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南四湖沉积层污染特征及其污染释放控制修复技术研究

作　者: 魏垒垒
导　师: 张志斌
学　校: 山东建筑大学
专　业: 市政工程
关键词: 南四湖沉积物营养盐释放植物修复
分类号: X524
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

湖泊沉积物是湖体中N、P、C等生源要素的重要蓄积库。通常情况下,沉积物是湖泊中营养盐的汇,但当湖泊环境发生变化时,沉积物中营养盐可能又会重新释放出来,成为湖泊的重要内源负荷,营养盐从沉积物中释放取决于它的化学形态及所处的环境因子。南四湖是南水北调东线工程的主要调蓄湖泊,将直接影响南水北调输水水质。然而目前对南四湖沉积层污染物分布及其释放控制的研究较少,因此有必要对其进行研究。本文以南四湖为主要研究对象,研究了南四湖沉积层污染物的分布特征,分析了南四湖沉积层污染物的释放规律,考察了沉水植物修复技术对沉积物污染释放的控制修复效果,主要得到以下研究结论：(1)南四湖沉积物总氮(TN)、总磷(TP)和有机质(OM)含量分布特征的研究结果表明：①南四湖沉积物TN的含量为0.18-7.08 mg/g,平均2.97 mg/g。TN含量较高的区域为：南阳湖西南湖区、独山湖、微山湖中部至湖西区域、微山湖韩庄闸处。②南四湖沉积物TP含量变化范围为0.30-1.29 mg/g,平均值为0.68 mg/g。③南四湖沉积物OM含量为11.4-106.0 mg/g,平均46.1 mg/g。OM含量较高的区域和TN分布类似,这些区域和水产养殖的区域重合。由于80%的入湖河流汇入上级湖,主要为生活污水和工业废水,因此上级湖沉积物TN、TP和COD含量明显高于下级湖。(2)南四湖沉积物释放规律研究结果表明：①TP和COD的释放总体上不会对南四湖调水水质形成影响；微山湖个别点位NH4+-N释放会影响调水水质,南阳湖、独山湖和昭阳湖NH4+-N释放对调水水质影响不大(参照调水后水质达到地表水环境质量标准(GB 3838-2002)中Ⅲ类水质的要求)。②南四湖微山湖区微山湖湖心区NH4+-N吸附／解吸平衡浓度(CEAC)由湖滨带向湖心区不断升高,湖心区其高于lmg/L的区域约占微山湖的1/5。NH4+-N最大吸附容量由湖心区向湖滨带递增。微山湖湖心区沉积物NH4+-N在调水后将会释放,对调水水质产生影响,应引起重视。③南四湖消落带不同利用类型土壤由于化肥施用量不同,其TN和TP含量差异较大分别为1316-2016 mg/kg和443-1165mg/kg,OM含量为77.1-140.2 mg/g。玉米地土壤TN、TP和OM含量最高；芦苇地土壤TP和TN含量最低。玉米地不仅氮磷总量高,而且易释放态磷含量也高,对水质威胁最大。在淹水情况下,芦苇、林地、玉米和大豆土壤P释放进入上覆水体,其释放量分别为-0.14、0.06、0.97、0.12 mg/kg。玉米施肥量应当严格控制。④鱼类饲料含有丰富的N、P和OM,大量残余饵料及鱼类代谢物,增加了养殖区沉积物营养盐含量。这是南四湖沉积物TN、TP和OM含量高的区域与养殖区重合的重要原因。残余饲料污染物释放增加水体N、P和COD含量,同时造成DO降低。⑤水生植物衰亡过程中释放N、P和COD,同时造成DO和pH的降低,水质恶化,鱼类死亡。(3)沉水植物修复控制沉积物污染释放研究结果表明：①三种沉水植物对N释放均具有良好的控制作用,尤其是在试验初期,对于抑制NH4+-N的释放具有显著作用,其放峰值平均仅为空白组的34%。同时,沉水植物对于P和COD的释放也具有良好的控制作用。②相对金鱼藻和狐尾藻,黑藻对于水体NH4+-N和TN的去NH4+-N释除效果更好,其去除率分别为49%和81%。沉水植物黑藻对于南四湖沉积物N释放具有显著的控制作用,在南四湖污染底泥生态修复过程中值得推广种植。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-21
  1.1 湖泊富营养化与沉积物内源污染  11-12
  1.2 沉积物污染来源  12-15
    1.2.1 外源污染  12-14
    1.2.2 内源污染  14-15
  1.3 沉积物营养盐的释放  15-18
    1.3.1 湖泊沉积物中污染物的释放机制  16-17
    1.3.2 影响沉积物中营养盐释放的因素  17-18
  1.4 沉积物内源污染释放控制修复技术  18-19
  1.5 课题研究的目的和意义  19-20
  1.6 课题研究内容  20-21
第2章样品采集与研究方法  21-24
  2.1 研究区域概况  21
  2.2 样品处理与测试  21-24
    2.2.1 水样处理与分析  21-22
    2.2.2 沉积物样品处理与分析  22
    2.2.3 试验所用的设备药品  22-24
第3章南四湖沉积物营养盐分布特征  24-30
  3.1 样品采集  24-25
  3.2 沉积物TN分布特征  25-26
  3.3 沉积物TP分布特征  26-27
  3.4 沉积物OM分布  27-28
  3.5 TP、TN和OM相关性分析  28-29
  3.6 本章小结  29-30
第4章南四湖沉积层污染物释放规律研究  30-54
  4.1 样品采集  30-32
  4.2 沉积物内源污染释放  32-39
    4.2.1 沉积物NH_4~+-N的释放  32-37
    4.2.2 沉积物TP的释放  37-38
    4.2.3 沉积物COD的释放  38-39
  4.3 消落带的污染物释放  39-43
    4.3.1 消落带土壤TN、TP和OM含量  41-42
    4.3.2 消落带土壤P形态分布  42-43
    4.3.3 消落带土壤污染物静态释放  43
  4.4 残余饲料的污染释放  43-48
    4.4.1 饲料本底TN、TP和OM含量  44-45
    4.4.2 饲料NH_4~+-N释放  45-46
    4.4.3 饲料TN释放  46
    4.4.4 饲料TP释放  46-47
    4.4.5 饲料COD释放  47-48
    4.4.6 饲料对DO的消耗  48
  4.5 湖区衰亡水草的污染释放  48-52
    4.5.1 水草本底TN、TP和OM含量  49
    4.5.2 衰亡水草NH_4~+-N释放  49-50
    4.5.3 衰亡水草TP释放  50
    4.5.4 衰亡水草COD释放  50-51
    4.5.5 衰亡水草对DO的消耗  51
    4.5.6 衰亡水草对pH的影响  51-52
  4.6 本章小结  52-54
第5章南四湖沉积物污染释放控制技术  54-58
  5.1 样品采集  54-55
  5.2 沉水植物对NH_4~+-N释放的控制  55-56
  5.3 沉水植物对TN释放的控制  56
  5.4 沉水植物对TP释放的控制  56-57
  5.5 沉水植物对COD释放的控制  57
  5.6 本章小结  57-58
第6章结论与建议  58-60
  6.1 结论  58-59
  6.2 建议  59-60
参考文献  60-65
致谢  65-66
攻读硕士学位期间论文发表及科研情况  66

南四湖沉积层污染特征及其污染释放控制修复技术研究

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