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污染河流的修复已经成为当前环境领域的热点问题。本文以白洋淀主要入淀河流(府河)为研究对象,以河流氮污染治理为目标,通过水质监测和稳定性氮同位素技术,研究了氮素污染特征及其迁移转化过程。针对河流水陆交界面处的特点,建立了三级氧化还原小试系统,研究了系统的脱氮规律以及影响脱氮主要因素。利用小试系统脱氮实验所得参数,初步设计了白洋淀水体净化示范工程。主要研究成果如下:
1.通过近两年对府河水质的连续监测,发现其属于劣V类水体。其中总氮(TN)浓度为6.79-56.21 mg/L,总磷(TP)浓度为0.35-4.96 mg/L,其氮污染以NH4+-N污染为主要特征,属于低氧高氨氮河流。府河的氮磷含量在枯水季最高,其次是平水季和丰水季。从空间分布看,pH值和溶氧(DO)沿程升高,化学需氧量(CODcr)、TN、TP和NH4+沿程降低,NO3-和NO2-变化规律不明显。
2.利用稳定性氮同位素技术研究发现,府河δ15N-NH4+和δ15N-NO3-分别为1.35‰-8.01‰和-6.69‰-8.36‰。府河氮污染来源主要是上游保定市生产生活废水和二级污水处理厂尾水,农业的面源贡献较小。从时间上看,在枯水期和平水期,由于河流植被少,脱氮主要以微生物的硝化和反硝化为主。在丰水期,NH4+-N主要被植物吸收,NO3--N由反硝化和植物吸收共同作用去除。从空间上看,上游反硝化作用较强,下游硝化作用较强。在水-陆界面上,有机氮矿化生成NH4+-N进入孔隙水,在向河水扩散过程中发生硝化作用产生NO3--N;NO3--N同时可反向扩散入沉积物孔隙水中,继续进行反硝化作用而被去除。
3.建立了三级氧化还原小试系统,模拟研究了河流水陆交界面氧化还原环境的变化与脱氮作用。系统中pH也适合微生物生存。在C/N为3.05,进水NH4+-N、NO3--N平均浓度均为20 mg/L时,系统有较好的脱氮效果,NH4+-N、NO3--N、TN、CODcr的平均去除率分别达77.68%、90.5%、83.5%、93.95%,而水气界面处是脱氮的主要位点。
C/N对系统影响明显,尤其是系统中NO3--N的去除,适当提升的C/N能提高系统脱氮效果,过高C/N将影响NH4+-N及CODcr的去除。在C/N不变条件下,系统脱氮效果受NH4+-N、NO3--N负荷影响,负荷的升高制约系统脱氮效果,其中NH4+-N负荷升高影响更显著,同时CODcr也不能有效去除。TN的去除主要与系统ORP值、CODcr浓度有关。
4.将从小试系统获得的实验参数应用于示范工程设计,完成了示范工程的初步设计,现场施工已结束,示范系统处于调试运行期。