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南四湖下级湖区及其主要河流沉积物磷污染特征与修复研究

作　者: 谭晓波
导　师: 张志斌
学　校: 山东建筑大学
专　业: 市政工程
关键词: 南四湖入湖河流沉积物磷释放生态修复
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

湖泊富营养化问题已经成为全世界面临的最主要的水环境问题之一。磷元素被认为是引起湖泊水体富营养的主要限制性因子。水体中磷的来源主要包括外源输入和内源释放,外源输入的磷经过一系列物理、化学及生物作用进入沉积相；在湖泊各种水动力学、生物作用下或湖泊环境发生变化时,沉积物中的内源磷溶出或再悬浮重新进入水体中,成为湖泊营养盐的内源负荷。南四湖作为南水北调东线工程的主要调蓄湖泊,其内源磷释放将会对调水水质产生较大影响。本文以南四湖下级湖区及其主要入湖河流沉积物为研究对象,研究了沉积物磷的分布特征、吸附性能、静态释放特性,同时还对不同沉水植物的除磷效果进行了对比研究,为评价南四湖沉积物对调水水质的影响以及水体修复提供一定的依据。研究结果表明：(1)沉积物各形态磷的含量的研究结果表明：①南四湖下级湖区NaOH-P含量76.44-161.10 mg/kg,HCL-P含量319.30-498.33 mg/kg,IP-P含量419.54-644.74mg/kg,Org-P含量为235.79-442.79 mg/kg,TP含量758.89-895.68 mg/kg,与中国另外几个大型浅水湖泊相比,南四湖沉积物NaOH-P含量较低,而有机磷含量很高,总磷也处于较低水平；②与湖区沉积物相比,河流沉积物中的NaOH-P、Org-P和TP含量明显低于湖区,含量分别仅13.11-76.89 mg/kg、51.01-233.10 mg/kg和366.68-804.8mg/kg,而HCL-P和IP-P与湖区沉积物相差不大,分别为237.61-518.52 mg/kg、283.16-614.44 mg/kg。(2)沉积物对磷的吸附特性研究结果表明：①吸附动力学实验中,湖区及河流沉积物对磷的吸附均包括慢速吸附和快速吸附两个过程,其中快速吸附在0.25h内完成,然后进入慢速吸附阶段(0.25-10h),并在在10h左右基本达到平衡。②在等温吸附实验中,在低浓度范围内沉积物对磷的等温吸附符合线性方程：Q=m×Ceq-ωNAP。湖区沉积物最大磷吸附量Qma。为113.46-159.91 mg/kg;与湖区沉积物相比,河流沉积物最大磷吸附量Qmax值均明显小于湖区沉积物,仅为42.78-104.37 mg/kg。③沉积物对磷吸附的各个参数(吸附效率m值、本底吸附态磷NAP含量、最大磷吸附量TQma。)只与NaOH-P含量呈明显的线性相关关系,说明NaOH-P是参与沉积物短时性磷吸附／解吸过程最主要的形态磷。(3)南四湖下级湖区不同生态功能区(禁渔区、航道、养殖区和湖滨带)沉积物磷的静态释放结果表明,不同功能区域内沉积物磷的释放强度有很大不同,TP的最大累积释放量大小顺序为湖滨带>养殖区>航道>禁渔区,分别为89.68、123.60、89.54和87.67mg/m2。(4)四种沉水植物(黑藻、菹草、金鱼藻和苦草)的除磷效果对比研究表明：①对沉积物磷释放的抑制作用大小顺序为黑藻>菹草>金鱼藻>苦草；②在霍格兰氏培养液中(初试磷浓度为10 mg/L)培养1个月后,黑藻、菹草、金鱼藻和苦草对磷累积去除量分别达到了2.65、1.98、2.35和1.63mg；③在初试磷浓度为10mg/L的条件下,沉水植物对磷的最大吸附量大小顺序为黑藻>金鱼藻>菹草>苦草,分别达了1.36、1.04、0.71和0.24 g/kg,占到了植物组织磷含量的32.11%,26.62%,27.26%和15.07%,表明快速吸收除磷在沉水植物除磷的过程中起着非常重要的作用。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-19
  1.1 湖泊富营养化  10-11
    1.1.1 国内外湖泊富营养化现状  10-11
    1.1.2 湖泊富营养化的危害  11
  1.2 磷在湖泊富营养化中的作用  11-12
  1.3 湖泊水体中磷的来源  12
  1.4 湖泊沉积物中内源磷的释放  12-13
  1.5 影响沉积物中磷释放的因素  13-15
  1.6 内源磷释放的控制技术  15-17
  1.7 课题研究的目的及意义  17-18
  1.8 课题研究内容  18-19
第2章样品采集与测试  19-22
  2.1 研究区域概况  19-20
  2.2 现场观测与采样  20
  2.3 样品处理与测试  20-22
第3章沉积物磷形态分布  22-30
  3.1 实验方法  22-25
  3.2 沉积物各形态磷分布特征  25-29
  3.3 本章小结  29-30
第4章沉积物对磷的吸附特性及释放规律  30-40
  4.1 实验方法  30-31
  4.2 沉积物对磷的吸附特性  31-37
    4.2.1 沉积物对磷的吸附动力学过程  31-33
    4.2.2 沉积物对磷等温吸附过程  33-36
    4.2.3 沉积物中各形态磷与磷吸附参数的相关性  36-37
  4.3 不同生态功能区沉积物中磷的静态释放  37-39
  4.4 本章小结  39-40
第5章沉水植物修复技术研究  40-50
  5.1 实验方法  40-41
  5.2 沉水植物对沉积物磷释放的影响  41-44
  5.3 沉水植物生长吸收除磷  44-45
  5.4 不同磷浓度培养液下植物磷含量  45-46
  5.5 沉水植物快速吸附除磷  46-49
  5.6 本章小结  49-50
第6章结论与建议  50-52
  6.1 结论  50-51
  6.2 建议  51-52
参考文献  52-57
致谢  57-58
硕士研究生期间发表论文、专利  58
  发表论文  58
  专利  58

南四湖下级湖区及其主要河流沉积物磷污染特征与修复研究

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