城市小河流典型污染物降解速率及环境影响因素

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在城市化进程中,城市河流往往呈现水环境质量下降、环境生态功能退化的现象。从城市河流水环境保护角度看,有必要就水体主要污染物质降解潜力及其环境影响因素开展定量化分析与评估。本文以合肥城区三条小河流为研究对象,选择速生杨自然凋落叶为分解材料,采用现场实验方法,估算有机质降解速率,识别主要环境影响因素,并根据Gessner模式对河流健康状况进行评估;根据河流原位实验,估算河流营养物、COD的综合降解速率和生物降解速率,并识别主要环境影响因素;解析十五里河和关镇河沉积物硝化反硝化速率及其变化特征,并分析影响硝化反硝化潜力的主要环境因素。主要研究成果如下:(1)十五里河和关镇河的氮磷污染较为严重,板桥河水质较好;基于五元联系数法的水质评价结果表明,三条河流水环境状况排序为板桥河>十五里河>关镇河;十五里河和关镇河沉积物TN含量均值分别为1743.75、1812.07 mg·kg-1,TP含量分别为759.66、559.47 mg·kg-1;(2)十五里河和关镇河沉积物TN污染指数均大于2,属于重度污染;根据TP污染评价指数,两条河流分别处于中度、轻度污染水平;基于有机氮质量分数评价结果,两条河流均处于Ⅳ级水平;基于有机指数评价结果,两条河流上游处于Ⅲ级水平,下游处于Ⅳ级水平。(3)水质状况较好的板桥河凋落叶有机质降解速率k相对较低,而污染较为严重的十五里河、关镇河则相对较高,均值分别为0.0193、0.0418和0.0416 d-1;无论是粗眼网袋还是细眼网袋,每条河流两次实验之间凋落叶降解速率均呈极显著差异,而且三条河流凋落叶有机质降解速率之间也均表现出极显著差异性;相较于沉积物指标,水质因素对凋落叶有机质降解速率的影响更为明显;综合Gessner模式的几种评价方法得出河流健康状况与水体理化性质基本一致。(4)合肥市三条城市小河流NH4+-N、TN、TP和COD综合降解速率范围分别为0.0427~0.2109、0.0264~0.1196、0.0940~0.3344和0.0258~0.1714 d-1;生物降解速率变化范围分别为0.0108~0.1124、0.0109~0.0690、0.0196~0.1915和0.0054~0.0955 d-1;经过水力修正后的污染物降解速率高于修正前;温度对三条河流营养物、COD综合和生物降解速率都表现出显著重要性。(5)十五里河和关镇河沉积物硝化速率均值分别为0.758、0.937 mg·(kg·d)-1,硝化活性为0.758%、0.934%;沉积物反硝化速率均值分别为16.15、18.45 mg·(kg·d)-1,反硝化活性均值分别为51.43%、58.86%;两条河流硝化反硝化速率及活性基本表现为夏季高于秋冬季;沉积物NH4+-N和NO3--N含量、水温T对于两条河流硝化反硝化速率及活性表现出显著重要性。
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