沈阳蒲河城市段水质变化研究.docx

1、沈阳蒲河城市段水质变化研究毕业设计（论文）课 题 名 称 ： 沈阳蒲河城市段水质变化研究 学 院 ： 环境学院 专 业 ： 环境工程 姓 名 ： 袁馨 学 号 ： D1444217 指 导 教 师 ： 陈红亮 二零一八年 五月 二十四日引言水是生命存在的源头，是万物生长的关键要素，水环境如果遭受到污染，将会严重影响到人类及其他生物的生存质量与生活环境。近年来就水污染控制的相关问题，备受关注，据有关报道显示，水污染控制发展出来的技术有物理法、化学法与生物法等方法。导致水体污染的关键是近、现代工农业发展，水污染种类有许多，包括大部分有机污染物、重金属污染物以及具有会对人、其他生物或环境带来潜在伤害

2、的有机物等。水污染控制是近几十年来科学家们一直关注的一个课题。这也是他们想解决的问题，但不能完全解决。水污染控制现在正在开发和利用的科技向更倾向于往环保、健康以及利民的方向发展。现将相关研究文献综述如下。1.资料综述1.1水资源现状水资源是无法取代的主要资源。世间万物均来源于水,与人类生存和发展的环境休戚与共。目前,世界环境污染日趋严重,环境保护问题越来越受到人们的关注。水污染引发的公共危机越来越大。目前,世界上污染程度不同的河流数量已达40%,呈上升趋势。水环境状况不容乐观,制造污染的速度远远高于控制污染的速度是普遍存在的问题,要从源头上处理水环境向坏的方面发展,克服污染的阻力太重导致水环境

3、不能完全承担,影响水的整体效用。关于环保，其中对水的保护是不可或缺的。缺水问题使水危机加重,可持续发展被限制,损害人们的愉悦心态、生产生活。是当今世界的重要环境问题之一。中国是一个资源大国,水资源十分丰富。它的总体积是3立方米。排名世界第六。但从平均水资源占有量的角度发现,我国的平均水资源占有量是比较贫乏的,平均拥有水资源少于2400立方米,为世界平均水量的1/41。目前,我国的水质问题更加突出,水资源的污染会带来比较严重的后果。污染地区经常受到环境的污染。对生态环境的破坏也十分严重。导致大量水生生物死亡,不仅人的生存受到威胁,周围的植物无法生存。水体污染造成水质恶化,继而严重影响饮用水源,水

4、不能利用,部分地区不得不开辟新水源,水质缺水,缺水地区更难厄运。加重了缺水问题。对河道水污染防治来说,水体水质评价是十分必要的。因此,本文对沈阳蒲河城市段水质变化展开研究,对其水质进行科学准确的评价,为河流水质污染控制提供了科学的理论依据,具有十分重要的现实意义。1.2研究区概况辽宁省内有辽河、浑河、蒲河等重点河流近30条,属辽河、浑河两大水体,总量约为33亿立方米,其中陆地水约为11亿立方米,地下水约为21亿立方米。前些年,沈阳蒲河河道大量排污,在有关环境保护期刊中了解到,氨氮和COD的指标很高。除天然原因,如北方地区河流自净能力相对薄弱外,还有一个重要因素,沿河工业的排污量大。沈阳化工等重

5、污染行业多,河流污染整治的压力极大。截止去年,沈阳建成和逐步建成的污水处理厂,已达15座。今年,还将建成并运行60万吨南区污水处理厂,推进辽中等郊区的污水处理厂,每天处理量在150万吨以上,废水处理率超过75%。辽宁省陆地河道以辽河、浑河两大水体为主,其水质状况的优劣,不仅影响着城市生态环境,同时还会对河流下游居民区的用水情况有着重要影响。因此,调查研究该市河流水质污染状况进行开展,是十分有必要的,为水污染控制和治理提供科学参考。1.3河流健康评价河流健康评价在十九世纪末在欧洲进行了一些污染河流的评价。评价准则为BOD、COD、大肠菌群和总菌数。这些简单的卫生学标准。进入20世纪以后,人们开始

6、广泛的重视起化学元素对河流的影响,但仍很少有人将化学和生物元素同时结合。20世纪80年代初期,污水控制的重点由维持河流更改为生态系统的修复2。由于河流健康的危害,水质评价只是河流整体健康的一部分。包括淡水体系弱化方面,起重要作用的一些因素,如河沿岸植被破坏、有毒有害物质扩散、河水状况变化、河内淤泥沉积、其他生物的侵犯等对其生态环境破坏的重要因素。与此同时,对河流健康的评价也开始转变为对河流生态健康的评价,尤其是美国、澳大利亚和英国在这一领域的研究成果相对突出3。1989年,美国环保局(USEPA)提出了对生物生存和发展快速监管检测的协议(RBPS)。为全国水环境控制体系,提供最基本的水生生物数

7、据,于1999年提出了用鱼类、藻类以及大型无脊椎动物,作为河流健康评价的指标,并且制定了相应的评价标准。澳大利亚于1992年开始执行国家河流健康方案,将河流地貌种类(GRS)、河流状况监测(SRS)等多种评价形式进行结合并应用,水流状态数据(ISC)总共22项,并利用该系统对澳大利亚几个河流进行综合评价。1990至1999年间,英国创建的水环境污染评估体系(SERCON)。目的是研究水生生物的生存环境和状态,以及河流本身的自然保护。同时,河流栖息地调查(RHS)方法在这一阶段也逐步形成。国外河流健康评价标准的主要研究方向是河流本身的生态健康状态,评估河流的水质健康状况,以局部生物标准和栖息地特

8、性标准来进行4。近年来,中国已经开始重视河流的健康。从中国三条河流的角度,对河流进行了研究和管理实践,取得了一定的成果,尤其是在水质评价研究和指标体系构建方面取得了一定的成果。赵彦伟等5构建了黄河健康评价指标体系,运用从流量、物理性质、化学成分、水生生物与河流沿岸5个方面的知识,包含21项指标,通过了有关黄河河流的政治计划。王龙等6运用定量指标,包括河岸的稳定性和河床等19个的稳定性,以及水质指标、水系统的连通性、河岸的生境和稀有水生动物的生存,并提出了相应的定量方法。相应指标。通过主成分分析法和聚类分析法,构建了适用于长江的评价对象相关系统。林木隆等7通过对珠江河流进行河流评价的就地监测,构

9、建了健康状况评价指标体系,包括水质状况、河流状态组成和河流水体生物量5个方面。有20个指标。在现场监测评价过程中,采用了一致性评价体系。对河流健康评价范畴的推进具有决定性作用。因此,评价国内河流健康指标,以河流原本的生态健康状况为主,其次是河流对生物生存的积极作用两个层次,研究区多在江河流域,在评价指标的选择上,还没有完善的方法体系,有待国内学者进一步研究。1.4水质变化研究方法河流水质评价指标体系，是河流健康评价的必要条件，需要充分探究目前应用的评价形式、评价法则以及研究范围的经济、地理、历史等多角度因素来确定评价标准。同时，需要着重强调的标准是以河流管理为基础目标的。完备的指标体系是决定评

10、价实践价值的关键。近半个世纪的研究表明，环境质量评价中的水质评价是一个快速发展的领域。现有的评价方法主要有：1.4.1单因子指数法首先确定水质评价标准，比较评价标准和评价因子的测量值。判断是否满足，进而确定各评价标准，以及其水质种类。以最劣的种类，作为水质综合评价结果。单因子指数法是目前应用最为广泛的水质评价方法，它可以确定水体中的主要污染。中国水质监测公报用于评价水体8。张航等9采用单因素指数法对重庆河流的溶解氧和高锰酸钾指数进行了分析。生化需氧量，氨氮的转化状况。朱灵峰等10在研究海浪河流域的水质评价时，认为其大部分断面属于中度污染。1.4.2污染指数法污染指数法反映了水体中污染物的综合污

11、染程度。通过不同的学科运算，算出其污染程度，并根据污染程度对水体进行分类。划分指标有不同的方法，指数法的形式也不同。污染指数法包括简单叠加指数法、污染指数法、综合指数法、综合污染指数法和指数聚类法。内梅罗污染指数法，是目前应用较多的一种指数法。马懿等11在釜溪河5处河流断面，进行的水质评价。徐彬等人12选择河水水质污染指数法，对太湖市近几年的水质进行评价。研究结果认为内梅罗污染指数法具有较好的实用性。同时，由于存在着如未研究权重因素等缺点，内梅罗污染指数法，被其他专家改进及应用。如马成有等人13发现并改进传统污染指数法的不足之处。综合指数法中对水质进行评价过程的一个重要研究内容，结合权重的评价

12、模型有着充分反映水体中不同组分对水质影响的差异的优点。内梅罗指数法增加了权重因素的考虑，常用于当前国内外的综合污染指数计算。内梅罗指数法能突出污染指数最大的污染物与其对环境质量的影响和作用14。内梅罗综合污染指数计算如下：式中：P水环境质量综合污染指数； Ci地表水各种污染物测试浓度(mg/ L)； C0i地表水中各种污染物最高允许值； K污染因子个数。1.4.3模糊评价方法1965年,美国学者扎迪赫15首先提出了模糊数学。模糊数学是一种处理模糊现象的研究方法，使许多学科都采用这种方法。都取得很大的成就，也成为水质评价的常用方法16。引入模糊数学的概念，利用模糊数学的观点和形式，进行监测。模糊

13、评价方法是基于水质监测的相应测量值和评价标准，通过一系列模糊变换给出一种通用的评价方法。在水质评价的过程中，优先找出对水质影响的主要因素，根据归于这一方面的程度，最终确定污染程度。模糊聚类法、模糊综合评价法、模糊识别指数法和标准差权模糊评价法都是模糊数学在评价水的理化性质中的重要组成部分。由于影响水环境本身的诸多不确定性因素，水质本身、分类标准和污染程度的边界是模糊的，因此模糊数学可广泛应用于水质综合评价。孙宝权等17将模糊评价法的原理明确阐述，进行水质的综合评价，选取单因子指数法和模糊评价法的分析对比，结果发现，模糊评价法使水质评价的结果较为科学，根据模糊集结论和技巧，深入到影响水质的各种污

14、染因素。在水库水质评价中,翟坤18通过引入模糊数学理论和矩阵分析方法，形成了模糊综合评价模型。结果表明，模糊评价方法与其它评价方法的结果相似，因此模糊评价也可用于水库水质评价。1.4.4人工神经网格评价法1980年以来，人工神经网络(Artificial Neural Network,即ANN)已经最受欢迎的智能研讨范围 19。人工神经网络在判断和分类事物时，通过模拟人类思维的方式，不必事先建立一定的模式，从而可以明确地判断。在水体综合评价过程时，人工神经网络，将不受形式束缚,使评价效果更为理性20。在水质综合评价中，人工神经网络评价法在BP(Backpro Pagation)网络(即反向传播

15、模型)中的应用较为广泛，并且最具代表性。李雪等21在激海湾近岸海域水体水质的综合评价中，建立BP人工神经网络评价模型。研究结果表明，该评价在设计上是合理的，具有较好的中立性和可行性。李占东等人22对2002-2021年珠江口的水质进行了评价，并利用训练后的海水质量对BP人工神经网络模型进行了评价。研究结果表明，BP人工神经网络模型也具有较好的泛化能力，能够准确地评价未知海水样本的水质。1.4.5主成分分析法主成分分析(PCA)是一种多元统计分析方法，对同一系统中的多维因素进行定量研究。在变量研究中，变量种类多，变量之间有着密切的联系，导致推算的数据有所雷同23。主成分分析法，目的是得到的少数几

16、个综合指标，是由原来的多个变量转化而来，并釆取降维的方法，之前的各种变量的信息量通过这些综合指标来反映出，同时它们之间是没有任何关联的，进而可以达到简化的目标24。近些年以来，学者们通常使用的是多元统计分析方法，环境质量综合评价方面来讲，也将主成分分析法这种新型的评价方法广泛利用25。周光峰等26对主成分分析作了简要的阐述。并简要的分析了主成分分析法的缺点。方红伟等27采用主成分分析法对淮河安徽段十一个断面的水质进行了评价，选取了八个指标。结果表明，主成分分析法适用于多指标，评价指标间相关性较大的水质。1.5水质变化趋势研究早在19世纪30年代，前苏联就开始探讨水环境的组成。截至十九世纪底，江

17、河水质监测工作正式启动。欧洲的水由于多种原因被污染。开始时水质监测项目仅为DO和pH值，但随着社会的瞬息万变和被污染的水资源，水质监测项目28才逐渐完善。截止目前，欧美国家已经补充了数百个水质监测条例。与此同时，全球水污染类型也开始发生变化29。十九世纪下旬，河水污染类型比较简单，主要有有机污染和粪便污染两种。直到上个世纪的前十年,金属和盐的污染才逐渐显现出来。4050年,富营养化的污染开始发生。60年代，欧洲和美国酸性岩地区和非碳酸盐地区有毒有机物的污染问题日益严重，此时出现了严重的水质硬化问题30。刘琰等人31通过水文年鉴，将扬子江和黄河从半个世纪前到现如今，对所有地点的水进行采样监测，对

18、比结果时总结出。在这一时期，各水体的主要成分是随着时间的改变而改变的。以扬子江水质酸化趋势和黄河水质为例，对水质变化趋势的来源和理论进行了分析和讨论。导致其中上游水质酸化，原因是该地区燃煤量不断增长的过程中，排放的硫所引起的严重酸沉降，随着农田的不断扩大，氮肥被氧化成酸，降水酸度增加，碳酸盐岩矿物在该盆地石灰岩和砂页岩中的溶解，增加了河流中SO42-和Ca2+的含量。碱度下降，甚至pH下降。黄河中游水质的变化趋势是：6080年，黄河中游共有36个监测支流15年多的监测站，其中26个站(72%)有一个趋势。水质各离子浓度增加。而离子间的比例变化极小。黄河中游水质的浓化，其一是与自然径流量的缩减有

19、关，其二是与区域农田增长用水量有关，灌溉水在田间蒸发浓缩，加剧对土壤的淋洗，导致农田回水，进而导致河水离子浓度升高32。综上所述，虽然国内外对水质预测和评价的研究已经取得了一定的成果，但在时间、规模、范围、评价指标和方法等方面的限制，现有的研究还远远不够。未来需要改进和深化33。材料与方法1.实验材料与监测指标1.1实验仪器与药品实验仪器:烘箱。分析天平。干燥器。孔径为0.45m滤膜。直径为4560mm。玻璃漏斗。真空泵。无齿扁平嘴镊。回流装置：全玻璃回流装置，250ml锥形瓶。加热装置：变电阻炉。50ml酸滴定管。医用手持式蒸汽灭菌器。50ml (磨口)刻度管。25ml玻璃磨口比色管。紫外分

20、光光度计。实验药物:(1)蒸馏水。(2)重铬酸钾的标准溶液。(3)试亚铁灵指示剂。(4)硫酸亚铁铵的标准溶液。(5)硫酸-硫酸银溶液。(6)硫酸汞:结晶或粉末。(7)硫酸(H2SO4)：RHO=1.84g/m。(8)硝酸(HNO3)：RHO=1.4g/m。(9)高氯酸(HCIO4)：优良级纯，RHO=1.68g/m。(10)硫酸(H2SO4)：11。(11)硫酸，约1mol/L。(12)氢氧化钠(NaOH)，1mol/L。(13)氢氧化钠(NaOH)，6mol/L。(14)过硫酸钾，50g/L。(15)抗坏血酸，100g/L。(16)钼酸盐溶液。(17)浊度-色度补偿液。(18)磷标准储备溶液

21、。(19)磷标准使用溶液。(20)酚酞。(21)无氨水。(22)20%氢氧化钠溶液。(23)碱性过硫酸钾溶液。(24)盐酸。(25)硝酸钾的标准溶液。1.2 实验监测指标实验监测指标选择如下：悬浮固体(SS)、化学需氧量(CODcr)、总氮(NH3-N)和总磷(T-P)。共4个监测指标。分析方法见表1。表1主要监测指标的测定方法序号项目分析方法最低检出限（mgL-1）方法来源1悬浮固体滤膜过滤法0.5SY/T5329-942化学需氧量重铬酸盐法10GB11914-893氨氮纳氏试剂比色法0.025HJ535-20094总磷钼锑抗分光光度法0.01GB11893-891.3实验设计与方案实验一：

22、SS的测定(1)采样及储存方法采样：首先用已收集的水样冲洗聚乙烯瓶，不少于两次。再收集750ml代表性的水样，塞紧瓶盖。样品储存：尽快分析测定。(2)测定步骤薄膜制备：干燥、冷却、称重。固定薄膜，漏斗，将其浸湿并连续过滤。测定：样品100ml，完全搅拌，过滤，薄膜完全浸湿，冲洗，继续过滤余下的水。取出带有其他杂质的薄膜，放置在称重瓶中，放入烘箱中。干燥1h后，将其转移到干燥器中，冷却并称重。反复干燥、冷却、称重。计算:式中:V试样体积(ml)。A悬浮物+滤膜+称量瓶重量(g)。B滤膜+称量瓶重量(g)。实验二：化学需氧量的测定(1)实验方法重铬酸钾法，重铬酸钾的标准溶液遇到强酸性介质，可氧化水

23、样中的还原性物质，重铬酸钾过多，亚铁灵试剂作为指示剂，并用硫酸亚铁铵溶液进行定量分析。根据硫酸亚铁铵的用量，得到样品中氧的数量和损耗的量。图1 COD滴定（水）图2 COD回流（水）(2)干扰与消除重铬酸盐还容易将水样中的成分氧化,与硫酸银生成沉淀，影响实验数据。因此，在回流前加入硫酸汞，形成络合物。(3)实验步骤1将稀释完全的试样和重铬酸钾标准溶液加入回流锥形瓶，并加防爆沸珠，将回流冷凝管相连，然后倒入硫酸银溶液，保证其充分混合，回流。冷却至室温。2再次冷却后。加入3滴试亚铁灵，以硫酸亚铁铵标准溶液，进行滴定。直至呈棕红色，即滴定终点。并记录其刻度。3同时，用20.00ml蒸馏水，作为对照实

24、验组。记录其刻度。(4)实验计算公式:C硫酸铵标准溶液浓度(mol/L)V0空白组(ML)。V1滴定水样的用量(ML)。V水样的体积(ml);8氧(1/2O)摩尔质量(g/mol)。实验三：总磷的测定(1)实验方法在样品呈中性时，使用过硫酸钾对样品进行消解，被氧化成正磷酸盐。当样品呈酸性时，正磷酸盐与钼酸铵反应，生成钼酸杂多酸。被抗坏血酸还原，形成磷钼蓝。(2)采样和样品取500毫升水样，不加任何试剂，存放在寒冷的地方。在校准管中加入25ml的样品，摇匀，得到溶解的样品和带有悬浮物的样品。(3)步骤(a)测定()消解1.过硫酸钾消解：加4ml过硫酸钾在样品中，进行封闭处理，置在大烧杯中，置在饱

25、和压力蒸汽消毒设备中，加热至1.1kg/cm，对应的温度为120度，维持半小时，停止加热。观察压力表直到零，并将其移到室温。然后用水稀释到标记线。2.硝酸-高氯酸消化：取样品和少量的防爆沸珠加入锥形瓶，再依次加入硝酸溶液和硫酸溶液。加热。吸收。冷却。再加入高氯酸溶液，观察到白色烟。此时，可以调节电加热板的温度。消化液回流到锥形瓶内壁，最后留下34ML。冷却。加入1滴酚酞溶液。滴加氢氧化钠，观察溶液微微变红，继续滴加硫酸溶液。移至刻度管，稀释到标记线。()发色加入1L抗坏血酸溶液，分别加入消化液均匀混合。半分钟后，加入2毫升钼酸盐溶液并均匀搅拌。()分光光度法使用玻璃磨口比色管，常温静置一刻钟，

26、用水作对照，得出结果。再减去对照组的吸光度。查找工作曲线，得出磷的含量。()工作曲线的绘制取若干根刻度管，依次加入0.05、0.50、1.00、3.00、5.00、10.0、15.0ML磷酸盐标准溶液。复测。减去对照组的吸光度，按对应的磷的含量，形成工作曲线。(b)空白试样按照以上步骤的规则，空白组用水处理，加入相同体积的试剂。(4)实验计算总磷的含量以C(mg/L)表示,按下式计算:式中:m测得的含磷量,g；V测定的试样体积,ml。实验四：总氮的测定(1)实验方法：实验方法是根据过氧化，将有机N和无机N化合物转化为硝酸盐，利用紫外分光光度法，完成实验。当水温达到60摄氏度时，分解为O和H+。

27、当样品为碱性时，其温度约为122，过硫酸钾作为氧化剂将氨氮转化为硝酸盐。同时，样品中的有机氮化合物也可被氧化成硝酸盐。最后，采用紫外分光光度法，测定该波长的吸光度，并根据公式算出吸光度值，计算总氮含量。(2)干扰与消除对于Cr6+和Fe3+，可通过12ML的盐酸羟胺溶液除去，消除其对测定的影响。对于I和Br。测定硝酸盐氮时，与总氮相比。0.25倍I时无影响，3.5倍Br时无影响。对于碳酸盐和碳酸氢盐，可加入适量的盐酸消除。硫酸盐和氯化物对测定无影响。(3)步骤()校准曲线的绘制1取0、0.50、1.00、2.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00毫升硝酸钾标准溶液。2依次加入

28、碱性过硫酸钾溶液。封闭处理，防止飞溅。3将试样在水蒸气中加热0.5小时。4放冷，打开装置释放空气，拿出比色管，在常温下放冷。5加入1ml盐酸中，停止稀释至25mL。6利用紫外分光光度计，通过无氨水的比较确定吸光度。得到正确的吸光度并绘制标定曲线。()测量步骤取适量水样。按以上曲线的绘制步骤至再次测定。确定吸光度，找出相应的总氮，然后计算总氮含量公式:M氮含量从校准曲线中找到。V所取的水样体积(ml)。(4)注意事项对照吸光度比值，大于20%时，请慎重选择。具塞比色管的密封性很强。使用时要完全放冷，以免发生事故。玻璃器皿应用10%盐酸清洗，并用蒸馏水洗涤。必须再用无氨水浸洗。当水样出现沉淀时，可

29、吸取其上清液，进行测定。2.结果与分析2.1监测断面的选择沈阳蒲河是沈阳环城水系的一条人工河流。全长53.5km。根据实际情况，选择了3个监测断面，进行水样取样。分别是蒲河南桥、道义桥、虎石台排水渠。采样地点如下图35所示。图3蒲河南桥图4道义桥图5虎石台排水渠2.2 实验结果目前，蒲河水系统存在的主要问题是水污染控制工程的滞后性、城市废水缺乏管制、河流源头和工业废水的限度宽泛，缺乏稳定的补给水和生态流量等。主要工业来源、生活用水、城市非点源污染和农村生活来源是主要问题。不达标排放是最重要的污染因素。水质监测如表2所示。表2 2021年3月(枯水期)监测数据(mg/L)监测断面SSCODTPT

30、N黑臭情况蒲河南桥74750.544.55无恶臭道义桥631390.4211.62无恶臭虎石台排水渠831280.3317.8无恶臭河段平均73.31140.4311.2无恶臭表3 2021年5月(丰水期)监测数据(mg/L)监测断面SSCODTPTN黑臭情况蒲河南桥68720.464.22无恶臭道义桥531360.3811.3无恶臭虎石台排水渠751250.2917.5无恶臭河段平均65.31110.3811无恶臭2.3水质综合评价(1) 评价方法的选取综合现实情况以及各种水质评价方法，选用单因子评价、内梅罗指数法，按照地表水环境质量标准（GB3838-2002）（见表格4）对水质进行综合评价。表格 4 地表水环境质量标准（GB3838-2002）（mg/L）分级CODTPTN类150.020.2类150.10.5类200.21类300.31.5类400.42(2) 单因子评价式中：Ci第i种污染物实测浓度（mg/L）；C0i第i种污染物类水质标准（mg/L）。对2021年3月（枯水期）蒲河监测数据（表格5）及2021年5月（丰水期） 蒲河监测数据（表格4）进行单项指数评价，结果如表格5所示：表格5 监测断面水质单项指数时