1. 研究目的与意义
| 地表水存在于地球的表面，主要有河流、湖泊、冰川等形态，是人类生活用水的重要来源。地表水水体不仅仅可以被人利用，还能对其周围环境起到调节作用。它可以影响局部地区的气候，调节城市的热岛效应。一些江、湖可以起到蓄洪、防洪的作用。地表水水体也是绝大多数水生动植物栖息的场所。 随着人类的发展，城市的兴起，人类活动的对地表水水环境也造成了巨大的影响。为了追求经济的快速发展，人们对地表水水体造成了难以完全恢复的改变。工业的迅速发展，向河流等水体排入了大量的重金属废水等；为满足人口急剧的增长而产生的粮食需求，农业也快速发展。但导致了农药的滥用，使得大量的氮磷钾流入地表水水体，使地表水水体向着不好的方向发生变化。国家经济快速发展使得人民的生活方式也发生了很大的变化，垃圾大量的产生以及随意的丢弃，严重影响了水生动植物的生存。也使得地表水水环境变得更加恶劣。 由于水体不断恶化，导致原本不多的可利用水资源更加稀少。为了人类的生存以及长远发展，治理地表水污染问题刻不容缓。但地表水中的污染来源过于广泛，污染物质种类过于繁多，为地表水的治理带来了难以想象的困难。地表水的成分过于复杂，这也使得处理难度大增。水质的恶化，不仅仅是水无法被人正常利用，就连表观也发生北变化。影响人们的心情，产生的异味也会给人带来不愉快，甚至令人产生疾病。而且水体表观恶化会使得水体发黑发臭，严重影响水体的景观功能，也会对周边居民的生活质量产生影响，以至于会影响到整个城市的面貌。出于以上原因，研究地表水水体表观污染特性及其分布规律对于水体的修复具有重要意义。 因此本论文先是通过水体的表观现象对水体进行初步的分类，再对污染物进行分析，探究水体中的污染特性，总结出水体中的主要污染物（特征污染物）。再根据实验数据研究特征污染物的分布规律。探究水体表观污染成因以及水体表观污染演变规律为表观污染水体的控制及修复提出相关意见。 表观污染，是指地表水水体的某些特征使得人们感官不舒服的现象，如水体颜色异常的改变、地表水水体的浑浊，还有水体发黑发臭现象、水体藻类大量繁殖等。这些情况使得绝大部分的水体功能丧失。地表水表观污染主要是因为水体外部因素，以及内部因素、气候因素的共同作用而产生的，并且地表水水体中随着污染物的引入、降解、迁移等因素并通过物理、化学、生物等过程的转化，使水体对人类的感觉器官产生不好的影响的一种污染形式。地表水的表观污染具有多样性，不同表观水体会表现出完全不同的颜色和浊度甚至是不同气味，这也导致地表水所受到的污染程度也不尽相同[1]。即使在相同的外部条件下，地表水的表观污染表现出不同的结果，因为不同的水体具有不同的缓冲能和净化能力。其中，水体表观污染的影响因素可分为三类:(1)物理因素:水量、水深、泥沙、水面面积、封闭及开放水体等;(2)生化因素:溶解氧、酸碱度等。(3)外部环境因素:气温、光照强度、降雨等气象因素，以及更重要的人为因素如船舶、船体冲刷、打捞捕鱼、水中作业、受污染水体的排入等。地表水污染具有时效性和渐进性。我国许多城市地表水体存在极端的表观污染水体。具体影响因素有:内部生化反应与外部因素在水的共同作用下，在复杂的生化反应过程中，有些反应可能相互抑制，从而引起地表水外表朝着好的方向发展;相反，促进某些反应会恶化水体的外观。由于地表水表面污染过程中的渐进变化，致使地表水表面污染过程中发生突发性变化。地表水的突发性变化引起了研究人员的关注。 地表水水体表观污染不仅仅是因为单一的物质造成的，这种现象的发生是由于地表水水体中各种污染物相互影响所产生的。对水体中污染物的了解有利于分析表观污染水体现象产生的成因。 （1）悬浮物 悬浮物质主要组成部分为粘土、砂粒、不可溶性有机物等，水体中的悬浮物无法通过0.45μm粒径的滤膜。有研究表明悬浮物中有70%为无机物。而且悬浮物浓度会受到不同季节的风速影响，浓度差异明显[2]。水体中的悬浮物主要来源有：水体自身对地表的冲刷作用，以及雨水的冲刷和地表径流携带作用进入水体中。土壤的大量流失使水体的悬浮物浓度急剧增加；另一方面是由于水体的底泥再悬浮加剧了地表水的悬浮物浓度。 水体中的悬浮物浓度快速的增长，导致了水体愈加浑浊，影响了水体水质情况。水体的浑浊程度增加，导致光线很难照射到水下使得水体的透光程度降低。而且使人对地表水水体的表观感官差。 （2）营养物质 地表水水体中营养物质主要为磷，其次是氮，还有微量元素等[3]。磷是组成核苷酸的重要部分是各种生命体不能缺失的元素。在自然界中，绝大多数的磷存在于各种磷酸盐沉积物中。而磷元素由食物链进入水循环中是因为人类长期的对活动导致的，对矿物的采集，土地的开发利用使得磷大量的进入了水体中。使水体中磷含量快速的增加。在生物圈中，磷的状态可以分为三种：一是在水体中以可溶解状态存在；二以难以溶解的磷酸盐形式存在于各种的沉积物当中；三以有机物的形式存在于生物的体内。磷的转化主要是因为微生物在起着重要的作用，当地表水水体中可溶性磷元素浓度过高时会使得水体富营养化[3]。还有氮也是所有生物生长一种不可或缺的元素。但与磷的存在状态大相径庭，氮元素主要存在于大气之中。在陆地上，小部分氮元素被植物固化在植物体内，而水体中的氮元素则是被一些藻类所固化在体内，这些藻类能把氮元素转化为可以被地表水水体中的植物吸收和利用的硝酸盐类物质，这使得水体中含有丰富的氮元素。与此同时，人类为了农业文明的发展，在农田中大量的施加肥料。许多无法被吸收利用的肥料随着地表径流和土壤渗透进入水体中，导致水体氮元素集聚的增加。 许多的研究表明藻类的爆发和氮磷元素浓度过高有关。水体的富营养化导致藻类爆发产生水华、赤潮等现象，并且使得地表水水体水下降。而藻类的爆发也是水体表观产生突变，水面常常表现出绿色的状态。当藻类大量死亡后，由于微生物的作用。水体的有机物质急剧增加，危害水体环境。而且微生物的分解作用会导致水体的溶解氧快速下降，影响了水体中其他水生生物的生存。地表水水体也会出现黑臭的现象。使得人们对水体表观好感度的直线下降。 （3）腐殖酸 腐殖酸( humic substances )是一类大分子难生化降解有机物，其结构组成十分复杂[3]。腐殖酸的产生是由于动植物的自然腐烂分解，分解后产物再通过重新的组合而形成的化学结构相似但聚合程度大相径庭的大分子的聚合物。因这一特性，腐殖酸的分布尤为广泛，它存在几乎遍布陆地环境和水生环境中。因而在天然的水体中腐殖酸的含量占据水体有机物的一大半。而在陆地的土壤中腐殖酸也在有机物中占有极大地比例。而在水中的腐殖酸主要的成分为富里酸和胡敏酸以及大量的富里酸。 由于腐殖酸的大量存在使得人们对含有大量腐殖酸的水体不够重视，直到 Rook 在本世纪七十年代中期，发现莱茵河中有机物经过氯化后可能生成三卤化物，人们重新开始关注它的环境意义，现在人们通常认为水体中的腐殖酸类物质是卤化副产物的重要前驱物[2]，现有研究表明三卤化物是可以通过腐殖酸的氯化而产生的[2]；它对其他物质具有很强的络合能力，可以和大部分的金属离子形成络合物，并且影响与之络合的离子在水体中的迁移与转化，而且会影响地下水中铁锰等元素的去除，增强他们自生毒性对人体产生危害；腐殖质是水体色度的主要成分，过高的腐殖酸( HA) 含量会使水体变黑发臭,不但影响附近居民的正常生活而且直接给景观水体带来令人不悦的颜色，严重影响了水体的表观效应[2]。近些年来，国内外的研究者对淡水腐殖酸的研究日趋重视。一些学者调查分析了被天然有机物染色的河水中的腐殖酸的浓度高达 30mg/L[2]。 （3）有机物污染 随着经济的发展，城市化的进程也不断加快。生活污水大量增加，污水排放量也随之加大，这导致了地表水水体中的有机负荷不断的加剧。而且雨水的地表径流会使得地表水水体中有机污染负荷加重，尤其是初期的地表径流污染物极其严重相当于生活污水的排放[3]。水体中的有机物被微生物快速分解会消耗水体中大部分的溶解氧，当地表水水体中复氧速率不及消耗氧气的速率时，水体中的溶解氧就会愈降愈低，导致水体的氧气不足。发生黑臭现象。也有研究指出当溶解氧的浓度降低到4mg/L及以下时，地表水水体中的水生生物将受到影响，水体的颜色会向着黑色转变[3]。
现如今地表水表观污染已有许多的研究，其中对于水体的表观污染评价体系以及表征方法已经建立；对于表观污染发生的机制与演化的研究也有不少；以及如何控制水体的特征污染物来预防污染水体的进一步的水质恶化等。 归于不同表观污染水体都有其自身的形成机理，即该水体的特征污染物。这使得该种类型水体某种指标表现出鲜明的特点，影响水体的表观效应并通过人的感官反馈给人。 （1）黑臭水体的研究进展：对于黑臭水体的研究，有学者利用了三维荧光光谱与平行因子分析（PARAFA）相结合的方法，将重叠的EEM光谱值反褶积到相应的独立的分量中，把每个分量变成类似荧光团的一类可溶性有机物，使得对荧光组分分解[4]。对于可溶性有机物的组分和来源可以通过对分解完的不同组分的荧光来进行定性和定量的确定。 （2）富营养水体的研究进展[5]：氮磷元素引起的水体富营养化污染越来越广泛，对于水体中氮磷的迁移与输出有较多的研究方法。例如模型模拟法、同位素示踪法等。 模型模拟法是依据氮磷迁移、吸附等过程的机理，用数学模型来演示氮磷在水循环过程中，对地表水水体所造成的负荷以及转移输出的规律。营养盐的数学模型经历了三个发展阶段，第一阶段的经验模型、二阶段的概念模型以及三阶段的物理模型。最终分布式水文模型得到了广泛的认可及应用。 同位素示踪法一般是利用15N作为示踪剂来揭示氮元素的迁移。而磷元素只有一个稳定的同位素，但可以借助δ18O对 磷的来源以及化学循环等过程进行示踪。由于磷酸盐中的氧和容易与水体达到同位素平衡状态，所以水体中磷元素示踪法在应用方面被限制。 （3）水体中悬浮物的研究[2]：对于水环境的评价指标中，悬浮物浓度是一个极其重要的参数，水体的澄澈透明程度绝大部分取决于水体中悬浮物的浓度。近年来，有学者对太湖的悬浮物进行了研究，通过对当地风速资料进行分析统计，且对太湖进行湖区的划分。并在不同风速条件设立观测点位，监测风速与风向对水体悬浮物浓度的影响。
|
2. 研究内容与预期目标
| 本论文研究课题为地表水表观污染特性及其污染物分布规律研究。 本论文研究表观污染水体特征指标与水体颜色的关系，分析不同颜色的表观水体中的分子量大小及分布，以及嗅味物质与水体中特征指标之间的表层及深层联系。探讨水体表观污染的成因和演变趋势，把握表观污染水体主要影响因素和关键控制条件，以进一步认识地表水水体污染的规律。 具体研究内容： （1）选取具有代表性表观颜色的水体，通过肉眼观察颜色将水体进行分类。 （2）采集大量不同颜色水体进行测定水体的特征指标参数，主要包括TOC、、叶绿素a(Chl-a)、紫外吸光度、浊度、温度、溶解氧、pH。其中DOM分子量用高效液相色谱仪测定。 （3）研究水体中DOM的分布规律并总结同一颜色的特征峰； （4）研究水体中DOM的成分与水体的颜色以及其它指标的联系； （5）研究水体中产生的嗅味物质的种类及其产生的原因； （6）通过水体中特征指标间的联系，分析不同水体中分子量的分布情况； （7）研究不同的分子量如何影响水体当中的微生物及其藻类等物质； （8）最后总结出水体污染成因及演变规律。 通过对地表水表观污染物质特征指标，污染物分子量大小的测定，分析指标与表观污染水体污染程度的关系，并找出污染物的分布规律，探究特征物质对表观污染效应的影响。
|
3. 研究方法与步骤
（1）表观污染水体中污染物的组成极为复杂，查阅文献选取表征污染物的特征指标进行测量，主要包括：温度、浊度、pH、TOC、Im、叶绿素a浓度、UV254、NH3-N、分子量分布。
（2）选定合适的研究对象，四种表观污染水体：土黄色水体、黄绿色水体、绿色水体和黑色水体。测定特征指标，特征性物质在不同类型表观污染水体中会有其特殊的形成机理，使其在此种水体中显示出高浓度的特点，进一步影响水体的表观效应。据此分析它们是如何表征水体的表观效应。
（3）研究有机物分子大小在水中的行为，分子量分布规律，找出某一类有机物的共性。
水质特征指标的具体测量方法在此不进行详述，方法名称如下表所示：
| 检测项目 | 分析仪器 | 检测项目 | 分析仪器 |
| 透明度 | 塞氏盘 | UV254 | 日本岛津UV mini-1240紫外分光光度仪 |
| 浊度 | 美国哈希便携式浊度仪HACH1900C | T/DO | 美国哈希便携式多参数分析仪 HACH HQ40D |
| pH | 美国哈希便携式多参数分析仪 HACH HQ40D | 分子量 | 安捷伦1260 HPLC高效液相色谱 |
| TOC | 德国耶拿Multi NC3100 TOC分析仪 | 叶绿素a | 泽泉PHYTO-PAM浮游植物荧光仪 |
4. 参考文献
| [1]孙娜. 表观污染特征物质及污染水体分类研究[D].苏州科技学院,2015. [2]张运林,秦伯强,陈伟民,罗潋葱.太湖水体中悬浮物研究[J].长江流域资源与环境,2004(03):266-271. [3] 周雪. 城市水体表观污染特征物质识别及其污染特性研究[D]. 苏州科技大学 苏州科技学院, 2013. [4]李晓洁,高红杰,郭冀峰,吕纯剑,于会彬,刘瑞霞.三维荧光与平行因子研究黑臭河流DOM[J].中国环境科学,2018,38(01):311-319. [5]水体中氮、磷营养盐来源与输移研究 [6]张倩,郝坤.黑臭水体产生的原因及治理技术[J].智能城市,2018,4(17):118-119. [7]赵旭德,许大毛,刘婷,龙海中,张丽莉,占长林,张家泉,刘先利,肖文胜.青山湖叶绿素a分布及其与水质因子的关联特征[J].环境化学,2018,37(07):1482-1490. [8]刘兴民,乔璐璐,万修全,仲毅,马伟伟,刘鹏.黄河入海物质输运通道[J].海洋与湖沼,2019,50(01):49-60. [9]董锦慧.纳氏试剂分光光度法测定水中氨氮的影响因素[J].化工设计通讯,2019,45(04):81. [10]岳兰秀,吴丰昌,刘丛强,黎文,傅平青,白英臣,王立英,尹昨莹,和吕志成.红枫湖和百花湖天然溶解有机质的分子荧光特征与分子量分布的关系[J].科学通报,2005(24):2774-2780. [11]林星杰,杨慧芬,宋存义.UV_(254)在水质监测中应用的研究[J].能源与环境,2006(01):22-24. [12]陈元,赵洋甬,潘双叶,徐运,蒋蕾蕾.PHYTO-PAM对浮游植物中叶绿素的分类测定[J].现代科学仪器,2009(04):100-103. [13] 李鹏章.景观水体表观污染的表征方法研究[D].(硕士学位论文).苏州：苏州科技学院, 2011. [14] 王彦红,韩芸,彭党聪.城市雨水径流水质特性及分析[J].环境工程, 2006,24(3):84-87． [15] 程航, 陈旭远, 刘佳. 城市景观水体污染分析及控制技术研究进展[J]. 安徽农业科学，2010,38(6):3102-3104 [16]柳先平,李磊,戴金凤,王小如,黎先春.不同水体中有色可溶性有机物质荧光光谱定量分析研究[J].光谱学与光谱分析,2007(10):2083-2087. [17]方锐缨.测定地表水中高锰酸盐指数的方法综述及发展[J].中国资源综合利用,2018,36(05):76-78. [18]K. Tungsudjawong, S. Leungprasert ，P. Peansawang . Investigation of humic acids concentrationin different seasons in the raw water canal, Bangkok, Thailand . Departmentof Environmental Engineering, Faculty of Engineering, KasetsartUniversity[J].Water Science amp; Technology: Water Supply,2017. |
5. 工作计划
3月5日-3月16日 查阅和研究文献资料, 完成英文翻译；3月19日-3月28日撰写开题报告；制定实验方案，进行开题。3月28日-5月15日开展实验，完成论文的各项实验研究。5月15日-5月31日 撰写和修改论文，制作答辩PPT，查重；完善修改论文6月10日 毕业论文答辩
以上是毕业论文开题报告，课题毕业论文、任务书、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
