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东洞庭湖底泥中磷的释放特性及其原位控制技术试验研究

作　者: 杨静
导　师: 谭万春；孙士权
学　校: 长沙理工大学
专　业: 市政工程
关键词: 东洞庭湖底泥磷磷形态磷释放原位控制技术
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着洞庭湖水源的外源污染得到有效控制,内源污染将成为影响其富营养化的主导因素,研究湖泊沉积物-水界面磷行为是揭示富营养化机理的重要一环,将为东洞庭湖的治理与管理提供指导和理论依据。同时,湖泊底泥污染原位控制技术的发展近年来得到了越来越多的重视,但由于对其相关技术及机理缺少系统性的深入研究,至今未得到广泛的应用。本文以东洞庭湖底泥为研究对象,依托水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室“东洞庭湖水体污染物在水动力作用下的分布研究(2008SS06)”和“东洞庭湖沉积物污染特性及静态释放规律研究(2008SS05)”项目,通过实验室模拟试验,研究了不同环境因素(温度、pH值和含水率)下底泥磷在底泥-间隙水界面释放的规律、不同影响因子(温度、pH值、溶解氧和水动力)对底泥-上覆水界面磷释放的影响、以及底泥磷释放的原位控制技术(曝气供氧、沸石覆盖和硝酸钙原位处理等)在不同环境下的控制上覆水磷浓度效果。试验结果如下:(1)底泥-间隙水界面磷释放特性试验结果表明:1)酸性和碱性条件下有助于底泥磷向间隙水释放,其释放强度顺序为:碱性(pH9)>酸性(pH5)>中性(pH7)。系统pH值升高可加速Fe-P和有机磷的释放,pH值降低有利于Ca-P释放;2)温度越高,底泥磷释放越快。温度由5℃升至25℃时,间隙水磷浓度可增加2倍。同时温度升高底泥各形态磷迁移转化速率加快,尤其是底泥有机磷的释放最为显著;3)低含水率可使底泥磷释放速率减缓,但可提高间隙水磷浓度。含水率由70%降低到50%时,间隙水磷浓度增加了1.36倍,但释放速率降低了1.7倍。(2)底泥-上覆水界面磷释放规律试验结果表明:1)水体的环境pH值为7时底泥-上覆水界面磷释放量最小,降低或升高pH值均使磷的释放量增加。2)水体的环境温度越高对底泥-上覆水界面磷的释放影响就越大。温度由5℃升至25℃时,上覆水磷浓度增加了1.7倍;3)溶解氧对底泥-上覆水界面磷的释放影响最为显著。水体在厌氧环境下磷的释放量是好氧条件下的5.56倍。4)扰动对底泥-上覆水界面磷的释放影响仅是有限的短期效应,当表层底泥以及悬浮物受扰动向水体释放TP达到一定程度后,可能进入一种释放“枯竭”状态。(3)原位控制及其对底泥磷形态影响试验结果表明:1)厌氧时,控制水中磷浓度效果依次为:硝酸钙原位处理>沸石覆盖>未处理;好氧时:硝酸钙原位处理>沸石覆盖>曝气≥未处理;扰动时:硝酸钙原位处理>沸石覆盖>曝气>未处理;2)沸石覆盖和曝气供氧对底泥固磷效果较好,底泥总磷含量分别增加了20.5%和19.6%,而硝酸钙原位处理使土壤磷向生物相转化,使内源磷具有较高的再释放风险;3)沸石覆盖和曝气供氧主要对表层底泥(1~2cm)各形态磷产生影响,而硝酸钙原位处理对底层(≥5cm)底泥磷形态迁移转化都会产生影响。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-22
  1.1 问题的提出与研究意义  12-14
  1.2 国内外研究动态  14-20
    1.2.1 沉积物中磷的释放研究  14-15
    1.2.2 沉积物中磷形态研究  15-17
    1.2.3 底泥原位控制技术研究  17-20
  1.3 本文研究内容与路线  20-22
    1.3.1 研究内容  20-21
    1.3.2 研究路线  21-22
第二章试验材料与方法  22-32
  2.1 试验材料  22-25
    2.1.1 样品的采集与处理  22
    2.1.2 试验底泥  22-23
    2.1.3 试验用水  23
    2.1.4 天然沸石  23
    2.1.5 试验仪器  23-24
    2.1.6 主要化学药剂  24-25
    2.1.7 模拟试验装置  25
  2.2 监测指标及分析方法  25-27
    2.2.1 水质监测指标及方法  25
    2.2.2 底泥分析项目及方法  25-27
  2.3 试验过程及方法  27-31
    2.3.1 水土比的确定  27-28
    2.3.2 底泥-间隙水界面磷释放规律试验  28
    2.3.3 底泥-上覆水界面磷释放规律试验  28-30
    2.3.4 底泥磷释放原位控制试验  30-31
    2.3.5 原位控制技术对底泥磷形态影响试验  31
  2.4 样品底泥磷污染分析  31
  2.5 本章小结  31-32
第三章底泥-间隙水界面磷释放规律研究  32-39
  3.1 环境因子对底泥中磷形态影响  32-35
    3.1.1 温度对底泥磷形态的影响  32-33
    3.1.2 pH 值对底泥磷形态的影响  33-35
    3.1.3 含水率对底泥磷形态影响  35
  3.2 环境因子对底泥-间隙水界面磷的释放影响  35-38
    3.2.1 温度对底泥-间隙水界面磷释放影响  35-36
    3.2.2 pH 值对底泥-间隙水界面磷释放的影响  36-37
    3.2.3 含水率对底泥-间隙水界面磷释放的影响  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章底泥-上覆水界面磷释放的规律研究  39-43
  4.1 pH 值对底泥-上覆水界面磷释放的影响  39-40
  4.2 温度对底泥-上覆水磷释放影响  40-41
  4.3 溶解氧对底泥-上覆水界面磷释放的影响  41
  4.4 扰动对底泥-上覆水界面磷释放的影响  41-42
  4.5 本章小结  42-43
第五章湖泊底泥磷释放的原位控制技术研究  43-50
  5.1 原位控制技术对水质的影响  43-45
  5.2 静态条件下原位控制技术控制磷释放的效果  45-47
    5.2.1 曝气供氧对上覆水磷浓度的影响  45
    5.2.2 沸石覆盖对上覆水中磷浓度的影响  45-46
    5.2.3 硝酸钙原位处理对上覆水中磷浓度的影响  46-47
  5.3 水动力下各原位控制技术控制上覆水磷浓度的效果  47-48
  5.4 本章小结  48-50
第六章原位控制对底泥磷形态迁移转化规律研究  50-56
  6.1 沉积物样品对比照片  50-51
  6.2 底泥原位控制对底泥总磷和间隙水总磷含量的影响  51
  6.3 原位控制对底泥磷形态的影响  51-55
    6.3.1 底泥原位控制对底泥交换性磷的影响  51-52
    6.3.2 底泥原位控制对铁结合性磷的影响  52-53
    6.3.3 底泥原位控制对钙结合性磷的影响  53-54
    6.3.4 底泥原位控制对底泥有机磷的影响  54-55
  6.4 本章小结  55-56
第七章结论与建议  56-58
  7.1 结论  56-57
  7.2 建议  57-58
参考文献  58-65
致谢  65-66
附录：读研期间发表的论文  66

东洞庭湖底泥中磷的释放特性及其原位控制技术试验研究

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