水体水质范文（精选8篇）
水体水质 第1篇
21世纪的今天, 室外景观水体逐渐引领时代发展的潮流, 广泛的出现于各个城市的小区、景区、公园、广场。然而, 景观水体在满足人们精神以及视觉需求的同时, 也带来了各种各样的诸如健康隐患及环境污染等问题。
1 小型景观水体污染源分析[1~2]
1.1 小型景观水体的自净能力较差
景观水, 尤其是小型景观水由于其水域面积的限制, 流动性和富氧能力较差。加之水中具有净水作用的微生物物种相对单一, 生物氧化有机物的能力较弱, 水体自净能力较差。外来污染源, 如垃圾、碎屑、扬尘、雨水等带入的污染物, 由于得不到及时的降解或清除, 在水中腐烂、扩散、溶解、沉淀, 从而产生或带入了大量污染物质, 使水质进一步恶化。并且由于景观水体的内源污染, 许多原本无害物质进入水体沉入底泥当中, 经过一段时间后, 这些无害物质之间发生化学反应生成有害的污染物质, 使水体更加恶化。
1.2 部分居民素质有待提高
一般来说, 公共场所的景观水体是人们游乐的重要场所之一, 部分居民随处乱扔垃圾, 随地吐痰, 并向水池中乱丢弃东西, 使得水池中的细菌以及有害物质逐渐增多, 直接威胁着人们的身体健康。
1.3 目前景观水维护管理水平普遍较弱
嘉善县大部分景观水体无进出水, 即通常所说的“死水”, 水体自净能力相对较弱, 一旦污染, 如果维护人员水处理的重视度或专业水平相对较低, 或单纯为了的节约成本而忽视水池的维护管理, 会导致池水固有的净化能力逐渐丧失, 细菌以及有害物质逐渐增多, 逐渐变成污染环境和危害人体健康的“定时炸弹”。
2 景观水体水质现状处理方法
传统水质控制净化技术主要有人工增氧技术[2~3]、物理化学法[4]、微生物法[5~6]、人工湿地控制技术[7~9]。
2.1 人工增氧技术
其主要措施是在水域中建造人工瀑布、喷泉、溪流等水景观, 利用机械动力, 促使水体流动, 通过富氧来增强水体的自净能力。
2.2 物理化学法
用机械动力促使水域中的水体流动, 在流动过程中增加化学处理的环节, 加人少量的絮凝剂, 通过快速过滤装置, 既去除了一部分悬浮物、漂浮物、油脂和有机物质, 又可达到去除部分氮、磷的目的。
2.3 微生物法
该法是向水中投加具有降解污染物质作用的微生物, 通常投加的微生物为光合细菌。
2.4 人工湿地净化技术
其除污的原理主要是利用湿地中的基质、水生植物和微生物之间的一系列物理化学以及生物的途径净化污水。湿地系统成熟后, 微生物在基质表面和植物根系大量生长而形成生物膜。水流经生物膜时, 大量颗粒物被基质和植物根系阻挡截留。水体中大部分有机物质最终被异氧微生物转化为生物体及CO2和H2O新生的有机体最终通过基质的定期更换从系统中去除。城市小型景观水体的主要污染物质为有机物及氮磷等营养物质, 人工湿地在针对有机物质进行有效去除的同时, 也可以达到除磷脱氮的目的。
3 县环保局景观水体水质改造工程概况
3.1 改造前水池概况及水质
本次研究样本为嘉善县环保局内一小型水池, 池体水平面积约为40m2, 水深0.8~1.5m, 总体水量约为50m3, 池塘无进出水, 即“死水”。水池水面上漂浮着少量落叶, 池内水体颜色偏绿, 夏天偶有异味。由于水中溶解氧含量不足, 富营养元素无法进行循环, 氮、磷等营养物质的富集易使藻类大量繁殖生长, 使池水水质恶化, 水体透明度变差、颜色变暗发绿;另外水体藻类的繁殖易引起水体中溶解氧的消耗, 导致水池缺氧并滋生厌氧微生物, 造成水体发绿发臭。改造前该水池水质总体情况较差。人工湿地在针对有机物质进行有效去除的同时, 也可以达到除磷脱氮的目的。
3.2 工程设计
该水池的改造方式主要结合传统的水质处理及生态治理方法。将池水通过提升泵提升后从假山顶部落下, 并利用假山凹凸外型, 使池水在重新回到水池的过程中, 经过多级跌落, 利用水体跌落进行冲氧, 以此增加水中的氧含量, 亦可作为景观增加美观度。同时, 利用假山后的空闲地, 改造成小型的人工湿地, 水泵抽出的另一部分池水进入人工湿地处理后, 重新进入水池, 以去除池水中的氮、磷等元素。此外, 适当投放部分三角蚌, 利用三角蚌的生长需要以水中的浮游生物为食物这一特性, 改善水质状况。
3.3 运行效果
2015年12月份, 工程结束运行至今, 水质明显改善。嘉善县环境监测站于2015年7月27日至2015年8月2日连续7d监测改造前池水, 监测因子:化学需氧量、五日生化需氧量、悬浮物、总磷、氨氮、浊度、粪大肠菌群。7d连续监测均值如下:化学需氧量71.6mg/L、五日生化需氧量11.6mg/L、悬浮物0.43mg/L、总磷0.091mg/L, 粪大肠菌群871.4个/L。从监测均值看, 化学需氧量和五日生化需氧量均超出《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) Ⅴ类标准。
改造工程实施后, 我站于2016年2月29日至2016年3月6d连续7d进行监测, 7d连续监测均值如下:化学需氧量16.5mg/L、五日生化需氧量2.99mg/L、悬浮物8mg/L、总磷0.029mg/L, 粪大肠菌群295.7个/L。对比可见, 改造工程实施后, 水质各项污染物指标均远低于《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) 表一中规定的Ⅴ类水质限值, 其中化学需氧量达到地表水Ⅲ类标准 (16.5mg/L) , 五日生化需氧量达到Ⅰ类标准。水质污染程度比处理前相比明显降低, 透明度大幅提升, 水底石子清晰可见。其中悬浮物比改造前提升95%, 化学需氧量和氨氮分别比改造前提升77%和56%。
4 结语
本课题以嘉善县环保局内一小型景观水体水质的整治作为研究标本, 结合传统的水质处理方法及生态治理方法两个方面, 提出有针对性处理方式, 提高水体中的营养物质氮、磷等元素的去除率, 最终达到提升景观水体水质的目的。该处理方式适合小型景观水体, 有显而易见的处理效果。是否适用于大型河道景观水体整治还尚待研究。
参考文献
[1]王俊岭, 李慧.城市景观水质控制的研究.山西建筑, 2005.
[2]傅婷, 陈立行, 等.城市小型景观水体水质控制及资源化技术探析.中国环境科学学会学术年会优秀论文集, 2006:903~906.
[3]汪松年.上海市景观水体水质调研及分析.中国水利, 2004:40~42.
[4]金磊, 傅婷, 等.城市景观水体水质控制技术探析.化学世界, 2007:264~265.
[5]任南琪, 马放.水污染控制微生物学[M].黑龙江科学技术出版社, 1993.
[6]陈玉成.污染环境生物修复工程[M].北京:化学工业出版社, 2003.
[7]魏志刚, 阮启刚, 等.大众科技[J].2005, 24 (11) :95~96.
[8]潘科, 杨顺生, 等.四川环境[J].2005, 24 (2) :71~75.
上海市景观水体水质调研及分析 第2篇
近年来，随着社会各界对水环境的重视，各类人造水景观在上海市不同区域应运而生，据不完全统计，目前上海市人造景观水域面积已经超过210万平方米。景观水体的水质引起人们的关注。关键字：景观水体；水质；生态
近年来，随着社会各界对水环境的重视，各类人造水景观在上海市不同区域应运而生，据不完全统计，目前上海市人造景观水域面积已经超过210万m2。景观水体的水质引起人们的关注。
为此，上海市水务局水资源处、河道处、上海市水环境监测中心于2003年8月，对17处全市有代表性的人造水景观进行了系统的调查，并分别在25个断面上采集水样进行监测。现将调查情况分析如下。
一、人造水景观水体情况的总体评价
此次调查范围广、类型多。调查的水景观分布在全市8个区，累计水面积超过71万m2。其中有12处近几年建设起来的水景观，有5处已经有几十年历史的水景观。因此，调查的结果有一定的代表性。
采集水样的监测，按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的要求实施，共监测水温、pH值、五日生化需氧量、高锰酸钾盐指数、化学需氧量、溶解氧、氨氮、悬浮物、浊度、总磷、总氮、亚硝酸盐氮、阴离子表面活性剂、挥发酚、氰化物、铜、锌、铁等18个项目。为便于分析比较，采用A值评价法(有机污染综合指数评价法，计算公式略)。
评价分类：A<0为良好，04为严重污染。
从25个断面水样的监测数据分析，Ⅲ、Ⅳ、V和劣V类水，各为2、8、7、8个，分别占监测总数的8%、32%、28%和32%，其中V和劣V类水占60%，主要超标依次为总氮、高锰酸钾盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量和氨氮等有机物指标。而据2001—2002水质监测资料反映，全市河、湖水体V类和劣于V类水达到80%，特别是市中心区水体均为V类和劣于V类。按照A值进行分类，1个断面水体为良好，11个断面为较好，4个断面为一般，4个断面为开始污染，1个断面为中等污染，还有4个断面为严重污染，良好、较好、一般的水体占监测断面的64%。由此可见，人造水景观水体的质量要优于全市河、湖水体，符合景观水体要求的占多数。
虽然大部分水体总磷和总氮都达到了中等到严重富营养化的水平，但是从目测看，17处人造水景观的水体总体上感觉良好，没有一处水体发生黑臭，所有水体中没有看到孑孓、小虫和死鱼，除华师大丽娃河和曹杨环浜有局部蓝藻外，其余水体没有水华现象。
二、值得总结推广的经验
调查发现，上海市人造水景观的水体总体上没有像想象和传说的那样因富营养化而发生水质发臭、蚊蝇孳生、放养的观赏鱼相继死亡等现象。究其原因，是本市的科技工作者、水景观建设和管理人员在实践中创造了许多科学 的、成功的方法和经验。初步归纳以下几种方法值得总结和推广。
(1)物理增氧的方法。其主要措施是在水域中建造人工瀑布、喷泉、溪流等水景观，利用机械动力，促使水体流动，通过复氧来增强水体的白净能力。比较突出的是延中绿地的人造溪流，经常流淌的潺潺流水，不仅为绿地带来了勃勃生机，更重要的是净化了水体。据此次监测，延中绿地水体质量A值排序列第二位，而其中溶解氧为8.9mg/L，达到饱和程度，超过I类水标准，说明复氧效果很好，其他如氨氮、总磷、高锰酸钾盐指数、五日生化需氧量和化学需氧量、总氮等指标也分别达到Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类水标准。调查表明，这类水域基本上都能维持在Ⅳ类水体。
(2)物理、化学以及生化综合治理的方法。盛大花园和鼎帮郦池花园都采用了这些方法。它们的共同之处是用机械动力促使水域中的水体流动，在流动过程中增加化学处理的环节，加入少量的絮凝剂，通过快速过滤装置，既去除了一部分悬浮物、漂浮物、油脂和有机物质，又达到了复氧的目的。两处水体均获得了理想的治理效果。盛大花园在没有建成这一处理装置之前，水体严重恶化已到黑臭的程度；而经处理后，目前的水质A值排序列第四，其中五日生化需氧量达到I类水标准，氨氮、总磷和高锰酸钾盐指数为Ⅱ类水，溶解氧和化学需氧量为Ⅲ类水。鼎帮郦池花园在物理和化学处理的基础上，还综合采用了生化治理，在塔式滤池中用珊瑚料作介质，接种生物菌，其效果更佳，除总氮为Ⅲ类水外，溶解氧、氨氮、总磷、高锰酸钾盐指数达到Ⅱ类水，化学需氧量和五日生化需氧量达到了I类水；而且，浊度只有4度、悬浮物为10mg/L，水质清澈见底，是17处水体中最好的一处。
(3)修复水边和水中生态的方法。在这次调查中发现，水景观的设计、建设和管理者们开始重视修复水边和水中的生态，做法上具有明显的多样性和探索性。一是建设自然、生态护岸的实践。水绘园、世纪公园鸟岛、西郊公园绿野等处，取消了传统的硬质护岸，水陆交界处多数以自然、生态为主，岸边铺上大块的草坪、水边种植灌木及芦苇、菖蒲、慈姑等挺水植物；而延中绿地、虹桥中心花园等处虽仍为硬质护岸，但在局部地区，或在硬质护岸的缝隙中，千方百计地种上了挺水植物；二涟泾和鼎帮郦池花园除了临水区域植物多样化外，全部采用木桩护岸，显得自然活泼，木桩上还布满了有利于水体净化的青苔类生物膜。以上这些岸边都形成了一定的生物群落，对水生态的平衡和水质的改善起到了一定的作用。从监测数据中可以看到，这几处水域的水质基本上均在Ⅳ类以上或接近Ⅳ类。二是水中植物多样性的尝试。在延中绿地(静安)、曹杨环浜、华师大、西郊公园、大宁绿地等处的一些水域中，种植了各种挺水和浮水植物；有些地方还搞了大小不等的浮床；在西郊公园和世纪公园的局部水域有少量沉水植物。以上这些挺水、浮水和沉水植物，既吸收水体中的有机物质，为维持水质和其他动物的生命发挥作用，又点缀了水中的环境。三是水中动物多样性的探索。几乎在所有水系的水体中，都有一些水生动物在生长，有鱼类、底栖动物，除了西郊公园有大量的飞禽外，在别的地方的水面上，也能看到放养的天鹅等禽类。以上这些水生动物从表面上看，还不足以说明与水体的净化有什么联系；但是在野生鱼类和螺蛳等底栖动物较多的水域，水体透明度较高，浊度较低，水质较好。
(4)湿地处理的方法。在世纪公园和大宁绿地，难能可贵地保留和建造了三块湿地。世纪公园一块为原生态的自然河，芦苇、菖蒲和杂草狂长，水草密密层层，看起来有点窒息；另一块称为鸟岛，河流中间有一个树木茂盛、草坪青翠的贴水小岛，空中有飞鸟、水里有鱼儿，看上去水清岸绿。大宁绿地为人工湿地，有点芦苇荡的感觉，水边和水中植物多样，鱼类和螺蛳等底栖动物较多。湿地处理的方法对水体有一定的净化作用，以上三块湿地，除保留的自然河为V类水以外，其余都优于Ⅳ类水质。
(5)促进地表水与浅层地下水交换的方法。建造水绘园的时候，人们有意识地在小水系的底部挖了四口井。无独有偶，延中绿地(静安)瀑布池的底部，也挖了两口井。在封闭水体内挖井，是古代园林建设通过长期实践留下来的宝贵经验，也是苏州园林的独到之处。上面所说的两处，水体面积都不大，特别是延中绿地(静安)只能算微型水景；但是，底部的几口水井的通道功能，对于水体的补充、交换和净化，起到了至关重要的作用。从监测数据中看出，水绘园水体的质量指标，除总氮为Ⅳ类外，其余都在Ⅲ类以上，其中，Ⅲ类4项、Ⅱ类2项、I类5项；延中绿地(静安)水体的质量指标，仅总氮为劣V类，其余Ⅳ类1项、Ⅲ类3 项、Ⅱ类3项、I类4项，在A值排序中分列第六和第七。
三、存在的问题
(1)老的水景观比新的水景观水体质量要差。这次调查的17处水景观水体，其中有5处是五六十年代建成的，应该说能够保持到现在这样的水质，已经很不容易了。但从监测数据看，老水体的8个断面中有2个为V类水、6个为劣于V类水，在A值的排序中差不多列倒数第八位。分析原因，首先是年代较长，面污染源日积月累，水体污染必然严重；其次是过去进入水体的污染源没有截清，造成底污染源的累积释放；再次是水边和水体中没有注意生态的平衡，水体的自净能力脆弱。
(2)大部分人造水景观的水边采用了硬质护岸，削弱了水体的自净能力。除鼎帮郦池花园、二涟泾、水绘园全部为自然、生态型护岸之外，其余水景观的主要水边均建造了硬质结构工程，有石块的，也有钢筋混凝土的。硬质护岸的存在，从景观角度上讲，与周围的树林、草坪等自然风光极不协调，起不到城市乡村化的作用；从生态和治水的角度上看，人为地割断了水、陆生物的联系，水边生物多样性的环境没法形成，水中的生物链建立不起来，水体 的自净能力大大削弱，容易形成一汪真正的“死水”，逼迫人们走上代价高昂的物理、化学和生化的治水之路。硬质护岸对水体自净能力的影响，在此次监测数据的分析中可以略见一斑，市中心区新建设的大型绿地／4值排序依次为延中绿地、世纪公园、大宁绿地、黄兴绿地、太平桥绿地。从中看出，硬质护岸越少的水域，水体就越好，反之，水体就越差。其中最有说服力的是，列排名最后的太平桥绿地，由于四周全部都是硬质护岸，水体的自净能力几乎丧失，虽然本底质和补给水均为洁净的自来水，但目前水质已经变成劣于V类，属开始污染范围。
(3)绿地的雨水收集、排放系统起到了适得其反的作用。调查中，许多管理人员都反映，水景观中的水体，一下雨就发浑而遭到污染。通过实地踏勘发现，不论在住宅小区还是大型绿地，为利用雨水资源，建设的时候都做了完整的雨水收集和排放系统，雨水通过若干个口子流到水景观的水体中，其效果适得其反。据上海市排水部门多年来的监测，前20分钟的初期雨水，其污染物的浓度相当于城市生活污水。
(4)水中生物的多样性远远不够。虽然在水景观水体中人们也种植和放养了一些植物和动物，但是，用水生态的平衡、生物链的连接、水体自净能力的提高等要求来衡量，水景观水体中的生物普遍太少，多样性远远不够。调查中对水景观水体的总体印象是，偌大的水面上和长长的岸边，挺水植物屈指可数，浮水植物寥寥无几，沉水植物(水草)很难看到；而水中鱼类和软体动物个体小、数量少、品种稀，不成气候。由于水中植物和动物多样性没有很好形成，水面缺少生气，很难形成感官上赏心悦目的享受；而更让人担心的是，水体应有的自净能力也因为没有生物链而大大减弱，水质在逐渐恶化。按理说水景观水体的本底质都是洁净的自来水，水体中已经没有了点污染源，水质应该是好的，但是，从监测数据中看到，这些水景观的水体，除少数外，大多数氨氮、总氮、总磷等有机物含量指标都很高，很多在V类和劣于V类以上，这足以说明水体的自净能力太差。
也有个别特例，在公园的湖泊中放养了大量的家养鱼，像精养塘那样喂草、喂食，导致水色浓重、水质恶化，同样破坏了生态的平衡。
四、几点改进的建议
(1)整治和完善老的水景观水系。当前，一是要进行疏浚，清除多年来沉积的底污染源，并尽可能将污泥在附近堆成地形；二是结合疏浚，利用底泥改造地形和改建硬质护岸为坡地草坪或人工湿地；三是创造生物多样性的生长环境；四是有条件的要进行水体的置换。
(2)改造绿地和小区内的雨水收集和排放系统。要充分利用草坪、灌木丛、树林过滤和吸收有机物质的作用，实事求是、因地制宜地改造雨水收集和排放系统，废除一些不必要的管道、阴沟，尽量借用地形、地物，让雨水顺坡漫过灌木丛、树林、草坪进入水体。难以改造的区域，如有条件，要在排放口建造初期雨水收集池，尽可能不要将初期雨水直接排进水体。
(3)改建和完善自然、生态型水边。目前大部分的水景观水体都是硬质护岸，推倒重来是不可能的，也没有这个必要。根据国外的经验，可以在硬质护岸的底脚上，堆起一面斜坡，种上品种多样的水生植物，也可以放上一些鹅卵石，创造一个水边生物多样性的生长环境。为了不减少水体的总量，也就是通常所说的槽蓄量，堆斜坡的泥土，应该从水体的底部取上来，也就是挖深河(湖)底。
(4)努力形成水中生物的多样性。水中生物的多样性与水体自净能力的提高，水质的稳定，有非常密切的关系。目前人造水景观水体的不够理想，重要原因之一，就是水体中缺少生物多样性，生态尚不能平衡，水体的自净能力乏生物链的支撑。形成水中生物的多样性，一是要在规划的前提下，运用多种方法在水中种植品种多样的挺水植物、浮水植物、沉水植物，并注意培植冬天生长的植物，在水面积大的区域可搭建一些浮床和底床，争取在较短的时间内形成多种水中植物群落；二是要尽可能多地放养一些本地的野生鱼类和螺蛳、河蚌、黄蚬之类的软体动物，要在基本封闭的水环境中形成一定的动物种群；三是要挖掘品种的潜力，既要利用本地的品种，也要科学地引进外地的品种，不但要注重净化水体的作用，还要讲究美观、美化的效果。
(5)推动湿地的利用和建设。湿地可以用来实现对污染水体的净化，成为人造水景观中净化水体的一个重要环节。有条件的水域可以在水边、岸边、水中开发、建设和保留一些湿地，以充分发挥湿地中土壤和生物对污染 物与水体的降解和净化作用。已经有湿地的地方，要特别注意湿地水体与大水体的沟通和流动，湿地净化水体的优势，只有在沟通和流动的水体中才能发挥充分的作用。
(6)加大利用地下水的力度。上海浅层地下水丰沛，年平均有7.42亿m3之多，平时与地表水交换频繁，是补充地表水的重要来源。松江水绘园和静安延中绿地水系中挖井利用浅层地下水的做法，简单、实用，可以在今后建设、整治和改造时运用。但是，必须注意两个方面的问题：一是要考虑地下水位的高低，一般要求大部分时间地下水位略高于水体的常水位；二是水井挖好以后要加上网盖，防止发生事故。
(7)积极做好与大水体沟通的准备。随着水环境整治力度的加强，至2005年底，上海全市截污治污率将达到70%以上，主要骨干河道基本消除黑臭，水生态逐步得到恢复，大水体的质量将有大幅度的提高。从长远看，人造水景观水系要尽可能与周围大水体沟通，有条件的要有计划、有步骤地做好沟通准备工作；暂时没有条件的要争取主动，积极做好沟通的规划。融人大循环是水体净化最有效、最经济的途径。
水体水质 第3篇
摘 要 挺水植物的生态功能不仅可以去除水体中大量的污染物，还可以促进污水中营养物质的循环和再利用。基于此，通过对水生植物的概念，水生植物对水体水质净化作用的应用，水生植物对水体水质的净化方面的注意事项进行分析。
关键词 挺水植物；净化水质；修复
中图分类号：S682.32 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2014）10-0-2
国内外对植物净化能力的研究已较为广泛，20世纪70年代，挺水植物因其在水体中的生态功能，在水污染防治中具有的重大应用价值，开始受到人们的关注。在我国，关于挺水植物净化污水的研究起步较晚，直到“七五”期间，才对人工湿地进行机理性的研究，落后发达国家十余年，应用上也相对迟缓，但其发展很快，已有不少案例。1987年，天津市环境保护研究所建成我国第一座芦苇型湿地工程，处理规模为1 400 m? /d，就是一个典型范例[1]。随后，越来越多的学者开始对其进行研究。如鲁敏等选择了7种武汉地区常见的湿地植物（香蒲、美人蕉、灯芯草、芦苇、菖蒲、茭白和黄花鸢尾），对其处理生活污水的效果进行了研究；刘春光[2]等人研究了芦苇、香蒲、菖蒲、睡莲、水葱、梭鱼草等6 种大型水生植物对富营养水体中氮、磷的去除效果；卢少勇[3] 等研究了茭草、芦苇与水葫芦的污染物释放规律。
1 挺水植物的作用
挺水植物的作用过程和机理原理主要分为植物提取、植物固定、根际过滤、植物挥发、植物降解和植物促进[4]。挺水植物对生活污水中氮、磷污染物的作用可分为直接作用和间接作用[5]。直接作用，是指植物通过吸收、吸附和富集等作用直接去除污水中污染物[6]，水生植物不仅能吸收溶解态的污染物，而且也能迅速地吸收悬浮微粒中的污染物，还能在吸收后很快地将这些微粒转入细胞内部[7]，或利用植物巨大的体表吸附部分污染物，并通过收获植物的形式达到标本兼治的效果。植物吸收的氮素主要是铵态氮和硝态氮，也包括一些小分子含氮有机物如尿素和氨基酸等[8]，其中一部分氮素在根部被还原，然后用于各种氨基酸及含氮有机化合物的合成，再以氨基酸或其他有机化合物的形式随蒸腾流被运往地上部，也有一部分以硝酸根离子的形式直接被运送至叶片还原利用[9]。而根系吸收的磷素则主要以磷酸根离子的形式，也有少量被合成有机化合物后向上运往地上部分。间接作用，是指植物根茎输送氧气至根部，在根区或根际形成一种好氧环境，增强或维持水流速度，大量微生物会附着在根系巨大的表面积，根际会创造利于各种微生物生长的微环境促进有机物质的分解和硝化细菌的生长，从而达到去除氮磷污染物的目的。
另外，植物对污水的净化能力除与根系有关还主要与植物的生长量、根系的发达程度、根系的输氧能力等因素有关。挺水植物能输送氧气至根部区域，有利于好氧微生物的呼吸，不同挺水植物根系差别也为细菌提供了多样的生活环境，这也是根区的细菌群落可以降解多种污染物的原因之一 [10，11]。一般来说，植物的生长量较大、根系发达程度较高、根系的输氧能力比较强的话，其对污染物的净化能力也较高。刘春常[12]等人对几种华南地区常见的挺水植物在其不同生长阶段下处理污水的能力进行了研究，结果表明，在植物生长过程中，植物发育程度能反映污水处理效果总体上的变化。
2 挺水植物处理污水和水体工程修中的注意事项
2.1 选择不同挺水植物进行空间优化配置
由于不同湿地植物群落自身的种类、生长状况、营养吸收能力、根系分布、氧气释放量、以及生长量和抗逆性存在差异，使植物与周围环境进行的物质能量交换能力不一样，吸附水体中的营养物质和氮、磷的能力作用不同，对污水的净化效果也有所差异[13]。因此，应用植物对污染水体进行治理应注重不同植物间的空间搭配，使形成的植物群落更好的发挥挺水植物的作用，提高其对污染物的净化能力。
2.2 群落中植物的相互作用研究
污染湖泊治理与生态修复中，加强群落中物种间、群落间相互作用的研究，将是提高治理效果、科学选择植物进行空间配置的理论基础。
2.3 植物净化能力差异的机理
植物净化机理人工湿地是半自然或人造的生境，人为干扰较为频繁。在这种条件下，植物的光合作用、呼吸及其他代谢过程都与纯自然环境有较大的差异。那么其净化能力差异的机理是什么？从湿地植物生理生态、微生物降解，甚至细胞和分子水平等微观尺度探索维持湿地植物正常生长的代谢机制和调控规律，以能通过调控环境因子来创建人工湿地环境，以期能够最大限度地发挥人工湿地的去污能力。
参考文献
[1]华涛，周启星，贾宏宇.人工湿地污水处理工艺设计关键及生态学问题[J].应用生态学报，2004，15（7）：1289-1293.
[2]鲁敏，曾庆福，谭远友.七种湿地植物处理污水的比较研究[J].武汉科技学院学报，2007，20（9）：25-28.
[3]刘春光，王春生，李贺，等.几种大型水生植物对富营养水体中氮和磷的去除效果[J].农业环境科学学报，2006（25）：635-638.
[4]乔玉辉.污染生态学[M].北京：化学工业出版社，2008.
[5]李晓东，孙铁珩，李海波，等.人工湿地除磷研究进展[J].生态学报，2007， 27（3）：1226-1232.
[6]成水平，吴振斌，况琪军.人工湿地植物研究[J]. 湖泊科学， 2002， 14 （2） ： 179～184.
[7]孙铁珩，周启星，李培军.污染生态学[M].北京：科学出版社，2001.
[8]卢少勇，金相灿，余刚.人工湿地的氮去除机理[J].生态学报，2006，26 （8）：2670-2677.
[9]尹炜，李培军，裘巧俊，等.植物吸收在人工湿地去除氮、磷中的贡献[J].生态学杂志，2006，25（2）：218-221.
[10]Bri H. Treatment of waste water in the rhizosphere of wetland plants-the root zone method[J]. Wat.Sci.&Tech.，1987（19）：107-118.
[11]Beven K， Geermann P. Macropores and water flow in soil[J].Wat.Resour Res.1982（18）：1311-1325.
[12]刘春常，安树青，夏汉平，等. 2007. 几种植物在生长过程中对人工湿地污水处理效果的影响. 生态环境， 16（3）： 860-865.
[13]李林锋，年跃刚，蒋高明.人工湿地植物研究进展[J].环境污染与防治， 2006，28（8）：616-619.
住宅小区景观水体水质保持技术 第4篇
关键词：景观水体,水质保持,污染控制
一、景观水体存在的问题及原因
近年来, 随着社会的不断发展和人们生活条件的不断改善, 景观水体逐渐进入了人们的生活。它为小区内的居民提供了舒适的居住环境, 但同时也带来了一系列的问题:水质恶化和由水体富营养化引起的水华现象在景观水体中普遍存在。这不但破坏了景观水体的景观效果, 而且在严重的情况下还会出现水体恶臭现象, 使之成为新的污染源。
产生以上问题的原因主要有以下几点:
1. 住宅小区内的景观水体普遍为静止的封闭水体, 而且受小区面积和环境的限制, 一般水体面积较小, 环境容量有限, 水体自净能力较低。
2.不少小区内的景观水体水源采用的是自来水, 使得景观水体中缺少一个完整的生物链, 因而自净能力较低。虽然有的水景观采用天然河道或湖泊引水, 但由于目前城市水源受到不同程度的污染, 再加上部分生活污水的排入等, 也容易造成景观水体中氮、磷含量偏高, 富营养化程度严重。
3. 外来污染物的进入。大气中的颗粒态和溶解态污染物质, 如尘土、氮磷等随大气降尘落入水体;地表积聚物和土壤中的土粒、化肥农药残留物、营养盐等污染物质经降雨冲刷随径流进人景观水体。
由于这几个方面的原因, 使得目前不少住宅小区内的景观水体水质状况不尽如人意。因此如何保持景观水体的水质, 成了我们需要解决的问题。
二、景观水体水质保持技术
景观水体的水质保持主要是控制水体中COD、BOD5、TN、TP等污染物的含量来保持水体的清澈、洁净。目前常用的方法有物理方法、化学方法、生物方法。
1. 物理方法
物理方法是最早采用的方法。物理方法包括:引水换水、循环过滤、截污、疏浚底泥、增氧曝气和机械除藻等。
引水换水:当景观水体中悬浮物增多, 水体的透明度下降, 水质发浑时, 通过调水的方法, 稀释水中的杂质水浓度和含量。这种方法需要更换大量的水, 因此, 它一般只适用于中小型景观水体, 对于规模较大的水体, 不仅需要有充足的清净水源作保证, 而且经费和动力消耗也很大。
循环过滤:过滤可降低水的浊度, 同时水中的有机物、细菌乃至病毒等也都随浊度的降低而被去除[1]。这种方法如果水体面积大, 必将延长循环过滤的周期, 设备与投资也要相应增加。
截污:无论是人工湖还是自然湖泊, 截污都是湖水水质控制技术的关键。从源头上对于污染源加以控制, 不但能够有利于污水的收集处理, 同时能够减轻对水体生态系统的破坏。
疏浚底泥:定期对景观水体的底泥进行疏浚, 排出长期沉积的污泥。污泥中含有大量的有机质, 底泥中的氮磷等元素的不定期释放会导致水体中的营养物的丰富, 加快水体的富营养化;同时腐败污泥上浮会导致水体浊度增加, 影响水体功能。
增氧曝气:水体曝气充氧是指对水体进行人工曝气复氧以提高水中的溶解氧含量使其保持好氧状态防止水体黑臭现象的发生。曝气还能增加水底的溶解氧, 钝化底泥, 阻止磷的释放。景观水体曝气充氧的方式有瀑布、跌水、喷水等[1]。
机械除藻:该方法利用机械收藻设备 (由收藻船、吸水泵、储存装置、脱水装置、自动清洗过滤器、进出水管路、供电系统及控制系统组成) 收集水面浮藻, 经泵输送到旋转筛过滤器进行初步脱水, 浓缩藻浆入集藻槽内存储, 达到从水体中分离藻的目的。
2. 化学方法
目前用于景观水体水质保持的化学方法有混凝沉淀法、气浮法、投加杀藻剂等。
混凝沉淀法:混凝沉淀法的处理对象是水中的悬浮物和胶体杂质, 可以达到除藻的目的。混凝沉淀法具有投资少、操作和维修方便、效果好等特点, 可用于含大量悬浮物、藻类水的处理, 对受污染的水体可取得较好的净化效果[1]。
气浮法:按照微细气泡产生的方式, 可将气浮净水工艺分为分散空气气浮法、电解凝聚气浮法和溶气气浮法 (真空式气浮法和压力溶气气浮法) 。气浮法除藻, 除藻率一般在70%左右, 是目前国内外采取的一种有效的工艺[1]。
投加杀藻剂:用杀藻剂灭活藻类, 这是最简便的解决方法。目前已合成和筛选出的杀藻剂有松香胺类、三连氮衍生物、有机酸、醛、酮以及季胺化合物等有机物;铜盐 (硫酸铜、氧化铜) 、高锰酸钾、磷的沉淀剂等无机物。目前应用最广泛的是硫酸铜。
化学法虽然可以立竿见影地去除污染物、杀死藻类, 使水质变清, 且成本较低, 但久而久之, 水中污染物不断累积, 易出现耐药的藻类, 化学药剂的效能会逐渐下降, 投药的间隔需逐渐缩短, 而投药量也会越来越大, 常需频繁更换药剂品种, 对环境的二次污染会不断增加。
3. 生物方法
非生物的理化措施治理景观水体有许多成功的范例, 但忽视了水生生态系统中生物之间的相互作用, 虽然效果短期内明显, 但修复过程常常反复, 费用升高, 可以说是治标不治本;而生物方法与当今世界提倡的人与自然和谐发展不谋而合, 也成为当前水环境技术的研究开发的热点。生物方法包括生物技术和生态技术。
(1) 生物技术
生物技术就是利用微生物将自然界中的动、植物的尸体及残骸分解, 将一些有害的污染物质加以吸收和转化, 成为无毒害和毒害较小的物质。
当水质恶化时, 投加适量的微生物 (各类菌种) , 可以加速水中污染物的分解, 起到水质净化的作用, 主要有投菌法和生物激活剂法。两者均是按照仿生学的理论对于自然界恢复能力与自净能力的强化。前者通过投加能有效降解污染物的菌种, 来促进水体净化。后者通过刺激水体中原有的土著微生物群落, 来增强水体的自净能力。
但用微生物处理水质, 必须定期进行微生物的筛选培育、保存、复壮等一系列专业处理, 否则难以保证景观水体长期处于良好的状态之中。
(2) 生态技术
生态技术利用生态学观点, 从生态系统的整体优化出发, 借鉴天然湖泊自净原理, 模拟建造一个正常的生物循环或生态平衡, 提高人工湖的自净容量, 改善水体环境质量, 并建立良好、健康的水生生态系统。目前生态技术主要是构筑正常的生态循环系统, 开发能够应用于人工湖生态循环的技术, 如生态基、人工湿地、人工浮岛等技术。
生态基是一种经过处理的适合微生物生长的“床”, 也就是一种新型生物载体 (填料) 。生态基一旦放置于水中, 立即会吸附水中各种水生生物到其表面, 随着时间的推移生态基表面会附着生长微生物和藻类, 这些微生物和藻类对于富营养化水体起到生物过滤和生物转换的关键作用。附着在生态基上的微生物相非常丰富, 主要由细菌、真菌、藻类、原生动物和后生动物等构成复杂的生态系统。微生物体系通过自身的新陈代谢分解水中的有机物, 生态基上生长的微生物可吸附水体中的富营养成分, 如氮、磷、硫、碳 (N、P、S、C) 等物质, 并将这些富营养成分富集, 通过不同的微生物作用, 转化成为富含蛋白质、氨基酸、维生素、类胡萝卜素等的物质, 这些物质成为水生动物的食物。从而夺取了蓝绿藻生长所需的营养物质, 抑制了蓝绿藻的滋生, 水质逐渐得到改善。生态基法为水生动物提供了栖息地和大量的食物, 可减少饲料的投加量。生态基法操作方便, 成本较低, 维护简单, 无二次污染[2]。
人工湿地是一种由人工建造和监督控制, 与沼泽地类似的处理系统, 它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对废水的净化。成熟的人工湿地系统中的填料表面及植物根系生长着生物相较为丰富的生物膜。废水流经湿地床时, 大量的悬浮固体被填料和植物根系截留, 其它污染物则通过生物膜的生物降解与植物的吸收等作用而被去除。湿地床中植物的光合作用及植物茎、根系对氧的输送和传递, 使根系周围的水环境中依次呈好氧、缺氧及厌氧状态, 即具有有机物、氮磷去除所需的环境。通过对湿地床中填料的定期更换或栽种植物的收割, 而最终使污染物从系统中去除[3]。
人工浮岛是一种水生生态系统, 它是一种象筏子的人工浮体, 在上边栽培一些芦苇之类的水生植物, 漂浮在水面。利用人工浮岛中的水生植物, 吸收水体中氮、磷等营养物质, 吸附、截留 (藻类等) 悬浮物, 浮岛中的水生植物根基网络样的微生态小环境具有典型的活性生物膜功能, 具有很强的净化水质能力, 对多种污染物有很强的吸收、分解、富集能力。人工浮岛与湖泊沿岸种植植物相比, 具有附着生物多、水中直接吸收N、P等特点, 在对植物性浮游生物的抑制、提高水的透视度等方面的效果也较为显著。
此外, 在运用生态技术建造生态循环系统时, 要注意生态系统的合理配置:岸坡植物配置、湖底植物配置、湖面植物配置、适时投放有益微生物、适当放养水生动物等措施结合使用。
三、结论
住宅小区景观水体水质保持是一个系统工程, 必须全盘考虑、因地制宜、合理规划。无论是从污染水体的治理出发, 还是新建一个景观水体, 水体可接近性的关键是优良生境的可持续维持, 核心问题就是构建一个系统化的, 集外源污染控制系统、稳定性内源控制水生态系统、可控的强制外循环系统一体的、协同的、管理完善的综合体系。景观水体水质保持技术在工程实施中需要根据实际情况对其进行选择、优化、组合, 才能获得满意的处理效果。
参考文献
[1]杜文华, 芮旻, 徐斌.城市景观水污染现状及处理技术.环境保护科学, 2006, 32 (2) :11-14.
[2]杨凯, 王向得.生态基法治理住宅小区人工湖的研究.净水技术, 2006, 25 (4) :51-53.
[3]沈耀良, 王宝贞.人工湿地系统的除污机理.江苏环境科技, 1997, 3:1-6.
水体水质 第5篇
本文从养殖水环境系统的模糊性、不确定性出发, 以主导性水产养殖品种为载体, 利用BP神经网络的自身特点[6,7], 充分挖掘水质指标与其影响因子间的非线性关系, 研究养殖水体水质指数变化梯度和分布规律, 建立养殖水体水质预测模型。以池塘养殖水体各项常规水质指标作为样本训练神经网络, 以下一时段水质指数作为网络的期望输出值, 通过对水体等自然因素与养殖生物内在规律的把握, 对水质进行实时预测、分类和仿真, 实现对养殖水质的准确预测和判别。
1 材料与方法
1.1试验池塘和采样仪器
试验数据样本采集自中国水产科学研究院池塘生态工程研究中心1号试验池塘。该池塘长100 m, 宽50 m, 面积约0.5 hm2, 属于标准生态养殖池塘。该池塘放养结构以草鱼为主要养殖品种, 辅以少量的鳊鱼和白鲢鱼混养, 总数量大约在7 700尾左右, 成活率约80%。
水质分析采样仪为美国的YSI—556多参数水质测量仪。
1.3水质预测架构
1.3.1 数据分析
待预测的主要水质指标包括温度、pH、溶解氧 (DO) 、盐度、氧化还原电位 (ORP) 等。其中, 溶解氧可作为评价水体受有机污染及其自净程度的重要指标;ORP值是水溶液氧化还原能力的测量指标。根据水质变化与水生生物生理活动影响程度, 输入参数有: (1) 某历史时间段 (1～8 d) 的水质指标 (包括以上5项参数) 作为训练样本; (2) 该历史时间段后1 d的水质指标作为训练期望样本; (3) 其余时段的水质指标作为网络训练后的测试样本; (4) 当前时间之前 (1～8 d) 的水质指标作为预测输入样本。
1.3.2 水质预测的算法步骤
(1) 根据要素分析法, 通过物理、化学和生物成因的统计分析, 在实验平台基础上, 确定预测对象和影响因子; (2) 对历史样本数据进行预处理, 去除多余的参数和波动较大的样本数据; (3) 神经网络结构学习, 用BP算法对预测系统进行梯度参数优化, 求得预测系统神经网络的控制参数; (4) 利用其余样本对训练的网络模型进行测试, 直至网络达到期望指标为止; (5) 利用训练完毕的网络模型进行水质预测, 得到水质指标预测结果, 并进行判别。
1.4神经网络水质预测模型
目前在池塘和湖泊养殖过程中, 逐渐以水质达到无公害淡水养殖标准为目标, 因此对于水质预测、调控和修复提出了越来越高的要求。常规的水质预测模型[8]因存在许多简化与假定而限制了模型的精度与实用性的提高, 为适应水质指标获取准确实时的迫切要求, 必须引入新方法即神经网络来建立高精度及实用性强的水质预测模型[9]。图1为基于神经网络的养殖水质预测模型。
1.4.1 网络参数设定与初始化
(1) 初始权值和阈值。初始权值对网络的训练时间、收剑性、是否陷入局部极小有直接关系, 影响网络的稳定性和泛化能力。本文采用Matlab工具箱中initff函数来初始化权值和阈值。 (2) 期望误差。期望误差反映了网络实际输出量与目标矢量的逼近程度, 决定网络训练精度、训练时间、隐层单元数, 甚至网络层数。该值过大就不能保证网络实际输出的精度, 太小则必然增加网络训练时间或隐层单元数, 甚至增加网络层数。 (3) 学习速率。学习速率η对学习过程的收敛速度有着显著的影响, 可以根据需要适时调整η, 甚至可以用强学习过程 (η1) 来完成权值的学习。本文采用变化的自适应学习速率, 使网络训练在不同的阶段自动设置不同的学习速率, 以保证系统的稳定性。一般情况下, 倾向于选取较小的学习速率以保证其稳定收敛, 只有在训时间很长的情况下才考虑选用较大的学习速率。学习速率选取一般在0.01～0.20。 (4) 传递函数。不同的传递函数可以反映样本与预测之间的不同对应关系, 由于水质指标监测值是[0, ∞]的非线性随机值, 所选的激活函数必须处处可微, 隐层采用tansig双曲正切函数, 输出层采用pureline函数。
1.4.2 网络训练
初始训练目标误差取为0.000 1, 初始最大训练次数设为2 000, 以历史时间段内的5项水质指标作为训练样本对构建的BP神经网络进行训练, 同时为加快收敛, 考虑将学习样本和输出目标进行归一化处理, 使各样本、各元素和输出目标均在[0, 1]之间, 保证网络对样本具有足够的输入敏感性和良好的拟和性。经过训练后, 可以得到网络参数w1, b1, w2, b2, 应用该神经网络对水质参数及性能预测分析。
1.4.3 网络测试
网络经过训练后, 各层之间的连接权值矩阵和各层阈值矢量被确定, 此网络就是实际应用的神经网络模型。网络测试过程就是用测试样本代替训练样本作为网络输入, 计算网络输出, 研究其输出与测试样本目标的误差, 验证其是否能达到预期目标。经过训练的网络, 只要测试样本的相对误差满足要求, 就可用于预测, 否则需重新建立模型。
2 结果与分析
2.1数据样本
使用试验地点采集的样本数据作为神经网络的训练和测试样本, 采样周期为2009年5月16—25日, 建立神经网络预测模型, 对各项水质信息进行预测和分析 (表1) 。因篇幅所限, 每天仅列举1个采样时间点数据。用前8 d的各项水质指标数据作为训练输入样本, 采样点分别为当天6:00, 12:00和18:00;用第9天的水质参数作为测试样本。
2.2数据样本输入
使用采集的数据样本 (表1) 作为输入和测试样本, 在完成网络训练和测试后, 得到网络各参数值, 包括各层神经元之间的连接权值和各层神经元的阈值。
2.3预测和输出
经过网络训练之后, 对第10天的水质指数进行预测, 结果如图2、3、4、5和表2 (考虑到盐度几乎不变化, 故不做预测) 。
2.4试验结果与分析
2.3.1 水质预测精度
从图2, 3, 4, 5可以看出, 程序运行结果显示网络拟合度良好, BP网络预测结果比较符合实际情况, 表明采用神经网络的预测精度相对于基于常规水质参数模型的方法有大幅度提高。除溶解氧之外, 其它参数平均误差较小, 总体实测值和预测值之间的相对误差保持在合理的范围之内。由于BP网络具有自学习、自组织、自适应能力, 将它用于水质预测较传统的一维水质模拟预测而言, 具有建模简单、模拟计算快捷、实用性强等特点, 可完成许多常规数学模型难以实现的精度。该方法与一般的水质预测模型相比能较全面地反映水产养殖中各种常规水质指标浓度的变化。在系统控制过程中, 通过反复检验后的网络可进行养殖水质的软测量或水质智能虚拟测量, 可较好地避免因水质在线监测传感器[10]的缺陷或时间相对滞后对控制系统带来的不适应。
注:R—实测值;P—预测值;RE—相对误差 (%) 。
2.3.2 水质判别和预警
在获得所需预测时段的水质数据后, 可以通过相应的判别规则对水质进行评价, 按照相关标准对水质进行分级, 以便于水质处理。对低于或超过预警门限值的时段进行及时预警, 通过获得水质的变化趋势, 将相关指令及时传回控制中心, 做出预判, 及时启动各养殖辅助机械设备, 使水质参数保持在一个稳定合理的范围内, 确保养殖生物的正常生存。
3 结语
本文在分析养殖池塘水质监测指标的基础上, 运用神经网络建立了养殖池塘水质预测模型。该模型以试验池塘各项水质指标为网络样本输入, 研究了各预测对象的实时输出。针对研究中所采用的基础数据具有的序列短、变化剧烈等特点, 着重研究了神经网络模型的结构确定问题, 在避免网络出现过拟合现象的基础上, 同时提高了网络泛化能力, 保证足够的拟合精度。
通过网络的训练, 预测平均误差在3%以内, 基本满足环境管理的需要。试验结果表明, 将神经网络水质预测方法融入水质指标和模型中, 预测模型具有学习速度快、学习过程稳定、预测精度较高等特点, 不仅实现了对养殖水体水质的准确实时预测, 而且避免了以往机理性研究对基础数据的过高要求[11], 提高了预测的实用性和自动化程度, 有利于在水产养殖生产中的推广应用, 有利于节约水资源、提高产品的质量、改善水域环境, 使水产养殖保持可持续稳定发展。
影响水质的因素很多[12], 基于人工神经网络的水质预测系统, 可避免模糊综合评价和灰色聚类等方法权值赋值和隶属函数确定中人为因素的影响, 可减少过程中的人为主观因素, 从而综合考虑水质的多种特征参数, 实现水体水质的智能化建模和高效调控, 尽早从发现水质的异常变化做出合适的判别, 并为生产管理决策服务, 为养殖水体规划管理提供了重要的科学依据。因此, 对集约化养殖池塘水质进行从评价、预测到预警的研究极具现实意义。
参考文献
[1]MAIER H R, DANDY G C.Neural network based modeling ofenvironmental variables:a systematic approach[J].Mathemati-cal and Computer Modeling, 2001, 33:669-682.
[2]LEE J HW, HUANG Y, DICKMAN M, et al.Neural networkmodeling of coastal algal Blooms[J].Ecological Modeling, 2003, 159:179-201.
[3]李如忠.水质预测理论模式研究进展与趋势分析[J].合肥工业大学学报:自然科学版, 2006, 29 (1) :26-30.
[4]李莹, 邹经湘, 张新政, 等.河流水质的预测模型研究[J].系统仿真学报, 2001, 13 (2) :139-142.
[5]过仲阳, 陈中原, 李绿芊, 等.人工神经网络技术在水质动态预测中的应用[J].华东师范大学学报:自然科学版, 2001 (3) :84-89.
[6]韩力群.人工神经网络理论、设计及应用[M].北京:化学工业出版社, 2007.
[7]郭劲松, 霍国友, 龙腾锐.BOD-DO藕合人工神经网络水质模拟的研究[J].环境科学学报, 2001, 21 (2) :140-143.
[8]郭宗楼, 申玮.水质预测的因素状态网络模型研究[J].浙江大学学报:农业与生命科学版, 2000, 26 (4) :361-364.
[9]王海云, 冯裕钊, 张晓清, 等.一种基于补偿模糊神经网络的水质预测方法[J].重庆建筑大学学报, 2006, 26 (5) :77-81.
[10]王鹏祥, 苗雷, 张业韡, 等.养殖水质在线监控系统的系统集成技术[J].渔业现代化, 2008, 35 (6) :18-22.
[11]宋宜斌.多层感知器的一种快速网络训练法及其应用[J].控制与决策, 2000, 15 (1) :125-127.
水体水质 第6篇
汤河水库位于辽阳、鞍山、本溪之间, 枢纽建筑物地处辽阳市39公里外的弓长岭区汤河乡境内, 是一座以防洪、工业及城市生活供水为主, 兼顾灌溉、养鱼、发电等综合利用的大Ⅱ型水利枢纽工程。总控制面积1228平方公里。汤河水库按百年一遇洪水设计, 按可能最大降雨校核, 总库容7.23亿立方米, 兴利库容3.70亿立方米, 防洪库容3.74亿立方米。汤河水库分别为鞍钢弓长岭矿山公司、中国石油辽阳石化分公司 (以下简称辽化) 、辽阳自来水公司、鞍山自来水总公司供水, 每年供水量为1.2亿立方米。
2008年9月23日, 辽化动力厂通报汤河水库出库水体有异味, 水厂曝气室内的气味已达到了让人无法忍受的程度。相关人员到库区、引水口、水厂头部巡查, 发现水库输水道出水口处水的颜色泛白, 河底水草表面挂有白色绒毛状物体, 而且水体还带有异味, 辽化取水头部、辽阳自来水取水头部管道内水体也有异味。
多次与环保、水文专家会商, 分析可能引起出库水质异常的诸多因素, 采取相应措施对可能的影响因素逐项进行排查。
经上游污染源调查, 逐渐排除上游企业污染源集中排放因素;大机组停机, 降低出库流量, 验证底泥扰动, 改变出库水体水质异常因素;采取水下摄像观察, 排除人为投放危险物因素;输水洞停水检查, 排除地震、洞内地质变化引起漏水、漏气因素;依据常规水质监测方法, 确定库区内表层水体未见异常, 自来水厂净化水安全合格。但库区内底层水, 主要是距水面20米以下水体水质超标并伴有异味, 初步确定底层水质出现异常。
2 加密水质监测结果
依据《地表水环境质量标准》 (GB 3838—2002) 进行监测及评价。9月23日至11月11日加密水质监测结果表明, 汤河水库表层水水质达到地表水环境质量Ⅱ类标准, 营养状态为中营养。库区底层水 (20米以下) 、输水道出口、辽阳、辽化取水口硫化物、锰超标。10月6日以后水质有所好转, 硫化物浓度下降达到地表水环境质量Ⅱ类标准;锰超标, 但呈下降趋势。
3 污染源调查
本次对汤河上游全流域 (含引兰、引细枢纽以上流域, 以下同) 的乡镇分布、农林牧工等情况进行了全面普查, 并查阅了相关的统计资料, 对汤河上游全流域污染物进行了估算。 普查范围为汤河流域东、西支包括河栏镇、隆昌镇、八会镇、下达河乡、吉洞峪乡等5个乡镇, 引兰入汤工程统计范围为甜水乡, 引细入兰工程统计范围包括本溪下马塘镇、连山关镇、草河口镇。
3.1 面污染源
面污染源的主要产生源为:化肥及农药的残留物、农村生活废水及固体废弃物、分散式饲养禽畜废水, 通过农田回归水和降雨径流携带进入水库, 使水中的氮、磷元素含量增加。面源主要污染物总量分别为化学需氧量1219.5t, 氨氮49.1t, 总氮386.7t, 总磷88.3t。
3.2 点污染源
汤河全流域内有140家企业。其中养殖场3家, 采石场21家, 砖厂4家, 制砂厂10家, 石矿场73家, 化工厂2家, 存储库1处, 风景餐饮区饭店26家。另外, 仍有很多没有登记的个体小矿、饭店无法获得详细资料 (不包括在此次调查统计数据中) 。对11个企业排污口进行水质监测, 结果表明锰全部超标, 超标0.5至3.4倍;硫酸盐最高为1712mg/l, 超标6.8倍。
通过对相关单位的资料调查统计, 汤河上游全流域点源废污水每年产生量616.2万t, 入河量为560.7万t。污染物入河量:化学需氧量372.9t, 氨氮19.1t, 总磷7.3t, 总氮34.2t。 2007年点、面污染源主要污染物入河总量:化学需氧量1592.4t, 氨氮68.2t, 总氮420.9t, 总磷95.6t。
根据1997~2007年的资料分析, 水库上游污染物入河量总体呈上升趋势。
另外2008年库水位升高, 直接淹没的耕地面积约为1120公顷, 导致约8400t的玉米等作物的秸秆直接浸泡在库区水中, 化肥、农药等未被作物吸收的部分全部进入水库的水体当中, 经测算约有化肥156t、农药0.336t。
4 开展水质调度
10月4日按照上级指示进行水质调度实验, 8:40关闭辽阳取水口, 开闸进行输水洞内异常水体排放, 9:50进行输水洞检查, 11:40开始放水, 流量为60m3/s, 13:40加大至120m3/s, 15:40降为15m3/s, 至10月27日结束, 累计放水3200万m3。
在调水过程中, 水质监测跟踪进行, 尤其在流量变化时加密监测频次。监测结果显示, 通过此次水质调度, 取水口附近底层水硫化物超标现象基本消失, 水质明显好转, 达到了预期目的。
5 水质异常成因分析
5.1 污染物累积效应, 引起水体中有机物、重金属含量增加
经分析计算, 点、面污染源产生的主要污染物入库量 (总氮420.9t、总磷95.6t) 大于水库允许负荷量 (总氮320.0t、总磷16.0t) , 污染物累积是造成水体异常的根本原因。同时硫化物、锰超标与流域内的采、选矿活动密切相关;与滨水带以娱乐为宗旨的观光旅游、饭店餐饮排放的生活污水, 垂钓活动的投饵密切相关。
5.2 水库水体循环更新周期加大, 不利于水体水质更新
通过分析, 汤河水库38年 (1970~2007年) 水体平均更新周期为0.5;70年代为0.46;80年代为0.40;90年代为0.49;2000年以来为0.68;最大值为2007年1.05, 进入90年代以来呈现明显增大的趋势。汤河水库入库洪量呈现弱减少过程, 水库发生洪峰流量较大过程减少, 特别是1996年以后, 汤河水库未发生较大洪水过程。综上, 水库水体循环更新周期加大, 洪水过程也不利于水库水体周期性更替。
5.3 局部水体水质异常诱因及机理
汤河水库水深在20米至30米左右, 由于气候、水位等原因, 形成温跃层, 即长期的高温天气使上层的水温高、密度低, 中下层的水温低、密度高, 上下两层水不能进行对流, 无法进行水体交换, 致使底层水体水质越来越差。
温跃层以下底层水及底泥中有机污染物、硫酸盐的增加, 经厌氧细菌反硫化作用将硫酸盐还原为硫化物, 硫化物浓度升高直至超标, 使水体产生异味。
外来的采、选矿污染使底层水及底泥中含有大量的锰、铁等金属离子, 厌氧细菌的反硫化作用过程, 促进沉积物中铁、锰的释放, 形成可溶性铁、锰, 导致水中铁、锰浓度升高, 直至超标。
6 预防措施
汤河水库局部水体水质异常, 通过水质调度以及天气的变化, 水质异常状况有所缓解。通过水库放水解决水质问题是一种应急和治标的措施, 同时水库弃水还影响正常的兴利调度, 降低供水保证率。解决水质异常的根本之策是加强水库汇水流域的水源保护力度, 控制污染物入库量。
6.1 控制污染物的输入
6.1.1 控制库区矿业的生产规模, 改变粗放式的开矿方式, 减少重金属、硫化物等污染物的入库量。加强治理库区内矿山, 避免尾矿水进入库内。限制引起水库水体富营养化的企业, 加强氮、磷的处理。
6.1.2 控制库区面污染源, 推广高新农业生产技术, 提高肥料利用率, 减少化肥、农药的施用量。加强农村废水、固体废弃物的处理。
6.1.3 限制库区旅游, 减少由此而产生的废水、废物的入库量, 避免氮、磷和有机物的积累及水体富营养化的加速。
6.1.4 控制养鱼容量, 优化养鱼品种, 取缔垂钓, 避免有机物的积累。
6.2 对各取水口进行改造, 采用分层取水方式引水, 保证供水安全
6.3 加大水质监测力度
在表层水水质监测基础上, 增加分层水体水质监测, 尤其是沉积物 (底泥) 的监测分析, 使水质监测更科学;在引兰入库口、引细入兰口、东西支河道入库口增设水质监测断面, 使水质监测更全面。
综上, 解决汤河水库水质问题的根本措施是通过制定和实施《汤河水库水源保护管理条例》, 进行饮用水源保护。水源保护范围应包括汤河流域和引兰入汤、引细入汤枢纽以上流域。使水源保护有法可依, 保证汤河水库水质始终保持国家地表水Ⅱ类水质标准, 确保辽阳、鞍山两市人民的饮用水安全。
参考文献
[1]汤河水库水库志, 2009
[2]汤河水库土地志, 1987
水体水质 第7篇
关键词：水质分析,水体下采煤,煤矿“两带”检测
随着我国经济快速发展, 经过几十年的大规模开采, 煤炭资源的进一步开采越来越困难, 无水体、无建筑物影响的煤炭资源逐渐匮乏, “三下” (水体下、铁路下、建筑物下) 开采势在必行。因此, 研究水体下安全开采对我国的煤炭发展具有重要战略意义[1,2,3]。但是, 我国学者对于设防沙或防水煤柱后的试采研究还不太系统。在此方面, 刘晓丽等利用数值模拟对井田水体下开采过程进行了渗流模拟, 并对涌水量进行了预测[4]。张杰等利用相似模拟材料对水体下煤矿的开采进行了渗流实验模拟, 以上学者采用实验模拟为主要手段对水体下试采进行研究, 模拟开采过程中地表水体的变化情况[5], 而实验室与现场实际情况条件相差较大, 因而, 不能准确得出开采后水体能否进入开采工作面, 而利用水质分析并结合水量监测则能够准确把握开采过程中水的实际变化情况, 可对水体下煤炭资源的安全开采提供数据保障。
本文以余吾煤矿为试验矿井, 结合水量监测法和水质分析法对设置了放水煤柱后的工作面进行开采监测, 通过数据对比可明确得出开采过程中水是否能进入到工作面。
1工程概况及监测设备
1.1工程概况
余吾煤业矿井设计生产能力6 Mt/a, 主采的3号煤层平均厚6.15 m。采用综合机械化放顶煤开采, 顶板为复合顶板。在S1202工作面上方有一绛河, 为季节性河流, 其流量为0.37～5.06 m3/s。压煤量约6.3 Mt。根据采后覆岩导水裂隙带发育高度, 设计采用117 m的防水煤柱。具体防水煤柱设计如图1所示。
1.2试验设备
(1) 水质分析。
水质分析采用SQ-SD65型智能多参数水质分析仪, 其具有操作简便、精度高的特点, 且能形成回归拟合曲线, 无须手动制作曲线。
(2) 水量监测。
水量监测采用DMF-1-6-C型井下用流量计, 可直接对流体进行测量, 其精度高, 应用范围广, 操作方便, 运行可靠, 稳定维修率低。
2开采水监测
采用水质分析法和水量监测法研究煤炭开采后地表水是否进入开采工作面。水质分析法是通过测定地表水与工作面顶板水中各离子含量是否相等或相近, 判断地表水是否进入工作面。
2.1水质分析法
S1202工作面自2011年9月进行回采, 2012年6月回采结束 (6月份的数据为1202井上所测) 。每月取水一次, 采取在近绛河下多取的原则, 数据见表1, 离子含量如图2所示。
注:所取水样均无色无味。
在整个回采过程中, 地表水与工作面顶板水中离子含量变化情况见表2。
通过分析上述数据可得, 开采过程中地表水没有渗到工作面, 说明煤炭被采出后, 覆岩导水裂隙带发育高度少于保护煤柱的高度。
2.2水量监测法
利用DMF-6-6-C型井下用流量计对整个回采过程中水量进行监测, 工作面涌水量的变化特征能够间接反映覆岩导水裂隙带发育高度是否进入了弯曲下沉带, 因此得出其涌水量—回采距离直观图如图3所示。
通过观察图3中涌水量的变化情况可以发现, 在回采过程中涌水量变化小, 基本可以确定导水裂隙带发育高度没有进入弯曲下沉带之中, 两者之间没有形成通道。
3结语
(1) 水质连续监测、水量全程监测对整个回采过程起到了良好的安全补充作用, 同时也丰富了水体下煤炭试采的监测研究手段。
(2) 水质连续监测、水量全程监测为水体下试采提供了可靠数据, 工作面的试采成功为今后水体下试采监测提供了现场应用范例。
参考文献
[1]李建森, 李志永.某矿大型水体下采煤导水裂隙带高度分析[J].煤矿安全, 2012, 43 (12) :190-192.
[2]高喜才, 伍永平.特厚煤层富水覆岩采动裂隙动态分布特征模拟研究[J].煤矿安全, 2011, 42 (3) :16-22.
[3]姜敏, 栾元重, 任耀, 等.煤矿水体下安全开采可行性分析[J].煤矿安全, 2012, 43 (10) :188-191.
[4]刘晓丽, 梁冰, 王思敬, 等.水气二相渗流与双重介质变形的流固耦合数学模型[J].水利学报, 2005, 36 (4) :405-412.
水体水质 第8篇
微表层这个概念来自海洋, 是指处于气—液界面之间的薄层, 由于其所处的独特位置, 因而具有特殊的物理、化学和生物特性, 可视为一个特殊的微生态系统[1]。 研究表明:海洋和河口的微表层对重金属、营养盐及有机物等有一定的富集作用[2~5], 对污水治理有着极为重要的作用。目前, 对于水面微表层研究较多的是海洋和河口, 很少有研究内陆河流微表层对水体的影响, 亦未见研究微表层中的漂浮物对内陆富营养水体的影响。 以水面油膜为漂浮物代表, 研究富营养水体微表层漂浮物对水体水质的影响, 通过微表层漂浮物的覆盖—去除, 以及对富营养水体溶解氧、pH值、氮、磷营养盐及有机物的测定, 衡量表面漂浮物 (油膜) 的去除对富营养水体的影响, 为处理富营养水体提供数据支撑。
2材料与方法
2.1实验水样
实验水样取自四川省成都市府河、南河汇合后的下游, 四川大学望江校区东大门正对的锦江河段。实验水体的基本性质见表1。
2.2实验材料
实验中反应器的形状类似矩形, 尺寸为300mm× 100mm×400mm, 在反应器长边的三等分点处分别设置两个隔板, 使反应器下部相通上部隔开, 隔板长350 mm。反应器的材料为无色透明的有机玻璃 (即聚甲基丙烯酸甲酯, 英文缩写为PMMA) , 有机玻璃间的粘合剂为氯仿 (即三氯甲烷) 。图1为反应器的示意图。实验中采用植物油模拟水体表面油膜。实验中所用增温棒为JEBO佳宝鱼缸加热棒, 型号为2010防爆, 电压为220/240V, 频率为50Hz/60Hz, 长度210mm, 功率50 W。
2.3实验方法
向反应器中加入10.5L的实验水样, 每个隔间水量为3.5L, 加热棒放置在中间隔间的下部, 设置温度为32 ℃。
(1) 富营养水体微表层油膜覆盖期, 向实验组 (EG) 和对照组 (CK) 中各加入25.0mL的植物油。每天定时测定水体中心位置水面以下8cm处水样的溶解氧、pH值、电导率。连续观测7d后, 用移液管取水体中心位置水面以下8cm处水样350mL至烧杯用于水质指标的分析, 检测项目和方法见表2。
(2) 富营养水体微表层油膜去除期, 将已经被油膜覆盖7d后的实验组 (EG) 用倾倒法去除其表面的油膜;对照组不作任何处理, 表面仍被油膜覆盖。每天定时测定水体中心位置水面以下8cm处水样的溶解氧、 pH值、电导率。连续观测7d后, 用移液管在水体中心位置水面以下8cm处移取水样350mL至烧杯用于水质指标的分析, 检测项目和方法见表2。
2.4统计分析
试验数据用spss进行分析。
3结果与分析
3.1溶解氧的变化及分析
由图2可以看出:实验组和对照组的溶解氧变化趋势相似, 均为先下降后上升。但用spss分别分析实验组和对照组油膜覆盖期以及油膜去除期实验数据, 在油膜覆盖期, 因Sig. (双侧) 大于0.05, 故对照组和实验组的溶解氧无显著差异;在油膜去除期, 因Sig. (双侧) 小于0.05, 故对照组和实验组的溶解氧有显著差异, 说明富营养水体油膜去除对水体的溶解氧有显著影响, 具体见表3。
在油膜覆盖期, 实验组和对照组的溶解氧都迅速下降, 从6.01 mg/L降到接近0.00 mg/L。在油膜去除期, 实验组和对照组的溶解氧都有所上升, 实验组的上升幅度明显大于对照组。因为实验组在去除表面油膜后, 空气中的氧气可经由微表层进入到水体中, 水体的溶解氧升高。最后对照组溶解氧稳定在0.30mg/L左右, 实验组稳定在1.50mg/L左右, 实验组溶解氧含量明显高于对照组, 主要是因为, 实验组去除表面的油膜后, 水体微表层又会形成一层新的膜, 在一定程度上阻碍大气富氧, 影响水中溶解氧的进一步上升。因此, 想要达到更好的处理效果, 需要对水体微表层进行持续处理, 使微表层处于“运动”状态, 比如:在水面设置推流装置等, 水体水质会得到更好的改善。
3.2电导率、pH值的变化及分析
由图3、图4可以看出:在油膜覆盖—去除过程中, 实验组和对照组的pH值基本没有变化;电导率先小幅下降后上升, 因为在油膜覆盖期, 水体扰动较小, 水中颗粒物质沉淀, 使得电导率下降, 去除油膜后, 水体与外界进行物质交换, 水体扰动增加, 沉积的颗粒物重新漂浮在水中, 使得电导率上升。
3.3氮磷营养盐及有机物的变化与分析
由表4可以看出:相比于对照组, 实验组中的总氮 (TN) 、高锰酸盐指数 (CODMn) 分别减少了32.8%、 16.3%;总磷 (TP) 含量基本不变。
实验水体中总氮的初始浓度为3.48mg/L, 在地表水环境质量标准中为Ⅴ类水。氮的去除主要是靠微生物的硝化与反硝化作用。相比于对照组, 实验组中油膜的覆盖与去除为微生物提供了良好的硝化与反硝化环境。在油膜覆盖期, 实验组和对照组水体的微表层均被油膜覆盖, 水中溶解氧下降至接近0.00mg/L, 微生物进行厌氧反硝化反应, 将水体中的氮转化为氮气从而除去水中的氮, 实验组中总氮由3.48mg/L下降到2.63 mg/L, 下降了24.6%;在油膜去除期, 实验组水体微表层的油膜被除去, 水体微表层稳态被破坏, 但后续实验中观察到微表层重新出现新的油膜, 因此, 要想达到更好的处理效果, 可对微表层进行持续处理, 比如:在水面设置推流装置等。
实验水体中总磷的初始浓度为0.20mg/L, 含量并不高, 因此, 整个实验中, 实验组和对照组的变化基本相同, 当水体微表层被油膜覆盖时, 水体扰动较小, 使得磷酸盐易结合其他颗粒而沉积, 水中颗粒物减少, 电导率小幅下降, 总磷含量由0.20mg/L下降到0.06mg/L。 在油膜去除期, 总磷含量变化不大, 主要是因为前期总磷含量较低, 由0.06mg/L下降到0.04mg/L, 变化在误差范围内, 可忽略不计。
实验水体中CODMn的初始浓度为7.92mg/L, 在地表水环境质量标准中为 Ⅳ 类水。在经过油膜覆盖—去除过程之后, 实验组中CODMn的浓度由7.92 mg/L下降至3.58mg/L, 下降了54.8%, 相较于对照组, 实际去除率为16.3%。主要是因为微表层油膜的覆盖—去除过程相当于厌氧-好氧过程, 为水中微生物提供了良好的生存环境, 充分利用水体的自净能力, 达到降低COD的效果。
注:实验组实际去除率= (C3-C4) /C0×100%
4结论
水体微表层漂浮物的覆盖—去除过程对水体溶解氧的影响最大, 会使溶解氧先下降后上升, 对水体总氮 (TN) 和高锰酸盐指数 (CODMn) 的实际去除率较高, 分别达到32.8%、16.3%。因此, 利用微表层漂浮物的覆盖—去除过程处理富营养水体可达到良好的处理效果, 在最大程度上营造良好的水体处理环境, 充分利用水体的自净能力, 得到治理富营养化水体的目的。
参考文献
[1]蒋江峦.广东三种代表性水体微表层富集作用的比较研究[D].广州:暨南大学, 2011.
[2]吴兴让.珠江广州段水体微表层与次表层中多环芳烃和重金属分布规律的研究[D].广州:暨南大学, 2010.
[3]王朝晖, 杨宇峰, 宋淑华, 等.大亚湾海域营养盐的季节变化及微表层对营养盐的富集作用[J].环境科学学报, 2011, 31 (2) :307~315.
[4]彭云辉, 王肇鼎, 潘明祥, 等.大亚湾海区微表层、次表层BOD和COD的研究[J].海洋湖沼通报, 2000 (4) :13~19.