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《山东建筑大学》 2011年
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南四湖沉积层污染特征及其污染释放控制修复技术研究

魏垒垒  
【摘要】:湖泊沉积物是湖体中N、P、C等生源要素的重要蓄积库。通常情况下,沉积物是湖泊中营养盐的汇,但当湖泊环境发生变化时,沉积物中营养盐可能又会重新释放出来,成为湖泊的重要内源负荷,营养盐从沉积物中释放取决于它的化学形态及所处的环境因子。南四湖是南水北调东线工程的主要调蓄湖泊,将直接影响南水北调输水水质。然而目前对南四湖沉积层污染物分布及其释放控制的研究较少,因此有必要对其进行研究。 本文以南四湖为主要研究对象,研究了南四湖沉积层污染物的分布特征,分析了南四湖沉积层污染物的释放规律,考察了沉水植物修复技术对沉积物污染释放的控制修复效果,主要得到以下研究结论: (1)南四湖沉积物总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)含量分布特征的研究结果表明:①南四湖沉积物TN的含量为0.18-7.08 mg/g,平均2.97 mg/g。TN含量较高的区域为:南阳湖西南湖区、独山湖、微山湖中部至湖西区域、微山湖韩庄闸处。②南四湖沉积物TP含量变化范围为0.30-1.29 mg/g,平均值为0.68 mg/g。③南四湖沉积物OM含量为11.4-106.0 mg/g,平均46.1 mg/g。OM含量较高的区域和TN分布类似,这些区域和水产养殖的区域重合。由于80%的入湖河流汇入上级湖,主要为生活污水和工业废水,因此上级湖沉积物TN、TP和COD含量明显高于下级湖。 (2)南四湖沉积物释放规律研究结果表明:①TP和COD的释放总体上不会对南四湖调水水质形成影响;微山湖个别点位NH4+-N释放会影响调水水质,南阳湖、独山湖和昭阳湖NH4+-N释放对调水水质影响不大(参照调水后水质达到地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中Ⅲ类水质的要求)。②南四湖微山湖区微山湖湖心区NH4+-N吸附/解吸平衡浓度(CEAC)由湖滨带向湖心区不断升高,湖心区其高于lmg/L的区域约占微山湖的1/5。NH4+-N最大吸附容量由湖心区向湖滨带递增。微山湖湖心区沉积物NH4+-N在调水后将会释放,对调水水质产生影响,应引起重视。③南四湖消落带不同利用类型土壤由于化肥施用量不同,其TN和TP含量差异较大分别为1316-2016 mg/kg和443-1165mg/kg,OM含量为77.1-140.2 mg/g。玉米地土壤TN、TP和OM含量最高;芦苇地土壤TP和TN含量最低。玉米地不仅氮磷总量高,而且易释放态磷含量也高,对水质威胁最大。在淹水情况下,芦苇、林地、玉米和大豆土壤P释放进入上覆水体,其释放量分别为-0.14、0.06、0.97、0.12 mg/kg。玉米施肥量应当严格控制。④鱼类饲料含有丰富的N、P和OM,大量残余饵料及鱼类代谢物,增加了养殖区沉积物营养盐含量。这是南四湖沉积物TN、TP和OM含量高的区域与养殖区重合的重要原因。残余饲料污染物释放增加水体N、P和COD含量,同时造成DO降低。⑤水生植物衰亡过程中释放N、P和COD,同时造成DO和pH的降低,水质恶化,鱼类死亡。 (3)沉水植物修复控制沉积物污染释放研究结果表明:①三种沉水植物对N释放均具有良好的控制作用,尤其是在试验初期,对于抑制NH4+-N的释放具有显著作用,其放峰值平均仅为空白组的34%。同时,沉水植物对于P和COD的释放也具有良好的控制作用。②相对金鱼藻和狐尾藻,黑藻对于水体NH4+-N和TN的去NH4+-N释除效果更好,其去除率分别为49%和81%。沉水植物黑藻对于南四湖沉积物N释放具有显著的控制作用,在南四湖污染底泥生态修复过程中值得推广种植。
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