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河口区悬浮物—水界面营养盐交换行为与动态变化特征

张健  
【摘要】:李村河是一条典型的城市纳污河流,河口位于胶州湾东侧,上世纪90年代沿河城市化飞速发展,生活污水、工业废水长期排放,河口区污染较为严重。由于李村河河口区受到潮汐和径流的双重作用,并且位于海陆过渡地带,地理位置特殊,因此选择李村河河口感潮河段作为研究区域。 本文系统的研究了胶州湾李村河河口区N、P营养盐悬浮物-水界面潮汐循环作用下的动态变化特征以及N、P营养盐在悬浮物-水界面吸附释放的动力学过程和热力学行为,并针对河口区特点,采用现场观测和室内模拟相结合的手段,着重分析了盐度、温度、波浪强度、悬浮物浓度等易变环境因子对N、P营养盐地球化学行为的影响,得到主要结论如下: ①上覆水中的PO_4~(3-)-P、NO_2~--N、NH_4~+-N在垂向上的迁移和变化非常复杂,不呈现明显的上下分层现象;NO3--N则在垂直方向上表现出“下低上高”一定的分层现象。沉积物为上覆水中PO_4~(3-)-P、NO_2~--N、NH_4~+-N的“源”,为NO_3~--N的“汇”。 ②涨落潮初期上覆水中PO_4~(3-)-P、NO_2~--N、NH_4~+-N的浓度会急剧上升,出现极大值;涨潮过程及平潮期前后其含量相对稳定且较低,出现极小值。NO_3~--N的潮周期变化趋势正好相反,涨潮初期及落潮过程浓度低,平潮期浓度高。所有的N、P营养盐的浓度波动幅度都是中央河道点位较周边点位稍大。 ③PO_4~3--P释放(吸附)动力学过程可以分为3个阶段:快速释放(吸附)阶段、缓慢释放(吸附)阶段、平衡阶段;NH_4~+-N、NO_3~--N的动力学释放过程分为3个阶段:快速释放阶段、再吸附阶段、平衡阶段。PO_4~(3-)-P的等温吸附曲线符合Langmiuir等温吸附方程,NH_4~+-N的等温吸附曲线符合Henry等温吸附方程。 ④通过实验室模拟发现,温度既促进悬浮物表面PO_4~(3-)-P的释放也促进PO43--P的吸附。温度升高对NH_4~+-N、NO_3~--N吸附作用的影响要远远大于解吸附作用,表现为随温度升高,NH_4~+-N、NO_3~--N最大释放减小和平衡浓度的降低。 ⑤盐度升高提高了上覆水中离子强度,促进了离子交换行为并且增加了竞争阴阳离子的数量,有利于PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N、NO_3~--N向水相中迁移。 ⑥通过现场监测和实验室模拟结果可知悬浮物浓度的升高会增加上覆水中PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N的浓度,但是单位质量的沉积物的释磷量则降低。上覆水中悬浮物浓度过高时,再吸附作用加剧,从而降低水相中的PO_4~(3-)-P、NH_4~+-N的浓度。


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