增多造成的，藻类的异常生 长使水道阻塞，鱼类生存空间缩小，水体生色，透明度降低，其分泌物又能引起水臭、 水味，富营养化破坏水生生态平衡，使有机物生长速度远远超过消耗速度，水体中有机 物积蓄n 引。其后果是： ( 1 ) 使水体变得腥臭难闻 在富营养化状态的水体中生长着很多藻类，其中有一些藻类能够散发出腥味异臭， 藻类散发出的这种腥臭向水体四周的空气扩散，直接影响、烦扰人们的正常生活。 ( 2 ) 降低了水体的透明度 由于表层水体悬浮着密集的水藻，使水质变得浑浊，透明度明显降低。 ( 3 ) 消耗水体的溶解氧 由于表层有密集的藻类，因而使得阳光难以透射进入水体的深层，阳光在穿射水层 的过程中，被藻类吸收而衰减，所以深层水体的光合作用明显地受到限制而减弱，因而 溶解氧的来源也就随之而减少。 ( 4 ) 向水体释放有毒物质 富营养化对水质的另一个影响是某些藻类能够分泌、释放有毒性的物质，这种有毒 的物质进入水体后，若被牲畜饮入体内，可引起牲畜肠胃道炎症，人若饮用也会发生消 化道炎症，有害人体健康。 ( 5 ) 对水生生态的影响 一旦水体受到污染而呈现富营养化状态时，水体的这种正常的生态平衡就会被扰 乱，生物种群量就会显示出剧烈的波动，某些生物种类明显减少，而另一些生物种类则 显著增加，破坏了水体的生态平衡。 磷污染的危害与磷的环境行为具有密切的联系。 磷的诸多化学形态中，有少部分对人体直接构成危害，如剧毒的黄磷，高毒的五氧 化二磷，对硫磷( e 6 0 5 ) 等，严重时可危及生命。 水体中的无机磷、生物磷一般对生物体无明显的伤害作用，磷污染的危害主要是其 环境行为造成的后果。进入河流体系的废水除磷污染外，往往还伴随有其他多种污染物 质，它们是造成河水恶臭变质的主要原因，其有直接的生理( 感官) 性污染后果，这些水 体如果进入湖泊或海洋，还会构成更严重的危害，在淹水田中，过量的磷会促使农作物 吸收更多的对人体有害的元素，并会通过食物链而起作用。 4 硕士学位论文 表1 1 磷的水环境质量标准 磷污染所带来的损失是惨重的，但愿它们不会步伊利湖之后尘。可喜的是，赤潮现 象及相关的营养化问题已得到国家自然科学基金的优先资助，这对保护我国海洋环境和 淡水资源、发展渔业以及工农业、旅游业等均有重要意义。 1 3 磷污染的现状及发展趋势 我国有监测系统的5 3 2 条河流已有8 2 受到不同程度的污染，9 0 以上的城市水域受 到严重污染，如长江不少支流的水体己超过三类标准，很多江段的磷、氮污染非常严重， 有2 9 的江面水体己达四、五类标准。据统计目前国内许多大型湖泊、水库，如太湖、巢 湖、滇池、三峡水库等都已经处于富营养或重营养状态。如熊强n 7 3 等根据2 0 0 2 年实测 水质资料，发现三峡库区2 2 个监测断面在枯水期、平水期和丰水期3 个不同时段中总磷 平均浓度超过o 1 0 0 m g 1 ( 二级标准) 的断面分别占监测断面总数的1 8 8 、7 5 0 和 5 0 0 ，夏季富营养或重富营养面积占全湖的l o 左右。虽然国家为治理这些重点水域的 富营养化问题投入了大量的资金和人力，但是效果并不理想。因此，如何有效地控制治理 水体磷污染已成为当务之急。 在湖泊富营养化日趋严重的同时，一些重要的江、河、海等自然水体在部分流域内 也出现了富营养化现象。如近些年深圳9 条主要河流磷污染浓度以年均递增1 4 7 的速度 直线上升，到1 9 9 8 年磷污染已超过国家标准的7 1 倍，最严重的布吉河已超过国家标准的 1 l 倍，深圳市的水库及近海海域的磷污染也出现超标，浙江省第一大河一钱塘江也正在 遭受着严重的污染，2 0 0 4 年7 、8 月份的“蓝藻暴发”事件和“水葫芦 疯长，说明钱塘江 全流域水系水体富营养化严重，整个流域的水环境安全都受到威胁，还有黄浦江流域、 珠江广州河段、我国近海海域的东海、渤海等水体中总磷污染也超过国家标准，赤潮现 象的发生j 下朝着频率提高、受灾面积增大、损失加大的趋势发展。表1 2 是近几年来发 生赤潮情况的统计，从中不难看出水体磷污染的范围正在逐步扩大，如不能有效地加以 黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 控制管理，后果将不堪设想。 表1 22 0 0 0 2 0 0 5 年我国海域赤潮发生情况统计 注：资料来源于历年中国海洋公报 1 4 磷的研究现状 自上世纪7 0 年代，人们认识到水体中磷与水体富营养化的相关性以来，研究水体磷 污染及相关治理技术己成为国内外的研究热点，这些研究热点主要集中在对水体p 污染 研究、水体p 与富营养化的关系研究、水体p 污染相关治理技术研究三个方面。本部分主 要是围绕国内外对上述三个方面的研究进展进行综述。 1 4 1 国外对污染水体磷污染的研究现状 国外对污染水体磷污染的研究主要集中在水体磷的浓度、磷的来源、磷的分级、磷 的季节性变化、磷的迁移等。国外专家、学者从不同的角度，不同的方面进行有关水体 中氮、磷含量( 浓度) 的研究：早在6 0 年代，联合国经济合作和开发组织( o e c d ) u 引，就组织 了1 8 个国家进行湖泊富营养化的系统研究w a f a r n 钔等研究了b r i t t a n y 河磷的迁移特征 及循环。k e n n e t h 乜叫等研究了k i s s i 咖e e 河流域( 美国，佛罗里达) 磷的迁移。w i l l i 硼比u 等研究了w e y 河( 英格兰南部) 磷浓度的季节性变化。h e l e n 口2 1 等研究了富营养化的k e n n e t 河( 英国) 磷的来源、磷的分级、磷的循环。d r o l c 乜3 1 等研究并估算了k r k a 流域( 斯洛文尼 亚) 下游总磷的来源，结果表明，总磷的来源除了城市污水处理厂的排水外，农业所带 来的磷排放尤其值得关注。m i b a d r a n ，p f o s t e r 心钔基于水体中氮、磷浓度的季节循环 研究，并进行其原因分析，研究认为水体中氮、磷的比例很高，氮磷的比例高，一旦出 现底泥磷的释放量增加可能引起水体的富营养化。国际上，对于湖泊富营养化问题的研 究与治理开展得比较早，湖泊的富营养化调查、监测、评价、流域负荷计算、模型应用 和富营养化治理技术相继被提出，这些成果较集中的地反映在0 e c d 的总结报告中乜引。但 是对于浅水湖泊富营养化问题并没有进行专门深入的讨论，就其治理技术而言，主要是 针对深水湖泊而言的。目前国外对湖泊、水库的富营养化形成机制、评价、预测模型、 控制对策研究较多，1 9 7 9 年日本相崎守弘提出了湖泊富营养化指标与环境水质参数的关 6 硕士学位论文 系表达式，不少学者还通过对氮磷负荷，藻类生产量与湖泊自然特征关系的研究，提出 了不同形式的富营养化评价与预测模型，如1 9 7 5 年，v 0 1 1 e nw e i d e r 提出的营养物( 氮磷) 输入产出关系模型，s a l c 硼o t o 的叶绿素a 模型，c h e n l o r e n z e n s m i t h 水生生态模型等。 富营养化评价与预测模型的出现，使水体氮磷的含量与富营养化关系的研究更加深入。 磷在水体中的分布受水温和水深的影响，在海水表层温度较高，磷的含量较低；在海水 的深度较大的地方温度较低，磷的含量较高，水体中磷的分布并未表现为简单依赖于盐 类的分布的变化而变化。因此，水体中的磷的浓度分布不均匀，在其它条件发生变化时， 磷的浓度也要发生变化，可能发生水体的富营养化。尽管富营养化研究取得了显著成绩， 但湖泊水库富营养化并未得到较好根治，还有许多问题有待深入研究解决。 1 4 2 国内对污染水体磷污染的研究现状 与国外相比，我国在该方面的研究要晚一些，但也陆续取得了一些技术成果，国内 有大量的关于富营养化河流、湖泊、水库磷污染的报道，研究热点主要是磷污染的区域 分布规律、磷污染评价、磷的来源、磷的分级等。 杨斌啪1 等( 1 9 9 9 ) 监测分析了连云港市水环境中氮磷污染现状及氮磷对水环境影响 途径，水库总磷的年平均值超标率达1 3 3 ，提出了控制氮磷对水环境污染的措施。梁 涛心7 1 等( 2 0 0 1 ) 在官厅水库库区及永定河沿线1 3 个地点采集了表层水样品，分别测定了原 水和过滤水中n 、p 和重金属的含量，分析了过滤水中不同形态氮、磷的含量，探讨了枯 水期官厅水库和永定河水体n 、p 及重金属含量的分布规律及污染特征。 徐宁啪等( 2 0 0 3 ) 于2 0 0 0 年丰水期和枯水期对广东大中型水库的磷污染和富营养化 现状进行了调查，监测项目包括水温、电导率、溶解氧、p h 值、总磷、p 0 。3 一p 等。 宋志伟等( 2 0 0 3 ) 针对武汉市水体污染状况进行调查研究，分析结果表明武汉的河 流湖泊均已受到严重的污染，据相关资料计算可知在生活污水中磷的贡献率依次为：人 体排磷6 9 8 5 、洗涤剂排磷2 1 8 、杂排水排磷8 3 5 。 熊强n 7 3 等( 2 0 0 4 ) 对三峡库区总磷污染现状进行评价：三峡库区总磷浓度基本上能满 足i i i 类水质标准，多数断面总磷浓度能满足i i 类水质标准，嘉陵江、乌江总磷浓度普遍 低于长江，对总磷负荷来源进行分析，并提出相应的防治措施。 裴青刚( 2 0 0 4 ) 对石家庄市地表水源现状及环境背景水质进行了调查和监测分析，初 步了解氮、磷元素在流域内的形态、分布、流失规律和途径。结果表明：溶解性磷在总 磷中占据绝对优势，颗粒态磷含量很低。溶解性磷中以有机磷为主，说明区域内来自污 水、洗涤剂的磷占有一定的比重。河流和水库中汛期磷的浓度显著高于非汛期，表明降 雨径流冲刷是造成磷流失的主要因素。朱建文口等( 2 0 0 5 ) 通过对连云港市农业非点源氮 磷污染对水环境影响的研究，监测分析了水环境氮磷污染现状及氮磷对水环境的影响途 径，提出了控制农业非点源氮磷对水体环境污染的措施。 孙阳阳羽等( 2 0 0 4 ) 运用统计法、通量法和模型法估算了三峡水库氮磷污染物的上游来 7 黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 量和库区产生量，以及库区点源负荷、面源负荷，得出库区氮磷污染主要来自库区上游 和库区面源污染的结论。 张展等( 2 0 0 5 ) 在三峡水库设置6 个水平监测断面和2 个垂直断面，每月对t p 进行 浓度监测。结果表明，6 个测点表层水t p 含量均值为0 1 3 m g l 。沿水流方向t p 浓度逐 渐降低。在同一位置垂直方向按3 个不同水深( 表层、0 6 倍水深和0 8 倍水深) 设置测 点。连续7 个月测试结果表明，t p 在垂直方向上差异不明显。 张远口列等( 2 0 0 5 ) 根据2 0 0 4 年4 月调查结果，对三峡库区二期蓄水后的磷营养盐浓 度及分布进行研究。结果表明，二期蓄水后水体总磷质量浓度平均为0 0 8 3 m g l ，其中 总溶解性磷比例介于3 2 一8 2 。 此外，集中在含磷洗涤剂与水体富营养化相关性、水体富营养化评价等方面的研究 也较多，如彭旭云口4 1 等( 1 9 9 7 ) 通过锦州近海海域总磷年际变化趋势和城乡使用含磷洗衣 粉和洗洁剂数量的增长变化，对辽东湾近年来赤潮出现的原因进行探索，并提出治理对 策。杨广杏副等( 1 9 9 8 ) 对肇庆七星岩罩湖水体进行了4 次实地调查，每季度采集样品1 次。该调查水域n ，p 营养盐季节性变化不甚显著，但总的变化趋势是秋季高于春季最 大变幅分别为0 0 l l m g 1 ，o 2 5 4 m g l 。钟卫鸿口6 3 等( 2 0 0 3 ) 分别研究了n 、p 等对铜山源 水库优势藻类生长的影响。结果表明，当n p 比为2 5 时，绿球藻生长量最高，其限制 因子是磷。徐清口刀等( 2 0 0 3 ) 根据1 9 9 卜1 9 9 9 年密云水库总磷质量浓度的实测数据，建立 总磷的预测模型，应用预测模型，预测了2 0 0 8 年密云水库的富营养化状态。王占华口8 1 等( 2 0 0 4 ) 通过对水质指标的测定，分析了吉林省四平市二龙湖水体的富营养类型，计算 了合成洗涤剂中磷对湖体总磷的贡献率。谷庆宝d 叩等( 2 0 0 5 ) 以拥有中国典型城市湖泊一 西湖的杭州市作为研究对象，计算了含磷洗涤剂的磷负荷贡献率，分析了禁磷前后城市 内河和西湖水体中磷负荷浓度的变化行为。杨志敏h 们等( 2 0 0 5 ) 利用营养状态卡森指数和 综合营养状态指数评价长寿湖富营养状况，长寿湖富营养化主要影响因子氮磷的输入输 出研究结果为：氮输入总量7 9 1 4 6 t a 主要来源为上游来水，占总量约7 0 ；磷输入总量 5 9 1 8 4 t a ，主要来源为农田径流，占总量约4 7 ；氮磷输出量分别为2 4 1 9 9 5 t a 和 1 2 0 2 t a ，截留率分别为6 9 4 和7 9 7 。结合该地的实际情况，指出了防止湖泊富营养 化加重，当务之急为控制龙溪河上游水源污染物入湖负荷。 1 4 3 水体p 污染的治理技术研究 对水中p 的处理，主要包括化学沉淀法、生物法、物理吸附法、电解法等。生物法 主要是利用聚磷菌吸收磷，通过排泥的方法去除水中的磷。 ( 1 ) 化学沉淀法 化学除磷的基本原理是通过投加化学药剂形成不溶性磷酸盐沉淀物，然后通过固液 分离从污水中去除。一般认为磷酸盐沉淀是配位基参与竞争的电性中和沉淀，即通过p 0 4 一 与铝离子、铁离子或钙离子的化学沉淀作用加以去除h 乩( d o u g l a s 等，1 9 9 7 ) 。 硕士学位论文 ( 2 ) 生物法 污水生物除磷技术来源于微生物超量吸磷现象的发现。在厌氧区( 无分子氧和硝态 氮) ，兼性菌通过发酵作用将溶解性b o d 转化为乙酸盐等低分子挥发性有机物( v f a s 、) ， 在厌氧压抑条件下，聚磷菌吸收了这些或来自原污水的v f a s ，将其运送到细胞内，同化 成胞内碳能源储存物( p h b p h v ) ，所需能量来源于聚磷的水解及细胞内糖的酵解，并导 致磷酸盐的释放。进入好氧状态后，这些专性好氧的聚磷菌( p a o ) 活力得到恢复，并以 聚磷的形式捕积超过生长需要的磷量，通过p h b p h v 的氧化分解产生能量，用于磷的吸 收和聚磷的合成，能量以聚磷酸高能键的形式存储，磷酸盐从液相中去除，产生的富磷 污泥通过剩余污泥排放使磷从系统中去除h 利。如生物除磷和化学除磷相结合的一种工 艺；a 0 除磷工艺；s b r 除磷工艺n 引。 ( 3 ) 物理吸附法 吸附法除磷是利用某些多孔或大比表面的固体物质对水中磷酸根离子的吸附亲和 力，来实现对废水的除磷过程。除磷吸附剂的选择要求满足以下条件：高吸附容量； 高选择性；吸附速度快；抗其他离子干扰能力强；无有害物溶出；吸附剂再 生容易、性能稳定；原料易得并造价低n 州7 1 。研究发现，许多天然无定形物质( 如高岭 土、膨润土和天然沸石) 及工业炉渣( 如高炉炉渣和电厂灰) 等，都对水中磷酸根离子具 有一定的吸附作用，己经有很多学者对天然材料和工业炉渣的吸附脱磷性能进行了广泛 的研究及试验h 卜嘲。在自然界中存在大量的高比表面多孔性硅酸盐类物质，可以制成各 种类似结构的吸附剂，如采用主要含硅铝氧化物的天然膨润土，经镁和铝化合物修饰后 制成的吸附剂晦引，利用海泡石和氯化镁等无机物制得海泡石复合吸附剂刖；将无机铝盐 和镁盐与沸石混合经过一系列物理化学方法处理，使沸石表面形成水合镁碍朝等。 ( 4 ) 电解法 电解法常采用铜、铝、铁等材料做电极，以去除污水中的污浊物质。电解法去除污 水中的磷效率高，相对于其它的废水处理方法而言，装置简单，容易控制。主要缺点是 沉淀生成量及电极材料消耗量较大，运行费用较高。 ( 5 ) 其它方法 除了上述几种常用的除磷方法，还有土壤处理、水生物法、膜技术、喷雾干燥等除 磷方法。近来，采用生态修复法己成为研究热点之一。孙刚嘲3 等( 2 0 0 0 ) 在长春南湖实施 了生态工程以降低湖体含磷量，1 9 9 6 年，通过收获水生高等植物和鱼产品带出湖体的磷 量分别为1 4 9 6 k g 和1 8 9 9 k g ，蚌体生长固定的磷量为1 5 3 4 k g ，三者合计4 9 2 9 k g ，与 湖体每年纳磷量大体持平。实施生态工程后，水质明显好转，湖水中的总磷浓度逐年下 降，浮游植物个体密度减小、种类数增加。 9 黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 1 5 本课题的研究内容 1 黄河兰州段水体表层温度、p h 值，溶解氧等水环境因子的变化特征； 2 黄河兰州段水体中各种形态磷素含量变化； 3 黄河兰州段水体中磷素各形态的传输通量； 4 黄河兰州段水体中磷素含量与水体表层温度、p h 值，溶解氧等基本水质参数的相关关 系分析； 5 黄河兰州段水体中的磷素污染水平调查： 6 黄河兰州段水体磷污染控制对策，控制措施研究。 1 6 本课题研究的目的、意义及特色 本课题是在分析总结国内外文献资料的基础上进行的。通过研究黄河水体磷污染现 状，可以判断黄河水体磷污染水平，为后续的黄河治理提供依据。首先，对黄河水体表 层温度、p h 、溶解氧、电导、t d s 等进行监测，分析了水体的水环境化学特征，得出了 水环境因子的季节变化及变化趋势；其次，研究了黄河水体磷的各种形态含量以及含量 的季节变化，并分析了磷素含量与水体表层温度、p h 值，溶解氧等基本水质参数的相关 关系；最后，计算了黄河水体磷的传输通量，掌握了黄河兰州段磷素污染水平及其动态 变化规律，提出了控制和治理水体磷污染的对策措施。通过研究黄河兰州段水体磷污染 现状，可以判断水体磷污染水平，为后续的黄河水体磷污染及控制研究黄河水体治理提 供依据。 本文的研究特色是首次专一针对黄河兰州市区段水体磷元素进行研究，分析了磷的 赋存形态及其含量，研究了磷素含量与水体表层温度、p h 值，溶解氧等基本水质参数的 相关关系，并计算了磷素的传输通量。研究结果可为控制黄河水体磷污染、治理富营养 化问题提供科学依据，对于其他河流的研究，具有一定的理论和实践借鉴意义。 7 本课题研究方法 对黄河兰州市区段水体磷污染现状进行研究，考虑交通，取样等实际情况，选取市 区流域的新城桥、雁儿湾桥两个断面为采样点，取混合水样进行研究，研究了黄河兰州 市区段水体磷的含量，分析磷素含量与水体表层温度、p h 值，溶解氧等基本水质参数的 相关性，并计算了磷素的传输通量，评价黄河兰州市区段水体磷污染状况。 1 0 硕士学位论文 2 1 研究方法 第2 章研究内容与方法 1 资料收集、野外调查，确定试验区； 2 试验区取样，分析试验区水样水体表层温度、p h 值、溶解氧等水环境因子的变化特征； 分析不同试验区水体中总磷酸盐，可溶性正磷酸盐，可溶性总磷酸盐的变化，分析不同 季节磷的传输通量变化。 2 2 监测断面的选取 为了研究兰州市区对黄河磷污染的贡献情况，考虑交通和采样的实际情况，故断面 选定为新城桥断面( 新城是黄河进入兰州市区的水质监测断面) 和雁儿湾断面( 黄河出兰 州市区的水质监测断面) ，获取混合水样进行研究。取样断面设置见图2 1 。 ( 1 ) 新城桥断面 位于兰州市西固区新城镇，距离兰州市区约4 0 公里。新城桥断面附近为农村环境， 主要农作物有小麦、玉米、百合、果品等。 ( 2 ) 雁儿湾断面 位于兰州市，距兰州市区约8 公里，雁儿湾污水处理站下方。河岸种植有果树、 向同葵等植物。 2 3 样品的采集和保存 图2 1 取样断面分布 2 3 1 样品的采集 在对黄河水体进行调查基础上，于2 0 0 7 年卜1 2 月分别在新城桥断面和雁儿湾桥断 面每月进行采样，每个断面设置左、中、右3 个采样点，使用5 0 l 聚氯乙烯塑料水桶， 黄河兰州段水体磷素( p ) 污染水平及其传输通量的研究 采集聚水面0 5 m 水样，将三个采样点样品组成混合样进行监测。每个月监测1 次，每 次卜3 天。 分析项目：水体表层温度、p h 值、溶解氧、电导、t d s 、总磷、可溶性正磷酸、可 溶性总磷酸盐。 分析方法执行水和废水监测分析方法( 第3 版) 中规定的方法，评价标准参照地 面水质量评价( g b 3 8 3 8 2 0 0