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颤蚓生物扰动对水体沉积物中pH和DO分布的影响

周楠楠  
【摘要】:为直观了解有无生物扰动存在下淡水/沉积物体系微环境物理化学参数pH和DO(溶解氧)的时空分布和变化特征,进而深入研究生物扰动对水环境中重金属迁移转化的影响,本研究分别建立了基于平面光极的pH和DO二维分布实时监测系统及获取pH和DO二维分布等值线图的方法,并应用于监测颤蚓生物扰动存在下的淡水/沉积物体系中pH和DO的时空分布规律。 对pH平面传感膜制备的研究结果表明:利用改进方法把8-羟基-1,3,6-三磺酸芘钠化学键合到聚乙烯醇膜上,可成功制备具有两个对pH敏感且成相反定量规律的激发波长的平面荧光传感膜,该膜具有响应pH范围宽(6.2~8.6)、响应快速(30s)、准确性高、可逆性和稳定性好等优点。利用该传感膜所构建的pH二维分布实时监测系统,和所建立的利用两个激发波长的荧光图像相减来获取pH二维分布等值线图的方法,适于在淡水环境中使用,可很好地记录水/沉积物体系pH的时空变化规律。 有无生物扰动的淡水/沉积物体系的相同点是沉积物因为酸碱缓冲能力强,所以沉积物自身pH时空变化较小,但是对上覆水pH有重要影响。比较分析有无生物扰动的淡水/沉积物体系,发现有生物扰动组分的上覆水pH存在显著且复杂的变化,这种变化是多种机制综合作用的结果,而生物扰动对这些作用均有影响。 对DO平面传感膜制备的研究结果表明:利用物理包埋法把三(4,7-联苯-1,10-菲咯啉)二氯化钌固定于乙基纤维素膜。甲苯/乙醇(V_(甲苯):V_(乙醇)=4:1)溶解乙基纤维素得到的聚合物与传统方法甲苯溶解聚苯乙烯得到的聚合物相比较更优。结果证明:本实验制备的DO平面传感膜根据荧光淬灭机理Stern-Volmer方程发射荧光强度随溶解氧浓度的增加而减小,具有响应DO范围宽(0~20mg/L)、响应快速(60s)、准确性高、可逆性和稳定性好等优点。通过改进制备方法得到DO平面传感膜,建立了符合生物扰动存在下的淡水/沉积物模拟体系的实时监测系统。 有无生物扰动的淡水/沉积物体系的相同点是上覆水与沉积物界面的溶解氧梯度明显,不同点是生物扰动一周左右,上覆水/沉积物界面溶解氧浓度梯度减缓。生物灌溉作用重构沉积物表层,增加深层沉积物含氧量,通过提高沉积物微环境DO的浓度影响沉积物中还原性重金属污染物的释放和束缚过程。生物扰动作用也通过再悬浮的沉积物颗粒在底层上覆水中发生再氧化和物理化学吸附过程,导致有生物扰动组分的底层上覆水浓度低于同期的无生物扰动组分。生物扰动作用对沉积物以及与沉积物表层关系紧密的底层上覆水溶解氧浓度影响较大。


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