再生水补给的景观水体底泥特征及磷释放控制应用基础研究

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针对再生水补给的景观水体在夏季出现重度富营养化的问题,本文首先通过对西安市护城河南门段再生水补给区域底泥(SRW)和东南角地表水补给区域底泥(SSW)的连续监测,分析其理化性质和营养盐含量的差异,并在此基础上通过实验室静态试验模拟SRW和SSW的N、P释放过程,以了解两种不同水源补给下形成的底泥N、P释放特征。最后,针对再生水补给的景观水体底泥P释放速率较快、释放量较大的特征,采用硝酸钙对底泥进行实验室规模的锁磷,以探究硝酸钙锁磷的最适剂量。该研究可为再生水回用于景观水体的水质控制以及富营养化预防提供重要依据,获得以下主要结果和结论:(1)SRW和SSW的p H值和VSS/SS均在冬季最高,秋春季次之,夏季最低。SRW的p H值和VSS/SS变化范围分别为6.79~8.16和10%~15%,SSW的p H值和VSS/SS变化范围分别为6.61~7.89和7%~10%。因此,SRW的p H均值(7.65)和VSS/SS略大于SSW的对应值。SRW和SSW的p H值和VSS/SS季节性变化,可能与底泥受温度影响的水解有关。(2)SRW和SSW的TCOD含量和TOC含量均在冬季最高,秋春次之,夏季最低。此外,SRW中TOC/TCOD比值低于SSW,不同季节SRW的TCOD和TOC含量均明显大于SSW的对应值。SRW的TCOD含量变化范围为77.25~189.65 mg/g,TOC含量变化范围为52.03~59.13 mg/g,TOC含量均值约占TCOD含量均值的42%;SSW的TCOD含量变化范围为39.09~81.11 mg/g,TOC含量变化范围为27.06~46.10 mg/g,TOC含量均值约占TCOD含量均值的56%。(3)SRW的TN、TP和IP含量四季均值均明显大于SSW的对应值。SRW的TN含量均值为7.80 mg/g,TP含量均值为1.48 mg/g,IP含量均值为1.17 mg/g,分别为SSW对应值的1.1倍、1.1倍和1.4倍。(4)SRW中N、P释放速率和释放量均远高于SSW的对应值,释放以NH4+和SRP为主,且低溶氧条件会促进N、P的释放。其中,低溶氧条件下SRW中NH4+-N释放量和最大释放速率分别为0.14mg/g和0.96mg/(L·d),分别为SSW中对应值的3.5倍和1.4倍。低溶氧条件下SRW中TP释放量和最大释放速率分别为0.038mg/g和0.11mg/(L·d),分别为SSW中对应值的12.7倍和2.8倍。此外,SRW中底栖藻种类、数量和个体形态均远大于SSW的对应值。且SRW中底栖藻以短缝藻为主,SSW中底栖藻以异极藻为主。(5)硝酸钙可有效降低上覆水和间隙水中的TP、PO43--P浓度,但随着硝酸钙用量的增加,削减程度逐级递减。对于西安市护城河再生水底泥来说,抑制底泥磷释放的硝酸钙(Ca(NO3)2·4H2O)最佳投加量为0.2 g N/L-湿泥(WS)(以N计)。(6)当硝酸钙最佳投加量为0.2 g N/L-WS时,能有效降低上覆水中的TP和PO43-,降低率分别为76%和83%,且不会引起上覆水以及间隙水中NO3--N、NO2--N和NH4+-N浓度的显著升高;当硝酸钙的投加量达到0.6 g N/L-WS以上时,能有效降低上覆水及间隙水中的TP、PO43--P,上覆水TP、PO43--P降低率达到79%、85%,间隙水达到67%、68%。与此同时,利用硝酸钙锁磷增加了底泥中TN和TP含量。
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