公园湖泊水质监测及复合式BAF工艺处理富营养化湖水的试验研究

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3.0 牛悦 2024-11-11 4 4 7.12MB 91 页 15积分

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摘要

公园湖泊不仅是人们休闲娱乐的重要场所，也是城市景观多样性及水生态

系统的重要组成部分。近年来，随着社会经济发展步伐的不断加快，城市公园数

量逐步增多，湖泊水体污染及富营养化趋势日益突出，已严重影响到人们的生

活质量，及时了解水体污染及富营养化现状和研究开发高效实用、经济合理的水

处理工艺对提高人们生活质量以及公园湖泊的污染防治具有重要意义。

本文选取了上海市 12 个公园中 13 个典型湖泊水域作为研究对象，通过对

各湖泊的监测结果，分析了湖泊水质指标的时空变化规律及水体污染特征，并

采用改进的综合水质标识指数法对各湖泊进行了水质污染状况评价以及采用富

营养化综合标识指数法评价了各湖泊的富营养状况，基于水质特征及富营养化

评价分析，采用 A/O 复合式曝气生物滤池工艺对富营养化公园湖水进行了试验

研究，主要结论如下：

公园湖泊各项污染指标中浊度、总磷、总氮、氨氮、叶绿素 a浓度的变化规律

较一致，曲阳公园湖泊各项污染指标浓度均大于其他公园湖泊且不同月份变化

幅度显著。氮、磷可能均是天山公园、长风公园和淞南公园大湖发生富营养化的

主要影响因子，天山公园和长风公园湖泊中叶绿素 a与氨氮显著正相关。

改进的综合水质标识指数法运用于公园湖泊水质污染的评价结果表明，金

桥公园湖泊水质最好，为Ⅲ~Ⅳ 类，其余公园湖泊水质多处于Ⅴ类或劣Ⅴ类水平，

其中曲阳公园湖泊污染最为严重，监测期间水质均为劣Ⅴ类并有黑臭现象发生。

夏秋两季公园湖泊污染普遍较春冬两季严重。公园湖泊主要污染因子为 COD 和

TN。富营养化评价结果表明，仅金桥公园和人民公园湖泊水体在监测期间均为中

营养型类别，其余公园湖泊不同月份均存在不同程度的富营养化现象，夏季是

公园湖泊出现富营养化现象最多的季节。

曝气生物滤池的实验研究结果表明：当曝气生物滤池 A/O 体积比为 1:1.08、

水力负荷为 1.1 m3/m2h、气水比为 2.5:1 时，曝气生物滤池对 COD 、NH4+-

N、TN 、TP 、浊度的平均去除率分别达到

62.6%、96.02%、46.1%、45.7%、91.84%，出水 COD、NH4+-N 浓度可到达到Ⅳ类

水标准。反应器出水回流比的增加对 COD、氨氮、浊度的去除率影响不大，总磷

的去除率有所降低，但总氮去除率显著升高，在回流比为 1:1、进水总氮浓度在

4.56 mg/L～6.31mg/L 之间时，出水总氮浓度基本维持在2mg/L 以下，达到Ⅴ类

水标准，满足一般景观水体要求且平均去除率达 64.66%。

关键词：公园湖泊水质评价富营养化 A/O 复合式 BAF

ABSTRACT

Park lakes are not only an important place for people to have entertainment

activities but also an important constituent of the city landscape diversity and water

ecological system. In recent years, with the social-economic development, the number

of city parks gradually increasing, pollution and eutrophication trend of the lake water

has become increasingly prominent and seriously affected people's life quality. To keep

know about the water pollution and eutrophication status and develop the high efficient,

practical, economical, reasonable water treatment process is of great significance to

improve the people's quality life as well as the pollution prevention of the park lake.

13 typical lakes water of the 12 parks in Shanghai were selected as the objects of

study, analysed the space time variety rule of the different quality indicators of the lake

water and water pollution characteristics by the monitoring results for each lake. The

improved comprehensive water quality identification index method has been used to

evaluated the water pollution situation for each lake and the comprehensive

eutropHication identification index method has been used to assess the eutropHication

status for the various lakes. A/O compound BAF process has been used on the

experimental study for the eutropHication water of the lake park based on the analysis

of the water quality characteristics and eutropHication evaluation, the main conclusions

are as follows:

The change rule of the various pollution indicators about turbidity, total

pHospHorus, total nitrogen, ammonia nitrogen, chlorophyll a concentration is a more

consistent, the concentration of the pollution indicators of the Quyang park lake was

greater than other park lakes and the rangeability of the concentration varied

significantly in different months. Nitrogen, pHospHorus probably were the main

influence factors made the Tianshan Park, Changfeng Park and Songnan greater Park

lake eutropHia. Significantly positive correlation was found between chlorophyll a

concentration and ammonia nitrogen in Tianshan Park and Changfeng Park lakes.

The improved comprehensive water quality identification index method was used

in the evaluation of the park lake water pollution, the results showed that jinqiao park

lake water quality was the best, the water quality were in class Ⅲ and class Ⅳ

level.most of the other park lakes’ water quality were in class Ⅴ or inferior class Ⅴ

level. Quyang park lake was the most highly contaminated, the water quality was in

inferior class Ⅴ level and sometimes black-odor pHenomenon occurred during the

monitoring period. The pollution of the park lakes in summer and autumn was generally

more serious than spring and winter, the water quality management should be

strengthen. The main pollution factors of the park lakes were COD and TN. The

eutropHication assessment results showed that only Jinqiao Park and People's Park lake

water were in mesotropHic category during the monitoring period, there were different

degrees eutropHication in different months in the other park lakes, most of the

eutropHication pHenomenon of the park lakes appeared in summer.

BAF experimental results showed that: when the A/O volume ratio of the BAF was

in 1:1.08, hydraulic loading was in 1.1 m3/m2h, and the gas-water ratio was in 2.5:1,

BAF for the average removal rate of COD、NH4+-N、TN、TP、turbidity reached 62.6%,

96.02%, 46.1%, 45.7%, 91.84%, respectively. The concentration of effluent

COD、NH4+-N could reach class Ⅳ water standard. Increasing the effluent reflux ratio

of the BAF has little impact for the removal rate of COD, ammonia, turbidity, the

removal rate of TP decreased, but the removal rate of TN increased significantly, when

the reflux ratio was 1:1, the total nitrogen concentration of influent water between

4.56mg/L~6.31 mg/L, the total nitrogen concentration of effluent water was maintained

at less than 2mg/L, reaching class  Ⅴ  water standard, meeting the general landscape
water requirements and the average removal rate reached 64.66%.
Key word:  Park lake，Water quality 
assessment，EutropHication，A/O compound BAF
目录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪论......................................................................................................................1
1.1 公园湖泊功能与特点..............................................................................................1
1.1.1
公园湖泊的功能
...............................................................................................1
1.1.2
公园湖泊的特点
...............................................................................................1
1.2 湖泊水体富营养化..................................................................................................2
1.2.1
水体富营养化的概念
.......................................................................................2
1.2.2
湖泊水体富营养化的影响因素
.......................................................................3
1.2.3
水体富营养化的危害
.......................................................................................3
1.2.4
湖泊富营养化现状
...........................................................................................4
1.3 综合水质评价方法和富营养化评价方法研究进展..............................................6
1.3.1
综合水质评价方法研究进展
...........................................................................6
1.3.2
富营养化评价方法研究进展
...........................................................................7
1.3.3
国内外湖泊水体水质控制技术研究现状与发展趋势
...................................8
1.3.4
富营养化水体水质控制技术发展趋势
.........................................................10
1.4 曝气生物滤池技术概述........................................................................................11
1.4.1
曝气生物滤池的概况
.....................................................................................11
1.4.2
曝气生物滤池的工作原理和工艺特点
.........................................................11
1.4.3
曝气生物滤池工艺形式
.................................................................................11
1.4.4
曝气生物滤池研究现状
.................................................................................12
1.4.5
曝气生物滤池应用于富营养化水体存在的问题及发展趋势
.....................14
1.5 课题研究背景、研究目的及研究内容................................................................15
III

1.5.1
研究背景
.........................................................................................................15
1.5.2
研究目的
.........................................................................................................15
1.5.3
研究内容及意义
.............................................................................................16
第二章 公园湖水污染监测分析....................................................................................18
2.1 调查对象和调查时间............................................................................................18
2.2 水样采集和监测分析方法....................................................................................20
2.3 公园湖泊水质指标时空变化规律及水体污染特征分析....................................22
2.3.1 
各公园湖水
pH
的时空变化规律及特征分析
...............................................22
2.3.2 
各公园湖水
DO
的时空变化规律及水体污染特征分析
..............................23
2.3.3 
各公园湖水透明度的时空变化规律及水体污染特征分析
.........................24
2.3.4 
各公园湖水浊度的时空变化规律及水体污染特征分析
.............................25
2.3.5 
各公园湖水电导率的时空变化规律及水体污染特征分析
.........................26
2.3.6 
各公园湖水高锰酸盐指数的时空变化规律及水体污染特征分析
.............26
2.3.7 
各公园湖水化学需氧量的时空变化规律及水体污染特征分析
.................27
2.3.8 
各公园湖水总氮的时空变化规律及水体污染特征分析
.............................28
2.3.9 
各公园湖水氨氮的时空变化规律及水体污染特征分析
.............................29
2.3.10 
各公园湖水总磷的时空变化规律及水体污染特征分析
...........................30
2.3.11 
各公园湖水叶绿素
a
的时空变化规律及水体污染特征分析
....................31
2.3.12 
各公园湖水氮磷比的时空变化规律分析
...................................................32
2.4 公园湖泊水体各指标之间的相关关系分析........................................................33
2.5 本章小结................................................................................................................37
第三章 公园湖泊水质污染及富营养化综合评价........................................................38
3.1 公园湖泊水质污染状况综合评价与分析............................................................38
3.1.1
水质污染状况评价方法
.................................................................................38
3.1.2 
公园湖泊改进综合水质标识指数法评价结果
............................................40
3.1.3 
公园湖泊综合水质评价指数随时间变化规律分析
...................................44
3.1.4 
公园湖泊水体水质污染特征及等级状况
.....................................................45
3.1.5 
综合水质污染评价方法的对比分析
.............................................................46
3.2 公园湖泊水体富营养化评价与分析....................................................................47
3.2.1 
富营养化综合标识指数
.................................................................................47
3.2.2 
公园湖泊富营养化综合标识指数法评价结果
.............................................48
3.2.3
公园湖泊营养类别随时间变化规律
.............................................................50
3.3 公园湖泊水质污染及富营养化原因分析..........................................................51
3.4 公园湖泊水质污染及富营养化防控措施..........................................................52
3.5 本章小结...............................................................................................................53
第四章 A/O 复合式 BAF 工艺净化富营养化公园湖水的试验研究...........................54
4.1 实验装置系统及工艺流程....................................................................................55
4.1.1
实验装置系统
.................................................................................................55
4.1.2
工艺流程
.........................................................................................................55
4.2 实验材料与实验方法............................................................................................55
4.2.1
实验用水
.........................................................................................................55
4.2.2
填料选择
.........................................................................................................56
IV

4.2.3
分析方法
.........................................................................................................58
4.3 实验内容................................................................................................................58
4.4 曝气生物滤池的挂膜与启动................................................................................58
4.5 曝气生物滤池处理公园湖水性能研究................................................................60
4.5.1 
不同曝气位置对污染物去除效果的影响
.....................................................60
4.5.2 
水力负荷对曝气生物滤池处理性能的影响
.................................................63
4.5.3 
气水比对曝气生物滤池工作特性的影响
.....................................................65
4.5.4 
不同程度富营养化水体对曝气生物滤池处理效能的影响
.........................67
4.6 正交试验确定曝气生物滤池最优工况及效能....................................................70
4.6.1 
正交试验确定曝气生物滤池最优工况
.........................................................70
4.6.2 
曝气生物滤池最优工况下运行效能
.............................................................72
4.7 曝气生物滤池污染物沿程去除规律....................................................................73
4.7.1 
溶解氧和
PH
沿滤层高度变化规律
..............................................................73
4.7.2 COD
、浊度和总磷沿滤层高度变化规律
.....................................................74
4.7.3 
含氮化合物沿滤层高度变化规律
.................................................................75
4.8 回流比对曝气生物滤池性能的影响....................................................................76
4.9 曝气生物滤池的反冲洗........................................................................................78
4.9.1 
反冲洗方式的确定
.........................................................................................78
4.9.2 
反冲洗周期和强度的确定
.............................................................................79
4.9.3 
反冲洗对曝气生物滤池处理效能的影响
.....................................................79
4.10 本章小结..............................................................................................................81
第五章  结论与展望.......................................................................................................82
5.1 结论........................................................................................................................82
5.2 展望与建议............................................................................................................84
附录.................................................................................................................................85
参考文献.........................................................................................................................86
V

第一章绪论

1.1 公园湖泊功能与特点

1.1.1 公园湖泊的功能

公园是一个国家、一个城市人民生活水平和文化底蕴的重要体现，公园湖泊

作为公园的组成部分，其作用和功能多种多样，主要体现在景观娱乐、调蓄洪涝、

净化环境、减少噪音、调节气候、美化城市和改善城市生态环境等方面。其主要功能

有如下几点：（1）公园湖泊是城市人民休闲娱乐、亲近自然和健身运动的重要场

所，可提高居民生活质量及改善城市人民单调的生活环境[1-2]；（2）清澈的湖水

让湖泊成为公园中秀丽的景点，是城市景观多样性重要组成部分；（3）湖水的

高热容性可削弱城市热岛效应，是城市居民的避暑胜地；（4）公园湖泊周围鸟

类可生存繁衍，是城市物种多样性存在的基地、城市生态建设的重要组成部分，

让城市居民有回归大自然的感觉[3-4]；（5）公园湖泊可作为供水水源地，用于灌

溉用水等；（6）部分景观资源丰富及特征突出的湖泊还可作为旅游渡假的风景

区，具有巨大的社会经济效益。

1.1.2 公园湖泊的特点

随着城市经济及社会的发展，人民生活水平的提高，为了给城市居民提供休

闲、娱乐、锻炼的多功能场所，城区公园逐步增多，其中景观湖泊是其重要组成部

分，人工湖泊居多。但是公园湖泊大都有共同的特点，这种自身的特点和外来的

污染物的增加以及周围自然环境和人为因素的影响极易导致湖泊的水质恶化以及

富营养化。

（1）水体流动性差

公园湖泊水体多为封闭水体，一般处于静止或缓流状态，此类水体能为藻类

繁殖生长提供有利条件，并且污染物降解缓慢。水体的流动可增加水体中的溶解

氧，为其他微生物生存提供有利条件，进一步增加水体的自净能力，形成良好的

水生态系统，“ 流水不腐” 充分说明了水体流动的重要性，充氧不足和低浓度

溶解氧导致水体自净能力大大降低，因此在夏季适宜生长条件下，水体富营养化

现象常有发生。

（2）生态系统不完善

公园湖泊水体一般水深较浅且没有曲折、缓急等水力条件，使得众多水生生物无

栖息之地。生物链从生产者至分解者节节受阻，难以形成一个功能健全的、完整的

水生态系统。

（3）设计不合理

公园湖泊一般规模不大，水域面积小，水环境容量小，不能形成有效的重力

流、风致流，并且水体循环条件及流动性差、滞留时间长，导致水体自净能力差。

公园湖泊设计的不科学会使湖泊出现死角，往往此处的水呈静止状态且面积相对

较小，水质极易恶化[5]。污染物易沉积在死角形成底泥，底泥会随时间不断增厚并

逐渐污染整个湖泊，如果湖泊死角过多，其水质恶化越快。另一方面，湖泊护岸

多为水泥、石块等材料的硬质护岸，从景观角度上讲，与周围树林、草坪等风景极

为不协调；从生态和治水角度上看，水生生物多样性低，致使水体自净能力大大

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摘要：

摘要公园湖泊不仅是人们休闲娱乐的重要场所，也是城市景观多样性及水生态系统的重要组成部分。近年来，随着社会经济发展步伐的不断加快，城市公园数量逐步增多，湖泊水体污染及富营养化趋势日益突出，已严重影响到人们的生活质量，及时了解水体污染及富营养化现状和研究开发高效实用、经济合理的水处理工艺对提高人们生活质量以及公园湖泊的污染防治具有重要意义。本文选取了上海市12个公园中13个典型湖泊水域作为研究对象，通过对各湖泊的监测结果，分析了湖泊水质指标的时空变化规律及水体污染特征，并采用改进的综合水质标识指数法对各湖泊进行了水质污染状况评价以及采用富营养化综合标识指数法评价了各湖泊的富营养状况，基于水质特征及...

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