分层型水源水库水质变化特征与水质原位改善技术研究

摘要

随着中国城市化进程的加速，水资源保护和经济发展的矛盾日益突出。水库等地表水体作为主要的饮用水水源受到越来越多的重视。但是日益突出的水源水质恶化、富营养化问题严重影响到城市供水的水质安全，也大大提高了水处理成本。因此，城市水源水质的演化规律与改善技术研究成为重要的研究课题。
　　本论文采用水库现场监测和实验室分析结合的方法，以周村水库为研究对象，对其水质污染特征、水体分层规律以及沉积物释放规律进行分析研究；针对周村水库的特点，对原有扬水曝气器进行技术改进，并完成周村水库水质原位改善示范工程的建设，取得了良好的水质改善效果。
　　研究发现周村水库水质污染呈现季节性特征。每年的5月中旬至10月份，水库水体形成稳定的温度分层。水库水质变化规律与季节性水体分层之间具有密切的耦联关系。相关性分析表明，水中氮、磷、锰、硫化物浓度的变化受水体分层的影响显著，水体分层所导致的等温层厌氧，是造成周村水库水质问题的重要因素之一。在7-8月份分层最稳定时期，水库藻类大量爆发、底层水体存在高氮磷、Mn/Fe以及嗅味污染问题。对污染源的解析显示：水库表层水体硝酸盐氮、总磷，以上游入库径流输入为主；而下层水体的氨氮、总磷、锰以及硫化物（致嗅物质）主要来自沉积物内源污染物的释放。
　　应用水体多相界面原位反应器对沉积物污染物的释放特性进行研究，研究发现：水库底部沉积物能在短时间内消耗上覆水体的溶解氧，在水库等温层形成厌氧环境，沉积物耗氧速率高达16.14-20.14mg/(m2·h）。水库等温层的厌氧环境是氨氮、总磷、锰以及硫化物在上覆水中积累的必要条件，而提高水体溶解氧则可以有效抑制沉积物污染物的释放。根据沉积物污染物的释放特性，确定在周村水库水质原位改善示范工程中采用以混合充氧为核心的扬水曝气技术。
　　水库水质原位改善的扬水曝气技术已经在国内多个水库取得了较好的应用效果。在本研究中，对扬水曝气器进行三个方面的技术改进：第一，以微孔曝气管替代原有的穿孔管，以减小气泡的尺寸，增大气泡与水的接触面积；第二，对扬水曝气器释放的气弹进行切割，使气体与中上层水体充分接触；第三，延长扬水曝气设备底层回流室高度，以增加了压缩空气与厌氧水体的接触时间。
　　将改造后的新型扬水曝气器应用于周村水库水质原位改善系统示范工程。通过对新型扬水曝气器水质原位改善过程的分析，验证和完善了扬水曝气全库混合充氧作用机理。在应用效果方面，周村水库水质原位改善系统示范工程运行30天后彻底逆转了底部水体的厌氧环境，显著抑制了沉积物中污染物的释放，水中主要污染物大幅削减，水质改善效果显著。

目录

声明

1绪论

1.1课题研究背景

1.2国内外研究现状

1.3论文研究内容与技术路线

2 周村水库概况及水环境现状

2.1周村水库概况

2.2 周村水库水环境现状

2.3 本章小结

3 周村水库水体热分层及对水质影响

3.1 材料与方法

3.2 水体分层及其稳定性

3.3 水体分层对水质的影响

3.4 分层破坏期混合规律

3.5 IC-i指数及相关性分析

3.5 本章小结

4沉积物污染物原位释放及其对水质的影响

4.1 材料与方法

4.2结果与讨论

4.3 本章小结

5 扬水曝气技术改进与水质原位改善效果

5.1扬水曝气技术改进

5.2扬水曝气水质原位改善示范工程建设

5.3 扬水曝气器水质改善效果

5.4 扬水曝气水质原位改善技术原理——水库水体全循环作用

5.5扬水曝气水质改善技术应用效果的分析对比

5.6 本章小结

6 结论与建议

6.1 本文主要创新点

6.2 本文主要研究成果与结论

6.3 建议

致谢

参考文献

博士学习期间获得的科技成果