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湿地底泥污染物释放规律及生物稳定性研究

逄博  
【摘要】:底泥污染已成为水环境污染防治中的重点,很多地区的水污染事件均由底泥引起,内源污染问题已引起众多学者的关注。底泥中污染物浓度通常是上覆水体中的几倍甚至几十倍。我国对于底泥的研究多以“三湖”“三河”等典型河流湖泊为主,由于每条河流湖泊所处的地理位置与其沉积环境、曾发生的沉积行为均有差异,因此,即使运用同一种研究方法对不同水域底泥进行研究时,所得到的研究结果可能差异极大。大庆龙凤湿地是黑龙江省唯一的处于城市中保留较完整的淡水沼泽生态系统,目前,我国对于大庆龙凤湿地这类泥炭质底泥的城市湿地研究较少,因此,本文以龙凤湿地底泥为研究对象,着重研究底泥中典型污染物的释放规律及底泥表面特性,模拟自然状态下污染物的释放,旨在找出污染物在底泥-水界面的释放规律,探究典型污染物在底泥颗粒表面的吸附行为,对北方典型水域底泥的治理具有积极意义。本研究通过对大庆龙凤湿地底泥及上覆水体的理化性质分析,探明了水体污染的成因及污染物的含量。探究不同土水比、扰动强度、静置时间三种因素对测试底泥污染物含量的影响;通过模拟自然水域条件对比了静态及底泥再悬浮污染物的释放量;通过传统吸附实验探究了底泥对营养盐的吸附量及动力学行为,同时利用覆盖法对底泥颗粒表面的分形特征进行了研究;最后,探究了黑臭底泥的耗氧特性及生物稳定性。研究结果表明:大庆龙凤湿地水体为劣V类,底泥有机质含量丰富,颗粒粒度较小,受扰动易向上覆水体释放污染物。在底泥污染物浸提方面,当以蒸馏水为浸提液时,土水比小,振荡强度越大,所浸提的污染物越多,浸提液需及时离心。底泥在循环清洗六次后,方能达到清洁程度。底泥在静态条件下的污染物释放量远小于动态再悬浮,仅1h再悬浮污染物的释放量就为1天静态条件下的几十倍甚至几百倍。随再悬浮次数的增加,底泥粒度减小,黏粒增加12.596%,比表面积增加到2664.4kg/m~2,分形维数由2.504增加到2.783,分形维数与SSA及黏粒含量呈正相关。清洗后底泥对NH_3-N的最大吸附量为0.573mg/g,对SRP最大吸附量为0.72 mg/g,两者的吸附动力学曲线与准二级动力学曲线拟合度较高。分形吸附模型对吸附的描述较传统吸附模型更加微观,底泥颗粒的表面分形维数为2.6887,1个SRP分子与颗粒物表面活性位点的平均配位数为0.86。底泥的对SRP的吸附存在不可逆性。底泥耗氧是一个复杂过程,针对龙凤湿地底泥,其耗氧特性可划分将强还原性物质耗氧、还原性物质耗氧、生物化学碳耗氧I、生物化学氮耗氧、生物化学碳耗氧五个阶段,0.035m~3的底泥36h共消耗20.584 mg溶解氧。受扰后的灭菌底泥中的污染物在释放9天后达到稳定,而未灭菌底泥的稳定性过程分为是先释放,后降解,其污染物浓度处于动态平衡。


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