摘 要
本论文以长春市伊通河南南段作为研究对象，结合河流污染特征，研究COD、NH3-N和TP三项指标在天然河流中的纳污能力，污染物降解系数和设计流量是纳污能力模型的重要参数，求得两参数带入纳污能力模型中，得到天然水体已没有纳污能力，设计水生植物净化水质的实验，研究通过水生植物提升河流纳污能力。主要研究内容如下：
在伊通河南南段现场布设6个监测断面，根据实测数据用两点估值法测得COD、NH3-N、和TP的降解系数。得到枯水期（4、5、10月）COD、NH3-N、TP的降解系数，在水温在4.5-12.0℃之间，溶解氧在8.10-11.3 mg/L之间，p H在7.12-8.87条件下，取值范围分别为0.051-0.153d-1、0.132-0.201d-1、0.024-0.031d-1，丰水期（6-9月）在水温在15.3-20℃之间，溶解氧在6.13-9.4 mg/L之间，p H在6.37-8.16条件下，取值范围分别为0.129-0.210d-1、0.217-0.339d-1、0.034-0.055d-1。
选用长系列历史资料法和水量平衡法两种方法推求设计流量。用长系列历史资料法推求50%保证率下的丰水期设计流量为3.19m3/s，枯水期设计流量为1.39m3/s；用水量平衡法模拟得到的丰水期、枯水期设计流量分别为3.59m3/s、1.52m3/s；因此长系列历史资料与水量平衡法结果相似。根据求得到污染物降解系数与设计流量，再基于河流一维模型，采用分段求和法得到长春市伊通河南南段COD、NH3-N、TP纳污能力在丰水期分别为-31.97g/s、-1.10g/s、-0.22g/s；枯水期分别为-5.98g/s、-0.06g/s、-0.08g/s。
设计芦苇组、香蒲组、芦苇和香蒲组合三组实验。芦苇组对COD、TP净化效果较好，水力停留时间为4d、5d时去除率最高，分别达到37.5%、47.1%，香蒲组对NH3-N去除率在第4d达到最高为45.8%，芦苇、香蒲混合组对COD、NH3-N、TP净化效果介于芦苇组与香蒲组之间，虽然两种植物混种相比单种对单一指标净化效果较弱，但是两种植物混种对多种污染物指标综合净化效果显着，在第5d各个污染指标达到了最佳的净化效果，COD、NH3-N、TP去除率分别为36.3%、44.5%、46.9%，5d以后趋于稳定。
关键词： 纳污能力；污染物降解系数；设计流量；芦苇；香蒲 。
Abstract
This thesis takes the southern section of Yi tong River in Changchun City as theresearch object. Combining the characteristics of river pollution, study the pollutionholding capacity of COD, NH3-N and TP in natural rivers. The pollutant degradationcoefficient and the designed flow rate are important parameters of the pollution holdingcapacity model. The two parameters are obtained and brought into the pollution holdingcapacity model, obtained that the natural water body has no pollution-holding capacity,design aquatic plants to purify water quality experiments, and study the improvement ofrivers' pollution-holding capacity through aquatic plants. The main research contents areas follows:
Six monitoring sections were set up on the southern section of Yi tong River, and thedegradation coefficients of COD, NH3-N, and TP were measured using the two-pointestimation method based on the measured data. Obtained the degradation coefficients ofCOD, NH3-N and TP during the dry period（4、5、10）. When the water temperature isbetween 4.55-12.0℃, the dissolved oxygen is between 8.10-11.3 mg/L, and the p H isbetween 7.12 and 8.87, the value ranges are respectively 0.051- 0.153d-1, 0.119-0.201d-1,0.024-0.031d-1,During the wet season（6-9）, when the water temperature is between10.3-20℃, the dissolved oxygen is between 6.13-9.4mg/L, and the p H is between 6.37-8.16, the value ranges are 0.114-0.210d-1, 0.217-0.339d-1. 0.034-0.055d-1.
Two methods, the long-series historical data method and the water balance method,are used to calculate the design flow. Using the long series of historical data method, thedesign flow rate in the wet period under 50% guarantee rate is calculated to be 3.19m3/s,and the design flow rate in the dry period is 1.39m3/s; the design flow rate in the wetperiod and the dry period simulated by the water balance method are 3.59 respectivelym3/s, 1.52m3/s; therefore, the long series of historical data is similar to the results of thewater balance method. According to the calculation of the pollutant degradationcoefficient and the designed flow rate, and then based on the one-dimensional model ofthe river, the subsection summation method is used to obtain the COD, NH3-N and TPpollutant holding capacity of the south section of the Yi tong River in Changchun Cityduring the high water period-31.97g/s, -1.10g/s, -0.22g/s; the dry periods are -5.98g/s, -0.06g/s, -0.08g/s, respectively. Three experiments were designed for the reed group, thecattail group, the reed group and the cattail combination. The reed group has a better purification effect on COD and TP. The removal rate is the highest when the hydraulicretention time is 4d and 5d, reaching 37.5% and 47.1% respectively. The removal rate ofNH3-N in the cattail group reached the highest 45.8% on the 4th day, and the purificationeffect of the reed and cattail mixed group on COD, NH3-N and TP was between the reedgroup and the cattail group. Although the mixing of two plants has a weaker purificationeffect on a single indicator than a single species, the mixed species of two plants has asignificant comprehensive purification effect on multiple pollutant indicators. At the 5thday, each pollution indicator achieves the best purification effect, the removal rates ofCOD, NH3-N and TP were 36.3%, 44.5%, 46.9%, respectively, and tended to be stableafter 5 days.
Key words: pollution holding capacity, pollutant degradation coefficient, design flow, reed, cattail 。
1 、绪 论
1.1、 研究背景 。
随着现代社会的经济发展以及人类对自然环境的开发程度愈来愈加剧，大量的生活和工农业的废、污水排放入河，致使河流水质日益恶化，水环境问题日益突出，因此控制水污染及治理水污染是当前解决水环境问题主要采取的措施。
河流纳污能力核定是有效改善河流环境、有效控制污染物进入河流的重要依据，而且为水污染防治、水资源保护工作提供重要技术支持，河流纳污能力指的是在满足一定的水文设计条件时，对于河流上某种污染物满足相应水功能区管理目标时，河流能承受该污染物的最大容量[1]。
污染物降解系数是影响河流纳污能力大小的关键因素之一。天然河流中污染物质降解过程受温度、流量、流速等因素影响，目前国内外普遍采用概化的一级降解模型模拟天然河流污染物自然降解过程，常规测定污染物降解系数的方法有现场实测法、室内模拟法、模型参数率定法、经验估值法等方法，这些方法都各有优劣，现场实测法常用的估值方法是两点估值法，两点估值法就是在某一河段上下断面测定污染物浓度及历时，就可以得到污染物降解系数。工作量虽大，但却是现阶段最精确的方法，河流流量是影响河流纳污能力大小的关键因素之一，针对我国北方中小型河流，河流流量受季节特征影响较大，夏秋季节相比于冬春季节降水丰沛，径流量较大，而春冬季节降雨较少，径流量小或断流，根据《规程》仅以最枯月平均流量考虑河流纳污能力显得不够合理，不同季节水期下纳污能力显着不同；在推求北方中小河流设计流量时，一般以长系列历史流量资料排频分析计算得到，但对北方很多河流流量资料相对缺乏，考虑河流受降水、蒸发等因素影响，水量均衡法也是核算河流流量方法之一。
为了有效治理河流水污染，提升河流纳污能力。有些污水治理技术多应用于经济技术发达地区城市，而我国北方地区河流多属于中小型河流，这些河流常常作为承载小型城镇废污水的受纳水体，随着人们生活水平的提高，河流所接纳的污染负荷也随之越来越大，远远超过其纳污能力，河流逐渐变黑发臭，治理这种受污染小型河流，通过水生植物净化水质来提升河流纳污能力具有经济、实用性较强，目前也正在兴起这种河口湿地技术治理河流中废污水。
1.2 、研究目的及意义 。
本论文研究了伊通河南南段纳污能力及通过水生植物净化水质提升河流纳污能力的研究，可为北方河流控制水污染及治理水污染提供重要参考依据。北方河流受季节特征影响较大，河流流量随着季节特征变化而变化，在不同水期纳污能力是显着不同的，考虑不同水期河流纳污能力，可为北方河流在水环境规划与管理中科学、合理控制水污染；我国很多中小型河流污染的治理由于受到资金和人力等方面的限制，得不到有效控制。根据水生植物净化水质机理，研究通过水生植物提升河流纳污能力的方法，具有投资低、操作简单、运行和维护费低等优点，特别是在北方地区受季节特征的影响，植物容易衰败脱落，影响净化效果，筛选出耐污、耐寒又能美化环境植物是非常重要的。
1.3 、研究内容 。
本论文以长春市伊通河南南段作为研究对象，选取河流特征污染物COD、NH3-N、TP，采用现场实验法测定降解系数并结合设计流量核算污染物纳污能力，通过室内实验法模拟芦苇、香蒲对水质净化效果，为研究提升河流纳污能力方法提供理论参考依据。本论文包括三部分内容：
（1）确定河流纳污能力降解系数。
污染物降解系数是反映污染物质在水体作用下浓度下降速率快慢程度的参数，是污染物质在水体中发生一系列降解作用综合概化后的表征。结合河流的水文、水质特性和支流分布状况，在无支流汇入、无大的取水口的河段上布设监测点位，根据现场实测数据用两点估值法分析计算确定污染物降解系数。
（2）分析确定河流纳污能力。
河流纳污能力指的是在满足一定的水文设计条件时，对于河流上某种污染物满足相应水功能区管理目标时，河流能承受该污染物的最大容量。根据河流实际情况，采用分段求和法确定河流纳污能力。根据纳污能力计算模型，污染物降解系数和设计流量是纳污能力重要参数，推求出设计流量选用长系列历史资料和水量均衡法两种方法，在结合测定的河流污染物降解系数，将影响纳污能力的参数带入模型中得到河流纳污能力。
（3）河流纳污能力提升研究。
大量研究表明，水生植物对水质有一定的净化效果。筛选湿地常见的芦苇、香蒲植物，分别设计芦苇组、香蒲组、芦苇和香蒲混合三组实验，研究其随着水力停留时间延长对不同污染物的净化效果，研究水生植物提升河流纳污能力。
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1.4、纳污能力的研究进展
1.5、污染物降解系数研究进展
1.6、纳污能力提升的研究进展
1.7、技术路线
2、研究区概况
2.1、流域概况.
2.2、水文气象
2.3、水环境现状
2.4、水质现状
3、纳污能力降解系数研究
3.1、实验方案设计
3.1.1、采样点的布设及采样时间
3.1.2、水样的采集与保存
3.1.3、实验仪器及试剂
3.2、实验数据处理
3.2.1、 COD降解系数
3.2.2、NH-N降解系数
3.2.3 、TP降解系数
3.3、结果分析
3.4、小结
4、纳污能力模型计算.
4.1、模型的选取
4.2、设计流量的推求
4.2.1、历史资料法
4.2.2、水量均衡法
4.3、其他参数的确定
4.4、模型计算结果
4.5、小结
5、纳污能力的提升研究
5.1、实验方案设计.
5.1.1、实验反应器设计.
5.1.2、 实验运行周期
5.2、实验材料与方法
5.2.1、实验植物筛选与培养
5.2.2、 实验用水与基质
5.2.3、实验仪器
5.3、结果分析
5.3.1、水力停留时间对污染物净化效果
5.3.2、实验分组对污染物去除率的影响.
5.4、小结
6、 结 论
本论文根据在实践中遇到的核算北方河流纳污能力以及北方河流水污染治理问题进行研究。北方河流很多河流缺乏长期的流量等资料，而且流量、降解系数随着季节的变化而变化，本论文采用根据现场实测数据，用两点估值法得到丰水期污染物降解系数在水温、水量等多种因素的影响下比枯水期污染物降解系数偏大；为了能准确、有效核算北方河流纳污能力问题，分别用历史资料法、水量均衡法推求设计流量，在没有长期流量资料前提下，水量均衡法可弥补资料不足的问题；在天然水体已经没有纳污能力的情况下，根据水生植物净化水质机理，研究不同植物组合随着水力停留时间净化效果，能有效提升天然水体纳污能力。取得主要结论如下：
（1）确定河流污染物综合降解系数在伊通河南南段现场布设6个监测断面，根据现场实测数据用两点估值法测得COD、NH3-N、和TP的降解系数，得到枯水期（4、5、10月）COD、NH3-N、TP的降解系数，在水温在4.5-12.0℃之间，溶解氧在8.10-11.3 mg/L之间，p H在7.12-8.87条件下，取值范围分别为0.051-0.153d-1、0.132-0.201d-1、0.024-0.031d-1，丰水期（6-9月）在水温在15.3-20℃之间，溶解氧在6.13-9.4 mg/L之间，p H在6.37-8.16条件下，取值范围分别为0.129-0.210d-1、0.217-0.339d-1、0.034-0.055d-1。
（2）分析确定河流纳污能力结合北方河流季节特征，很多河流缺少实测资料，考虑通过多年平均水文要素，先用水量平衡法推求设计流量，本论文主要以长春市伊通河南南段为研究对象，选用26年长系列历史资料法验证了水量均衡法的可行性，结果表明，在要求控制新立城下游生态流量在3m3/s条件下，依据长系列历史资料推求出的50%保证率下的丰水期设计流量为3.19m3/s，枯水期设计流量为1.39m3/s；用水量平衡法模拟得到的丰水期、枯水期设计流量分别为3.59m3/s、1.52m3/s。在此条件下，长系列历史资料与水量平衡法结果相似。COD、NH3-N、TP纳污能力在丰水期分别为-31.97g/s、-1.1g/s、-0.22g/s；枯水期分别为-5.98g/s、-0.06g/s、-0.08g/s。
（3）河流纳污能力提升研究选用长春市伊通河南南段支流碱草沟河水及沿伊通河两岸土壤基质，筛选出当地常见芦苇、香蒲水生挺水植物，采取了单种与混种的方式，设计3组实验，芦苇组表现出对COD、TP较好的去除效果，对COD去除率最高为37.5%，最佳水力停留时间为4d，对TP去除率最高为47.1%，最佳水力停留时间为5d时，香蒲组对NH3-N去除率较高在第4d达到45.8%，芦苇、香蒲混合组对COD、NH3-N、TP净化效果介于芦苇组与香蒲组之间，虽然两种植物混种相比单种对单一指标净化效果较弱，但是两种植物混种对多种污染物指标综合净化效果显着，在第5d各污染物得到很好的去除效果，COD去除率为36.3%，NH3-N去除率为44.5%，TP去除率为46.9%，5d以后趋于稳定。
参考文献.
