王 玲，吴亦红，朱 静，魏全伟

(1. 河北省环境科学研究院, 河北石家庄 050037；2. 河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018)

滏阳河邯郸段CODCr降解系数研究

王 玲1,2，吴亦红1，朱 静1，魏全伟1

(1. 河北省环境科学研究院, 河北石家庄 050037；2. 河北科技大学环境科学与工程学院，河北石家庄 050018)

降解系数的确定是水环境容量核算的关键因素。通过现场水团追踪实验，采用一维稳态水质模型进行参数率定；同时进行了室内模拟研究，运用最小二乘法进行回归计算，综合考虑2种方法测定结果，得到滏阳河邯郸段枯水期CODCr降解系数为0.152～0.270 d-1；平水期CODCr降解系数为0.209～0.384 d-1；丰水期CODCr降解系数为0.215～0.437 d-1。

CODCr；降解系数；水团追踪实验；实验室模拟

滏阳河是邯郸市境内的主要河流，发源于峰峰矿区黑龙洞泉，在邯郸市境内流经磁县—邯郸市—邯郸县—永年县—鸡泽县，由曲周县出境。全程水面宽度为10～20 m，水深为1～3 m，多年平均流速为0.2 m/s。目前，滏阳河邯郸段污染现象较严重，CODCr是主要污染物之一。在进行污染治理时，将CODCr列为总量控制指标，对该流域的水环境容量进行核算。容量核算的关键是建立描述CODCr降解规律的水质模型，而建立模型的关键是估计CODCr降解系数。它是描述污染物随水体平流移动发生衰减的重要参数，它的取值直接关系到水环境容量计算结果的准确性[1]。降解系数一般可以通过室内模拟、现场实测、选用相似河段的经验值等方法得到[2-5]。笔者采用现场水团追踪实验和实验室模拟2种方法进行确定。

1 水团追踪实验

1.1实验方案设计

1.1.1 实验材料

1) 注水乒乓球：黄色乒乓球，便于跟踪观察。每个乒乓球用注射器注入一半水，乒乓球注水后与水团密度近似，且能防止逆风干扰；

2) 采样器：小型采样器，便于携带；

3) 采样瓶：带螺旋帽的500 mL广口聚乙烯塑料瓶。

1.1.2 断面选择

根据各河段的水文、水质特性和污染源分布状况，选择河流上游无污染源、无支流汇入的河段进行采样。经调查选取水库下游电站桥(以下简称电站桥)、龙王庙村、尹家桥、滏河桥4 个采样断面，把水库下游电站桥作为起始断面，如图1所示。

1.1.3 实验设计

在水库下游电站桥扔注水乒乓球，记录时间并采水样，实验人员沿河道跟踪乒乓球。当乒乓球到达龙王庙村时，在此断面采水样并记录时间；之后，依次在尹家桥和滏河桥采样。图2为实验过程中注水乒乓球沿河道运动状态。

图1 采样断面图Fig.1 Sample section

图2 实验过程中注水乒乓球运动状态Fig.2 Movement state of water-injectied table tennis in the process of experiment

1.1.4 样品采集

由于滏阳河宽度小于50 m且水深小于5 m，所以每个断面只设一条中泓垂线，采样点均位于水面下0.5 m。所采水样均为瞬时水样，采样后加入1 mol/L硫酸调节，使水样pH值小于2.0并及时送至实验室于冰箱4 ℃以下避光保存，并保证2 d内完成检测。

1.1.5 采样频率

根据滏阳河径流流量年内动态变化，将1月、2月、11月、12月划分为枯水期，3月、4月、5月、10月划分为平水期，6月、7月、8月、9月划分为丰水期。采样频率分别为枯水期(2012年12月与2013年1月和11月)、平水期(2013年4月、5月、10月)、丰水期(2013年6月、7月、8月)；按照以上频率每个水期一年内分别进行3次采样，每次连续进行4 d、采4组平行样，即每个水期采12组平行样，取均值进行计算。

1.1.6 实验过程及结果

利用重铬酸钾法(GB/T 11913—1989)测定CODCr的含量，该方法测定结果准确，重现性好[6]。实验结果如表1所示。

表1 不同水期实验测定结果

1.2模型选择

滏阳河河道宽且浅、流速较快，所以污染物在短时间内基本能混合均匀，污染物浓度在断面横向方向变化不大，使用零维与一维模型就能达到控制精度要求。一维模型考虑了污染物随河流的平流移动而造成的污染衰减，在排污口与控制断面距离较大的情况下，比零维模型有更好的适用性[7-9]。故选用一维稳态水质模型：

C(x)=C0exp(-Kx/u),

(1)

求得

(2)

1.3降解系数测定结果

以枯水期实验数据为例，将实验记录时间和测定的CODCr含量代入上述一维模型，得出电站桥—龙王庙村段降解系数K=[1/(2/24)]·ln(30.872/30.163)=0.279 d-1，同样可测得龙王庙村—尹家桥段降解系数为0.289 d-1，尹家桥—滏河桥降解系数为0.242 d-1，电站桥—滏河桥段总降解系数为0.270 d-1，不同水期降解系数测定结果如表2所示。

表2 不同水期K值测定结果

2 实验室模拟

2.1方案设计与样品采集

采取与现场实验相同的断面采水样，各25 L，采样后送至实验室，实验室开窗通风保持与室外温度一致，将水样放入水槽中，进行机械搅拌，逐天测定CODCr值，当浓度基本不变时，认为降解结束[10-13]。采样频率为枯水期(2012年12月)、平水期(2013年4月)、丰水期(2013年8月)各进行1次。

2.2实验结果

2.2.1 CODCr质量浓度随时间变化规律

分析各水期CODCr监测值(质量浓度)随时间变化规律，分析结果详见图3—图14。从图中可见，各断面污染物 CODCr随时间推移而逐渐降解。

图3 枯水期电站桥CODCr质量浓度与时间关系Fig.3 Relationship between CODCr concentration and time of withered water period in Dianzhan Bridge

图4 枯水期龙王庙村CODCr质量浓度与时间关系Fig.4 Relationship between CODCr concentration and time of withered water period in Longwangmiao village

图5 枯水期尹家桥CODCr质量浓度与时间关系Fig.5 Relationship between CODCr concentration and time of withered water period in Yinjia Bridge

图6 枯水期滏河桥CODCr质量浓度与时间关系Fig.6 Relationship between CODCr concentration and time of withered water period in Fuhe bridge

图7 平水期电站桥CODCr 质量浓度与时间关系Fig.7 Relationship between CODCr concentration and time of normal river flow period in Dianzhan bridge

图8 平水期龙王庙村CODCr质量浓度与时间关Fig.8 Relationship between CODCr concentration and time of normal river flow period in Longwangmiao bridge

图9 平水期尹家桥CODCr 质量浓度与时间关系Fig.9 Relationship between CODCr concentration and time of normal river flow period in Yinjia bridge

图10 平水期滏河桥CODCr质量浓度与时间关系Fig.10 Relationship between CODCr concentration and time of normal river flow period in Fuhe bridge

图11 丰水期电站桥CODCr质量浓度与时间关系Fig.11 Relationship between CODCr concentration and time of high-water period in Dianzhan bridge

2.2.2 降解系数求解结果

对CODCr实验室模拟测定的数据进行整理，作出CODCr浓度与时间的关系曲线图，采用统计学方法删除离群数据，使剩余的数据线性相关性接近或超过0.9，用最小二乘法[14]对各个水期实测的CODCr浓度与反应时间进行回归计算，得到各水质断面不同水期CODCr降解系数，如表3所示。

图12 丰水期龙王庙村CODCr质量浓度与时间关系Fig.12 Relationship between CODCr concentration and time of high-water period in Longwangmiao bridge

图13 丰水期尹家桥CODCr质量浓度与时间关系Fig.13 Relationship between CODCr concentration and time of high-water period in Yinjia bridge

图14 丰水期滏河桥CODCr 质量浓度与时间关系Fig.14 Relationship between CODCr concentration and time of high-water period in Fuhe bridge

表3 不同水期CODCr降解系数实验室模拟求解结果

Tab.3 Laboratory simulation results of CODCrdegradation coefficient of different water periods

采样断面K/d-1枯水期平水期丰水期电站桥0.0520.2090.185龙王庙村0.0440.1020.103尹家桥0.1520.0820.203滏河桥0.0850.1930.215

3 水质降解系数的确定

实验室模拟所求得的降解系数是在理想条件下进行的，它虽然反映了一定的物理、化学和生化特征，但无法反映出水文、气象等条件对污染物的影响，现场实测数据确定的水质参数是一个综合降解系数，它除了反映污染物本身的生化降解特性外，还反映了沉降、悬浮等水流综合效应，实验室模拟一般比现场实测的降解系数小[15-17]。

根据河流的特性，综合考虑现场水团追踪实验和实验室模拟2种方法，确定研究河段枯水期CODCr降解系数为0.152～0.270 d-1；平水期CODCr降解系数为0.209～0.384 d-1；丰水期CODCr降解系数为0.215～0.437 d-1。

4 降解系数测定结果分析

滏阳河邯郸段不同水期降解系数存在差异的原因主要包括2方面，其一为水温，其二为水量。水温的提高可以促进污染物的分解、氧化分解、微生物的活性，有利于污染物的降解，因此，在同等条件下，水温较高的丰水期降解系数要大于水温较低的平水期，水温最低的枯水期降解系数最小。水量也是影响降解系数的重要因素，河流的流量越大，那么径污比也越大，也越有利于污染物的混合稀释，自净程度相对就较快。滏阳河邯郸段丰水期流量明显大于平水期，枯水期流量最小，因此降解系数依次减小。

5 结 论

采用现场水团追踪实验，通过一维稳态水质模型进行求解，同时结合最小二乘法进行实验室模拟，得出了滏阳河邯郸段不同水期CODCr的降解系数。该降解系数真实可靠，可应用于滏阳河邯郸段水质模型的研究。

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Research on CODCrdegradation coefficient of the Fuyang River in Handan section

WANG Ling1,2, WU Yihong1, ZHU Jing1, WEI Quanwei1

(1.Hebei Provincial Environmental Scientific Research， Shijiazhuang Hebei 050037， China；2.School of Environmental Science and Engineering， Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang Hebei 050018, China)

Degradation coefficient is a key factor in the process of environmental capacity. The CODCrdegradation coefficient of the Fuyang River in Handan section was determined by tracking water masses and using one-dimensional water quality model. At the same time, through laboratory simulation and by using least square method regression analysis, considering two methods for the analysis results, the CODCrdegradation coefficients at withered water period, normal river flow period and high-water period are 0.152～0.270 d-1, 0.209～0.384 d-1, 0.215～0.437 d-1.

CODCr; degradation coefficient; tracking water masses; laboratory simulation

1008-1534(2014)05-0395-06

2013-11-28;

2014-04-04；责任编辑：王海云

国家科技重大专项(2012ZX07203-003)

王 玲(1987-)，女，河北张家口人，硕士研究生，主要从事水环境容量方面的研究。

吴亦红高工。E-mail：yh_wuhb@126.com

X26

A

10.7535/hbgykj.2014yx05007

王 玲，吴亦红，朱 静,等.滏阳河邯郸段CODCr降解系数研究[J].河北工业科技,2014,31(5):395-400. WANG Ling, WU Yihong, ZHU Jing, et al.Research on CODCrdegradation coefficient of the Fuyang River in Handan section[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2014,31(5):395-400.