本文關(guān)鍵詞：混合充氧對(duì)分層水庫水質(zhì)改善及微生物種群結(jié)構(gòu)調(diào)控研究　出處：《西安建筑科技大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：以分層型水源水庫黑河金盆水庫為研究對(duì)象,采用現(xiàn)場監(jiān)測、原位試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室研究相結(jié)合的方法,在分析水庫自身水質(zhì)演變和外部徑流污染輸入的基礎(chǔ)上研究了混合充氧對(duì)水質(zhì)的改善,并從微生物種群結(jié)構(gòu)的角度分析了水質(zhì)改善的機(jī)理,主要研究內(nèi)容包括:a)黑河金盆水庫水體分層結(jié)構(gòu)演變規(guī)律及水質(zhì)響應(yīng)特征、分層時(shí)期沉積物耗氧及污染物釋放規(guī)律;b)不同強(qiáng)度入庫徑流變化特征及其對(duì)水庫水質(zhì)的影響、入庫徑流懸浮物污染特征及其淤積規(guī)律;c)人工強(qiáng)制混合與自然混合有效銜接、充氧過程對(duì)水體及沉積物微生物代謝活性的強(qiáng)化;d)混合充氧過程對(duì)水體微生物種群結(jié)構(gòu)的影響及其對(duì)碳、氮、氫、硫、鐵、錳等元素循環(huán)相關(guān)細(xì)菌的調(diào)控。得到了以下主要成果與結(jié)論:(1)每年5~8月為黑河金盆水庫水體穩(wěn)定分層期,水體底部溶解氧耗盡,導(dǎo)致水體化學(xué)氧化修復(fù)能效降低,溫躍層的存在阻礙了垂向水體物質(zhì)交換,分層時(shí)期,厭氧層厚度高達(dá)22 m,恒溫層水體總氮、總磷、鐵、錳濃度超標(biāo)分別達(dá)到2.30、0.125、0.97和0.32 mg/L。分層時(shí)期水體及沉積物耗氧速率達(dá)到4.13μmol O2 L-1?d-1和14.34 mmol O2 m-2?d-1。進(jìn)入9月份在自然過程及人為干預(yù)的條件下,水體分層結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性迅速降低,分層結(jié)構(gòu)逐步消亡。(2)中低流量徑流一般不會(huì)對(duì)主庫區(qū)水質(zhì)造成惡劣影響,其在向主庫區(qū)行進(jìn)過程中逐步消亡,而高流量徑流(入庫流量579 m3/s)不僅破壞了水體分層結(jié)構(gòu)還造成主庫區(qū)水體濁度升高至266 NTU,主庫區(qū)總磷、總有機(jī)碳和氨氮濃度升高至0.107、3.9和0.48 mg/L,藻密度降低幅度達(dá)51.3%。相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)沉降顆粒粒徑、含水率、燒失量是影響沉降顆粒污染負(fù)荷的主要因素。黑河金盆水庫淤積速率約為0.111 g·cm-2·a-1,處在相對(duì)較低的水平。(3)人工強(qiáng)制混合破壞了水體的穩(wěn)定分層結(jié)構(gòu)促使水體提前2個(gè)月進(jìn)入混合狀態(tài)。與自然混合相比人工強(qiáng)制混合使混合水溫提高了6~8°C,水庫水質(zhì)得到明顯改善,與人工強(qiáng)制混合之前相比,水體總氮、總磷、總有機(jī)碳、氨氮、鐵和錳削減率分別達(dá)到47.8%、66.7%、22.9%、62.5%、76.2%和80%。在水體溫差尚有3~4°C時(shí),停止人工強(qiáng)制混合過程,發(fā)現(xiàn)人工強(qiáng)制混合與自然混合的有效銜接能使水體藻密度、總有機(jī)碳、總氮和總磷有50%、23.5%、7.7%和16%的削減。人工強(qiáng)制混合與自然混合有效銜接及二者協(xié)同作用可以有效改善水質(zhì)并且使水質(zhì)的良好狀態(tài)保持至次年水體分層再次形成。(4)混合充氧通過改變水體分層及溶解氧狀態(tài)進(jìn)而影響微生物群落結(jié)構(gòu),冗余分析(RDA)得出物理環(huán)境因子(水溫和溶解氧)、化學(xué)環(huán)境因子(葉綠素a、總有機(jī)碳和總氮)是影響水庫水體微生物群落變化的關(guān)鍵性因素�；旌铣溲醺淖兞颂�、氮、氫、硫、鐵、錳等元素循環(huán)相關(guān)細(xì)菌結(jié)構(gòu)變化,如Lactobacillus、Pseudomonas以及Rhodobacter等主要的反硝化菌種得到明顯增加,強(qiáng)化了水體碳、氮等元素的去除。
[Abstract]:Taking Heihe Jinpan reservoir as the research object, the method of field monitoring, in-situ test and laboratory research is adopted. On the basis of analyzing the evolution of water quality and the input of external runoff pollution, the improvement of water quality by mixed oxygenation was studied, and the mechanism of water quality improvement was analyzed from the point of view of microbial population structure. The main contents of the study include the evolution law of water stratification structure and water quality response characteristics, sediment oxygen consumption and pollutant release law during stratification period in the Jinpan Reservoir of the Heihe River. B) the variation characteristics of inflow runoff with different intensities and its influence on reservoir water quality, the pollution characteristics of suspended solids in inflow runoff and its deposition law; C) artificial forced mixing and natural mixing can effectively link up and strengthen the metabolic activity of microorganisms in water and sediment during oxygenation. D) the effect of mixed oxygenation on microbial population structure and its effects on carbon, nitrogen, hydrogen, sulfur and iron. The main results and conclusions are as follows: from 5 to August of each year, the stable stratification period of Heihe Jinpan reservoir and the depletion of dissolved oxygen at the bottom of the water body are obtained. As a result, the energy efficiency of chemical oxidation and remediation of water body decreased, and the existence of thermocline hindered the vertical water body material exchange. In the stratification period, the thickness of anaerobic layer was as high as 22 m, and the total nitrogen, total phosphorus and iron in the isothermal layer were up to 22 m. The oxygen consumption rate of water and sediment reached 4.13 渭 mol O2L-1 during stratification period, and the manganese concentration exceeded the standard of 2.30 渭 mol 0.125 渭 g / L and 0.32 mg / L 路L ~ (-1), respectively. D-1 and 14.34 mmol O2 m-2? D-1. In September, under the condition of natural process and human intervention, the stability of water stratification structure decreased rapidly. The stratified structure gradually wither out. (2) the low and middle flow runoff will not cause bad influence on the water quality of the main reservoir area, and it will die out gradually in the process of moving to the main reservoir area. The high discharge runoff (579 m3 / s) not only destroyed the stratified structure of the water, but also increased the turbidity to 266 NTU and the total phosphorus in the main reservoir area. The concentration of total organic carbon and ammonia nitrogen increased to 0.1073.9 and 0.48 mg / L, and the algae density decreased by 51.3%. The deposition rate of Heihe Jinpan Reservoir is about 0.111g 路cm-2 路a-1. At a relatively low level. Artificial forced mixing destroys the stable stratification structure of the water body and causes the water to enter into the mixing state two months ahead of time. Compared with the natural mixing, the artificial forced mixing increases the mixing water temperature by 6 擄8 擄C. Compared with the artificial forced mixing, the total nitrogen, total phosphorus, total organic carbon, ammonia nitrogen, iron and manganese were reduced by 47.8% and 66.7% respectively. 62.5% and 80% respectively. When the water temperature difference is 3 擄C, the artificial forced mixing process is stopped, and it is found that the effective connection between artificial forced mixing and natural mixing can make the algae density in the water body. Total organic carbon, total nitrogen and total phosphorus accounted for 50%. Reduction of 7.7% and 16%. Effective connection between artificial forced mixing and natural mixing and their synergistic effects can effectively improve water quality and keep water quality in good condition until the next year water stratification is formed again. Mixed oxygenation affects microbial community structure by changing water stratification and dissolved oxygen state. The physical environmental factors (water temperature and dissolved oxygen) and chemical environmental factors (chlorophyll a) were obtained by redundancy analysis (RDAs). Total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) are the key factors affecting microbial community changes in reservoir water. Mixed oxygenation changes the structure of bacteria related to the circulation of carbon, nitrogen, hydrogen, sulfur, iron, manganese and so on. The main denitrification bacteria species such as Lactobacillus sp. Omonas and Rhodobacter were obviously increased, and the removal of carbon and nitrogen in water was strengthened.
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：Q93;X524

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本文編號(hào)：1421047