（环境工程专业论文）上海陈行水库自净规律研究.pdf

摘察 拳交茸先提出研究上海陈行永麾自净揽律的必要性和惑义，总终了圈内步 濒 爨、求露中污染囊迂移转纯礴究遂矮；茏葵，氮、臻、太弱抒蔼瓣迂移转纯及其 东赝攥趔研究；在越基础匕缭合陈行水库实黼水质现状，提斑本论支静研究方法： 实验叠水质参数研究、现场主要水质参数研究和水环境数学模型研究相结台研究 陈良 擎污染甥爨冷规簿。 豪澄疆突残鬃蠢缝论骞； j 在霉；验室疆究了黻像b o o 辩解系鼗嶷倔菠溺o 。2 1 2 d - ；鞘倦b o d 释瓣 系数变化范围0 1 7 1 8d 。 z 穗潺释放实验表喇 底泥氨氮释放遴鬣范阐：4 1 8m g m , , - d ；蠛漉总氮 释城骢避范匿：2 0 5 0 m g m 2 - d ，底淀总磷群敷懑爨范匿：3 , 一1 0 糕l ! 1 2 d 。陈行 东精：鬣瀑鞲藏逶鲞裰当予太溺( 五肇溺) 释藏邋羹3 筵l l 篱。 氕6 月份陈弦承瘴承瓣总体较好，毽惑缀、憨磷超拣；术黪零演谔俊镪菜 表叫，妖库对s s 去除率程6 0 8 0 ；总大肠秆菌去除率也很明恩+ 去除率在8 0 瞄匕惑磷去除攀奁3 0 , 7 0 ，葸氨轰滁率在4 0 。8 。 * 。藏怒餮 k ￥n 潜势，建立了鬻行零蓐黪东麓力模型；影麓藏雩亍承瘁滚瑟 主瑟l 餐浆为城彝，越速帮承窿迸毫流量抟变纯；承袋蘧瀛董交讫瓣变化，豫哲永 库部分地方有回流生成，流速很小，其范围谯o o 0 7m s 。 乱应鞭完全混合模黧研究陈杼水库氨爨降解规律，结果表明：随着陈行水 库蹿褰蠛宓鹜，水库戆东力侉甓时阕蝴应交长，熬氮裘除率毽鸯曩丈。 5 。应麓霹a s p 6 末瑷禳蘩，建壹了豫行承露鞠拳覆模型，奉宠酾验证了承蒺 参数：拳质模型研究结鬃袭鞠：影确豫牙寒露水钵中污染谚去豫懿主要因素楚拳 温、库簿和停留时间。水体漏度高( 大约2 5 以下) 、库容大、水力停留时| ；l j 长， * l 拳晦趣净鼹力遣强。姥外，淀沙滋簿可敬攘辩陈行东痒盘净栽力。 ? 。蔽攒隶俸塞豢养像浮徐拣浚，薮嚣本露鞭疑c o d 。滚菠较簿，毽交予拳 瘁拳：船襻露辩凝较簸、竞躐不够充分等，隶钵没商麓，主蠢令剃指秫麓标丽番藏魏 藻炎赶i | l = 繁皴污染水体的现绿。 隧谨阻上研究绐莱，掇矗j 陈行水库优化送行管联建议：避污运行、水量调控 和鬣孽停留时间( 7 1 0 天) 以及实施进水预处理等措施。 关键词：陈行水库水动力模型水质模型水力停留时间水质参数自净规律 水h 优化调度 s i ：t ，l y o nt h es e l 卜p u r i f i e a t i 0 1 3i no h e n h a n gr e s e r v o i ro f s h a n g h a a b s t r a c t 卧i s p a p e rm a i n l yf o c u s e do nt h es e l f - p u r i f i c a t i o nm e c h a n i s m i nc h e n h a n g r e s t ：v o i ro fs h a n g h a ia n df i r s t l yd i s c u s s e di t ss i g n i f i c a n c e t h et r a n s f o r m a t i o no f p o l l u t a n t si nl a k ea n d r e s e r v o i rw a s w i d e l yr e v i e w e d ，e s p e c i a l l yt h e t r a n s f o r m a t i o no f n i t r o g e li 、p h o s p h o r u s 、c o l i f o r ma n dt h em a t h e m a t i ce q u a t i o no f t h et r a n f o r m a t i o n b a s e 。： 川na b o v ed i s c u s s i o na n dc o m b i n e dw i t l lp r a c t i c a lw a t e rq n a l i t yi nc h e n h a n g r e s e = v o i r ，m e t h o do f t h ep a p e rw a sp o i n t e do u t ，w h i c hi n c l u d e ss t u d yo f w a t e rq u a l i t y p a r a m e l e l si nl a b o r a t o r y ，s t u d yo f w a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r si ns p o ta n ds t u d y o f w a t e r q u a l i t ym o d e l 、e nm a j o ra s p e n so f t h er e s e a r c ha r e p r e s e n t e d a sf o l l o w s 1 l a bw o r ks h o w st h a tt h ec b o d d e p l e t i o nc o e f f i c i e n tv a r i e sf r o m 0 2t o1 2 d 一1 m a d m e n b o d d e p l e t i o n c o e f f i c i e n t v a r i e s f r o m o 1 7 t o1 8 d 1 ：! + 涵es t u d yo nr e l e a s ee x p e r i m e n to fs e d i m e n ts h o w e dt h a tt h ef l u xo f n h 4 - n v 嘶e jf i o m4t o1 8m g 椭2 d ，t h ef l u xo f t nv a r i e sf r o m2 0t o5 0m g m 2 d ，t h ef l u xo f t pv a l i t sf r o m3t o1 0 m g m 2 - d t h ef l u xo f n h 4 - n i nc h e n h a n gr e s e r v o i rs e d i m e n t i se q u i ；a l e n t w i t h3 - 1 1 t h a t o f i n t a i h u l a k e ( w u l i l a k e ) f r o mt h es t u d yo fw a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r si ns i t um e a s u r e m e n ti nj u n e ，t h e w a t t l , u a l i t y o fc h e n h a n gr e s e r v o i ri s g o o di nj u n e ，b u tt na n dt p a r eb e y o n d s t a n d a r d s t h e s i m p l es e l f - p u r i f i c a t i o n m e c h a n i s mo fp o l l u t a n t si n c h e n h a n g r e s t ：7 v o ri st h a tt h er e m o v a lr a t eo fs sv a r i e sf r o m6 0 t o8 0 o ns p a c e ；t h e r e m o r a ! r a t eo ft o t a lc o i l f o r me x c e e d s8 0 ：t h er e m o v a lr a t eo ft pv a r i e sf r o m3 0 拇7 0 、薯h er e m o v a lr a t eo f t ni sa b o u t4 0 。8 。 ：1 c h e n h a n g r e s e r v o i r h y d r o d y n a m i c m o d e lw a sm a d e u s i n g t h e w i n d y n h y d + 。w i n dd i r e c t i o n 、w i n ds p e e d 、i n - f l o wa n do u t f l o wb a dg r e a t i n f l u e n ：e su p o nf l o wf i e l do fc h e n h a n gr e s e r v o i r w a t e rl e v e lc h a n g e dw i 搬f l o w ： v c i ru mf l u e n c eo c c u r si ns o m ep l a c e so fc h e n h a n gr e s e r v o i r , t h ev e l o c i t yo fw h i c h w - a ss e f l ； 1 1 ，v a r y i n gf r o m0t oo 0 7m s 5 ，t h ew a t e rm o d e lo fc o m p l e t e - m i x i n ga m m o n i a i se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt oi t s c h a l “a c l ：r i s t i c s f u r t h e r m o r e t h ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i ao fc h e n h a n gr e s e r v o i ri s s i m u ；a ：dw i mt h ee s t a b l i s h e dw a t e r - q u a l i t ym o d e l ，t h el a r g e rv o l u m eo fc h e n h a n g r e s e l 、。i 0t h ed e e p e rw a t e r , t h el o n g e rt h r ，t h eh i g h e rr e m o v a l r a t eo f n h 4 ：n ， 曩c h e n h a n gr e s e r v o i r w a t e r q u a l i t y m o d e lw a sm a d eu s i n gt h ew a s p 6 ”n d o l i n gs y s t e m 、a n dt h ew a t e rq u a l i t yp a r a m e t e r sw e r ec a l i b r a t e da n dv a l i d a t e d ， s e l f p a r i f i c a t i o nm e c h a n i s mw a sa n a l y s i z e du s i n gt h ec h e n h a n gr e s e r v o i rw a t e r q u a ! i t 3 rm o d e l i n gs y s t e m i nar a g eo f n a t u r a lt e m p e r a t u r e ( a b o u t0 - 2 5 。c ) ，t h eh i g h e r t h ej ：，a 。r t e m p e r a t u r e t h el a r g e rv o l u m eo fc h e n h a n gr e s e r v o i ra n dt h el o n g e rt h e h r i - il es e l f - p u r i f i c a t i o ne f f e c to fc h e n h a n gr e s e r v o i rw a sg r e a t e r b e s i d e s ，t h e r e s u l t ss h o w e dt h a ts e d i m e n t a t i o nc a ni m p r o v et h e s e l f - p u r i f i c a t i o nc a p a c i t y o f c h e , 1 h n n gr e s e r v o i g 7 。a c c o r d i n g t oe v a l u a t i o no nw a t e r e u t r o p h i c a t i o n a n do b v e r s e dd a t ao f c h e n h a n gr e s e r v o i gt h ec o n c e n t r a t i o no ft n a n dc o d c ri su pt oc o n c e n t r a t i o no f e l t l 。o p t i c a t i o n ，b e c a u s eo ft h ev e r ys h o r th r t a n dn o t e n o u g hl i g h t ，e u t r o p h i c a t i o n d 3 ：、l 】 ： o c c n r 。 n u s ，s o m ea d v i c e sa r ep r e s e n t e da sb e l o w ：p o l l u t i o nm i n i m i z a t i o n ，f l o wc o n t r o l a n dt h eo p t i m a lr e s i d e n c et i m e ( 7 1 0 d a y s ) ，a n dp r e t r e a t m e n tf o rs a k eo f m a n a g e m e n t o f c l - l 秘l h a n g r e s e r v o i n l i u d e n g g u o ( e n v i r o n m e n t a le n g l n e e r i n g ) s u p e r v i s e db yp r o f e s s o rl i n w e i q i n g k e y 壤o r d s ：c h e n h a n g r e s e r v o i r h y d r o d y n a m i cm o d e lw a t e rq u a l i t ym o d e l w a t e l ( ! u a l i t y p a r a m e t e r ss e l f - p u r i f i c a t i o nr e s e r v o i r o p t i m a lo p e r a t i o n v i 东华大学学位论文驭创性声明 耙k 郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本 太一嚣荸薅懿指导下，独立进行磅究王佟爨取褥匏成果。除文中已躜确注明鞠薯| 爰 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已缀发表或撰写过的作品及成果的 内容n 涂文为本人亲彝撰写，我对所写的内容负赛，并完全意谈到本声明的法律 结宋由本人承担。 篙0 忑莴 戋、隆潼 指导教师：翟翘，严 东华大学学艇论文版权使用授权书 学应论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留 艿蚓嚣零有关部门或援稳送交论文瓣复鹭l 箨和电予舨，竞诲谂文被查阕或臻耀。 本j , - i 委权东华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傈存裙汇编本学像论文。 奉学位论文属于 缥密口，在年解褰螽适蔫本敝狡书。 不保密瓯 靴敝懈安1 j 登国 翼l 豫 2 。龟弓髓3 0 l i 是 厩红甭 镪鼹：一；，? ；。 寨华太攀硬士学拉论文上海臻行承露盘净艇罐礴囊 第一章绪论 l ，l 论文研究誊豢 ：二海缝处长江、太潮鼹大流域下游，麓内溺网蜜枣，窳系发这，承资源慧量 并不缺乏。由于地表水污染严重，作为城市供水的源头黄浦江、长江也时时 受到污染的威胁，自来水原水质量并不尽如人懑，上海也因此被阁窳列为“水质 型”缺水城市。2 0 0 2 年6 月初上海被联合图谱定为“未来六大缺水城市之一”。 今螽2 0 年杰上海实现“挠头箴歼、承可生饮”黔霹挺，馥及上海帝蹲j 办2 0 1 0 年 篷蒜会豁或功，俸蠹城市主要基礁餮藏之一黪供隶行盟遥留需要滤离镶隶末羲、 供承保证率和供永安全可豁性，尽快使其供应水平与强际先进水平接轨。 问溺哪得清如许，为商源头活水来。今艨上海城市水源的格周“两江并举、 相辅捆成”，水源地发展战略是“保护”黄漓江篇一水源地、“开发”长江边滩第 二承源缝、“继备”长江翻求源遗。美国、欧洲对本源戆选择耙保护都菲豢重被； 只要有祭臀，辱可翡取承露东。美蓬熬承厂较多取拳摩末，鲤终枣遴过建设塞瘁 群( 磷猞德逊河豹卡茨嫠零一特拉华承痒嚣积零晗德避褥静竞罗颧承痒区) 送行 蓄水和供水；欧洲的水源敬多取自河水，如佛罗伦萨a n c o n e l i a 水厂取水于 a r n o 河，浚河属意大利辅三大河；巴黎的o r l y 、m o u t 水厂取水予塞纳河， 斯图加特蛇l a n g n a c 水厂取求于多瑙河；黼姆斯特丹水厂部分淑水予r e i h e 浮，灏分彀自承疼；受了稼涯东痰德踅，这楚溪家一般将蘸东遂彳j ：视步处理( 袋 氯、洚浊度) 嚣霉毒入承簿进行蠡熬净纯帮漉淀，诖氢、寿瓿耪、缎蔼蠡蒸努解 后再作为水源。为了提升上海自来水水度，从2 0 0 3 年起，上海将澈变过去取水 点单纯取水的功能，在墩水点实施集中生物预处理。位于黄浦江上游、松浦大桥 附近的黼漓江上游饮水工橼取水点，2 0 0 3 年内将启动羼前国内娥大的原水生物 臻处理程，目楚理鼹承5 0 0 万睫。它遵道壤规整i 兹预处理装鬟，搜蔽拳囊量达 鬟逡家i l 类末嚣耘疆。 滁行水库长江引水工糕是上海市城市供求粉开辟的第二永源_ i 程。陈行水库 的供水能力达到1 3 0 万立方米同，约占全市隰自来水的原水供成总最的五分之 一。陈行水库位于上海常絮山区罗泾乡陈行镳岸段，地处长江口谢赢南港河段， t 游紧邻宝镪水库，下游紧邻小鲻沙淫，是裂髑零米鞋上潍遗溺醚掰或，强瘁嚣 积t 3 0 公顷；冕鹜1 1 ，承瘴占是长江岸线 ，2 公霎，覆堤全长约4 , 7 公里，萁孛 夕 鼹幂辩系璇系薪建，长约2 。5 公晕，蘸堤系零g 鞠褰钢承痒衮堤改建，全长约 公 阻，内堤系利用长江岸边敬建，长约1 2 公里。陈行水库设计库容蜜求不小于8 3 0 万立方米，水库实际总席脊为9 1 4 5 3 万立方米，扣除蒸发、渗潲水量和死库容 合计4 0 。5 3 万立方米外，实鼢有效库容为8 6 4 + 3 9 万立方米。陈行水库从长江取水 东华大学硕士学位论文 上海陈行水库自净规律研究 兹泵菇，位于塞键承疼东堤滏东1 8 0 零蹩，离藩行承簿强堤至长江承露瀚寒处， 取东头部荐囱长江延伸1 7 5 米。 陈行水库为月浦、闸北、吴淞、凌桥、泰和和拟建的大场等水厂供应原水； 水体面积达1 4 0 公顷，水深平均3 4 米，最深处6 7 米。相邻的宝钢水库面积 1 6 0 公顷，为窳钢专用水库。陈行水库做到每年在麾中投入适量的鱼茁，以防止 零 奉謇营券纯，穗镖承凄。近足每，在藤孑拳疼中多次发瑷黑验琵鹭等瓣家重点 保护动物、藤鹋类以及辫近滩涂瀚鹞鹬类数量众多，楚长江南岸不可多褥静水禽 栖息地。另外，在水库周边也发现有刺猬、野兔、豹猫等兽类。 图1 1 陈行水库地理环境示意圈 1 2 论文币开究的目的意义和必要性 本论文磺炎豹基的是研究陈行水蓐中氮氮、有机物、大骚轩菌等据染物豹自 净怒簿，深入繇究豫行窳瘁翡污凝勃迂移转鬟二鬟露；撵密夔行承瘁最接承力簿餮 时闯。 目前，长江口南支河段陈行沿岸水质状况总体上魁优良的【1 1 。陈行席区前沿 有机污染较轻，但总氮、总磷、石油类、大肠杆菌越标，影响了水库水质。目前 陈 亍承霹附邋长江沿岸水域，作为饮用水源地，对黎取水安全产生影响的主要是 上游终6 公繁位鬟豹溺滚日隶矮污染，其次是萁下渗袋踅石灞霜污求处疆；一污隶 排放以及邻邀的d , 1 1 i 沙河支流、跃龙亿工厂捧污口、裳由钢铁总厂、毫j 一贮获场 等污染源。此外，在枯季还要受长江干流来水、盐水入侵的影响。因此，开展陈 行水库污染物自净规律的研究肖帮u 于深入了解总氮、总磷、石油类、大肠杆菌等 东华大学硕士学位论丈上海陈符水库自净蛾律研究 污染物在陈行永瘁的迁移转亿规律，提出从长江掰取永的污染物浓度的台理范 围，优化陈行水库的运行管理。 根摇1 9 9 8 年2 0 0 1 年陈 亍水库取出水口实测承质数据# i ，邀永口水麓总体 评价i i i i 类，原水水质基本达到翻家规定饮用水水源标准，但氨氮、非离予氮、 总辚指标一觳劣子i 珏类。长江蒙东进入豫行隶毒菇，在正常运行情况下，耍在 水库停留7 日或更多时间。原水在水库停留7 天或更长一段时间后，由于水体的 鑫净馋曩l ，擐末求蒺遂一步改善：漆簿氧舞赢，高锰酸箍攒数、氯倪穆、藏磷酸 盐氮、游离氨、浊度、五日生化需氡量、大肠杆菌含量降低，污染指数从0 2 5 晦为o 。0 9 ，求矮慧髂提毫到i l i 粪爨，显示袁淳鬟存较强翁垂净麓力。氨氦、 大肠杆菌浓度降低不明显，是什么机制在水库净化过程中越作用，脊必要开展水 瘁囊净规律和缚蜜辩闼的磷究；著提出握藏氮氮、大强据蘩去狳霉静接蓬。 良好的水源是生产优质饮用水的前提，将长江原水存入水库迸行自然净化、 沉淀，让氨氮、有孝几物、缁蕊自然分解轰莠作为皇寒承求源，聂可节省叁袭东生 产成本，又充分利髑了水库的自净融力。开展陈行水库自净规律和水力停留时间 研究，为陈行水库优化运行调度管联提供科学依据；为在今居2 0 年内实戢“楚 头放行、永w 生饶”的蟊标向自来水厂提供更优质暇水；为以后建立粪似水库殴 计和优化管理提供建议和经验；开创研究上海水库污染物自净规律的薪开端。 开震陈行东痒秘诤觏锋和水力停留舀寸阚研究有利予为上海市韵第二水源地 氏江口集中保护和集中调度提供优鼹的建议；有利于提高上海市的供水安全性和 绦迁率；有嚣予改善上海静投资环麓，诖更多的上海市民和海内外掰友喝上优质 的自来水；商利于长江水源的开发和合理配鼹、合理调度、实现水资源的长效管 瑾。 索苹大学硕士学位论文上海陈 亍永库皇净靛德掰 究 第二章湖泊水库中污染物溉移转化研究进展 大多情况下，水库和湖泊有相同的水质特征：水流速度很低、停髓时间很长， 具寄比较封趣的求生生态系统；富营养纯是水露秘潆演中最基本溺瑟。溺洎求库 豹营葬物豹来源主要考纛三个方瑟：峦建瑟经流输入匏营养源；蠢辩承、降尘输 入的营养源，以及由城市或工业污水输入的营养源。 非点源是指时空上无法定点监测的、与大气、水文、土壤、植被、地质、地 貌、地形等环境条件和人类活动密切相关的、可随时随地发生的、赢按对大气、 壤、水掏成污染酶污染物来源。它包括大气环境的菲点源、土壤邵援的非点源 秘隶琢凌懿菲点滠三粪。泰环境戆菲轰源包瑟大气予漫沉跨、暴藕径瀛、庆涯二 次污染鞠生物污染等诸多方瓶。暴雨径流即遴常意义( 狭义) 的非点源污染，是与 降水过稳伴随进行的地表径流污染。土壤侵蚀介于大气于湿沉降、暴雨径流之间， 既包括风蚀，又包括水蚀，怒二者的有机结合。非点源已成为水环境的一大污染 源或首要污染源。奥地利北部进入水环境的非点源氮量远比点源大：丹麦2 7 0 条 浮遗舛冁艇爨受蔫、5 2 懿磷受旖蠢菲点滚污繁引起；基本熬疆爨避b i s w a 滚兹 最大污染源；蒋兰农监j # 点溪提供豹惑氮、憨磷分剐占东环境污染总量的6 0 和4 0 5 0 ；德国某流域也因过量旖用化肥导致河流中的磷浓度越过o 2 m g l ： 美国6 0 的水体污染起源于非点源。我国河湖的非点源污染也很严黧。非点源来 源面广，夹带着大量的泥沙、营养物、有毒有害物质进入江河、湖瘁，引起水体 悬浮踢浓度舞毫、育毒有骞耱矮含量增燕，溶憋鼹减少，求俸富营莠纯秘酸讫 2 】。 在巢潮六叉河小浚蠛逶行的水稻妥_ 温建系统辩外实验结果衰暖p 】：在旋s 翌情猛下 的磷氯流失量分别离达o ，6 9 和1 l ，2 k g h m 2 ，是最大潜在非点源污染。 由城市或工业污水输入的营养源是湖泊水库的一个营养源：城市藏工业污水 含有氮、磷等污染物，虽有贱污水经过处理流入湖泊水库，但仍含肖氮磷等营养 物；有热污水没有处理童接摊入溺泊水库。 滋入天然东薅戆大部分污梁耪，茏萁是鬏敕海象锈会被痰孛爨涿淀涉掰啜瓣 并随嗣泥沙颗粒一起运动黹沉积在河流湖泊底部，永体中动植物豹死亡残骸沉淀 到湖泊、水库底部，在底部淤积积累形成底泥i 形成具有一定厚度的含有各种污 染物的沉积物层，起到了污染物“汇”的作用；但同时，沉积物也会猩一定的水 流漉遮及素动作用下发生冲刷及再悬浮，使污染物被重薪释放出来，泥沙起到了 污染“肉滚”爨 睾竭，麸瑟逡藏潺潮窳露懿二次污染。漤滚隶露戆窳浚中瞧含有 不少有机物，它们在一定条件下矿亿转纯为无枫秘，底泥和水体闻污染物可进行 相互交换 4 1 。 污染物进入水体后，在水环境中将发生物理、化学和生物的变化反应，一般 4 东华大学硕士学位论文上海陈行水库自净规律研究 称为稀释扩散过程、迁移传递过程、物质转化及生物的新陈代谢过程。水质模型 是研究水体迁移转化的一个重要手段。近年来，水质模型的研究已经从点源污染 模型转向面源污染模型，从一般的水质模型转向综合水质生态模型，并考虑有毒 化合物以及河流泥沙问题。总之，逐渐向真实、定量化方向发展。如彭虹等基于 河流动力学原理、污染物对流扩散守恒理论以及以浮游植物为中心的富营养化动 力学理论，建立了水质生态模型，并用生态模型对汉江武汉段进行计算模拟，模 拟效果很好，最大相对误差为1 7 p j 。 根据陈行水库的水质特点，确定研究氮、磷、大肠杆菌的迁移转化规律。 2 1 氮的循环和迁移转化 在自然水体中，固定氮以三种主要形式存在：固定有机氮、氨型氮、氧化氮。 有机氮作为蛋白质分子的必要组成部分而存在，它是一切生物所必需的，或存在 一些分子的部分分解物中；固定有机氮被分解、降解、矿化为氨型氮；氨以氨分 子或氨离子两种形式存在，在足够数量的硝化生物，同时有适宜的温度和充裕的 停留时间，它被自养细菌( 亚硝化单胞菌) 氧化为亚硝酸盐，进而被硝化菌氧化 为硝酸盐。总氧化氮为亚硝酸盐与硝酸盐氮量之和，在适宜条件下，如水体缺氧， 在反礁化茵的作用下产生反硝化反应，将硝酸盐和亚硝酸盐还原为氮气释放到大 气中。水体中的亚硝酸盐与仲氨r 2 = n h 作用，会生成亚硝酸胺，亚硝酸胺是“三 致”( 致突变、致癌、致畸形) 物质，这种反应也可在人体内发生。 2 1 1 矿化作用动力学 矿化作用( 氨化作用) 即有机氮转化为无机氨氮甜h 4 + n ) 的过程 6 】。对这一 过程动力的研究己基本成熟。s a l t e r 和g r e e n 在有机氮矿化作用遵循一级动力学 的假设的基础上，于。1 9 3 3 年建立了土水系统中有机氮的变化规律方程。1 9 4 9 年 w o o d r u f f 将不同有机质组成的溶解差异考虑进去，从而改进了s a l t e r - g r e e n 模型。 1 9 7 2 年s t a n o l f r o l 和s n i o n 提出使用下列方程预测有机氮矿化量： n m = n o ( 1 e “) ，式中：n m 为n h 4 + - n ，n o 为可矿化的有机氮。 1 9 6 0 年m o l i n a 等给出了双项指数形式：y = ( 1 e s 。h t ) + ( 1 s ) o e 艄) 式中：y 为矿化形成的n 地+ n 的量，s 为第一类矿物氮在总矿化氮的百分 比，h 、k 为两类有机氮的矿化速率。 有机氮的矿化动力学研究，到目前为止，基本上可以认为：对某一类性质相 似的有机氮有：n = n o i ( 1 e 4 “) 式中：n 为t 时刻矿化的n h 4 + - n 总量，n o i 为第i 类降解速率为虹的矿化 有机氮起始量。 在具体应用上，鉴于上述表达式的多项式，使用经验公式更为简单( 应根据 研究的要求而定) 。经验公式有很多，但其形式或是指数形式如c o r b e r t 公式 东华大学颂士学位论文上海晾行水库自净规律研究 ( 1 9 3 4 ) ： c = a b t 或是双鞠线形式，懿j u m e r ( t 9 8 4 ) 双曲线模螫：n = n t ( b n + t ) 式中：n 为潜在的可矿化氮，b 为常数。 d it o r o f 7 i 提出底泥通量模型来研究底泥和水体间的相互作用。他认为有机氮 矿化作用遵 7 蓠一级动力学的建立了底泥和水系统中衡机氮的变化规律方獠。 赵永恚等溯爝尿素来摸嚣l 有枫氮在江承中豹降麟嫂簿及影礁因素，交爨有机 氮在迂隶中塞要透过氨诧终瘸转纯为氨氮，降簿过稳遵循一缓魂力学瓣臻，并受 环境温度和氮化细菌浓度的影响。 2 1 2 硝化t 隹用动力学 传统上，媳表水中的硝化反应没有弓 起人们的足够重视。这是因为水体中鞘 纯徽生魏懿滚发遴鬻缀低，瑟显麟嚣群皇兹碳氧纯佟溺糕眈，磷位 睾震熬速度实 在太慢7 - t 9 1 。然而永体在菜处俸黧足够长的时闯，东滠较高，硝仡作用就会很明 显。硝化细菌在水体中可进行有限的扩散，硝化细菌很可能生活在水中的悬浮物 上。所以高含量悬浮物可促进硝化作用。大多数硝化宝田菌也可能生活在水体底部 生物的表面域内部。硝化过程一般是遵循一级反应动力学，并受温度的影响。 潮演东露水系统孛磋纯搏弼黩耩嚣拿步骤：第步跫n h 4 n 蠹n 0 2 转纯。 一般认为，在戏硝仡缅菌俸鼹下生成；第二步，中鬻产物n 0 2 囱n 0 3 鹃转化， 由于n 0 2 的化学不稳定性，在大多数情况下，大多数研究者都认为仍然怒硝化 细菌作用参与的生化过程为主。但是至少没有理由排除同时发生纯化举转化过 程，只是两种过程的作用大小育熬异。在某些特殊环燎条件下，纯化学过程可能 占主导地位。大多数情况下，n 0 2 转讫成n 0 3 在磷纯缨菌参与下进行，对子生 仡过程，攥纛鸯懿磅究残采基本可滋终魏下结论：垒能、殪佬过程孛n h 4 + n n 0 2 n 0 3 反应可以用m i c h a l i s - m e n t e n 动力学方裰竣修正表达式表达。 o n o n d a g a 湖受到氮污染，熊硝化速度是没有规则的，r a k e s hk g e l d a 等 分析了八年间( 1 9 8 8 1 9 9 5 ) 总氨( 1 n ) 、氮氧化物心o x ) 、溶解氧和温度；建立氮的 物臻平衡模溅分辑得到硝纯速发程o - o 。1 8l d 范围内。l j k o r s 等【1 1 1 分析了阿姆 赣骜丹供农系缓孛浃速滤洼帮拳浚中爨菱楚去狳壤凝，试：勾磷毽露瘸是遂镶一缀 反应动力攀。 2 1 3 反硝化作用动力学 相对于矿化、硝化动力学而离，反硝化作用动力学更为复杂，因为一般认为 承系统中反戮纯痒熏兹j 嫒痔为：n 0 3 + 一n 0 f 一( 瀚) 一0 一迎。由于中阍产糖浆 增多，无疑游戆复杂睦加大，跌褥关于动力学方程戆骰设氇稳应瑶多。捌爨兹为 止，从模拟水泵统氮还原角度出发，至少有三种动力学过程用于描述反硝化作用。 w i l i e r 和d e l w i c h e 、n o m i c k 、p r i c k 等人研究结果为零级反应；用一级威应动力 6 袈主簪大学硕士学位论文 上海陈行水库鲁净瓣律研究 学解释实验现象或建模豹有m c h a r e n c h o 、m i s r a 等人。 p 值对硝化和反硝化过程影响很复杂，一般认为，反硝化随p h 上升而增 加，而硝化过程中，自养硝化细菌在中性和碱性条件下有最佳的生长和代谢，而 大量的各种异养微生物可以在较大p h 值范围内活动。 焚强妇等阑( 1 9 9 3 ) 慕耀一缍s t v e n a n t 方程维摸越富厅承露求滚：汰嚣；爰露 完全混合反应器概念谈熬葜求质变亿，蔼者鹚藕合构成了官厅零黪的承质模型。 在模拟官厅水库n h 3 - n 浓度时空变化时，模裂精度令人满意，并已用于官厅水 库的水质预测和水质管理。张逢甲等介绍了脊机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐 氮在细菌和微生物的作用下，因水体溶解氧不同而相互转化，并建立了一元稳态 顺序转化与逆向反应和溶解氧两者藕合约水成模型。 k 。d o d d s 等吲( 2 0 0 0 ) 分辑了k o n z ap r a i r i e 瓣k i n g s ，j 、溪戆鬣循环遵量。发现 无机的氮在这小溪转移眈在相似条件的远洋转移速度快；氨的浓度是低的，但它 是通过生态系统营养物通爨的主要中介物：丽溶解的有机的氮是不循环。氮化作 用也是一重要过程占氮的1 0 ；深水底的藻淡和微生物能吸收6 7 的无机氮； 捕禽耆获得了2 3 的无孝凡氮。 2 1 4 氯褥繇静数学表达式 w a s p 6 全称t h ew a t e rq u a l i t ya n a l y s i ss i m u l a t i o np r o g r a m 6 ，即水质分析模 拟程序6 1 1 4 1 ；由美国圈家环保局环境研究实验室开发，是老版w a s p 的升级产 品为e p a 推荐使用的水斌模型软件。w a s p 6 中氮循环为例说明氮 唐环，见图 2 * l ： 1 ) 浮游疆蘩氮 。 掣咆 小d p l a , , c 。一鲁q 筮礞麓它沉积 2 ) 膏枫氮 掣= d p 陬厶c 4 喃。飘矗) c 7 - 掣c 7 瓤它矿钝沉积 3 ) 氯态氮 o ( 。c i ) d p l a , , 。( i - q 般张专) c 7 - - g e l a n t ，q 矗蔗t - 气卺万 死亡 矿亿生长硝化 4 ) 硝醣枯镄 东华大学硕士学位论文上游陈行水库自净规律研究 掣靠艏。( 蒜嚣) c t - g v t a = t鞫c 4 + k 2 0 8 ( 慧琏 硝化威苌反硝化 p x h s = c z 瓦磊赢) + c ：西衰) 式孛；e f 为氨寨浓度，c 2 为礴酸釜氮滚度，c 4 为淡璇为寻亍蠹静浮游攘携滚 度，c 6 为溶解氧浓度，c 7 为膏机瓤浓度，a n 。为氮碳比( o 2 5 ) ，g 。l 为浮游植物 生长速率，d 。1 为浮游植物消失遮率，v “为沉积速帮，v ：3 为有机物沉积速率， d 为水体深度，f o n 为浮游植物消失和呼吸循环到有机氮比率，k 7 1 为有机氮在 2 0 度时矿化遴率， 7 i 为k 7 l 的濑度系数，k 1 2 为在2 0 度对硝化速率，o1 2 为k 1 2 兹潼凄系数，k n i t 为氧疆裁磅纯遥疆懿半逛亵零数，鹣转为在2 0 疫霹反戮讫速率， ! d 为酶d 的漩度系数，k n 0 3 为殷稽化米氏常数，岛? 为可溶有辊氮部分，k 。p c 为限制磷循环的半饱和常。 暮 素章天掌赣学住烫文上海辕抒承库蠡净壤撵器究 总之，近年来在氮化物水系统中的迁移转化邀程的研究取褥了较大的谶餍， 并对缓多过程进行了摸燮他。对氮化物套迁移过獠避章亍深入的桩壤探索尤其反磷 纯遮程，并建立穗应豹数攀攘型，警属今惹研究豹重点。 2 2 ，磷购循琢及避穆转化 磷蹙控潮濑酒蜜营葵诧懿关缵飘素，冬魏馥域嚣最耘谚突袭鬻，磷懿攒琢过 程院以往认谖复杂静多；迄今，对箕中许多黧癸的环节了解十分裔限，特别楚磷 在较低级食物链( 细菌、浮游动物、浮游植物) 中的生物学过樱。 磷是濒泊生态系绞中襁级生产力鲍主要影响鞭子之一，沉积燧磷的释放过程 鼗决子秘瑗、伍学窝生物餐诸多霞豢。在不爨嚣撬祭箨下，嚣辍谚释藏瓿理不礤， 一黢认为鬻氧条斧莲邋沉积蘩黠袋瓣蔽瓣， 嚣袋襞慰毫嚣于磷释放。上覆瘩串靛 磷可分剐被沉积物中的铁锅永化物、粘土矿物、磷灰石或有机艨吸附和固意。 2 。2 ，1 。鬻肉， 磷矮环璐瓷凌凝 p e r g a m o ng e o c h i m i c a 等l l 可( 1 9 9 9 ) 在廷海永体中测量溶躺秘颗粒的磷，氨 氨移硝酸簸翁浓度。缭巢曩示：漆躲熬磷酸赫麓主要潭是表是疯帮兹沉淀耱 f 懿鞠约里潘漉入( 4 t 哟。生麓骧竣去濠磷占鞍，l 、帮努，讫攀去昧臻是圭器终 用，如由于死海特有的文石与磷共沉淀作用。主簧的氨氮源是从腐部的沉淀物矿 化产生的氮氮扩散到张海的氨，来自淡水流入的氨氮是较少的。硝酸盐浓度非常 低。在琵海水体中，物壤苇眭化学因素投毒着营菸搦瓣浓度，面生物澎口竟是最小赫。 奁荚瀑倭罗里达期馥丈蠢浅懿a p o p k a 濑澹，扶乎豢农场簸入魏磷饔焉浓震 嚣营藜濒笈潮富营养纯了。m f c o v e n e y 等h 螂( 2 0 0 2 ) 建立滚复承缚计翻包含垒态 恢复观念，主要是为浅湖增加水的透喇度以濑瓣熊立并恢复水体下面的大型植 秘。後囊瞧摄建立一令滠缘、减少终帮躲骥受焚、葵鱼、魏毽秘。滚区域中鞠遥 了一个2 公里的弓l 永瀵媲测试营养物的去除耩水力的性能。湖求硫邋2 9 胃以来， 测定悬浮物，郓颗粒营莽榴。水力停整时阕大约7 天，不同酶搿( 力裁入率包含了 t s s 、t p 鞠t n 。污裟物基酴率9 0 ，溶解憝燹梳能台辏不受澎拣，爨妊硝酸越、 嚣稿s r p ；滚解无瓿傀会镶滚疫是鬣鹣，疆楚经遗涟缝魏薅臻，溶鳞燹极强合物 浓度增加。该计划提商了a p o p k a 湖的水质质灏，最后产生一个新的、大的野生 植物生态祭统一富有的沼瀚。 w a s p 6 鼹承质分凝横撅疆序6e ，在魇矮w a s p 懿版零审，帮详鳃谥露磷 覆羁熬过糨，莠建立磷缀嚣翁数学裘选式。 在毽内，王锐萍等”( 2 0 0 1 ) 在磷究海霉东濑袭明：至少眷券黼杆菌属警1 3 个属的不湖杆菌对磷化会物的分解能力推动誊湖泊中磷的循环：农以芽孢幸千麓 藩、羧纂稳蘧藩、皴球蘩震麓貔势蘩耩中，赣攀琵菠馐翡洚辩戆力鬣强。魏骞鑫 等i ”( 2 0 0 t ) 在研究水麾水质污染预测模型肘指出南方水库中的总磷中冤霄 9 东华大学硕士学位论文上海陈行水库自净规律研究 5 5 0 可以被浮游植物快速吸收，存在于有机质中的磷在有机质腐烂时被释放 出来，底泥沉积物中的磷在缺氧时，释放率显著增加；浮游植物呼吸时向水中直 接释放过剩的磷。魏阳春等【l 刎( 1 9 9 9 ) 研究了太湖铜锈环棱螺对氮磷的降解表明由 于铜锈环棱螺的絮凝作用降解总磷的幅度达到5 0 ，氨氮浓度也大幅降低。 旌为光等 2 0 1 ( 1 9 9 8 ) 应用改进的v o l l e n w e i d e r 完全混合型水库湖泊模型，模 拟出了新建水库初期氮磷变化。黄锦辉等阱”( 2 0 0 3 ) 应用改进的v o l l e n w e i d e r 完全 混合型水库湖泊模型预测总氮和总磷，较好的描述了鸭河口水库入库污染负荷与 库内水质的关系。陈永灿等田( 1 9 9 8 ) 应用完全混合型水库湖泊模型预测总磷，较 好的描述了密云水库总磷的变化，并预测了未来几年密云水库富营养化情况。 王青春等1 2 3 1 ( 2 0 0 2 ) 初步建立了磷元素在梅子垭水库库湾的一维a b 卡拉 乌舍夫扩散模型，并对水库的水质状况与对应小流域的植被类型的特征之间的关 系进行了分析。研究结果表明：水库水质与毗邻陆地生态系统的状况密切相关， 以经济效益为主要目的的对陆地生态系统的过度开发将导致水库水质恶化。 2 2 2 磷循环 水体中磷循环包含3 个磷变量：浮游植物磷、有机磷、无机磷。有机磷多以 葡萄糖一6 磷酸、2 磷酸甘油酸及磷肌酸等形式存在，大多呈胶体和颗粒状，可 溶性有机磷只占3 0 左右。无机磷几乎都是可溶性磷酸盐，包括正磷酸盐、偏 磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐以及聚合磷酸盐如焦磷酸盐、三磷酸盐等。浮游 植物吸收溶解无机磷自身生长，在食物链中，传递变为溶解有机磷、颗粒有机磷 和颗粒无机磷；有机磷由生物、化学作用变为溶解无机磷。水体中的可溶性磷很 容易与c a 2 + 、f e 3 + 、a 1 ”等离子生成难溶性沉淀物，沉积到水体底部成为底泥。 沉积物中的磷，通过水流的湍流扩散再度稀释到上层水体；或者当沉积物中的可 溶性磷大大超过水体中的磷的浓度时，则可能重新释放到上层水体中：见图2 2 。 d it o r o 提出底泥通量数学模型来研究底泥和水体间的相互作用。他建立了底泥 中的磷和水体系统中的磷变化规律的方程【_ ”。 w a s p 6 t 1 4 】中磷循环为例说明磷循环： 浮游植物磷 坠型：g，。4，c。ot ，1 一 鲁啦。 生长( 增酪) 耀点錾蹲豢麓一踅e 积 有机磷 掣= d p l a p , 鹪吨。( 矗b 一掣c s 死1 = = ( 灌豢鹫矿瑷 沉积 1 0 妻兰查攀舔学位论文主霪臻 子水库鑫净撬律研究 二二二二 无机磷 挈2 鼋；( i 矗鹣+ 言2 。j 乏耋啬磁一瓯钕 死亡( 消失)矿他 生长( 增长) 式中：c g 为有机磷浓度，岛为无枫磷浓度，c 4 为i 蔓破为计量魄浮游婕耪浓 2 2 3 磺辩垒混合型的数学模型 1 9 7 6 年，l l 珏弹e i d 嚣捉窭在完全混合型隶滗鬣濒溶孛，鬻程缀沉淀速率 下的磷的数学模型 2 4 j 2 5 f 2 6 1 ： v 祭；w q p k 。v p u l 式中：v 为求体验体粳( 趣3 ) ，p 蔻总磷静浓度( 蕊豳3